De la măcinare la finisare: Soluții post-tratament pentru fabricarea de add-on-uri

Piesele metalice imprimate 3D au un volum de muncă scăzut după finisare, iar măcinarea are potențialul de a fi o soluție eficientă pentru toleranțele finale.

Utilizarea pe scară largă a producției de suplimente pe piețele aerospațiale și medicale a condus la creșterea cererilor pe suprafețele componentelor de rapel finite pentru a satisface cerințele aplicațiilor de utilizare finală. Procesul de fabricație plus produce componente aproape de forma finală, reducând în mod semnificativ nevoia de finisare finală. Prin fabricarea de materiale, ratele deșeurilor de materiale pot fi reduse pentru a facilita procesul general de fabricație, dar acest lucru înseamnă, de asemenea, că procesele de finisare ulterioare necesită tehnici de reprocesare mai stricte și coerență. Prin urmare, este important să se asigure coerența post-tratament pentru a îndeplini toleranțele componentelor și cerințele de calitate a suprafeței. Măcinarea poate fi o altă opțiune eficientă pentru fabricarea adders în aplicații în cazul în care toleranțele și suprafețele sunt mai exigente. Măcinarea duce la o calitate și o integritate mai bună a suprafeței decât alte procese convenționale de îndepărtare a materialelor. Pentru a afla mai multe despre finisarea producției de adaos, în special atunci când este aplicată componentelor din aliaj de înaltă temperatură pe bază de nichel din industria aerospațială, Norton. Inginerii Saint-Gobain au rafinat proba Inconel 718 din suplimente. Studiul s-a axat pe trei întrebări: Care este cantitatea minimă/volumul materialului care trebuie purtat din componentele realizate din adder? Ce finisaj de suprafață poate fi realizat prin măcinarea componentelor realizate din rapel folosind cea mai recentă generație de roți de șlefuire? În al treilea rând, care este efectul de măcinare fină asupra stresului rezidual de suprafață (dacă există) a componentelor de fabricație armare?

Probele din AM IN718 fabricate cu ajutorul procesului Direct Metal Laser Sintering (DMLS) sunt furnizate de Stratasys Direct Manufacturing. Figura 1 prezintă o probă de testare pentru fabricarea programului de completare. După ce se fabrică adăugarea, proba este blasted cu mass-media și stresul este eliminat. Aceasta este urmată de izostație termică, tratament solubil solid/deaprindere și întărire a precipitațiilor. Duritatea eșantionului este de 40 HRC. Apoi utilizați Norton. Magele MFP-125.50.65 a Saint-Gobain Higgins Slefuire Technology Center macină intermitent probe de la Norton NQX60E24VTX2 slefuire roata de pe masina de slefuire.

În primul rând, crește treptat adâncimea de tăiere, măcinare mai multe zone, determina cantitatea minimă de material care urmează să fie eliminate, suprafața tratamentului de fabricație plus. Măcinarea se efectuează apoi la adâncimea specificată de tăiere, iar apoi suprafața este verificată pentru defecte evidente. Figura 4 prezintă o imagine a eșantionului după curățarea componentelor în timpul experimentului. Conform rezultatelor experimentale, pentru a elimina toate insistența geometrică și defecte de suprafață care decurg din procesul de fabricație plus, materialele din asamblare trebuie să fie eliminate de la aproximativ 0.30 la 0.45mm.

Acest test utilizează o lungime de măcinare de 50,8 mm, un diametru al roții de măcinare de 462mm și o viteză de lucru de 23m/s. Un total de cinci rate de eliminare a materialelor (RMR) au fost testate în intervalul 0.1mm3/sec./mm la 3.9mm3/sec./mm. Reglați viteza de îndepărtare a materialului prin schimbarea vitezei de randament (mm/min) sau a adâncimii de tăiere (mm). Au fost testate mai multe rate de îndepărtare a materialelor pentru a evalua efectul ratelor scăzute și medii de îndepărtare a materialelor asupra capacității de finisare și măcinare a suprafeței. Deși aliajele pe bază de nichel (de exemplu, Inconel 718) pot fi măcinate cu materiale abrazive moderne de inginerie la o rată ridicată de îndepărtare, studiul a selectat o rată mai mică de îndepărtare a materialului pe baza ratei standard actuale de finisare pentru finisarea pieselor standard de lucru Inconel în industrie. În cazul de standard (non-adder de fabricație) partea de lucru de slefuire, rezultatul așteptat este că, pe măsură ce rata de îndepărtare a materialului crește și crește puterea de măcinare, finisajul suprafeței (Ra) a piesei de lucru de măcinare va crește sau suprafața va deveni mai dur.

Înainte și după măcinare, finisajul suprafeței piesei de lucru este măsurat folosind Sistemul Federal de Profiler contact 5000, care include mai multe poziții și două direcții pe piesa de lucru. În plus, măsurătorile de suprafață ale ecartamentului profilului contactless sunt efectuate în mai multe locuri.

