Від шліфування до фінішної обробки: Рішення для післяобробки для виготовлення додаткових компонентів

3D-друковані металеві деталі мають низьке навантаження після фінішної обробки, і шліфування може стати ефективним рішенням для остаточних допусків.

Широке використання додаткового виробництва на аерокосмічному та медичному ринках призвело до збільшення вимог до поверхонь готових підсилювальних компонентів для задоволення потреб кінцевого використання. У процесі виробництва додавання виробляються компоненти, близькі до остаточної форми, що значно зменшує потребу в остаточній обробці. Завдяки виробництву додавання матеріалів можна зменшити норми відходів матеріалів, щоб полегшити загальний виробничий процес, але це також означає, що подальші процеси обробки вимагають більш суворих технологій переробки та послідовності. Тому важливо забезпечити послідовність післяобробки, щоб задовольнити допуски до компонентів та вимоги до якості поверхні. Шліфування може бути ще одним ефективним варіантом для виготовлення присадок у випадках, коли допуски та поверхні є більш вимогливими. Шліфування призводить до кращої якості та цілісності поверхні, ніж інші звичайні процеси видалення матеріалу. Щоб дізнатись більше про закінчення виробництва додатків, особливо якщо застосовувати їх до компонентів з високотемпературних сплавів на основі нікелю в аерокосмічній промисловості, Нортон Інженери Saint-Gobain вдосконалили зразок Inconel 718, виготовлений з доповнень. Дослідження було зосереджено на трьох питаннях: Яка мінімальна кількість / об’єм матеріалу, який потрібно носити з компонентів, виготовлених із суматора? Якої обробки поверхні можна досягти шліфуванням деталей, виготовлених з підсилювача, за допомогою шліфувальних кружків останнього покоління? По-третє, який вплив має тонке подрібнення на залишкове напруження на поверхні (якщо воно є) деталей виготовлення арматури?

Зразки AM IN718, виготовлені за методом прямого лазерного спікання металів (DMLS), надані Stratasys Direct Manufacturing. На малюнку 1 показано тестовий зразок для виготовлення надбудови. Після виготовлення додавання зразок продувають середовищем і усувають стрес. Потім слід термоізостація, твердорозчинна обробка / знезапалення та затвердіння атмосферними опадами. Твердість зразка становить 40 HRC. Потім використовуйте Нортона. Magele MFP-125.50.65 Центру технологічного шліфування Saint-Gobain Higgins періодично шліфує зразки шліфувального круга Norton NQX60E24VTX2 на шліфувальному верстаті.

По-перше, поступово збільшуйте глибину різання, шліфуючи кілька областей, визначайте мінімальну кількість матеріалу, що видаляється, поверхню додавання обробної обробки. Потім шліфування проводять на заданій глибині різання, а потім перевіряють поверхню на наявність явних дефектів. На малюнку 4 показано зображення зразка після очищення компонентів під час експерименту. Згідно з експериментальними результатами, щоб усунути всі геометричні нестійкості та дефекти поверхні, що виникають в процесі виготовлення додатків, матеріали зі скла потрібно видалити приблизно з 0,30 до 0,45 мм.

У цьому випробуванні використовується шліфувальна довжина 50,8 мм, діаметр шліфувального круга 462 мм і робоча швидкість 23 м / с. Всього було випробувано п’ять швидкостей видалення матеріалу (MRR) у діапазоні від 0,1 мм3 / сек. / Мм до 3,9 мм3 / сек. / Мм. Відрегулюйте швидкість видалення матеріалу, змінивши швидкість подачі (мм / хв) або глибину різання (мм). Для оцінки впливу низької та середньої швидкості видалення матеріалу на обробку поверхні та здатність шліфування випробовували багаторазові швидкості видалення матеріалу. Незважаючи на те, що сплави на основі нікелю (наприклад, Inconel 718) можна розмелювати сучасними інженерними абразивами з високою швидкістю видалення, дослідження обрало нижчу швидкість видалення матеріалу на основі чинної стандартної швидкості обробки для обробки стандартних обробних деталей Inconel у промисловості. У разі стандартного (несумісного виробництва) шліфування робочих деталей очікуваний результат полягає в тому, що зі збільшенням швидкості видалення матеріалу та збільшенням потужності шліфування обробка поверхні (Ra) шліфувального заготовки збільшується або поверхня стає грубіше.

До і після шліфування обробка поверхні заготовки вимірюється за допомогою Федеральної системи контактних профілів 5000, яка включає декілька положень та два напрямки на заготовці. Крім того, безконтактні вимірювання поверхні калібрувальних профілів проводяться в декількох місцях.

