¿Cómo lograr el tratamiento superficial de la estructura de la cavidad interna?

一, Principio técnico: modificación de la superficie mediante los efectos combinados de varios campos físicos.
El objetivo principal del tratamiento de superficies para estructuras de cavidades internas es aumentar el rendimiento y optimizar la morfología de la superficie mediante métodos mecánicos, químicos o compuestos. Hay tres grupos principales de principios técnicos:
Tipo de eliminación mecánica: utiliza el efecto de microcorte de partículas abrasivas para eliminar capas de defectos superficiales. El método de pulido por flujo abrasivo, por ejemplo, utiliza abrasivos poliméricos semi-sólidos que fluyen bajo presión para pulir estructuras complicadas como orificios transversales y cavidades interiores de manera uniforme, lo que da como resultado una rugosidad superficial de Ra0,1 μm.
Tipo de disolución química: este tipo de disolución química utiliza los conceptos de electroquímica o corrosión química para eliminar selectivamente las protuberancias de la superficie. La tecnología de pulido electrolítico controla el ritmo de disolución anódica para suavizar la morfología microgeométrica de la superficie. También forma una gruesa película de óxido para hacer la superficie más resistente a la corrosión. El tratamiento de la cavidad interior del acero inoxidable 316L puede reducir la rugosidad de Ra6 μm ​​a Ra0,2 μm.
Tipo de refuerzo compuesto: creación de una superficie funcionalmente graduada mediante el uso tanto de deposición física como de modificación química. Por ejemplo, la tecnología PVD (deposición física de vapor) coloca un recubrimiento de TiN en la cavidad del molde. Este recubrimiento tiene una dureza de hasta 2200HV y tres veces más resistente al desgaste. La tecnología de infiltración de tierras raras agrega elementos como Ce y La durante el proceso de nitruración para hacer que la capa de infiltración sea un 40 % más profunda, lo que mejora enormemente la resistencia a la fatiga.
2, Implementación del proceso: respuestas exactas para cada situación
1. Pulido de cavidades internas de orificios profundos: un uso innovador de la tecnología de flujo abrasivo
Los procedimientos de pulido tradicionales no funcionan bien en estructuras de agujeros profundos, como el hueco interior de las palas de los motores de los aviones y los inyectores de combustible de los automóviles, porque es difícil acceder a ellos y no funcionan muy bien. La tecnología de flujo abrasivo avanza mediante el uso de las siguientes nuevas ideas:
Optimización media: se emplea una mezcla abrasiva semi-sólida de partículas de carburo de silicio y portadores de polímeros para garantizar que pueda cortar y no rayar la superficie.
Diseño del canal: al utilizar dinámica de fluidos computacional (CFD) para simular y mejorar el canal de herramientas, podemos asegurarnos de que la velocidad del flujo abrasivo en los microporos de 0,3 mm sea uniforme en más del 95 %.
Control de parámetros: por ejemplo, al tratar la cavidad interna de un determinado tipo de álabe de turbina, la rugosidad se puede reducir de Ra3,2 μ m a Ra0,4 μ m después de tres ciclos (5 minutos cada uno). La presión es de 0,5 MPa y el caudal es de 15 mm/s.
2. Para el desbarbado de cavidades complejas, utilice un enfoque compuesto electroquímico y mecánico.
Al eliminar rebabas de estructuras de orificios transversales, como cuerpos de válvulas de transmisión y bloques de válvulas hidráulicas, es necesario encontrar un equilibrio entre velocidad y calidad. A una empresa se le ocurrió el proceso de "desbarbado electroquímico + pulido con flujo abrasivo":
Etapa electroquímica: se utiliza una solución de NaCl al 10 % como electrolito y se utiliza una fuente de alimentación de pulso con una frecuencia de 10 kHz y un ciclo de trabajo del 30 % para eliminar el 90 % de las rebabas con una densidad de corriente de 0,5 A/cm². El proceso no lleva más de 2 minutos.
La etapa de flujo de partículas de molienda utiliza un abrasivo de carburo de silicio de malla 800 para pulir durante 2 minutos a una presión de 0,3 MPa. Esto elimina los residuos electroquímicos y deja una calidad superficial de Ra0,2 μm.
3. Hacer que el interior de la cavidad sea resistente a la corrosión: utilizando tecnología de recubrimiento y pulido electrolítico
El interior de los implantes de dispositivos médicos, incluidas las articulaciones protésicas, debe ser biocompatible y resistente a la corrosión. Una empresa utiliza el proceso de "pulido electrolítico + recubrimiento DLC (carbono-similar al diamante)":
Pulido electrolítico: al utilizar un voltaje de 15 V y una corriente de 20 A durante 5 minutos en un electrolito mixto de ácido fosfórico y ácido sulfúrico, la rugosidad de la superficie de Ti6Al4V disminuye de Ra1,6 μm a Ra0,08 μm y se forma una capa de óxido de 100 nm de espesor.
Recubrimiento DLC: Se aplica un recubrimiento DLC de 2 μ m de espesor mediante la técnica de pulverización catódica con magnetrón. La dureza se acerca a 20 GPa, el coeficiente de fricción disminuye a 0,05 y la resistencia a la corrosión aumenta 10 veces en un entorno simulado de fluidos corporales.
3. Uso en los negocios: ejemplos comunes en el sector manufacturero-de alta gama
1. El ámbito aeroespacial
GE Aviation utiliza la tecnología de fusión selectiva por láser (SLM) para fabricar boquillas de combustible para motores LEAP. Después de fabricarlo, el canal de flujo interno se pule con un flujo abrasivo para suavizar la superficie (de Ra12 μ m a Ra0,8 μ m), hacer que el combustible fluya de manera más uniforme (en un 8 %) y hacer que el motor sea más-eficiente en términos de combustible (en un 1,5 %).
2. En el negocio de fabricar automóviles.
Bosch ha ideado una nueva forma de limpiar y pulir la cavidad de la bomba de aceite de alta-presión del sistema common rail. Utiliza tanto limpieza ultrasónica como pulido electrolítico.
Limpieza ultrasónica: Para eliminar los restos de líquido de corte del mecanizado, limpiar durante 10 minutos a una frecuencia de 40kHz y una potencia de 100W.
Pulido electrolítico: utilice un electrolito a base de fosfato-y un voltaje de 12 V durante 3 minutos para hacer que la cavidad de acero inoxidable 316L sea menos áspera (de Ra2,5 μ m a Ra0,4 μ m) y aumente la duración de la corrosión por niebla salina (de 500 horas a 2000 horas).
3. El campo de los dispositivos médicos
Johnson&Johnson DePuy Synthes fabrica cotilos acetabulares utilizando el método de "pulido electrolítico+oxidación por microarco".
Pulido electrolítico: reduzca la rugosidad de la superficie del sustrato Ti6Al4V de Ra3,2 μ m a Ra0,2 μ m y elimine las partículas no fusionadas que se formaron durante el moldeo SLM.
Oxidación por microarco: Se realiza un recubrimiento de óxido de 20 μm de espesor con hidroxiapatita en un electrolito de silicato aplicando 300V durante 5 minutos. La tasa de supervivencia del implante es del 99,2% y la resistencia de la unión ósea aumenta en un 40%.