Yüzey Biti̇ş Gereksinimleri için CNC Taşlama Hizmetleri

Havacılık ve tıbbi implantlarda yüksek aşınma gören bileşenler için hassas yüzey kalitesinin (Ra < 0,4 μm) sağlanması kritik öneme sahiptir. Bu çalışma, çok eksenli CNC taşlama işleminin etkinliğini yapılandırılmış deneylerle değerlendirmektedir. 316L paslanmaz çelik ve Inconel 718 numuneler üzerinde Taylor Hobson Surtronic S128 profilo metre ile yüzey pürüzlülüğü ölçümleri ve Zeiss Axio Imager mikroskobu ile metalografik analizler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, adaptif taşlama tekrar şekillendirme protokollerinin minimum miktar yağlama (MQL) ile birlikte kullanılmasının Ra değerlerini geleneksel soğutma yöntemlerine kıyasla %32 ± %3 oranında düşürdüğünü göstermektedir. Kalıntı gerilme analizleri (X-ışını kırınımı) ise yorulma dayanımındaki iyileşmeyi destekler nitelikte ≥150 MPa basınçlı tabaka oluşumunu doğrulamıştır. Bu bulgular, sızdırmazlık yüzeyleri ve biyouyumlu arayüzler için kritik olan alt mikron düzeyinde yüzey kalitelerinin tekrarlanabilir üretim yöntemlerini ortaya koymaktadır.

1. giriş
Ra 0,4 μm'nin altındaki yüzey pürüzlülüğü gereksinimleri, hassas imalat endüstrilerinde hayati bir hale gelmiştir (Lechner et al., 2023). Tıbbi implant eklem yüzeyleri ve havacılık yakıt sistemi bileşenleri, taşlama işleminden kaynaklanan yüzey bütünlüğünün doğrudan işlevsel performansı etkilediği uygulama örnekleridir. Mevcut zorluklar arasında ısı etkili bölgeleri ve artık gerilmeleri kontrol ederken mikron seviyesinde tutarlı yüzey pürüzlülüğü elde etmek yer almaktadır. Bu araştırma, CNC taşlama parametreleri ile elde edilen yüzey karakteristikleri arasında ölçülebilir korelasyonlar oluşturmaktadır.

2. Yöntem

2.1 Deneysel Tasarım
Tam faktöriyel tasarım (Tablo 1), üç kritik parametreyi test etmiştir:

• Taşlama tekeri hızı: 30/45 m/s

• İlerleme miktarı: 2/5 μm/geçiş

• Soğutma stratejisi: Dolu akış/MQL

Tablo 1: Deneysel Parametreler

2.2 Malzeme ve Ekipman

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

• Taşlama Makinesi: Studer S41 CNC CBN tekerleklerle (B181N100V)

• Metroloji:

  • Yüzey pürüzlülüğü: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Mikroyapı: Zeiss Axio Imager A2m, 500× büyütme

  • Rezidüel gerilme: Proto LXRD Cr-Kα radyasyonu

2.3 Yeniden Üretilebilirlik Protokolü

1. Tekerlek şartlandırma: Tek nokta elmas uçlu dresser (5 μm derinlik, 0.1 mm/devir)

2. Ortam: 20°C ± 1°C, %45 ± 5 RH

3. Doğrulama: Parametre seti başına 5 test tekrarı

3. Sonuçlar ve Analiz

Şekil 1: Yüzey Pürüzlülüğüne Göre Taşlama Parametreleri

Temel bulgular:

• MQL, 316L'de ortalama Ra değerlerini %29,7 ve Inconel 718'de %34,2 azalttı (geleneksel soğutma ile karşılaştırıldığında)

• En iyi kombinasyon: 45 m/s tekerlek hızı + 2 μm/geçiş ilerleme + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Daha yüksek tekerlek hızları subsurface mikroçatlakları %60 azalttı (p<0,01)

4. Tartışma

4.1 Mekanizma Yorumu
MQL altında Ra azalması, termal gradyanlardaki azalmayla uyumludur (Marinescu et al., 2021). Daha düşük ısı girdisi, iş parçası yumuşamasını ve abrasif etkileşim sırasında plastik deformasyonu en aza indirger. XRD sonuçları, optimal parametrelerde (-210 MPa) basınç gerilmelerini doğrulayarak yorulma ömrünü artırır.

4.2 Sınırlamalar
Sonuçlar malzeme özelidir; titanyum alaşımları ayrı parametre optimizasyonu gerektirir. Çalışma, profil taşlamayı gerektiren karmaşık geometrileri kapsamıyordu.

4.3 Endüstriyel Uygulama
Her 50 parça sonrasında adaptif balanslama döngüleri uygulamak, Ra tutarlılığını %8 aralığında korudu. Hidrolik valf gövdeleri için bu protokol, nitelendirme testleri sırasında sızıntı oranlarını %40 azalttı (ISO 10770-1).

5. Sonuç
Yüksek taşlama hızlarını (≥45 m/s), düşük ilerleme oranlarını (≤2 μm/devir) ve MQL soğutmayı birleştiren çok eksenli CNC taşlama, mikron altı yüzey kalitesi sağlar. Bu yöntem, dinamik yüke maruz bileşenler için kritik olan kompresif artık gerilmelerle metalurjik olarak sağlam yüzeyler üretir. Gelecekteki araştırmalar, eğrisel yüzey taşlama optimizasyonu ve süreç içi izleme entegrasyonunu ele almalıdır.