¿El tratamiento de la superficie afectará las tolerancias de las piezas?

1. El vínculo entre los diferentes tipos de tratamiento superficial y sus efectos sobre la tolerancia
Hay cuatro tipos principales de procesos de tratamiento de superficies: modificación de superficies, aleación de superficies, recubrimiento de conversión de superficies y recubrimiento de superficies. El alcance del impacto de diversos procesos sobre las tolerancias varía considerablemente.
Tecnología para cambiar la superficie.
Por ejemplo, el pulido con chorro de arena hace que la superficie sea más áspera al golpearla con partículas de arena a alta velocidad-, pero puede reducir el tamaño de la pieza entre 0,01 y 0,03 mm. El laminado endurece la superficie cambiando su forma, lo que puede aumentar el diámetro de las piezas del eje entre 0,005 y 0,015 mm. El fortalecimiento de la transformación de fase láser casi no tiene efecto sobre el tamaño porque su zona afectada por el calor-es muy pequeña.
Tecnología para la aleación de superficies.
La carburación y la nitruración forman capas de aleación por difusión. La nitruración líquida hará que el eje sea 0,01 mm más ancho y la apertura 0,01 mm más estrecha, por lo que deberá dejar un espacio de 0,01 mm en un lado durante el procesamiento. La nitruración iónica, por otro lado, puede mantener el cambio de tamaño dentro de ± 0,002 mm sin utilizar una fase líquida.
Tecnología para el recubrimiento de conversión de superficies
El tratamiento de fosfatación crea una película de fosfato en la superficie del acero que suele tener un espesor de 2 a 10 μm y tiene un pequeño efecto sobre las tolerancias. Por otro lado, el anodizado (como el anodizado duro de las aleaciones de aluminio) crea una película de óxido de 30 a 50 μm de espesor, lo que hace que las piezas sean más grandes en una dirección. Para compensar esto, se debe utilizar la estrategia de "menor diferencia".
Tecnología para cubrir superficies.
El espesor de la capa galvánica tiene un efecto directo sobre la tolerancia. Por ejemplo, si la longitud del tornillo es menor o igual a cinco veces el diámetro, el espesor máximo del recubrimiento debe mantenerse en 8 µm. Si no es así, se necesita una inspección del tope de parada no-estándar. El espesor de la capa galvanizada por inmersión en caliente-es de 30 a 80 μm, lo que cambiará mucho el diámetro de paso de los sujetadores. Para asegurarse de que encajen, es necesario cambiar las dimensiones previas al revestimiento.
2. El pequeño mecanismo de cambio de tolerancia y datos de la industria.
Hay tres procesos físicos y químicos principales que afectan las tolerancias cuando se trata la superficie:
Cambio de volumen y fase del material.
Cuando el acero se ennegrece genera una capa de óxido de Fe∝₄ que hace que el volumen se expanda 1,3 veces, lo que provoca protuberancias en la superficie. Cuando se anodiza una aleación de aluminio para formar Al ₂ O ∝, el volumen se contrae alrededor de un 15 %, lo que puede provocar microfisuras.
Anisotropía en la deposición de recubrimientos.
Durante el proceso de galvanoplastia, la densidad de corriente desigual puede hacer que el recubrimiento tenga diferentes espesores. Por ejemplo, el revestimiento de galvanoplastia de las roscas internas es normalmente entre un 30% y un 50% más delgado que la superficie exterior. Para asegurarse de que encaje, se necesita el estándar "mantenimiento de la zona de tolerancia de rosca interna 6H".
Liberación de tensiones residuales durante el procesamiento mecánico
El tratamiento con chorro de arena ejerce una fuerza de compresión sobre la superficie, lo que hace que las piezas se deslicen cuando se vuelven a utilizar. Según los experimentos, los componentes del eje de acero pulido con chorro de arena 45# pueden expandir su diámetro en 0,008 mm después de mantenerse a 100 grados durante 24 horas.
Datos de la industria:
Una empresa aeronáutica específica afirma que la tasa de variación de tamaño de las piezas de acero inoxidable 316L no compensadas después del pulido eléctrico es del 12 %. Al dejar un margen de maniobra de 0,02 mm, la tasa de calificación ha aumentado hasta el 98%.
El sector del automóvil tiene normas estrictas sobre la tolerancia que pueden tener los tornillos galvanizados. Para tornillos M12, el espesor del recubrimiento debe mantenerse entre 8 y 2 μm, de lo contrario el coeficiente de torsión cambiará en más del 15%.
3. Problemas comunes y sus soluciones en la industria
En el campo aeroespacial
Al fabricar boquillas de combustible para motores LEAP, GE Aviation utiliza el método SLM (fusión selectiva por láser) y el tratamiento HIP (presión isostática caliente). Al optimizar la estrategia de escaneo (escaneo en espiral) y el espesor de la capa (30 μm), la rugosidad de la superficie se mantiene dentro de Ra12 μm. El tratamiento HIP elimina los poros (del 0,8% al 0,02%), lo que aumenta tres veces la vida útil y cumple con los estrictos requisitos de tolerancia de los estándares de aviación.
Campo de dispositivos médicos.
Johnson&Johnson Medical ha creado un proceso compuesto llamado "recocido al vacío+pulido químico" para implantes de articulación de cadera impresos en 3D-. Este proceso elimina la tensión residual mediante el recocido al vacío y luego utiliza una solución de pulido a base de ácido cítrico-para alisar la superficie de Ra50 μm a Ra0,8 μm mientras la mantiene biocompatible. Este método le da al implante una vida de fatiga de más de 20 años, que es más de lo que se necesita en la clínica.
El campo de la fabricación de automóviles.
Volkswagen fabrica bloques de cilindros de motor utilizando un método llamado "fosfatación+electroforesis". La rugosidad de la pared interior del cilindro pasó de Ra3,2 μ m a Ra0,4 μ m cambiando el espesor de la película de fosfatación (2 a 3 μ m) y la película de recubrimiento electroforético (20 a 25 μ m). Esto también redujo el coeficiente de fricción en un 30% y aumentó la economía de combustible en un 2%.
4. Nuevas tecnologías y estrategias para controlar la tolerancia
Diseño de compensación inversa.
Al crear una base de datos de cambios en el tamaño de los procesos de tratamiento de superficies, se reservan márgenes durante la fase de modelado CAD. Por ejemplo, una empresa ha producido un "módulo de pre-compensación de tolerancia" para la tecnología de galvanoplastia. Este módulo puede cambiar automáticamente el tamaño del modelo según el espesor del recubrimiento, lo que eleva la tasa de primera pasada al 95%.
Detección y control de bucle cerrado-a través de Internet
Con la tecnología de escaneo 3D, puede ver los cambios de tamaño en tiempo real después del tratamiento de la superficie. La tecnología de "gemelo digital" de Siemens, por ejemplo, puede realizar una verificación virtual del ensamblaje de piezas galvanizadas, lo que reduce la posibilidad de desviación de tolerancia en un 70%.
Nuevo método para tratar superficies.
La oxidación electrolítica por plasma (PEO) forma una película cerámica sobre la superficie de la aleación de aluminio. El espesor de la película se puede controlar entre 5 y 200 µm y la precisión de las dimensiones es de ± 1 µm. Se ha utilizado en las partes estructurales de naves espaciales.
Tecnología de pulverización en frío: este método utiliza impactos de partículas sólidas a alta-velocidad para depositar recubrimientos. La zona afectada por el calor es inferior a 50 μm, lo que la hace buena para fijar y reforzar piezas precisas.