משחזה ועד גימור: פתרונות לאחר טיפול לייצור תוספות

חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד הם בעלי עומס עבודה נמוך לאחר הגמר, וטחינה יכולה להיות פיתרון יעיל לסובלנות סופית.

השימוש הנרחב בייצור תוספות בשוק האוויר והחלל והרפואה הביא לדרישות גוברות על משטחי רכיבי המאיץ המוגמרים בכדי לענות על דרישות יישומי השימוש הסופי. תהליך ייצור התוספת מייצר רכיבים קרובים לצורה הסופית, ומפחית משמעותית את הצורך בגימור הסופי. באמצעות ייצור תוספות חומרים ניתן להפחית את שיעורי פסולת החומר כדי להקל על תהליך הייצור הכולל, אך המשמעות היא גם שתהליכי הגימור הבאים דורשים טכניקות עיבוד חוזרות מחמירות יותר ועקביות. לכן, חשוב להקפיד על עקביות לאחר הטיפול בכדי לעמוד בסובלנות הרכיבים ובדרישות איכות המשטח. השחזה יכולה להיות אפשרות יעילה נוספת לייצור תוספות ביישומים בהם סובלנות ומשטחים תובעניים יותר. השחזה מביאה לאיכות משטח טובה יותר ולשלמות בהשוואה לתהליכים אחרים להסרת חומרים קונבנציונליים. למידע נוסף על גימור ייצור התוספות, במיוחד כאשר הוא מוחל על רכיבי סגסוגת בטמפרטורה גבוהה המבוססים על ניקל בתעשייה האווירית, נורטון. מהנדסי סן-גוביין עידנו את מדגם Inconel 718 העשוי מתוספות. המחקר התמקד בשלוש שאלות: מהו כמות / נפח החומר המינימלי שצריך ללבוש מהרכיבים העשויים מהתוספת? איזה גימור משטח ניתן להשיג על ידי שחיקה של הרכיבים העשויים מהבוסטר באמצעות הדור האחרון של גלגלי השחזה? שלישית, מהי ההשפעה של השחזה דקה על המתח השיורי על פני השטח (אם בכלל) של רכיבי ייצור החיזוק?

דוגמאות של ה- AM IN718 המיוצרות בתהליך ישיר מתכת לייזר (DMLS) ניתנות על ידי Stratasys Direct Manufacturing. איור 1 מציג מדגם בדיקה לייצור התוסף. לאחר ייצור התוספת, המדגם מפוצץ במדיה ומתח מסולק. זה ואחריו איזוסטציה תרמית, טיפול / מסיסים מוצקים במוצק והתקשות משקעים. קשיות המדגם היא 40 HRC. ואז השתמש בנורטון. ה- MFP MFP-125.50.65 של מרכז הטכנולוגיה לטחינת סנט-גוביין היגינס טוחן לסירוגין דגימות מגלגל השחזה Norton NQX60E24VTX2 על מכונת השחזה.

ראשית, הגדל את עומק החיתוך בהדרגה, טחן מספר אזורים, קבע את כמות החומר המינימלית שיש להסיר, את פני השטח של טיפול ייצור התוספת. השחיקה מתבצעת אז בעומק החיתוך שצוין, ואז בודקים אם יש פגמים ברורים. איור 4 מראה תמונה של המדגם לאחר ניקוי הרכיבים במהלך הניסוי. על פי תוצאות הניסוי, על מנת לבטל את כל ההתעקשות הגיאומטרית וליקויי פני השטח הנובעים מתהליך ייצור התוספת, יש להסיר חומרים מהרכבה מכ- 0.30 ל- 0.45 מ"מ.

בדיקה זו משתמשת באורך השחזה של 50.8 מ"מ, בקוטר גלגל השחזה של 462 מ"מ ובמהירות עבודה של 23 מטר לשנייה. בסך הכל נבדקו חמישה שיעורי הסרת חומרים (MRR) בטווח של 0.1mm3 / sec. / Mm עד 3.9mm3 / sec. / Mm. התאם את קצב הסרת החומר על ידי שינוי מהירות התשואה (מ"מ / דקה) או עומק החיתוך (מ"מ). נבדקו שיעורי הסרת חומרים מרובים כדי להעריך את ההשפעה של שיעורי הסרת חומרים נמוכים ובינוניים על גימור השטח ויכולת השחזה. למרות שניתן לטחון סגסוגות מבוססות ניקל (למשל Inconel 718) עם חומרי שוחקים הנדסיים מודרניים בשיעור הסרה גבוה, המחקר בחר בשיעור הסרת חומרים נמוך יותר בהתבסס על קצב הגימור הסטנדרטי הנוכחי לגימור חלקי העבודה הסטנדרטיים של Inconel בתעשייה. במקרה של שחיקה של חלקי עבודה רגילים (ללא ייצור), התוצאה הצפויה היא שככל שקצב הסרת החומר גדל וכוח השחזה גדל, גימור פני השטח (Ra) של עבודת השחזה יגדל או שהמשטח יהפוך מחוספס יותר.

לפני השחזה ואחריה, גימור פני השטח של עבודת העבודה נמדד באמצעות מערכת פדרל קשר פרופילר 5000, הכוללת מספר מצבים ושני כיוונים על עבודת העבודה. בנוסף, מדידות משטח פרופיל ללא מגע מבוצעות בכמה מיקומים.

