تحسين تشطيب سطح التصنيع باستخدام الحاسب الآلي: اختيار المعلمات التي تعمل على تحسين عمر التعب ومقاومة التآكل

قائمة المحتوى

● مقدمة

● خشونة السطح وتأثيراتها المباشرة

● معلمات المعالجة الأساسية التي تتحكم في النهاية

● المبادئ التوجيهية الخاصة بالمواد

● أمثلة متجر حقيقية

● خاتمة

مقدمة

الانتهاء من السطح في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي يذهب إلى ما هو أبعد من المظهر. بالنسبة للمكونات التي تشهد تحميلًا دوريًا أو تلامسًا منزلقًا، غالبًا ما تحدد جودة السطح المُشكل ما إذا كان الجزء سيستمر لسنوات أو يفشل في غضون أسابيع. تعمل قمم الخشونة كمكثفات للإجهاد تؤدي إلى ظهور تشققات الكلال، بينما تعمل علامات التغذية العميقة والأضرار الموجودة تحت السطح على تسريع التآكل. في الصناعات التي تتراوح من الطيران إلى المعدات الثقيلة، يبحث المهندسون باستمرار عن مجموعات المعلمات التي توفر أوقات دورات مقبولة مع إنتاج أسطح قادرة على تحمل ظروف الخدمة الحقيقية.

على مدى العقد الماضي، أظهرت الأبحاث والخبرة العملية أن الاختيار المدروس لسرعة المغزل، والتغذية لكل سن، وعمق القطع، وهندسة الأداة، واستراتيجية القطع يمكن أن يقلل متوسط ​​الخشونة (Ra) من عدة ميكرونات إلى أقل بكثير من ميكرون واحد، وغالبًا ما يزيد قوة الكلال بنسبة 20-40% ويخفض معدلات التآكل بهوامش مماثلة. الهدف من هذه المقالة هو الاطلاع على القرارات العملية التي تؤدي إلى تلك المكاسب، باستخدام أمثلة من الفولاذ وسبائك التيتانيوم والمواد القائمة على النيكل والتي تواجهها معظم المتاجر بانتظام.

خشونة السطح وتأثيراتها المباشرة

تحدد معلمات خشونة السطح - Ra، وRz، وRq، وغيرها - الارتفاع والتباعد بين المخالفات التي خلفتها أداة القطع. في الطحن، يتم التحكم في Ra النظري إلى حد كبير بواسطة التغذية لكل سن ونصف قطر مقدمة الأداة. في الدوران، يهيمن معدل التغذية ونصف قطر الأنف. القيم المنخفضة لكلا المتغيرين تنتج ارتفاع أعتاب أصغر وبالتالي انخفاض Ra.

تبدأ شقوق التعب دائمًا تقريبًا عند عيوب السطح. يمكن للسطح المُشكَّل بـ Ra = 3.2 ميكرومتر أن يقلل من حد الكلال للفولاذ عالي القوة بنسبة 25-30% مقارنة بالسطح المصقول. يتعرض نفس السطح، عند انزلاقه على ختم أو معدن آخر، لضغط تلامس محلي أعلى، مما يؤدي إلى تآكل سريع للمادة اللاصقة أو إجهاد السطح (التنقير).

أكدت التجارب النباتية المتعددة على أعمدة النقل أن إسقاط Ra من 2.5 ميكرومتر إلى 0.8 ميكرومتر يزيد من وقت التنقر بمعامل ثلاثة تحت نفس ظروف عزم الدوران والتشحيم. الآلية واضحة ومباشرة: تقوم الأسطح الأكثر سلاسة بتوزيع إجهاد التلامس الهرتزي بشكل متساوٍ وتحتفظ بالأغشية الزيتية بشكل أفضل.

معلمات المعالجة الأساسية التي تتحكم في النهاية

سرعة المغزل

تعمل سرعات المغزل الأعلى عمومًا على تحسين اللمسة النهائية عن طريق تقليل الحافة المبنية وسعة الاهتزاز، بشرط أن يظل حمل الرقاقة ثابتًا. في طحن الوجه من الألومنيوم 6061، يؤدي رفع سرعة السطح من 300 م/دقيقة إلى 600 م/دقيقة بشكل روتيني إلى خفض Ra إلى النصف. في AISI 4340 (55 HRC)، تبلغ السرعات حوالي 140-180 م/دقيقة مع إدخالات CBN تنتج Ra أقل من 0.6 ميكرومتر وتتجنب تكوين الطبقة البيضاء التي تقتل أداء التعب.

تغذية لكل سن

إن التغذية لكل سن هي أكبر رافعة للخشونة في الطحن. يؤدي خفض التغذية إلى النصف من 0.15 مم/سن إلى 0.075 مم/سن في مطحنة نهاية بأربعة مزامير مقاس 12 مم إلى انخفاض Ra النظري من حوالي 2.8 ميكرومتر إلى 0.7 ميكرومتر. أظهرت الاختبارات الواقعية التي أجريت على 4140 عمودًا مرفقيًا أن هذا التغيير وحده رفع حد كلال الانحناء الدوراني من 520 ميجا باسكال إلى 680 ميجا باسكال.

عمق القطع

تعمل الأعماق الضحلة (0.2-0.5 مم) على تقليل قوى القطع وانحراف الأداة، مما يقلل بشكل مباشر من علامات الثرثرة والتموج. في الأقواس الفضائية ذات الجدران الرقيقة المصنعة من Ti-6Al-4V، أدى تحديد العمق المحوري إلى 0.3 مم أثناء استخدام مسارات مدورة عالية السرعة إلى تحسين Ra من 2.4 ميكرومتر إلى 0.9 ميكرومتر وزيادة عمر الكلال المنخفض الدورة بنسبة 35٪.

