O Falu i Orffen: Datrysiadau Ôl-driniaeth ar gyfer Gweithgynhyrchu Ychwanegion

Mae gan rannau metel wedi'u hargraffu 3D lwyth gwaith ôl-orffen isel ac mae gan falu y potensial i fod yn ddatrysiad effeithiol ar gyfer goddefiannau terfynol.

Mae'r defnydd eang o weithgynhyrchu ychwanegion yn y marchnadoedd awyrofod a meddygol wedi arwain at alwadau cynyddol ar arwynebau cydrannau atgyfnerthu gorffenedig i fodloni gofynion cymwysiadau defnydd terfynol. Mae'r broses weithgynhyrchu adio yn cynhyrchu cydrannau sy'n agos at y siâp terfynol, gan leihau'n sylweddol yr angen am orffeniad terfynol. Trwy weithgynhyrchu adio deunydd, gellir lleihau cyfraddau gwastraff deunydd i hwyluso'r broses weithgynhyrchu gyffredinol, ond mae hyn hefyd yn golygu bod angen technegau ailbrosesu llymach a chysondeb ar gyfer prosesau gorffen dilynol. Felly, mae'n bwysig sicrhau cysondeb mewn ôl-driniaeth i fodloni goddefiannau cydran a gofynion ansawdd wyneb. Gall malu fod yn opsiwn effeithiol arall ar gyfer cynhyrchu gwiberod mewn cymwysiadau lle mae goddefiannau ac arwynebau yn fwy heriol. Mae malu yn arwain at well ansawdd ac uniondeb arwyneb na phrosesau tynnu deunydd confensiynol eraill. I ddysgu mwy am orffen y gweithgynhyrchu adio, yn enwedig wrth ei gymhwyso i gydrannau aloi tymheredd uchel wedi'u seilio ar nicel yn y diwydiant awyrofod, Norton. Mae peirianwyr Saint-Gobain wedi mireinio sampl Inconel 718 wedi'i wneud o ychwanegion. Canolbwyntiodd yr astudiaeth ar dri chwestiwn: Beth yw'r lleiafswm / cyfaint o ddeunydd y mae angen ei wisgo o'r cydrannau a wneir o'r wiber? Pa orffeniad arwyneb y gellir ei gyflawni trwy falu'r cydrannau a wneir o'r atgyfnerthu gan ddefnyddio'r genhedlaeth ddiweddaraf o olwynion malu? Yn drydydd, beth yw effaith malu mân ar straen gweddilliol wyneb (os o gwbl) y cydrannau gweithgynhyrchu atgyfnerthu?

Darperir samplau o'r AM IN718 a weithgynhyrchir gan ddefnyddio'r broses Sintering Laser Metel Uniongyrchol (DMLS) gan Stratasys Direct Manufacturing. Mae Ffigur 1 yn dangos sampl prawf ar gyfer gweithgynhyrchu'r ychwanegyn. Ar ôl i'r ychwanegiad gael ei weithgynhyrchu, caiff y sampl ei blasu â'r cyfryngau a chaiff straen ei ddileu. Dilynir hyn gan isostio thermol, triniaeth / dad-danio solid hydawdd a chaledu dyodiad. Caledwch y sampl yw 40 HRC. Yna defnyddiwch Norton. Mae Magele MFP-125.50.65 o Ganolfan Technoleg Malu Saint-Gobain Higgins yn malu samplau o olwyn malu Norton NQX60E24VTX2 yn ysbeidiol ar y peiriant malu.

Yn gyntaf, cynyddwch ddyfnder y torri yn raddol, gan falu sawl ardal, pennwch isafswm y deunydd i'w dynnu, wyneb y driniaeth weithgynhyrchu adio. Yna caiff y malu ei wneud ar ddyfnder penodedig y torri, ac yna gwirir yr wyneb am ddiffygion amlwg. Mae Ffigur 4 yn dangos llun o'r sampl ar ôl i'r cydrannau gael eu glanhau yn ystod yr arbrawf. Yn ôl y canlyniadau arbrofol, er mwyn cael gwared ar yr holl ddiffygion geometrig a diffygion arwyneb sy'n deillio o'r broses weithgynhyrchu adio, mae angen tynnu deunyddiau o'r cynulliad o oddeutu 0.30 i 0.45mm.

