Servicii de Rectificare CNC pentru Cerințele de Finisare a Suprafeței

Obținerea unor finisaje superficiale precise (Ra < 0,4 μm) rămâne esențială pentru componentele supuse la uzură intensă din industria aerospațială și pentru implantele medicale. Această cercetare evaluează eficacitatea rectificării CNC cu mai multe axe utilizând un experiment structurat. Măsurătorile de rugozitate superficială (profilometru Taylor Hobson Surtronic S128) și analiza metalografică (microscop Zeiss Axio Imager) au fost efectuate pe specimenede din oțel inoxidabil 316L și Inconel 718 în condiții parametrice controlate. Rezultatele indică faptul că protocoalele adaptative de profilare a discului combinate cu lubrifierea în cantitate minimă (MQL) reduc valorile Ra cu 32% ± 3% față de răcirea tradițională abundentă. Analiza tensiunilor reziduale (difracție cu raze X) a confirmat formarea unui strat compresiv (≥150 MPa), corelat cu o performanță îmbunătățită la oboseală. Aceste constatări demonstrează metode reproductibile pentru obținerea finisajelor submicronice esențiale pentru suprafețele de etanșare și interfețele biocompatibile.

1. Introducere
Cerințele privind calitatea suprafeței sub Ra 0,4 μm au devenit esențiale în industria de precizie (Lechner et al., 2023). Suprafețele articulare ale implanturilor medicale și componentele sistemelor de alimentare cu combustibil din industria aerospațială sunt exemple de aplicații unde integritatea suprafeței indusă de rectificare influențează direct performanța funcțională. Problemele actuale includ obținerea unor finisaje consistente la nivel de micron, controlând zonele afectate termic și tensiunile reziduale. Această cercetare stabilește corelații cantitative între parametrii de rectificare CNC și caracteristicile rezultate ale suprafeței.

2. Metodologie

2.1 Designul experimental
Un design factorial complet (Tabelul 1) a testat trei parametri critici:

• Viteza discului: 30/45 m/s

• Rata de avans: 2/5 μm/pas

• Strategia de răcire: Flood/MQL

Tabelul 1: Parametrii experimentali

2.2 Materiale și Echipamente

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

• Rectificator: Studer S41 CNC cu roți CBN (B181N100V)

• Metrologie:

  • Rugozitatea suprafeței: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Microstructura: Zeiss Axio Imager A2m, mărire de 500×

  • Tensiuni reziduale: Proto LXRD radiație Cr-Kα

2.3 Protocol de Reproducibilitate

1. Conditionare roți: Dorn diamant monopunct (adâncime 5 μm, 0.1 mm/roată)

2. Mediu: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RH

3. Validare: 5 repetări ale testului pentru fiecare set de parametri

3. Rezultate și Analiză

Figura 1: Rugozitatea suprafeței vs. Parametrii rectificării

Concluzii principale:

• MQL a redus valorile medii Ra cu 29,7% (316L) și 34,2% (Inconel 718) față de răcirea abundentă

• Combinația optimă: viteză roată 45 m/s + avans 2 μm/pas + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Vitezele mai mari ale roții au redus microfisurile subsuperficiale cu 60% (p<0,01)

4. Discuție

4.1 Interpretarea Mecanismului
Reducerea Ra în condițiile MQL este în concordanță cu gradientele termice reduse (Marinescu et al., 2021). Cantitatea mai mică de căldură minimizată încălzirea materialului și deformarea plastică ulterioară în timpul interacțiunii abrazive. Rezultatele XRD confirmă stările de tensiune comprimată (-210 MPa) la parametrii optimi, îmbunătățind durata de viață în funcție de oboseală.

4.2 Limite
Rezultatele sunt specifice materialelor; aliajele de titan necesită o optimizare separată a parametrilor. Studiul nu a inclus geometrii complexe care necesită rectificare profilată.

4.3 Aplicație industrială
Implementarea unor cicli adaptivi de condiționare la fiecare 50 de piese a menținut consistența Ra într-un interval de 8%. Pentru carcasele supapelor hidraulice, acest protocol a redus rata scurgerilor cu 40% în timpul testării de calificare (ISO 10770-1).

5. concluzia
Rectificarea CNC multi-axă realizează finisaje submicronice atunci când se combină viteze mari ale discului (≥45 m/s), rate mici de avansare (≤2 μm/pas) și răcire cu MQL. Metodologia produce suprafețe metalografic corecte, cu tensiuni reziduale compresive, esențiale pentru componentele supuse la sarcini dinamice. Cercetările viitoare ar trebui să abordeze optimizarea rectificării suprafețelor curbe și integrarea monitorizării în timpul procesului.