أداة نصف قطر الأنف والهندسة

يعمل نصف قطر الأنف الأكبر على تنعيم السطح ولكنه يزيد من القوى الشعاعية. الحل الوسط الشائع في التمريرات النهائية هو استخدام إدخالات بنصف قطر 0.8-1.2 مم للفولاذ ونصف قطر 0.4 مم للألمنيوم. تعمل مساحات المساحات أو المطاحن الطرفية الحلزونية المتغيرة على منع الاهتزازات وتترك تشطيبات تشبه المرآة على الفولاذ القالب.

استراتيجية القطع والتداخل

غالبًا ما تترك المسارات المتعرجة التقليدية خطوطًا واضحة. يؤدي التبديل إلى مسارات أدوات المشاركة الثابتة (المسح التكيفي أو الإنهاء الحلزوني) مع التنقل بنسبة 60-70% باستمرار إلى إنتاج Ra أقل بنسبة 30-40% بنفس معدل التغذية. تقوم العديد من حزم CAM الآن بحساب الخطوة الدقيقة اللازمة للحفاظ على ارتفاع الحدبة أقل من القيمة المستهدفة.

المبادئ التوجيهية الخاصة بالمواد

يستجيب الفولاذ عالي القوة (4340، 300 متر) جيدًا للسرعات المعتدلة (120-180 م/دقيقة) والتغذية المنخفضة (0.05-0.08 مم/سن) باستخدام CBN أو الكربيد المطلي. تجنب الحرارة المفرطة التي تشكل طبقات هشة ومتصلبة.

تتطلب سبائك التيتانيوم أدوات حادة موجبة، ومبردًا ثقيلًا، وتغذية أقل من 0.1 مم/سن لمنع تصلب العمل والتقطيع الدقيق الذي يؤدي إلى تدهور قوة الكلال.

تستفيد سبائك النيكل (Inconel 718) من الأدوات الخزفية أو المقواة بالشعيرات بسرعة 200-300 م/دقيقة مع تمريرات تشطيب خفيفة (عمق 0.1-0.2 مم، تغذية 0.05 مم/سرعة الدوران) للحفاظ على إجهاد الضغط المتبقي وRa أقل من 0.8 ميكرومتر.

أمثلة متجر حقيقية

أظهرت قضبان توصيل السيارات المصنعة من 4340 مزورة في البداية Ra ≈ 2.2 ميكرومتر بعد التخشين وشبه التشطيب. أدت عملية تشطيب مخصصة بسرعة 160 م/دقيقة، و0.06 مم/دورة، وعمق 0.25 مم مع ملحق ممسحة إلى رفع معدل Ra إلى 0.65 ميكرومتر. ارتفعت اختبارات التعب عند 650 ميجاباسكال من الإجهاد المتناوب من 280000 دورة إلى أكثر من 1.2 مليون دورة.

تم طرح فتحات شجرة التنوب للقرص التوربيني في Inconel 718 ثم تم الانتهاء منها باستخدام عملية CNC ذات نقطة واحدة. أعطت المعلمات الأصلية Ra = 3.1 ميكرومتر وتكسيرًا متكررًا في اختبارات الدوران. يؤدي التغيير إلى إدخالات سيراميك مستديرة، 220 م/دقيقة، 0.04 مم/لفة إلى تقليل Ra إلى 0.7 ميكرومتر وإزالة الشقوق حتى 10000 دورة.

تم تدوير قضبان الأسطوانات الهيدروليكية في 42CrMo4 بقوة بدلاً من الأرض. حققت المعلمات المحسنة (Vc = 180 م/دقيقة، f = 0.08 مم/rev، ap = 0.15 مم) Ra = 0.4 ميكرومتر باستمرار، مما يتوافق مع جودة الأرض مع تقليل وقت المعالجة بنسبة 60% وإطالة عمر الختم من 8000 إلى 24000 ساعة.

خاتمة

إن تحسين تشطيب السطح في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي لإطالة عمر الكلال ومقاومة التآكل لا يتعلق بمطاردة أقل مستوى ممكن من Ra بأي ثمن. يتعلق الأمر بالعثور على النقطة المثالية حيث تعمل سرعة المغزل ومعدل التغذية وعمق القطع واختيار الأداة واستراتيجية مسار الأداة معًا ضمن أوقات دورة مقبولة. تؤكد الخبرة والأعمال المنشورة أن التخفيضات في الخشونة من 3-4 ميكرومتر إلى أقل من 1 ميكرومتر تؤدي بشكل روتيني إلى زيادة بنسبة 25-50٪ في قوة الكلال وتخفيضات مماثلة في معدل التآكل عبر الفولاذ والتيتانيوم وسبائك النيكل.

ابدأ بقياس خشونة التيار والضغط المتبقي على بعض الأجزاء التمثيلية، ثم اضبط متغيرًا واحدًا في كل مرة - عادةً ما يتم تغذية كل سن أولاً - أثناء مراقبة تآكل الأداة ووقت الدورة. غالبًا ما تؤدي التغييرات الصغيرة والمتعمدة إلى تحقيق عوائد كبيرة في متانة المكونات والتكلفة الإجمالية للملكية. في المرة القادمة التي يظهر فيها التعب أو فشل التآكل، انظر أولاً إلى السطح الذي خرج من الجهاز؛ يتم إخفاء الإصلاح بشكل متكرر في قائمة المعلمات.