CNC šlifavimo paslaugos pagal paviršiaus apdorojimo reikalavimus

Pasiekiant tikslųs paviršiaus apdailas (Ra < 0,4 μm) išlieka kritiškai svarbu dėl didelio nubrozdinimo komponentams aviacijos ir medicinos implantuose. Šis tyrimas vertina daugiakanalio CNC šlifavimo veiksmingumą naudojant struktūruotą eksperimentavimą. Paviršiaus šiurkštumo matavimus (profilometras Taylor Hobson Surtronic S128) ir metalografinę analizę (mikroskopas Zeiss Axio Imager) buvo atlikta su 316L nerūdijančio plieno ir Inconel 718 mėginiais esant kontroliuojamiems parametrams. Rezultatai rodo, kad adaptacinės rato kalibravimo procedūros kartu su minimalaus kiekio tepimu (MQL) sumažina Ra reikšmes 32 % ± 3 % lyginant su konvenciniu intensyviu aušinimu. Likutinio įtempimo analizė (rentgeno difrakcija) patvirtino kompresinio sluoksnio susidarymą (≥150 MPa), kuris koreliuoja su pagerinta atkaitos savybėmis. Šie rezultatai parodo atkuriamus metodus, skirtus pasiekti submikronines apdailas, kurios yra kritiškai svarbios sandarinimo paviršiams ir biologinėms sąsajoms.

1. Įvadas
Paviršiaus apdorojimo reikalavimai žemiau Ra 0,4 μm tapo būtini tikslumo pramonės šakose (Lechner ir kt., 2023). Medicininių implantų sąnarių paviršiai ir aviacijos kuro sistemos komponentai yra pavyzdžiai, kai paviršiaus vientisumas tiesiogiai veikia funkcionalų našumą. Esami iššūkiai apima nuoseklių mikronų lygio apdailos pasiekimą, kontroliuojant šilumos paveiktas zonas ir liekamuosius įtempimus. Šis tyrimas nustato kiekybinius ryšius tarp CNC šlifavimo parametrų ir atitinkamų paviršių savybių.

2. Metodika

2.1 Eksperimento planavimas
Pilnojo faktoriaus planas (1 lentelė) išbandė tris kritiškus parametrus:

• Ratuko greitis: 30/45 m/s

• Padavimo greitis: 2/5 μm/pass

• Aušinimo strategija: Flood/MQL

1 lentelė: Eksperimentiniai parametrai

2.2 Medžiagos ir įranga

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

• Šlifavimo įrenginys: Studer S41 CNC su CBN ratukais (B181N100V)

• Matavimo priemonės:

  • Paviršiaus šiurkštumas: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikrostruktūra: Zeiss Axio Imager A2m, 500× padidinimas

  • Likutinis įtempimas: Proto LXRD Cr-Kα spinduliuotė

2.3 Atkartojimo protokolas

1. Ratų apdirbimas: vieno taško deimantiniu įrankiu (5 μm gylis, 0,1 mm/aps)

2. Aplinka: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% SDR

3. Patvirtinimas: 5 kartų kiekvieno parametro rinkinio testavimas

3. Rezultatai ir analizė

1 pav.: Paviršiaus šiurkštumas priklausomai nuo šlifavimo parametrų

Pagrindiniai rezultatai:

• MQL sumažino vidutinius Ra reikšmes 29,7 % (316L) ir 34,2 % (Inconel 718) lyginant su skysčio aušinimu

• Optimalus derinys: 45 m/s rato greitis + 2 μm/ėjimą padavimas + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Didesni rato greičiai sumažino paviršinius mikroįtrūkius 60 % (p<0,01)

4. Aptarimas

4.1 Mechanizmo interpretacija
Ra mažėjimas esant MQL atitinka sumažėjusius terminius gradientus (Marinescu et al., 2021). Mažesnis šilumos patekimas sumažina darbinio kūno minkštėjimą ir tolesnį plastinį deformavimąsi abrazyvinio poveikio metu. XRD rezultatai patvirtina kompresines įtampas (-210 MPa) esant optimaliems parametrams, padidinant atsparumą nuovargiui.

4.2 Apribojimai
Rezultatai yra medžiagų specifiniai; titano lydiniams reikia atskirai optimizuoti parametrus. Tyrimas neįtraukė sudėtingų geometrijų, reikalaujančių profilio šlifavimo.

4.3 Pramonės taikymas
Vartojant adaptacines valymo procedūras kas 50 detalių, Ra nuoseklumas buvo išlaikytas 8 % ribose. Hidraulinėms vožtuvo korpusei ši procedūra sumažino nutekėjimo rodiklius 40 % per kvalifikacijos bandymus (ISO 10770-1).

5. Išvados
Daugiaašis CNC šlifavimas pasiekia submikroninį apdorojimą, derinant aukštą ratų greitį (≥45 m/s), mažą padavimo spartą (≤2 μm/įbrėžimas) ir MQL aušinimą. Ši metodika sukuria metalografiškai kokybiškas paviršių struktūras su kompresiniais likiniais įtempimais, kurie yra kritiškai svarbūs dinaminėms apkrovoms. Būsimi tyrimai turėtų būti nukreipti į išlenktų paviršių šlifavimo optimizavimą ir proceso stebėjimo integravimą.