Mae'r prawf hwn yn defnyddio hyd malu o 50.8mm, diamedr olwyn malu o 462mm a chyflymder gweithio o 23m / s. Profwyd cyfanswm o bum cyfradd tynnu deunydd (MRRs) yn yr ystod o 0.1mm3 / eiliad / mm i 3.9mm3 / eiliad. / Mm. Addaswch y gyfradd tynnu deunydd trwy newid cyflymder y cynnyrch (mm / min) neu dorri dyfnder (mm). Profwyd cyfraddau tynnu deunydd lluosog i asesu effaith cyfraddau tynnu deunydd isel a chanolig ar orffeniad wyneb a chynhwysedd malu. Er y gellir melino aloion sy'n seiliedig ar nicel (ee Inconel 718) â sgraffinyddion peirianneg modern ar gyfradd symud uchel, dewisodd yr astudiaeth gyfradd tynnu deunydd is yn seiliedig ar y gyfradd orffen safonol gyfredol ar gyfer gorffen rhannau gwaith safonol Inconel mewn diwydiant. Yn achos gwaith safonol (gweithgynhyrchu nad yw'n wiber) yn malu rhan, y canlyniad disgwyliedig yw, wrth i'r gyfradd tynnu deunydd gynyddu ac wrth i'r pŵer malu gynyddu, bydd gorffeniad wyneb (Ra) y darn gwaith malu yn cynyddu neu bydd yr wyneb yn dod mwy garw.

Cyn ac ar ôl malu, mae gorffeniad wyneb y darn gwaith yn cael ei fesur gan ddefnyddio'r System Proffiliwr Cyswllt Ffederal 5000, sy'n cynnwys sawl safle a dau gyfeiriad ar y darn gwaith. Yn ogystal, mae mesuriadau wyneb mesurydd proffil digyswllt yn cael eu perfformio mewn sawl lleoliad.

Cyn malu, gwerthuswyd gorffeniad wyneb y deunydd a wnaed o'r wiber a chanfuwyd bod gwahaniaethau mawr mewn gorffeniad mewn gwahanol gyfeiriadau mesur. Y gorffeniad cyfartalog oedd 3.3 micron Ra wrth ei fesur yn fertigol a 2.1? TMa wrth ei fesur yn llorweddol. Nid yw'r gwahaniaeth sylweddol hwn yn digwydd wrth fesur deunyddiau Inconel 718 safonol y wladwriaeth gast. Mae'n ymddangos bod y gwahaniaeth hwn yn gysylltiedig â dulliau gweithgynhyrchu 3D, ond nid yw'r union achos yn hysbys eto.

Y dull confensiynol o fesur gorffeniad wyneb ar ôl malu gan ddefnyddio proffiliwr cyswllt yw bod yn berpendicwlar i'r llinell falu, yn hytrach nag yn gyfochrog â'r llinell falu. Yn yr astudiaeth hon, mesurwyd gorffeniad wyneb i ddau gyfeiriad yn gyfochrog â'r llinell falu ac yn berpendicwlar i'r llinell falu. Yna cymharir y canlyniadau mesuredig ar ôl malu â'r mesuriadau hydredol ac ochrol cyn malu.

Y pwynt yw, wrth fesur yr wyneb ar ôl malu i gyfeiriad sy'n berpendicwlar i'r llinell falu, mae'r nodwydd yn croesi copaon a chafnau'r llinell falu. Wrth fesur i gyfeiriad cyfochrog, mae'r nodwydd yn symud yn gyfochrog â'r llinell falu a byth yn croesi'r copa a'r dyffryn. Felly, nid yw'n syndod, yn yr astudiaeth hon, fod y gorffeniad arwyneb (garw) a fesurwyd yn fertigol yn sylweddol uwch na'r hyn a fesurwyd yn gyfochrog.

