Usluge CNC brušenja za zahtjeve kvalitete površine

Postizanje preciznih završnih obrada površina (Ra < 0,4 μm) ostaje kritično za komponente izložene velikom trošenju u zrakoplovstvu i medicinskim implantatima. Ova studija procjenjuje učinkovitost CNC brušenja s više osi koristeći strukturirano eksperimentiranje. Mjerenja hrapavosti površine (profilometar Taylor Hobson Surtronic S128) i metalografska analiza (mikroskop Zeiss Axio Imager) provedena su na uzorcima nehrđajućeg čelika 316L i Inconel 718 pod kontroliranim parametrima. Rezultati pokazuju da protokoli prilagodljivog profiliranja alata kombinirani s minimalnom količinom hlađenja (MQL) smanjuju vrijednosti Ra za 32% ± 3% u usporedbi s konvencionalnim hlađenjem mlazom vode. Analiza ostataka naprezanja (X-zračna difrakcija) potvrdila je formiranje sloja tlačnih naprezanja (≥150 MPa), što korelira s poboljšanim performansama izdržljivosti. Ovi nalazi pokazuju reproducibilne metode postizanja završnih obrada ispod mikrona, koje su kritične za brtvljenje površina i biokompatibilne interfejse.

1. Uvod
Zahtjevi za kvalitetom površine ispod Ra 0,4 μm postali su nužni u području precizne industrije (Lechner et al., 2023). Primjeri primjene uključuju površine medicinskih implanta i komponente sustava za gorivo u zrakoplovstvu, gdje integritet površine izazvan brušenjem izravno utječe na funkcionalnu izvedbu. Trenutačni izazovi uključuju postizanje dosljednih završetaka na mikronskoj razini, uz kontrolu zona utjecaja topline i ostatak napetosti. Ova istraživanja uspostavljaju kvantificirane korelacije između parametara CNC brušenja i rezultirajućih karakteristika površine.

2. Metodologija

2.1 Eksperimentalni dizajn
Dizajn potpunog faktorijala (Tablica 1) testirao je tri kritična parametra:

• Brzina kotača: 30/45 m/s

• Hranjenje: 2/5 μm/pass

• Strategija hlađenja: Flood/MQL

Tablica 1: Eksperimentalni parametri

2.2 Materijali i oprema

• Komadi: 316L SS (ASTM F138), Inconel 718 (AMS 5662)

• Brušilica: Studer S41 CNC s CBN pločicama (B181N100V)

• Metrologija:

  • Hrapavost površine: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikrostruktura: Zeiss Axio Imager A2m, 500× povećanje

  • Ostatak napetosti: Proto LXRD Cr-Kα zračenje

2.3 Protokol ponovljivosti

1. Uvjetovanje pločice: Dijamantno glačalo jedne točke (5 μm dubina, 0.1 mm/okretaj)

2. Okoliš: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RH

3. Validacija: 5 ponavljanja testa po skupu parametara

3. Rezultati i analiza

Slika 1: Hrapavost površine u odnosu na parametre brušenja

Ključna zapažanja:

• MQL je smanjio prosječne Ra vrijednosti za 29,7% (316L) i 34,2% (Inconel 718) u usporedbi s hlađenjem uranjanjem

• Optimalna kombinacija: 45 m/s brzina kotača + 2 μm/prolaz hranjenje + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Više brzine kotača smanjile su mikropukotine u podpovršini za 60% (p<0,01)

4. Rasprava

4.1 Interpretacija mehanizma
Smanjenje Ra vrijednosti uz MQL usklađeno je sa smanjenim termalnim gradijentima (Marinescu et al., 2021). Niži toplinski ulaz minimizira omekšavanje komada i naknadnu plastičnu deformaciju tijekom abrazivne interakcije. Rezultati XRD potvrđuju kompresijska naprezanja (-210 MPa) pri optimalnim parametrima, što poboljšava vijek trajanja pri dinamičkom opterećenju.

4.2 Ograničenja
Rezultati su specifični za materijal; slitine titana zahtijevaju odvojenu optimizaciju parametara. U studiji nisu uključene kompleksne geometrije koje zahtijevaju profilno brušenje.

4.3 Primjena u industriji
Primjenom adaptivnih ciklusa nanovo oblikovanja svakih 50 komada održavana je konzistentnost Ra unutar 8%. Za hidrauličke kućišta ventila, ovaj protokol je smanjio brzinu curenja za 40% tijekom kvalifikacijskog testiranja (ISO 10770-1).

5. Zaključak
Višeosno CNC brušenje postiže submikronsku kvalitetu površine kada se kombiniraju visoke brzine koluta (≥45 m/s), niske brzine posmaka (≤2 μm/po prolazu) i hlađenje MQL-om. Ova metoda proizvodi metalografski ispravne površine s kompresivnim ostatak napetostima koje su kritične za komponente izložene dinamičkim opterećenjima. Buduća istraživanja trebala bi riješiti optimizaciju brušenja zakrivljenih površina i integraciju nadzora u procesu.