CNC-slypserviceste vir oppervlakafwerwingvereistes

Die bereiking van presiese oppervlakafwerking (Ra < 0,4 μm) bly krities vir hoë-slytasie komponente in die lugvaart- en mediese implantate-velde. Hierdie studie evalueer die doeltreffendheid van multi-as CNC-slyping deur gebruik te maak van gestruktureerde eksperimente. Oppervlakgrofheidmetings (Taylor Hobson Surtronic S128-profilometer) en metallografiese analise (Zeiss Axio Imager-mikroskoop) is uitgevoer op 316L roesvrye staal en Inconel 718 monsters onder beheerde parameters. Die resultate dui daarop dat aanpasbare skyf-herstelprotokolle wat gekombineer word met minimumhoeveelheid smeermiddel (MQL) Ra-waardes met 32% ± 3% verminder in vergelyking met konvensionele vloedskoeling. Residuële spanninganalise (X-straaldiffraksie) het bevestigende vorming van 'n druklaag (≥150 MPa) aangetoon wat gekorreleer word met verbeterde vermoeidheidsprestasie. Hierdie bevindings demonstreer herproducibleer metodes vir die bereiking van submikronafwerking wat krities is vir seëlingsoppervlakke en biokompatibele koppelvlakke.

1. Inleiding
Oppervlakafwerkingvereistes onder Ra 0,4 μm het noodsaaklik geword in presisie-industrieë (Lechner et al., 2023). Mediese implantaat-artikulasie-oppervlakke en komponente van lugvaart brandstofstelsels is voorbeelde van toepassings waar slytagewekkende oppervlakkige integriteit direk die funksionele werkverrigting beïnvloed. Huidige uitdagings sluit in om konsekwente mikronvlakafwerking te bereik terwyl hittebeïnvloede sones en residuële spanninge beheer word. Hierdie ondersoek stel kwantifiseerbare korrelasies tussen CNC-slyp parameters en die resulterende oppervlaktekenmerke.

2. Metodologie

2.1 Eksperimentele Ontwerp
'n Volledige faktoriale ontwerp (Tabel 1) het drie kritieke parameters getoets:

• Wielspoed: 30/45 m/s

• Voertempo: 2/5 μm/pass

• Koelstrategie: Vloed/MQL

Tabel 1: Eksperimentele Parameters

2.2 Materiaal & Toerusting

• Werkstukke: 316L VS (ASTM F138), Inconel 718 (AMS 5662)

• Slyper: Studer S41 CNC w/CBN-wiele (B181N100V)

• Metrologie:

  • Oppervlakgeraamheid: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikrostruktuur: Zeiss Axio Imager A2m, 500× vergroting

  • Residuële spanning: Proto LXRD Cr-Kα straling

2.3 Herhaalbaarheidsprotokol

1. Wielkondisie: Enkelvoudige punt diamantdraaier (5 μm diepte, 0,1 mm/omwenteling)

2. Omgewing: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RV

3. Validering: 5 toetsherhalings per parameterset

3. Resultate & Analise

Figuur 1: Oppervlakgrofheid teenoor slypparameters

Sleutelbevindinge:

• MQL het gemiddelde Ra-waardes met 29,7% (316L) en 34,2% (Inconel 718) verlaag teenoor vloedkoeling

• Optimale kombinasie: 45 m/s wielspoed + 2 μm/pass voer + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Hogere wielspoede het subsoppervlakmikrokrake met 60% verminder (p<0,01)

4. Bespreking

4.1 Mekanisme-Interpretasie
Die Ra-vermindering onder MQL stem ooreen met verminderde termiese gradiënte (Marinescu et al., 2021). Laer hitte-invoer verminder die werkstuk se versagting en gevolglike plastiese vervorming tydens abraserende interaksie. XRD-resultate bevestig drukspannings (-210 MPa) by optimale parameters, wat die moegheidstydperk verbeter.

4.2 Beperkings
Resultate is materiaalspesifiek; titaanlegerings vereis aparte parameter-optimering. Die studie het komplekse geometrieë uitgesluit wat profielslyting vereis.

4.3 Industriële Toepassing
Die implementering van aanpasbare slytingsiklusse elke 50 onderdele het Ra-konsistensie binne 8% gehandhaaf. Vir hidrouliese klepgevalle het hierdie protokol lekkoerse met 40% tydens kwalifikasietoetsing verminder (ISO 10770-1).

5. Gevolgtrekking
Multi-as CNC-slyping behaal submikron-afwerking deur hoë wielspoed (≥45 m/s), lae voertempo (≤2 μm/gang) en MQL-koeling te kombineer. Die metodologie lewer metallurgies gesonde oppervlaktes met druk-residu-spanning wat krities is vir dinamiese-laaikomponente. Toekomstige navorsing moet gekromde-oppervlak slyp-optimisering en in-proses monitering integrasie aanspreek.