CNC köszörülési szolgáltatások felületminőségi igényekhez

A precíz felületi minőség (Ra < 0,4 μm) továbbra is kritikus jelentőségű a repülőgépiparban és orvostechnikai implantátumokban használt nagy kopásállóságú alkatrészek esetében. Jelen tanulmány a többtengelyes CNC köszörülési technológia hatékonyságát vizsgálja strukturált kísérletek segítségével. Felületi érdesség méréseket (Taylor Hobson Surtronic S128 profilmérő) és fémanalízist (Zeiss Axio Imager mikroszkóp) végeztek 316L rozsdamentes acél és Inconel 718 mintákon szabályozott paraméterek mellett. Az eredmények azt mutatják, hogy az adaptív korongszabályozási protokollok a minimális mennyiségű hűtő-zsírozó (MQL) rendszerrel kombinálva 32% ± 3%-kal csökkentik az Ra értékeket a hagyományos átalakító hűtéshez képest. A maradónyomás vizsgálat (röntgendiffrakció) megerősítette a nyomófeszültségi réteg kialakulását (≥150 MPa), ami összefüggésben áll a javított fáradási teljesítménnyel. Ezek az eredmények olyan reprodukálható módszereket mutatnak, amelyek alkalmazásával al-mikronos felületminőség érhető el, amely kritikus a tömítőfelületek és biokompatibilis kapcsolódási felületek esetében.

1. Bevezetés
A Ra 0,4 μm alatti felületi érdesség követelményei elengedhetetlenné váltak a precíziós iparágakban (Lechner et al., 2023). Az orvostechnikai implantátumok mozgatható felületei és a repülőgépipari üzemanyag-rendszer alkatrészei például olyan alkalmazások, ahol a csiszolásból származó felületi integritás közvetlenül befolyásolja a működési teljesítményt. A jelenlegi kihívások közé tartozik a mikronméretű felületminőség elérése mellett a hőterhelési zónák és a maradónyomatok ellenőrzése. Ez a vizsgálat mennyiségi összefüggéseket állapít meg a CNC csiszolási paraméterek és a kapott felületjellemzők között.

2. Módszertan

2.1 Kísérleti terv
Egy teljes faktoriális terv (1. táblázat) három kritikus paramétert vizsgált:

• Korongsebesség: 30/45 m/s

• Előtolás: 2/5 μm/passzus

• Hűtési stratégia: Áradásos/MQL

1. táblázat: Kísérleti paraméterek

2.2 Anyagok és felszerelések

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

• Csiszoló: Studer S41 CNC CBN koronggal (B181N100V)

• Mérés:

  • Felületi érdesség: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikroszerkezet: Zeiss Axio Imager A2m, 500× nagyítás

  • Maradónyomaték: Proto LXRD Cr-Kα sugárzás

2.3 Reprodukálhatósági protokoll

1. Korong kondicionálás: Egyponatos gyémánt dörzskerék (5 μm mélység, 0.1 mm/fordulat)

2. Környezet: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RH

3. Érvényesítés: 5 tesztismétlés paraméterenként

3. Eredmények és elemzés

1. ábra: Felületi érdesség vs. köszörülési paraméterek

Főbb megállapítások:

• Az MQL csökkentette az átlagos Ra értékeket 29,7%-kal (316L) és 34,2%-kal (Inconel 718) a teljes hűtéshez képest

• Optimális kombináció: 45 m/s korongsebesség + 2 μm/passz előtolás + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• A magasabb korongsebességek csökkentették a felület alatti mikrotöréseket 60%-kal (p<0,01)

4. Vitaforgató

4.1 Mechanizmus-értelmezés
Az Ra csökkenése MQL alkalmazása alatt összhangban áll a csökkent hőmérsékleti gradiensekkel (Marinescu et al., 2021). Az alacsonyabb hőbevitel csökkenti az alkatrész felületi lágyulását és az ezután bekövetkező plasztikus deformációt az abrazív kölcsönhatás során. Az RFA eredmények megerősítik a kompressziós feszültségeket (-210 MPa) az optimális paramétereknél, ezzel javítva a fáradási élettartamot.

4.2 Korlátok
Az eredmények anyagonként változnak; a titanium ötvözetek külön paraméteroptimalizálást igényelnek. A tanulmány kizárta az összetett geometriákat, amelyek profilköszörülést igényelnek.

4.3 Ipari alkalmazás
Az adaptív igazítási ciklusok alkalmazása minden 50 alkatrész után az Ra érték állandóságát 8%-os tűrésen belül biztosította. Hidraulikus szelepházak esetében ez a protokoll csökkentette a szivárgási rátát 40%-kal a kvalifikációs tesztelés során (ISO 10770-1).

5. Következtetés
A többtengelyes CNC-köszörülés alulmikronos felületminőséget ér el, ha magas korongsebességet (≥45 m/s), alacsony előtolási sebességet (≤2 μm/elhaladás) és MQL hűtést alkalmaznak. Ez a módszer metallurgiai szempontból hibátlan felületeket eredményez, amelyek nyomó feszültségekkel rendelkeznek, ami kritikus fontosságú dinamikus terhelésű alkatrészek esetében. A jövőbeli kutatásoknak a görbült felületek köszörülési optimalizálását és az folyamatszabályozásba való integrálását kell majd megcélzniuk.