לפני הטחינה הוערך גימור פני השטח של החומר העשוי מהתוספת, ונמצא כי היו הבדלים גדולים בגימור בכיווני מדידה שונים. הגימור הממוצע היה 3.3 מיקרון רא במדידה אנכית ו 2.1? MRa במדידה אופקית. הבדל משמעותי זה אינו מתרחש בעת מדידת חומרים סטנדרטיים של יציקת אינקונל 718. נראה כי הבדל זה קשור לשיטות ייצור תלת ממדיות, אך הסיבה המדויקת טרם ידועה.

השיטה המקובלת למדידת גימור פני השטח לאחר השחזה באמצעות פרופיל מגע היא בניצב לקו השחזה, ולא במקביל לקו השחזה. במחקר זה גימור פני השטח נמדד בשני כיוונים המקבילים לקו השחזה ובניצב לקו השחזה. התוצאות הנמדדות לאחר השחזה מושוות אז למדידות האורך והרוחב לפני השחזה.

העניין הוא שכאשר מודדים את המשטח לאחר השחזה בכיוון הניצב לקו השחזה, המחט חוצה את פסגות ושפלות קו השחזה. כאשר מודדים בכיוון מקביל, המחט נעה במקביל לקו השחזה ולעולם אינה חוצה את הפסגה והעמק. לכן, באופן לא מפתיע, במחקר זה, גימור השטח (הגס) שנמדד אנכית היה גבוה משמעותית מזה שנמדד במקביל.

לאחר הערכת גימור פני השטח של החומר שיוצר החומר לפני ואחרי הטחינה, נמצא כי היו הבדלים משמעותיים בגימור בכיווני מדידה שונים. במחקר זה, מדידת גימור פני השטח בוצעה במקביל לקו השחזה ובניצב לקו השחזה, והתוצאות אכן היו שונות באופן משמעותי. כאשר נמדדים בכיוון מקביל, גימור פני השטח הממוצע לפני השחזה הוא 3.3? MRa ו- 0.21? Ma לאחר השחזה. כאשר מודדים אנכית, גימור פני השטח הממוצע הוא 2.1? MRa לפני השחזה ו- 0.5? MRa לאחר השחזה.

בנוסף, דגימות התוספת נותחו באמצעות Thilerovea 3D משטח פרופיל וטכנולוגיה כרומטרית אור לבן כדי להמחיש את תכונות פני השטח. בבדיקה זו, לאחר קבלת מדגם ייצור התוספות, הפיצוץ הבינוני נעשה באמצעות מדיום זכוכית, ומסיר את החלק המוגבה של המשטח. הקווים שניתן לראות על פני השטח לאחר השחזה הם אלה שנותרו על ידי פעולת השחזה. ניתן להשתמש בגלגלי השחזה או במוצרים מלוטשים אחרים, כגון סרט השחזה הנדסי, להפחתת קווי פני השטח וליצירת משטחים עדינים במיוחד, בתנאי שזה קריטי לביצועים ולאיכות הרכיבים.

כדי להבין עוד יותר את ההשפעות של השחזה על שלמות השטח הכוללת של דגימות am IN718, בוצעו מדידות מתח שיורית על פני השטח לאחר קבלת ודחיסת דגימות באמצעות מכשיר מיקרו-עקיפה של Bruker-AXS D8 Discover. בהשוואת המדידות של 6 עמדות שונות של אותה דגימה בשני המדינות, נמצא שהמתח השיורי של המשטח הקרוב הוא שלילי / יש דחיסה בשני התנאים. מצב זה מתרחש בעיקר על הרכיב לאחר השחזה דקה, והלחץ השיורי הקרוב למשטח שלו ניתן לדחיסה, מה שעלול לעכב את התפשטות סדקי השטח ולשפר את חיי העייפות.

במהלך תקופת המחקר, כוח הטחינה נמדד על פי קצב ההסרה של 5 חומרים. ככל שקצב הסרת החומרים עולה, כך עולה כוח הטחינה. התנהגות זו קיימת ברוב פעולות השחזה. בקצב מינימלי של 0.1mm3 / sec. / Mm, עוצמת השיא במהלך השחזה היא 1.4kW. בקצב הסרת החומר המקסימלי של 3.9 מ"מ לשנייה. / מ"מ, כוח השחזה הוא 10.8 קג"מ.

תוצאות מחקר זה מראות כי שחיקה דקה של סגסוגות מבוססות ניקל העשויות תוספות (למשל Inconel 718) יכולה להפחית את חספוס פני השטח בכמעט 94% (במקביל לקווי השחזה) או 34% (בניצב לקווי השחזה). על פי בקשה, ניתן להשיג משטחים עדינים במיוחד באמצעות גלגלי השחזה או מוצרי ליטוש אחרים בעלי גרגירים שוחקים עדינים יותר, כגון סרטי השחזה הנדסיים. בנוסף, התוצאות מראות שכדי לשפר את עדינות פני השטח, יש להסיר 0.30 עד 0.45 מ"מ של חומרים מהרכיבים ולהסיר את כל העקרונות הגיאומטריים הקשורים לתהליך הייצור התלת-ממדי. שיעורי הסרה מינימליים הם מידע מרכזי עבור יצרני חומרים שכן הם שואפים למקסם את הצורה הכמעט-נטית של רכיבי ייצור החומרים בצורה החסכונית ביותר שיש. בנוסף, נתוני לחץ שיורית מראים כי מתח השטח לאחר השחזה ניתן לדחיסה ויכול לעכב את התפשטות סדקי השטח, ובכך להאריך את חיי העייפות של הרכיבים המיוצרים.