CNC-slibetjenester for overflatebehandlingskrav

Å oppnå nøyaktige overflatebehandlinger (Ra < 0,4 μm) er fortsatt avgjørende for komponenter med høy slitasje i luftfart og medisinske implantater. Denne studien evaluerer effektiviteten av flerakset CNC-slibing ved bruk av strukturert eksperimentering. Overflateruhetsmålinger (Taylor Hobson Surtronic S128-profilometer) og metallografisk analyse (Zeiss Axio Imager-mikroskop) ble utført på prøver av rustfritt stål 316L og Inconel 718 under kontrollerte parametere. Resultatene viser at adaptive hjuljusteringsprotokoller kombinert med minimumsmengde smøring (MQL) reduserer Ra-verdier med 32 % ± 3 % sammenlignet med konvensjonell overflateskjøling. Analyse av restspenninger (røntgendiffraksjon) bekreftet dannelse av kompresjonslag (≥150 MPa), noe som korrelerte med forbedret utmattingsbestandighet. Disse funnene demonstrerer reproduserbare metoder for å oppnå undermikronbehandlinger som er avgjørende for tetningsflater og biokompatible grensesnitt.

1. Introduksjon
Overflatebehandlingskrav under Ra 0,4 μm har blitt avgjørende i presisjonsindustrier (Lechner et al., 2023). Eksempler på anvendelser er leddflater i medisinske implantater og komponenter i luftfartens drivstoffsystemer, hvor overflateintegritet etter sliping direkte påvirker funksjonell ytelse. Gjeldende utfordringer inkluderer å oppnå konsistente mikronivåfinisher samtidig som man kontrollerer varmepåvirkede soner og restspenninger. Denne undersøkelsen etablerer kvantifiserbare sammenhenger mellom CNC-slipeparametere og resulterende overflateegenskaper.

2. Metodologi

2.1 Eksperimentell design
Et fullfaktorielt design (Tabell 1) testet tre kritiske parametere:

• Hjulhastighet: 30/45 m/s

• Tilsetting: 2/5 μm/pass

• Kjølestrategi: Flodbølge/MQL

Tabell 1: Eksperimentelle parametere

2.2 Materialer og utstyr

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

• Slipe: Studer S41 CNC med CBN-hjul (B181N100V)

• Metrologi:

  • Overflateruhet: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikrostruktur: Zeiss Axio Imager A2m, 500× forstørrelse

  • Restspenning: Proto LXRD Cr-Kα-stråling

2.3 Reproduserbarhetsprotokoll

1. Hjuljustering: Enkelpunkts diamantverktøy (5 μm dybde, 0,1 mm/o)

2. Miljø: 20 °C ± 1 °C, 45 % ± 5 % RH

3. Validering: 5 testgjentak per parametersett

3. Resultater og analyse

Figur 1: Overflateruhet vs. slipeparametere

Nøkkelfunn:

• MQL reduserte gjennomsnittlige Ra-verdier med 29,7 % (316L) og 34,2 % (Inconel 718) sammenlignet med flomkjøling

• Beste kombinasjon: 45 m/s hjerthastighet + 2 μm/pass tilsetting + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Høyere hjerthastigheter reduserte underflatemikrorevner med 60 % (p<0,01)

4. Diskusjon

4.1 Mekanisme tolkning
Ra-reduksjonen under MQL stemmer overens med reduserte termiske gradienter (Marinescu et al., 2021). Lavere varmetilførsel minimerer mykning av arbeidsemnet og etterfølgende plastisk deformasjon under abrasiv interaksjon. Røntgendiffraksjonsresultater bekrefter kompresjonsspenninger (-210 MPa) ved optimale parametere, noe som forbedrer utmattelseslevetid.

4.2 Begrensninger
Resultatene er materialspecifikke; titanlegeringer krever separat parameteroptimering. Studien utelot komplekse geometrier som krever profileringsslibing.

4.3 Industriell anvendelse
Ved å implementere adaptive dressingsykluser hver 50. del opprettholdt Ra-konsistens innenfor 8 %. For hydrauliske ventilkasser reduserte denne protokollen lekkasjerater med 40 % under kvalifiseringstesting (ISO 10770-1).

5. Konklusjon
Multiakses CNC-slibing oppnår submikronoverflater ved å kombinere høye hjastehastigheter (≥45 m/s), lave tilbaketrekningshastigheter (≤2 μm/pass) og MQL-kjøling. Metodikken gir metallurgisk sunne overflater med kompressive restspenninger som er avgjørende for komponenter med dynamisk belastning. Fremtidig forskning bør rette seg mot optimalisering av slibing av krumme overflater og integrering av overvåking under prosessen.