Ar ôl gwerthuso gorffeniad wyneb y deunydd a weithgynhyrchwyd gan y deunydd cyn ac ar ôl ei falu, gwelwyd bod gwahaniaethau sylweddol mewn gorffeniad mewn gwahanol gyfeiriadau mesur. Yn yr astudiaeth hon, gwnaed mesuriad gorffeniad wyneb ochr yn ochr â'r llinell falu ac yn berpendicwlar i'r llinell falu, ac roedd y canlyniadau yn sylweddol wahanol yn wir. Pan gaiff ei fesur i gyfeiriad cyfochrog, y gorffeniad arwyneb ar gyfartaledd cyn ei falu yw 3.3? TMa a 0.21? Ma ar ôl malu. Wrth fesur yn fertigol, y gorffeniad arwyneb ar gyfartaledd yw 2.1? TMa cyn malu a 0.5? TMa ar ôl malu.

Yn ogystal, Dadansoddwyd y samplau adio gan ddefnyddio proffiliwr wyneb 3D Theanovea a thechnoleg cromatig golau gwyn i ddelweddu nodweddion yr wyneb. Yn y prawf hwn, ar ôl derbyn y sampl gweithgynhyrchu ychwanegion, mae'r ffrwydro canolig yn cael ei wneud gyda chyfrwng gwydr, gan gael gwared ar y rhan uchel o'r wyneb. Y llinellau sydd i'w gweld ar yr wyneb ar ôl malu yw'r rhai sy'n cael eu gadael gan y llawdriniaeth falu. Gellir defnyddio olwynion malu neu gynhyrchion caboledig eraill, fel tâp malu peirianneg, i leihau llinellau arwyneb ymhellach a chreu arwynebau uwch-ddirwy, ar yr amod bod hyn yn hanfodol i berfformiad ac ansawdd y cydrannau.

Er mwyn deall ymhellach effeithiau malu ar gyfanrwydd arwyneb cyffredinol samplau am IN718, cyflawnwyd mesuriadau straen gweddilliol ar ôl derbyn a malu samplau gan ddefnyddio dyfais micro-ddiffreithiant Bruker-AXS D8. Wrth gymharu mesuriadau 6 safle gwahanol o'r un sampl yn y ddwy wladwriaeth, darganfyddir bod straen gweddilliol yr arwyneb agos yn negyddol / mae cywasgiad o dan y ddau gyflwr. Mae'r sefyllfa hon yn digwydd yn bennaf ar y gydran ar ôl malu'n fân, ac mae ei straen gweddilliol ger yr wyneb yn gywasgadwy, a all ohirio lledaenu craciau wyneb a gwella bywyd blinder.

Yn ystod cyfnod yr astudiaeth, mesurwyd y pŵer malu yn ôl cyfradd tynnu 5 deunydd. Wrth i'r gyfradd tynnu deunydd gynyddu, felly hefyd y pŵer malu. Mae'r ymddygiad hwn yn bodoli yn y mwyafrif o weithrediadau malu. Ar isafswm cyfradd o 0.1mm3 / eiliad / mm, y pŵer brig wrth falu yw 1.4kW. Ar y gyfradd tynnu deunydd uchaf o 3.9mm3 / eiliad / mm, y pŵer malu yw 10.8kW.

Mae canlyniadau'r astudiaeth hon yn dangos y gall malu aloion wedi'u seilio ar nicel a wneir o wiberod (ee Inconel 718) leihau garwedd arwyneb bron i 94% (yn gyfochrog â llinellau malu) neu 34% (yn berpendicwlar i linellau malu). Ar gais, gellir cael arwynebau uwch-fân gan ddefnyddio olwynion malu neu gynhyrchion caboli eraill sydd â gronynnedd sgraffiniol mwy manwl, fel tapiau malu peirianneg. Yn ogystal, mae'r canlyniadau'n dangos, er mwyn gwella coethder arwyneb, bod angen tynnu 0.30 i 0.45mm o ddeunydd o'r cydrannau a chael gwared ar yr holl anghysondebau geometrig sy'n gysylltiedig â'r broses weithgynhyrchu 3D. Mae isafswm cyfraddau tynnu yn wybodaeth allweddol i weithgynhyrchwyr deunyddiau wrth iddynt ymdrechu i wneud y mwyaf o siâp bron-net y cydrannau gweithgynhyrchu deunydd yn y ffordd fwyaf cost-effeithiol bosibl. Yn ogystal, mae data straen gweddilliol yn dangos bod y straen arwyneb ar ôl malu yn gywasgadwy ac yn gallu gohirio ehangu craciau wyneb, a thrwy hynny ymestyn oes blinder y cydrannau a weithgynhyrchir.