Як досягти обробки поверхні внутрішньої порожнинної структури?

一, Технічний принцип: модифікація поверхні шляхом комбінованого впливу кількох фізичних полів
Основна мета обробки поверхні внутрішніх порожнинних структур полягає в тому, щоб підвищити ефективність і оптимізувати морфологію поверхні за допомогою механічних, хімічних або композитних методів. Існує три основні групи технічних принципів:
Механічний тип видалення: використовує ефект мікрорізання абразивних частинок, щоб позбутися шарів поверхневих дефектів. Метод абразивного полірування, наприклад, використовує напів-тверді полімерні абразиви, які течуть під тиском, щоб рівномірно полірувати складні структури, як-от поперечні отвори та внутрішні порожнини, що призводить до шорсткості поверхні Ra0,1 мкм.
Тип хімічного розчинення: цей тип хімічного розчинення використовує ідеї електрохімії або хімічної корозії для вибіркового усунення нерівностей із поверхні. Технологія електролітичного полірування контролює швидкість анодного розчинення, щоб зробити мікрогеометричну морфологію поверхні більш гладкою. Він також створює товсту оксидну плівку, щоб зробити поверхню більш стійкою до корозії. Обробка внутрішньої порожнини нержавіючої сталі 316L може знизити шорсткість від Ra6 мкм до Ra0,2 мкм.
Композитний тип армування: створення функціонально градуйованої поверхні за допомогою фізичного осадження та хімічної модифікації. Наприклад, технологія PVD (Physical Vapor Deposition) наносить покриття TiN у порожнину форми. Це покриття міцне до 2200HV і втричі більш стійке до зношування. Технологія інфільтрації рідкоземельних елементів додає такі елементи, як Ce і La, під час процесу азотування, щоб зробити шар інфільтрації на 40% глибшим, що значно покращує стійкість до втоми.
2. Реалізація процесу: точні відповіді для кожної ситуації
1. Полірування внутрішньої порожнини глибокого отвору: інноваційне використання технології абразивного потоку
Традиційні процедури полірування погано працюють на структурах з глибокими отворами, як-от внутрішня порожнина лопатей авіаційних двигунів і автомобільних паливних форсунок, оскільки до них важко дістатися і вони не дуже добре працюють. Технологія абразивного потоку прогресує завдяки використанню таких нових ідей:
Середня оптимізація: використовується напів{0}}тверда абразивна суміш частинок карбіду кремнію та полімерних носіїв, щоб переконатися, що вона може різати та не дряпати поверхню.
Конструкція каналу: використовуючи обчислювальну гідродинаміку (CFD) для моделювання та вдосконалення каналу інструменту, ми можемо переконатися, що швидкість потоку абразиву в мікропорах 0,3 мм рівномірна на 95%.
Контроль параметрів: Наприклад, під час обробки внутрішньої порожнини певного типу турбінної лопатки шорсткість може бути зменшена з Ra3,2 мкм до Ra0,4 мкм після трьох циклів (5 хвилин кожен). Тиск 0,5 МПа, швидкість потоку 15 мм/с.
2. Для видалення складних порожнин використовуйте електрохімічний і механічний композитний підхід.
Видаляючи задирки з поперечних отворів, таких як корпуси клапанів трансмісії та блоки гідравлічних клапанів, потрібно знайти компроміс між швидкістю та якістю. Одна компанія запропонувала процес «електрохімічне видалення задирок + абразивне полірування»:
Електрохімічний етап: 10% розчин NaCl використовується як електроліт, а імпульсний джерело живлення з частотою 10 кГц і робочим циклом 30% використовується для видалення 90% задирок при щільності струму 0,5 А/см². Процес займає не більше 2 хвилин.
На стадії потоку шліфувальних частинок використовується абразив карбіду кремнію розміром 800 меш для полірування протягом 2 хвилин під тиском 0,3 МПа. Це видаляє електрохімічні залишки та залишає якість поверхні Ra0,2 мкм.
3. Зробити внутрішню частину порожнини стійкою до корозії: за допомогою електролітичного полірування та технології покриття
Внутрішня частина імплантатів медичного обладнання, включаючи протези суглобів, має бути біологічно сумісною та стійкою до корозії. Одна компанія використовує процес «електролітичне полірування + DLC (алмаз-подібне вуглецеве) покриття»:
Електролітичне полірування: за допомогою напруги 15 В і струму 20 А протягом 5 хвилин у змішаному електроліті фосфорної та сірчаної кислоти шорсткість поверхні Ti6Al4V зменшується з Ra1,6 мкм до Ra0,08 мкм і утворюється оксидне покриття товщиною 100 нм.
DLC-покриття: DLC-покриття товщиною 2 мкм наноситься за допомогою техніки магнетронного розпилення. Твердість наближається до 20 ГПа, коефіцієнт тертя знижується до 0,05, а корозійна стійкість підвищується в 10 разів у симульованому тілесному середовищі.
3. Використання в бізнесі: загальні приклади-у промисловому секторі високого рівня
1. Галузь аерокосмічної галузі
Технологія селективного лазерного плавлення (SLM) використовується GE Aviation для виготовлення паливних форсунок для двигунів LEAP. Після виготовлення внутрішній проточний канал полірується абразивним потоком, щоб зробити поверхню більш гладкою (від Ra12 мкм до Ra0,8 мкм), зробити потік палива більш рівномірним (на 8%) і зробити двигун більш-економічним (на 1,5%).
2. У бізнесі виготовлення автомобілів
Bosch винайшов новий спосіб очищення й полірування-порожнини масляного насоса високого тиску системи Common Rail. Він використовує як ультразвукове очищення, так і електролітичне полірування.
Ультразвукове очищення: Щоб позбутися залишків рідини для різання після обробки, очищуйте протягом 10 хвилин при частоті 40 кГц і потужності 100 Вт.
Електролітичне полірування: використовуйте електроліт на основі-фосфату та напругу 12 В протягом 3 хвилин, щоб зробити порожнину з нержавіючої сталі 316L менш грубою (від Ra2,5 мкм до Ra0,4 мкм) і збільшити тривалість витримки корозії від сольових бризок (з 500 годин до 2000 годин).
3. Сфера медичних приладів
Johnson&Johnson DePuy Synthes виготовляє чашки вертлюжної западини за методом «електролітичне полірування+мікродугове оксидування».
Електролітичне полірування: зменшити шорсткість поверхні підкладки Ti6Al4V з Ra3,2 мкм до Ra0,2 мкм і позбутися нерозплавлених частинок, які утворилися під час формування SLM.
Мікродугове окислення: оксидне покриття товщиною 20 мкм із гідроксиапатитом виготовляється в силікатному електроліті шляхом подачі напруги 300 В протягом 5 хвилин. Приживлюваність імплантату становить 99,2%, а міцність з’єднання кістки підвищується на 40%.