Înainte de măcinare, finisajul suprafeței din adder a fost evaluat și s-a constatat că au existat diferențe mari în finisaj în direcții de măsurare diferite. Finisajul mediu a fost de 3,3 microni Ra atunci când este măsurat vertical și de 2,1?mRa atunci când este măsurat orizontal. Această diferență semnificativă nu apare atunci când se măsoară standard exprimate de stat Inconel 718 materiale. Această diferență pare să fie legată de metodele de fabricație 3D, dar cauza exactă nu este încă cunoscută.

Metoda convențională de măsurare a finisajului suprafeței după măcinare cu ajutorul unui profiler de contact trebuie să fie perpendiculară pe linia de măcinare, mai degrabă decât paralelă cu linia de măcinare. În acest studiu, finisajul suprafeței a fost măsurat în două direcții paralele cu linia de măcinare și perpendicular pe linia de măcinare. Rezultatele măsurate după măcinare sunt apoi comparate cu măsurătorile longitudinale și laterale înainte de măcinare.

Ideea este că, atunci când se măsoară suprafața după măcinare într-o direcție perpendiculară pe linia de măcinare, acul traversează vârfurile și jgheaburile liniei de măcinare. Atunci când se măsoară într-o direcție paralelă, acul se deplasează paralel cu linia de măcinare și nu traversează niciodată vârful și valea. Prin urmare, în mod surprinzător, în acest studiu, finisajul (dur) al suprafeței măsurat vertical a fost semnificativ mai mare decât cel măsurat în paralel.

După evaluarea finisajului suprafeței materialului fabricat de material înainte și după măcinare, s-a constatat că au existat diferențe semnificative de finisare în direcții diferite de măsurare. În acest studiu, măsurarea finisajului suprafeței a fost efectuată în paralel cu linia de măcinare și perpendiculară pe linia de măcinare, iar rezultatele au fost într-adevăr semnificativ diferite. Atunci când se măsoară într-o direcție paralelă, finisajul mediu al suprafeței înainte de măcinare este de 3,3?mRa și 0,21?ma după măcinare. Atunci când se măsoară vertical, finisajul mediu al suprafeței este de 2,1?mRa înainte de măcinare și de 0,5?mRa după măcinare.

În plus, probele de adăugare au fost analizate cu ajutorul profilerului de suprafață Theanovea 3D și al tehnologiei cromatrice de lumină albă pentru a vizualiza caracteristicile suprafeței. În acest test, după primirea probei de fabricație add-on, sablarea medie se face cu mediu de sticlă, eliminând partea ridicată a suprafeței. Liniile care pot fi văzute la suprafață după măcinare sunt cele lăsate de operațiunea de măcinare. Roțile de măcinare sau alte produse lustruite, ar fi banda de măcinare tehnică, pot fi utilizate pentru a reduce și mai mult liniile de suprafață și pentru a crea suprafețe ultra-fine, cu condiția ca acest lucru să fie esențial pentru performanța și calitatea componentelor.

Pentru a înțelege mai bine efectele măcinarii asupra integrității globale a suprafeței probelor am IN718, măsurătorile de stres rezidual de suprafață au fost efectuate după primirea și măcinarea probelor cu ajutorul dispozitivului de micro-difracție Bruker-AXS D8 Discover. Comparând măsurătorile a 6 poziții diferite ale aceleiași probe în ambele stări, se constată că stresul rezidual al suprafeței apropiate este negativ/există compresie în ambele condiții. Această situație apare în principal pe componentă după măcinarea fină, iar stresul rezidual din apropierea suprafeței este compresibil, ceea ce poate întârzia răspândirea fisurilor de suprafață și poate îmbunătăți durata de viață a oboselii.

În timpul perioadei de studiu, puterea de măcinare a fost măsurată în funcție de rata de îndepărtare a 5 materiale. Pe măsură ce rata de îndepărtare a materialului crește, la fel și puterea de măcinare. Acest comportament există în majoritatea operațiunilor de măcinare. La o rată minimă de 0,1 mm3/sec./mm, puterea de vârf în timpul șlefuirii este de 1,4kW. La viteza maximă de îndepărtare a materialului de 3,9 mm3/sec./mm, puterea de măcinare este de 10,8kW.

Rezultatele acestui studiu arată că măcinarea fină a aliajelor pe bază de nichel fabricate din addere (de exemplu, Inconel 718) poate reduce rugozitatea suprafeței cu aproape 94% (paralel cu liniile de măcinare) sau cu 34% (perpendicular pe liniile de măcinare). La cerere, suprafețele ultra-fine pot fi obținute folosind roți de măcinare sau alte produse de lustruire cu granularitate abrazivă mai fină, ar fi benzi de măcinare de inginerie. În plus, rezultatele arată că, pentru a îmbunătăți finețea suprafeței, 0,30 până la 0,45 mm de material trebuie îndepărtat din componente și toate insistențele geometrice asociate cu procesul de fabricație 3D eliminat. Ratele minime de eliminare sunt informații esențiale pentru producătorii de materiale, deoarece aceștia se străduiesc să maximizeze forma aproape netă a componentelor de fabricație a materialelor în modul cel mai rentabil posibil. În plus, datele reziduale de stres arată că stresul de suprafață după măcinare este compresibil și poate întârzia expansiunea fisurilor de suprafață, prelungind astfel durata de oboseală a componentelor fabricate.