От шлайфане до довършване: Решения за последваща обработка за производство на добавки

3D отпечатаните метални части имат ниско натоварване след довършителни работи и шлифоването има потенциал да бъде ефективно решение за крайни допустими отклонения.

Широкото използване на допълнително производство на космическия и медицинския пазар доведе до нарастващи изисквания към повърхностите на готовите бустерни компоненти, за да отговорят на изискванията на приложенията за крайна употреба. Процесът на добавяне произвежда компоненти, близки до крайната форма, значително намалявайки необходимостта от окончателно довършване. Чрез производството на добавяне на материали, нивата на отпадъци от материали могат да бъдат намалени, за да се улесни цялостният производствен процес, но това също означава, че последващите довършителни процеси изискват по-строги техники за преработка и последователност. Поради това е важно да се осигури последователност в последващата обработка, за да се отговори на допустимите отклонения на компонентите и изискванията за качество на повърхността. Шлайфането може да бъде друга ефективна опция за производството на добавки в приложения, където допустимите отклонения и повърхности са по-взискателни. Шлайфането води до по-добро качество и цялост на повърхността в сравнение с други конвенционални процеси за отстраняване на материали. За да научите повече за довършването на производството на добавки, особено когато се прилага за компоненти от високотемпературни сплави на базата на никел в космическата индустрия, Norton. Инженерите на Saint-Gobain са усъвършенствали пробата Inconel 718, направена от добавки. Изследването се фокусира върху три въпроса: Какво е минималното количество / обем материал, който трябва да се носи от компонентите, направени от разширителя? Какво повърхностно покритие може да се постигне чрез смилане на компонентите, направени от усилвателя, използвайки последно поколение шлифовъчни колела? Трето, какъв е ефектът от финото смилане върху остатъчното напрежение на повърхността (ако има такова) на компонентите за производство на армировка?

Проби от AM IN718, произведени чрез директно метално лазерно синтероване (DMLS), се предоставят от Stratasys Direct Manufacturing. Фигура 1 показва тестова проба за производството на добавката. След произвеждането на добавката пробата се взривява със среда и се премахва напрежението. Това е последвано от термична изостация, твърдо разтворима обработка / разпалване и втвърдяване на валежите. Твърдостта на пробата е 40 HRC. След това използвайте Norton. Magele MFP-125.50.65 на технологичния център за шлайфане Saint-Gobain Higgins периодично смила проби от шлифовъчното колело Norton NQX60E24VTX2 върху шлифовъчната машина.

Първо, постепенно увеличавайте дълбочината на рязане, смилайки няколко зони, определяйте минималното количество материал, който трябва да бъде отстранен, повърхността на обработката на добавянето. След това шлайфането се извършва на определената дълбочина на рязане и след това повърхността се проверява за очевидни дефекти. Фигура 4 показва снимка на пробата след почистване на компонентите по време на експеримента. Според експерименталните резултати, за да се елиминират всички геометрични несъстоятелност и повърхностни дефекти, произтичащи от производствения процес на добавяне, материалите от сглобката трябва да бъдат отстранени от приблизително 0,30 до 0,45 mm.

Този тест използва дължина на шлайфане 50,8 mm, диаметър на шлифовъчното колело 462 mm и работна скорост 23 m / s. Тествани са общо пет скорости на отстраняване на материала (MRR) в диапазона от 0,1 mm3 / sec. / Mm до 3,9 mm3 / sec. / Mm. Регулирайте скоростта на отстраняване на материала, като промените скоростта на изтегляне (mm / min) или дълбочината на рязане (mm). Тествани са множество скорости на отстраняване на материала, за да се оцени ефектът от ниските и средните скорости на отстраняване на материала върху повърхностната повърхност и способността за смилане. Въпреки че сплавите на основата на никел (напр. Inconel 718) могат да се смилат с модерни инженерни абразиви с висока степен на отстраняване, изследването избра по-ниска степен на отстраняване на материала въз основа на текущата стандартна степен на довършителни работи за довършване на стандартни работни части на Inconel в индустрията. В случай на стандартно (без добавяне на производство) шлайфане на работните части, очакваният резултат е, че с увеличаване на степента на отстраняване на материала и увеличаване на силата на смилане, повърхностното покритие (Ra) на шлифовъчния детайл ще се увеличи или повърхността ще стане по-груб.

Преди и след шлайфането, повърхностното покритие на заготовката се измерва с помощта на Федералната система за контактни профили 5000, която включва множество позиции и две посоки на заготовката. В допълнение, безконтактните измервания на повърхността на профила се извършват на няколко места.

