Od broušení po dokončení: Řešení pro následnou úpravu pro výrobu doplňků

3D vytištěné kovové díly mají nízké následné dokončovací zatížení a broušení má potenciál být efektivním řešením pro konečné tolerance.

Široké použití přídavné výroby na leteckém a lékařském trhu vedlo ke zvyšování požadavků na povrchy hotových komponentů posilovače, aby byly splněny požadavky konečných aplikací. Proces výroby přídavku vyrábí komponenty blízké konečnému tvaru, což významně snižuje potřebu finálních úprav. Prostřednictvím výroby přidávání materiálu lze snížit množství odpadu materiálu, aby se usnadnil celkový výrobní proces, ale to také znamená, že následné dokončovací procesy vyžadují přísnější techniky přepracování a důslednost. Proto je důležité zajistit konzistenci v následném zpracování, aby byly splněny tolerance komponent a požadavky na kvalitu povrchu. Broušení může být další efektivní možností pro výrobu přídavných zařízení v aplikacích, kde jsou tolerance a povrchy náročnější. Výsledkem broušení je lepší kvalita a integrita povrchu než u jiných konvenčních procesů úběru materiálu. Chcete-li se dozvědět více o dokončení výroby přídavků, zejména při aplikaci na niklové slitiny vysokoteplotních slitin v leteckém průmyslu, Norton. Inženýři společnosti Saint-Gobain vylepšili vzorek Inconel 718 vyrobený z doplňků. Studie se zaměřila na tři otázky: Jaké je minimální množství / objem materiálu, který je třeba nosit ze součástí vyrobených ze sčítačky? Jakou povrchovou úpravu lze dosáhnout broušením součástí vyrobených z posilovače pomocí brusek nejnovější generace? Za třetí, jaký je účinek jemného broušení na zbytkové namáhání povrchu (pokud existuje) součástí pro výrobu výztuže?

Vzorky AM IN718 vyrobené pomocí procesu přímého kovového laserového slinování (DMLS) poskytuje společnost Stratasys Direct Manufacturing. Obrázek 1 ukazuje zkušební vzorek pro výrobu doplňku. Po vyrobení přídavku se vzorek otryskává médiem a eliminuje se napětí. Poté následuje tepelná isostace, zpracování / odpálení v pevné látce a vysrážení kalením. Tvrdost vzorku je 40 HRC. Poté použijte Norton. Magele MFP-125.50.65 v Saint-Gobain Higgins Grinding Technology Center přerušovaně brousí vzorky z brusného kotouče Norton NQX60E24VTX2 na brusce.

Nejprve postupně zvyšujte hloubku řezu, broušení několika oblastí, určete minimální množství materiálu, který má být odstraněn, povrch přídavné výrobní úpravy. Poté se provede broušení ve stanovené hloubce řezu a poté se zkontrolují zjevné vady povrchu. Obrázek 4 ukazuje obrázek vzorku po vyčištění komponent během experimentu. Podle experimentálních výsledků je za účelem eliminace všech geometrických odchylek a povrchových vad vznikajících při výrobním procesu přidávání nutné odstranit materiály ze sestavy přibližně od 0,30 do 0,45 mm.

Tato zkouška používá délku broušení 50,8 mm, průměr brusného kotouče 462 mm a pracovní rychlost 23 m / s. Bylo testováno celkem pět rychlostí úběru materiálu (MRR) v rozsahu 0,1 mm3 / s. / Mm až 3,9 mm3 / s. / Mm. Upravte rychlost úběru materiálu změnou rychlosti výnosu (mm / min) nebo hloubky řezu (mm). Bylo testováno několik rychlostí úběru materiálu, aby se posoudil účinek nízké a střední rychlosti úběru materiálu na povrchovou úpravu a kapacitu broušení. Přestože lze slitiny na bázi niklu (např. Inconel 718) frézovat pomocí moderních strojírenských brusiv při vysoké rychlosti úběru, studie vybrala nižší rychlost úběru materiálu na základě aktuální standardní rychlosti dokončování pro dokončování standardních pracovních dílů Inconel v průmyslu. V případě standardního broušení pracovních dílů (bez použití adderů) je očekávaným výsledkem to, že jak se zvyšuje rychlost úběru materiálu a zvyšuje se brusná síla, zvyšuje se povrchová úprava (Ra) brusného obrobku nebo se povrch stává drsnější.

Před a po broušení se měří povrchová úprava obrobku pomocí systému Federal Contact Profiler System 5000, který zahrnuje více poloh a dva směry na obrobku. Kromě toho se na několika místech provádí měření povrchu bezkontaktního profilového měřidla.

