Liệu-quá trình xử lý hậu kỳ có làm hỏng cấu trúc bên trong không?

一, Nguyên tắc kỹ thuật: Vấn đề chính khi xử lý hậu kỳ bằng máy
Mục đích chính của-xử lý hậu kỳ là cải thiện chất lượng bề mặt, độ chính xác về kích thước hoặc chất lượng cơ học của các bộ phận bằng cách cắt, đánh bóng, xử lý nhiệt và các phương pháp khác. Các đối tượng được xử lý thường là các bộ phận được tạo ra bằng các quy trình như sản xuất bồi đắp (AM), đúc hoặc rèn. Cấu trúc bên trong của các bộ phận này có thể chứa các tính năng sau:
Các khuyết tật vi mô, độ xốp như vậy, thiếu vùng nhiệt hạch (LOF) trong các bộ phận được chế tạo bằng cách sử dụng công nghệ sản xuất bồi đắp hoặc độ xốp bị thu hẹp và vết nứt trong các bộ phận đúc.
Ứng suất dư là lực căng tích tụ bên trong vật thể do sự thay đổi nhiệt độ hoặc pha. Điều này có thể khiến đồ vật bị cong hoặc vỡ sau khi được xử lý.
Vật liệu chuyển màu và cấu trúc hạt không{0}}đồng nhất là những ví dụ về tổ chức không đồng đều có thể thay đổi cách loại bỏ vật liệu trong quá trình xử lý.
Các biện pháp can thiệp trong quá trình xử lý sau{0}}có thể sửa đổi các cấu trúc bên trong này bằng áp suất cơ học, tác động nhiệt hoặc phản ứng hóa học, dẫn đến suy giảm hiệu suất hoặc tăng nguy cơ hỏng hóc.
2, Hiệu quả và nghiên cứu trường hợp của các thủ tục điển hình
1. Cắt cơ học: loại bỏ ứng suất và kích hoạt các khuyết tật
Khi một dụng cụ và một bộ phận tiếp xúc trực tiếp trong quá trình cắt cơ học (chẳng hạn như phay và tiện), vật liệu sẽ bị loại bỏ. Điều này có thể tạo ra những thay đổi sau trong cấu trúc bên trong của bộ phận:
Phân phối lại ứng suất dư: Lực cắt có thể ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất bề mặt của bộ phận và có khả năng hình thành các vết nứt nhỏ bên trong. Ví dụ: một công ty máy bay đã quan sát thấy rằng ứng suất dư của các cánh hợp kim titan được chế tạo bằng phương pháp sản xuất bồi đắp đã tăng từ -150MPa đến +80MPa sau khi phay. Điều này làm giảm 30% tuổi thọ mệt mỏi của họ.
Sự lan truyền khuyết tật: Rung động khi cắt có thể khiến các lỗ nhỏ hoặc các khu vực hợp nhất không hoàn toàn bên trong vật liệu phát triển thành các vết nứt lớn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng sau{1}}phay thô, độ xốp của các thành phần hợp kim nhôm được sản xuất bằng phương pháp nung chảy lớp bột bằng laser (LPBF) tăng từ 0,5% lên 1,2%, trong khi độ bền khi gãy giảm đi 25%.
Trả lời:
Sử dụng gia công có độ chính xác cực cao (như tiện-một điểm kim cương) để giảm lực cắt. Thực hiện xử lý nhiệt (như ủ giảm ứng suất) trước khi cắt để cân bằng ứng suất bên trong. Tối ưu hóa đường chạy dao để tránh xa các vị trí có xu hướng tích tụ rung động.
2. Xử lý nhiệt: thay đổi tổ chức và độ ổn định của kích thước
Việc thay đổi trạng thái pha của vật liệu thông qua xử lý nhiệt (như làm nguội, ủ và ép đẳng tĩnh nóng) có thể cải thiện hiệu suất nhưng cũng có thể gây ra:
Biến dạng do biến đổi pha: Sự tăng thể tích xảy ra trong quá trình biến đổi martensitic có thể khiến các mảnh thay đổi hình dạng. Ví dụ: sau khi cacbon hóa và làm nguội, sai số biên dạng răng của một bánh răng cụ thể của xe đã tăng từ ± 0,02 mm lên ± 0,05 mm.
Độ xốp do nhiệt (TIP): Sau khi ép đẳng nhiệt nóng (HIP), các lỗ khí trơ có thể phát triển trở lại ở các bộ phận được chế tạo bằng chất phụ gia. Các nghiên cứu chỉ ra rằng sau{1}}HIP, nếu thời gian ủ của hợp kim Ti-6Al-4V vượt quá 4 giờ thì độ xốp có thể tăng 0,3%.
