¿El post-procesamiento dañará la estructura interna?

一, Principio técnico: el principal problema con el procesamiento de la máquina de pos-procesamiento
El objetivo principal del pos-procesamiento es mejorar la calidad de la superficie, la precisión dimensional o las cualidades mecánicas de las piezas mediante corte, pulido, tratamiento térmico y otros métodos. Los objetos procesados ​​suelen ser piezas que se fabricaron mediante procedimientos como fabricación aditiva (AM), fundición o forja. La estructura interna de estas piezas puede contener las siguientes características:
Defectos microscópicos, como porosidad, falta de zona de fusión (LOF) en piezas fabricadas mediante fabricación aditiva, o porosidad menguante y grietas en piezas fundidas.
El estrés residual es la tensión que se acumula dentro de un objeto debido a un cambio de temperatura o fase. Esto puede hacer que el objeto se doble o se rompa después de haber sido procesado.
Los materiales degradados y la estructura de grano no-uniforme son ejemplos de organización desigual que podría cambiar la forma en que se eliminan los materiales durante el procesamiento.
Las intervenciones en el pos-procesamiento pueden modificar estas estructuras internas mediante presiones mecánicas, impactos térmicos o reacciones químicas, lo que resulta en una degradación del rendimiento o un aumento del riesgo de fallas.
2, El efecto y estudio de caso de procedimientos típicos.
1. Corte mecánico: liberar estrés y activar defectos
Cuando una herramienta y una pieza entran en contacto directo durante el corte mecánico (como fresado y torneado), se elimina material. Esto puede producir los siguientes cambios en la estructura interna de la pieza:
Redistribución de la tensión residual: las fuerzas de corte pueden afectar el estado de tensión de la superficie de la pieza y potencialmente provocar la formación de microfisuras internas. Una empresa aeronáutica, por ejemplo, observó que la tensión residual de las palas de aleación de titanio fabricadas mediante fabricación aditiva pasaba de -150 MPa a +80 MPa después del fresado. Esto redujo su vida de fatiga en un 30%.
Propagación de defectos: la vibración de corte puede provocar que pequeños agujeros o áreas de fusión incompleta dentro del material crezcan hasta convertirse en grandes fisuras. Los estudios indican que después del -fresado en desbaste, la porosidad de los componentes de aleación de aluminio producidos mediante fusión por láser en lecho de polvo (LPBF) aumenta del 0,5 % al 1,2 %, mientras que la tenacidad a la fractura disminuye en un 25 %.
Respuesta:
Utilice mecanizado de ultra-precisión (como torneado con diamante de un solo-punto) para reducir la fuerza de corte. Realice un tratamiento térmico (como recocido para aliviar la tensión) antes de cortar para igualar la tensión interna. Optimice la trayectoria de la herramienta para mantenerse alejado de lugares donde las vibraciones tienden a acumularse.
2. Tratamiento térmico: cambios en la organización y estabilidad de las dimensiones
Cambiar el estado de fase de los materiales mediante tratamiento térmico (como enfriamiento, revenido y prensado isostático en caliente) puede mejorar el rendimiento, pero también puede causar:
Deformación producida por transformación de fase: El aumento de volumen que se produce durante la transformación martensítica puede provocar que las piezas cambien de forma. Después de la cementación y el enfriamiento, el error del perfil del diente de un engranaje de vehículo específico, por ejemplo, aumentó de ± 0,02 mm a ± 0,05 mm.
Porosidad inducida térmicamente (TIP): después del prensado isostático en caliente (HIP), los poros del gas inerte pueden volver a crecer en piezas que se fabricaron con aditivos. Los estudios indican que después del -HIP, si la duración del recocido de la aleación Ti-6Al-4V supera las 4 horas, la porosidad puede aumentar un 0,3 %.
Respuesta:
Usar enfriamiento gradual o enfriamiento isotérmico para controlar el ritmo del cambio de fase;
Para detener TIP,-ajuste los parámetros del proceso HIP (como temperatura, presión y tiempo).
La tensión se descarga mediante el proceso de "mecanizado en desbaste → tratamiento térmico → mecanizado de precisión", que combina tratamiento térmico y mecanizado.
3. Fortalecimiento de la superficie: tensión de compresión residual y comportamiento a fatiga.
Las técnicas que refuerzan las superficies, como el granallado y el laminado, añaden tensión de compresión residual, lo que aumenta la vida útil. Sin embargo, estas técnicas también pueden causar:
Daño a la superficie: Demasiado granallado puede causar microfisuras o refinamiento del grano de la superficie. Por ejemplo, después del granallado, la rugosidad de la superficie de un eje de motor de avión específico pasó de Ra1,6 μm a Ra0,4 μm, mientras que la profundidad de la fuente de fractura por fatiga aumentó en 0,1 mm.
Desequilibrio del gradiente de tensión: cuando la capa de tensión de compresión residual y la tensión de la matriz no coinciden, puede causar delaminación. Los estudios indican que los componentes de aleación de aluminio sometidos a granallado por choque con láser (LSP) son susceptibles a microfisuras en la interfaz cuando la profundidad de la tensión de compresión residual supera los 0,5 mm.
Respuesta:
Controlar la intensidad del granallado (por ejemplo, midiendo la cobertura de una pieza de prueba Almen); utilizar procedimientos de refuerzo de compuestos (por ejemplo, granallado y laminado) para equilibrar los gradientes de tensión; y utilizar simulación numérica para encontrar los mejores parámetros del proceso.
3, Gestión de riesgos: desde diseñar el trámite hasta vigilarlo online
La industria necesita establecer un sistema de control de procesos exhaustivo para limitar el daño que el pos-procesamiento causa a la estructura interna.
Durante la etapa de diseño del proceso, elija una combinación de procesos de pos-procesamiento que se ajusten a las necesidades de material, estructura y rendimiento de las piezas. Por ejemplo, el pulido electrolítico HIP+ es mejor que el pulido mecánico directo para artículos fabricados con fabricación aditiva.
Utilice el análisis de elementos finitos (FEA) para determinar cómo se propagará la tensión y cómo cambiarán de forma las cosas cuando se mecanicen. Cierta empresa utilizó la simulación para mejorar la configuración de fresado, lo que redujo la deformación del mecanizado de piezas de aleación de titanio de 0,15 mm a 0,03 mm.
Etapa de ejecución para su tramitación:
Usar herramientas de monitoreo inteligentes, como sensores de emisión acústica y fuerza de corte, para brindar información en tiempo real-sobre cómo va el mecanizado. Por ejemplo, cierto fabricante de máquinas herramienta inventó el "sistema de corte adaptativo", que puede cambiar la velocidad de avance sobre la marcha para evitar demasiada vibración.
Utilice el control de bucle cerrado-y cambie los parámetros del proceso en función de los datos de la detección en línea. Si una empresa de aviones emplea un interferómetro láser para medir qué tan rugosa es una superficie y luego ajusta automáticamente la presión del pulido.
Etapa de inspección de calidad:
Utilice métodos de pruebas no-destructivas (END), como la tomografía computarizada por rayos X-y las pruebas ultrasónicas, para encontrar problemas dentro del objeto. Los estudios revelan que la TC industrial puede encontrar poros de 0,02 mm de ancho con una precisión del 98%.
Configure una cadena de procesamiento de datos de prueba y utilice el aprendizaje automático para adivinar cuánto durará una pieza. Por ejemplo, una empresa determinada puede utilizar datos anteriores para entrenar un modelo que pueda anticipar la probabilidad de falla por fatiga del engranaje con seis meses de anticipación.