Před broušením byla hodnocena povrchová úprava materiálu ze sčítačky a bylo zjištěno, že existují velké rozdíly v povrchové úpravě v různých směrech měření. Průměrná povrchová úprava byla 3,3 mikronu Ra při měření svisle a 2,1? MRa při měření vodorovně. K tomuto významnému rozdílu nedochází při měření standardních materiálů Inconel 718 v litém stavu. Zdá se, že tento rozdíl souvisí s 3D výrobními metodami, ale přesná příčina zatím není známa.

Konvenční metoda měření povrchové úpravy po broušení pomocí kontaktního profilovače musí být spíše kolmá k linii broušení než paralelně s linií broušení. V této studii byla povrchová úprava měřena ve dvou směrech rovnoběžných s linií broušení a kolmo k linii broušení. Naměřené výsledky po broušení jsou poté porovnány s podélným a bočním měřením před broušením.

Jde o to, že při měření povrchu po broušení ve směru kolmém k brousicí linii jehla protíná vrcholy a žlábky brousicí linie. Při měření v paralelním směru se jehla pohybuje rovnoběžně s linií mletí a nikdy nepřekračuje vrchol a údolí. Proto není překvapením, že v této studii byla (drsná) povrchová úprava měřená svisle významně vyšší než povrchová úprava měřená paralelně.

Po vyhodnocení povrchové úpravy materiálu vyrobeného materiálem před a po broušení bylo zjištěno, že existují významné rozdíly v povrchové úpravě v různých směrech měření. V této studii bylo měření povrchové úpravy prováděno paralelně s linií broušení a kolmo k linii broušení a výsledky byly skutečně výrazně odlišné. Při měření v paralelním směru je průměrná povrchová úprava před broušením 3,3 μmRa a 0,21 μm po broušení. Při vertikálním měření je průměrná povrchová úprava 2,1? MRa před broušením a 0,5? MRa po broušení.

Kromě toho byly vzorky přidání analyzovány pomocí 3D povrchového profileru Theanovea a technologie chromatografie na bílém světle k vizualizaci povrchových prvků. V tomto testu se po obdržení doplňkového výrobního vzorku provede tryskání média skleněným médiem, čímž se odstraní vyvýšená část povrchu. Čáry, které lze po broušení vidět na povrchu, jsou ty, které po broušení zůstaly. K dalšímu zmenšení povrchových linií a vytvoření ultrajemných povrchů lze použít brusné kotouče nebo jiné leštěné výrobky, jako je technická brusná páska, pokud je to rozhodující pro výkon a kvalitu komponentů.

Abychom dále porozuměli účinkům broušení na celkovou povrchovou integritu vzorků am IN718, byla po přijetí a broušení vzorků pomocí mikro-difrakčního zařízení Bruker-AXS D8 Discover provedena měření zbytkového napětí na povrchu. Porovnáním měření 6 různých poloh stejného vzorku v obou státech bylo zjištěno, že zbytkové napětí blízkého povrchu je záporné / za obou podmínek dochází ke kompresi. Tato situace nastává hlavně na součásti po jemném broušení a její zbytkové napětí v blízkosti povrchu je stlačitelné, což může zpomalit šíření povrchových trhlin a zlepšit únavovou životnost.

Během období studie byla měřena brusná síla podle rychlosti úběru 5 materiálů. Jak se zvyšuje rychlost úběru materiálu, zvyšuje se i brusná síla. Toto chování existuje ve většině operací broušení. Při minimální rychlosti 0,1 mm3 / s. / Mm je špičkový výkon během broušení 1,4 kW. Při maximální rychlosti úběru materiálu 3,9 mm3 / s / mm je brusný výkon 10,8 kW.

Výsledky této studie ukazují, že jemné broušení slitin na bázi niklu vyrobených z přísad (např. Inconel 718) může snížit drsnost povrchu téměř o 94% (paralelně s liniemi broušení) nebo 34% (kolmo k liniím broušení). Na vyžádání lze ultrajemné povrchy získat pomocí brusných kotoučů nebo jiných leštících produktů s jemnější zrnitostí, jako jsou technické brusné pásky. Výsledky navíc ukazují, že aby se zlepšila jemnost povrchu, je třeba z komponent odstranit 0,30 až 0,45 mm materiálu a odstranit všechny geometrické důsledky spojené s 3D výrobním procesem. Minimální míra úběru je klíčovou informací pro výrobce materiálu, protože se snaží maximalizovat téměř čistý tvar komponentů pro výrobu materiálu nákladově nejefektivnějším možným způsobem. Kromě toho údaje o zbytkovém napětí ukazují, že povrchové napětí po broušení je stlačitelné a může zpozdit expanzi povrchových trhlin, čímž se prodlouží únavová životnost vyráběných součástí.