Перед шліфуванням оцінювали поверхневу обробку матеріалу, виготовленого з додавача, і виявляли, що існують великі відмінності в обробці в різних напрямках вимірювання. Середнє покриття становило 3,3 мкм Ra при вертикальному вимірі та 2,1 мкРа при горизонтальному вимірюванні. Ця суттєва різниця не виникає при вимірюванні стандартних литих матеріалів Inconel 718. Здається, ця різниця пов’язана із 3D-методами виготовлення, але точна причина поки не відома.

Звичайний метод вимірювання обробки поверхні після шліфування за допомогою контактного профайлера повинен бути перпендикулярним лінії шліфування, а не паралельним лінії шліфування. У цьому дослідженні обробку поверхні вимірювали у двох напрямках, паралельних лінії шліфування та перпендикулярно лінії шліфування. Потім виміряні результати після шліфування порівнюють з поздовжніми та поперечними вимірами перед шліфуванням.

Справа в тому, що при вимірюванні поверхні після шліфування в напрямку, перпендикулярному до лінії шліфування, голка перетинає піки та жолоби лінії шліфування. При вимірюванні в паралельному напрямку голка рухається паралельно лінії шліфування і ніколи не перетинає пік і долину. Тому, як не дивно, у цьому дослідженні (шорстка) поверхня поверхні, виміряна вертикально, була значно вищою, ніж паралельно.

Оцінивши поверхневу обробку матеріалу, виготовленого матеріалом до та після шліфування, було встановлено, що існували значні відмінності в обробці в різних напрямках вимірювання. У цьому дослідженні вимірювання обробки поверхні проводили паралельно лінії шліфування та перпендикулярно лінії шліфування, і результати справді суттєво відрізнялись. При вимірюванні в паралельному напрямку середня обробка поверхні перед шліфуванням становить 3,3 мкРа та 0,21 мкм після шліфування. При вертикальному вимірюванні середня обробка поверхні становить 2,1? МРа перед шліфуванням та 0,5? МРа після шліфування.

Крім того, зразки додавання аналізували за допомогою 3D-профайлера поверхні Theanovea та хроматичної технології білого світла для візуалізації особливостей поверхні. У цьому випробуванні, після отримання додаткового виробничого зразка, обробку середовища здійснюють скляним середовищем, видаляючи підняту частину поверхні. Лінії, які можна побачити на поверхні після шліфування, це ті, що залишилися в процесі шліфування. Шліфувальні круги або інші поліровані вироби, такі як інженерна шліфувальна стрічка, можуть бути використані для подальшого зменшення поверхневих ліній та створення надтонких поверхонь за умови, що це є критичним для продуктивності та якості компонентів.

Для подальшого розуміння впливу помелу на загальну цілісність поверхні зразків am IN718 проводили вимірювання залишкового напруження на поверхні після отримання та подрібнення зразків за допомогою мікродифракційного пристрою Bruker-AXS D8 Discover. Порівнюючи вимірювання 6 різних положень одного і того ж зразка в обох станах, виявляється, що залишкове напруження прилеглої поверхні є негативним / відбувається стиснення за обох умов. Ця ситуація в основному виникає на компоненті після тонкого подрібнення, а його залишкові напруги біля поверхні стискаються, що може затримати розповсюдження поверхневих тріщин і поліпшити термін служби.

Протягом періоду дослідження потужність помелу вимірювали відповідно до швидкості видалення 5 матеріалів. Зі збільшенням швидкості видалення матеріалу зростає і сила подрібнення. Така поведінка існує у більшості операцій помелу. При мінімальній швидкості 0,1 мм3 / сек. / Мм пікова потужність під час шліфування становить 1,4 кВт. При максимальній швидкості видалення матеріалу 3,9 мм3 / сек. / Мм потужність помелу становить 10,8 кВт.

Результати цього дослідження показують, що тонке подрібнення сплавів на основі нікелю, виготовлених із додавачів (наприклад, Inconel 718), може зменшити шорсткість поверхні майже на 94% (паралельно шліфувальним лініям) або на 34% (перпендикулярно шліфувальним лініям). За запитом надтонкі поверхні можна отримати за допомогою шліфувальних кругів або інших полірувальних виробів з більш дрібною абразивною зернистістю, таких як інженерні шліфувальні стрічки. Крім того, результати показують, що для поліпшення тонкості поверхні потрібно видалити з компонентів від 0,30 до 0,45 мм матеріалу та видалити всі геометричні нестійкості, пов’язані з процесом виготовлення 3D. Мінімальні показники видалення є ключовою інформацією для виробників матеріалів, оскільки вони прагнуть максимально збільшити форму чистої частини компонентів, що виготовляють матеріали, найбільш економічно ефективним способом. Крім того, дані залишкового напруження показують, що поверхневе напруження після шліфування стискається і може затримати розширення поверхневих тріщин, тим самим збільшуючи термін втоми виготовлених компонентів.