Trả lời:
Sử dụng phương pháp làm nguội phân loại hoặc làm nguội đẳng nhiệt để theo dõi tốc độ thay đổi pha;
Để dừng TIP, hãy tinh chỉnh-các thông số quy trình HIP (chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất và thời gian).
Ứng suất được thải ra thông qua quá trình "gia công thô → xử lý nhiệt → gia công chính xác", kết hợp xử lý nhiệt và gia công.
3. Tăng cường bề mặt: ứng suất nén dư và hiệu suất mỏi
các kỹ thuật gia cố bề mặt, chẳng hạn như mài và lăn, tăng thêm ứng suất nén dư, làm tăng tuổi thọ mỏi. Tuy nhiên, những kỹ thuật này cũng có thể gây ra:
Làm hỏng bề mặt: Quá nhiều vết mài mòn có thể gây ra các vết nứt nhỏ hoặc sự tinh tế của hạt bề mặt. Ví dụ, sau khi bắn mài, độ nhám bề mặt của một trục động cơ máy bay cụ thể đã tăng từ Ra1,6 μm lên Ra0,4 μm, trong khi độ sâu của nguồn đứt gãy do mỏi tăng lên 0,1mm.
Mất cân bằng độ dốc ứng suất: Khi lớp ứng suất nén dư và ứng suất ma trận không khớp nhau, nó có thể gây ra sự phân tách. Các nghiên cứu chỉ ra rằng các thành phần hợp kim nhôm chịu va đập bằng tia laser (LSP) dễ bị nứt vi mô ở bề mặt khi độ sâu ứng suất nén dư vượt quá 0,5mm.
Trả lời:
Kiểm soát cường độ phun bi (ví dụ: bằng cách đo độ bao phủ của mẫu thử Almen); sử dụng các quy trình tăng cường hỗn hợp (ví dụ, bắn và lăn) để cân bằng độ dốc ứng suất; và sử dụng mô phỏng số để tìm ra các thông số quy trình tốt nhất.
3, Quản lý rủi ro: từ thiết kế quy trình đến theo dõi trực tuyến
Ngành cần thiết lập một hệ thống kiểm soát quy trình kỹ lưỡng để hạn chế thiệt hại mà quá trình xử lý hậu kỳ gây ra cho cấu trúc bên trong.
Trong giai đoạn thiết kế quy trình, hãy chọn kết hợp các quy trình-xử lý hậu kỳ phù hợp với nhu cầu về vật liệu, cấu trúc và hiệu suất của các bộ phận. Ví dụ, đánh bóng bằng điện phân HIP+ tốt hơn đánh bóng cơ học trực tiếp đối với các mặt hàng được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp.
Sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để tìm hiểu ứng suất sẽ lan rộng như thế nào và mọi thứ sẽ thay đổi hình dạng như thế nào khi chúng được gia công. Một công ty nào đó đã sử dụng mô phỏng để cải thiện cài đặt phay, giúp cắt biến dạng gia công của các bộ phận hợp kim titan từ 0,15 mm xuống 0,03 mm.
Giai đoạn thực hiện để xử lý:
Sử dụng các công cụ giám sát thông minh như phát xạ âm thanh và cảm biến lực cắt để cung cấp thông tin-theo thời gian thực về quá trình gia công đang diễn ra. Ví dụ, một nhà sản xuất máy công cụ đã phát minh ra "hệ thống cắt thích ứng", có thể thay đổi tốc độ tiến dao một cách nhanh chóng để tránh rung động quá nhiều.
Sử dụng điều khiển-vòng kín và thay đổi các tham số quy trình tùy thuộc vào dữ liệu từ quá trình phát hiện trực tuyến. Nếu một hãng máy bay sử dụng giao thoa kế laser để đo độ nhám của bề mặt và sau đó tự động điều chỉnh áp suất đánh bóng.
Giai đoạn kiểm tra chất lượng:
Sử dụng các phương pháp-thử nghiệm không phá hủy (NDT) như chụp cắt lớp vi tính bằng tia X- và thử nghiệm siêu âm để tìm ra các vấn đề bên trong vật thể. Các nghiên cứu tiết lộ rằng CT công nghiệp có thể tìm thấy các lỗ chân lông rộng 0,02mm với độ chính xác 98%.
Thiết lập một chuỗi xử lý dữ liệu thử nghiệm và sử dụng máy học để đoán xem một bộ phận sẽ tồn tại trong bao lâu. Ví dụ: một doanh nghiệp nhất định có thể sử dụng dữ liệu trong quá khứ để đào tạo một mô hình có thể dự đoán khả năng hỏng bánh răng trước sáu tháng.