Преди смилането беше оценено повърхностното покритие на материала, направен от добавката, и беше установено, че има големи разлики в покритието в различни посоки на измерване. Средното покритие е 3.3 микрона Ra, когато се измерва вертикално, и 2.1? MRa, когато се измерва хоризонтално. Тази съществена разлика не възниква при измерване на стандартни материали в отливка Inconel 718. Изглежда, че тази разлика е свързана с методите за 3D производство, но точната причина все още не е известна.

Конвенционалният метод за измерване на повърхностното покритие след шлайфане с помощта на контактен профилиращ елемент трябва да бъде перпендикулярен на шлифовъчната линия, а не успореден на шлайфащата линия. В това проучване повърхностното покритие се измерва в две посоки, успоредни на шлифовъчната линия и перпендикулярно на шлайфащата линия. След това измерените резултати след смилането се сравняват с надлъжните и страничните измервания преди смилането.

Въпросът е, че когато се измерва повърхността след шлайфане в посока, перпендикулярна на линията на шлайфане, иглата пресича върховете и коритата на шлифовъчната линия. Когато се измерва в паралелна посока, иглата се движи успоредно на шлифовъчната линия и никога не пресича върха и долината. Следователно, не е изненадващо, че в това проучване (грубото) повърхностно покритие, измерено вертикално, е значително по-високо от това, измерено паралелно.

След оценка на повърхностното покритие на материала, произведен от материала преди и след смилането, беше установено, че има значителни разлики в покритието в различни посоки на измерване. В това проучване измерването на повърхностното покритие се извършва паралелно на шлифовъчната линия и перпендикулярно на шлифовъчната линия и резултатите наистина са значително различни. Когато се измерва в паралелна посока, средното покритие на повърхността преди смилането е 3,3? MRa и 0,21? Ma след смилането. Когато се измерва вертикално, средното покритие на повърхността е 2.1? MRa преди смилане и 0.5? MRa след смилане.

В допълнение, пробите за добавяне бяха анализирани с помощта на Theanovea 3D повърхностен профилист и хроматична технология с бяла светлина, за да се визуализират повърхностните характеристики. В този тест, след получаване на допълнителната производствена проба, взривяването на средата се извършва със стъклена среда, като се отстранява повдигнатата част от повърхността. Линиите, които могат да се видят на повърхността след шлайфането, са тези, останали от операцията на шлайфане. Шлифовъчни колела или други полирани продукти, като инжекционна шлифовъчна лента, могат да се използват за допълнително намаляване на повърхностните линии и създаване на ултрафини повърхности, при условие че това е от решаващо значение за производителността и качеството на компонентите.

За по-нататъшно разбиране на ефектите от смилането върху цялостната повърхностна цялост на проби am IN718 бяха извършени измервания на остатъчното напрежение на повърхността след получаване и смилане на проби с помощта на микродифракционното устройство Bruker-AXS D8 Discover. Сравнявайки измерванията на 6 различни позиции на една и съща проба и в двете състояния, се установява, че остатъчното напрежение на близката повърхност е отрицателно / има компресия и при двете условия. Тази ситуация се появява главно върху компонента след фино смилане и остатъчното напрежение в близост до него е сгъстимо, което може да забави разпространението на повърхностните пукнатини и да подобри живота на умора.

По време на периода на изследване, мощността на смилане беше измерена според степента на отстраняване на 5 материала. С увеличаване на степента на отстраняване на материала нараства и силата на смилане. Това поведение съществува в повечето операции на шлайфане. При минимална скорост от 0,1 mm3 / sec. / Mm, пиковата мощност по време на смилането е 1,4kW. При максимална скорост на отстраняване на материала от 3,9 mm3 / sec. / Mm, мощността на смилане е 10,8kW.

Резултатите от това проучване показват, че финото смилане на сплави на основата на никел, направени от добавки (напр. Inconel 718), може да намали грапавостта на повърхността с близо 94% (успоредно на шлайфащите линии) или 34% (перпендикулярно на шлайфащите линии). При поискване могат да се получат ултрафини повърхности с помощта на шлифовъчни колела или други полиращи продукти с по-фина абразивна гранулираност, като инженерни шлифовъчни ленти. В допълнение, резултатите показват, че за да се подобри фината повърхност, от компонентите трябва да се отстранят от 0,30 до 0,45 mm материал и да се премахнат всички геометрични несъстоятелности, свързани с производствения процес на 3D. Минималните нива на отстраняване са ключова информация за производителите на материали, тъй като те се стремят да максимизират почти нетната форма на компонентите за производство на материали по възможно най-рентабилния начин. В допълнение, данните за остатъчното напрежение показват, че повърхностното напрежение след смилането е сгъваемо и може да забави разширяването на повърхностните пукнатини, като по този начин удължава живота на умора на произведените компоненти.