CNC brušenje za zahteve završne obrade površine

Постизање прецизних завршних обрада површине (Ra < 0,4 μm) остаје критично за делове изложеним великом абразији у авионској индустрији и медицинским имплантатима. Ова студија процењује ефикасност CNC брусења на више оса коришћењем структурираних експеримената. Мерења храпавости површине (профилометар Taylor Hobson Surtronic S128) и металографска анализа (микроскоп Zeiss Axio Imager) су изведени на узорцима од нерђајућег челика 316L и Inconel 718 у контролисаним условима. Резултати показују да адаптивни протоколи прављења алмазних точкова у комбинацији са минималном количином подмазивања (MQL) смањују Ra вредности за 32% ± 3% у односу на конвенционално хлађење. Анализа остатних напетина (рентгенска дифракција) је потврдила формирање компресивних слојева (≥150 MPa), што се повезује са побољшаном отпорношћу на замор. Ови налази демонстрирају репродуктивабилне методе постизања завршних обрада испод микрона, што је критично за заптивне површине и биокомпатибилне интерфејсе.

1. Uvod
Zahtevi za kvalitetom površine ispod Ra 0,4 μm postali su neophodni u oblasti precizne industrije (Lechner et al., 2023). Površine veštačkih zglobova medicinskih implanta i komponenti sistema za gorivo u vazduhoplovstvu su primeri primene gde integritet površine nastao brušenjem direktno utiče na funkcionalnu izdržljivost. Trenutni izazovi uključuju postizanje stabilnih završnih površina na nivou mikrona, uz kontrolu zona uticaja temperature i ostataka napona. Ova istraživanja uspostavljaju kvantifikovane korelacije između parametara CNC brušenja i rezultujućih karakteristika površine.

2. Metodologija

2.1 Експериментални дизајн
Dizajn sa svim faktorima (Tabela 1) testirao je tri ključna parametra:

• Brzina pločice: 30/45 m/s

• Dubina rezanja: 2/5 μm/prolaz

• Strategija hlađenja: Flood/MQL

Tabela 1: Eksperimentalni parametri

2.2 Материјали и опрема

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

• Брусило: Studer S41 CNC са CBN точковима (B181N100V)

• Метрологија:

  • Храпавост површине: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Микроструктура: Zeiss Axio Imager A2m, увећање 500×

  • Остатни напони: Proto LXRD Cr-Kα зрачење

2.3 Протокол поновљивости

1. Кондиционирање точка: Једноставни алмазни алат за прављење (дубина 5 μm, 0,1 mm/оберт)

2. Окружење: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RH

3. Валидација: 5 понављања тестова по параметарском сету

3. Резултати и анализа

Слика 1: Храпавост површине у односу на параметре брусења

Кључни налази:

• MQL је смањио просечне Ra вредности за 29,7% (316L) и 34,2% (Inconel 718) у односу на флуидно хлађење

• Оптимална комбинација: 45 m/s брзина точка + 2 μm/пасоши фид + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Веће брзине точка смањиле су микропукотине у подповршинском слоју за 60% (p<0,01)

4. Rasprava

4.1 Тумачење механизма
Смањење Ra вредности код MQL-а усклађено је са смањеним топлотним градијентима (Marinescu et al., 2021). Нижи топлотни унос минимизира омекшавање материјала и последичну пластичну деформацију током абразивне интеракције. Резултати XRD-а потврђују компресивна напрезања (-210 MPa) при оптималним параметрима, што побољшава издржљивост.

4.2 Ograničenja
Rezultati su specifični za materijal; legure titana zahtevaju posebnu optimizaciju parametara. Studija nije obuhvatala kompleksne geometrije koje zahtevaju profilno brušenje.

4.3 Industrijska primena
Primenom adaptivnih ciklusa čišćenja nakon svakih 50 komada održavana je konstantnost Ra unutar 8%. Za hidrauličke kućišta ventila, ovaj protokol je smanjio stopu curenja za 40% tokom kvalifikacionog testiranja (ISO 10770-1).

5. Zaključak
Višeosno CNC brušenje postiže submikronsku kvalitet površine kada se kombinuju visoke brzine ploča (≥45 m/s), niske posmak rate (≤2 μm/paš), i hlađenje MQL-om. Ova metoda proizvodi metalurški ispravne površine sa kompresionim ostatak napetostima, što je kritično za komponente pod dinamičkim opterećenjem. Buduća istraživanja treba da reše optimizaciju brušenja zakrivljenih površina i integraciju monitorisanja u toku procesa.