Dịch vụ Mài CNC đáp ứng yêu cầu bề mặt

Đạt được độ hoàn thiện bề mặt chính xác (Ra < 0,4 μm) vẫn là yếu tố quan trọng đối với các bộ phận chịu mài mòn cao trong ngành hàng không và các thiết bị cấy ghép y tế. Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả của phương pháp mài CNC nhiều trục thông qua thí nghiệm có cấu trúc. Các phép đo độ nhám bề mặt (máy đo độ nhám Taylor Hobson Surtronic S128) và phân tích kim loại học (kính hiển vi Zeiss Axio Imager) đã được thực hiện trên các mẫu thép không gỉ 316L và Inconel 718 trong điều kiện tham số kiểm soát. Kết quả cho thấy rằng các quy trình hiệu chỉnh đá mài thích ứng kết hợp với kỹ thuật bôi trơn lượng nhỏ (MQL) làm giảm giá trị Ra tới 32% ± 3% so với phương pháp làm nguội truyền thống bằng nước. Phân tích ứng suất dư (kỹ thuật nhiễu xạ tia X) xác nhận sự hình thành lớp ứng suất nén (≥150 MPa), tương quan với khả năng chịu mỏi được cải thiện. Những phát hiện này chứng minh các phương pháp có thể lặp lại để đạt được độ hoàn thiện bề mặt dưới cấp micrômét, điều này rất quan trọng đối với các bề mặt làm kín và các giao diện sinh học tương thích.

1. Giới thiệu
Yêu cầu độ nhám bề mặt dưới Ra 0,4 μm đã trở thành yếu tố thiết yếu trong các ngành công nghiệp chính xác (Lechner et al., 2023). Bề mặt tiếp hợp của dụng cụ cấy ghép y tế và các bộ phận hệ thống nhiên liệu hàng không vũ trụ là những ví dụ điển hình cho thấy chất lượng bề mặt sau mài ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động. Các thách thức hiện tại bao gồm việc đạt được độ hoàn thiện ở cấp độ micromet một cách nhất quán trong khi kiểm soát các vùng ảnh hưởng bởi nhiệt và ứng suất dư. Nghiên cứu này thiết lập mối tương quan có thể lượng hóa giữa các thông số mài CNC và đặc tính bề mặt tạo ra.

2. Phương pháp luận

2.1 Thiết kế thí nghiệm
Một thiết kế nhân tố đầy đủ (Bảng 1) đã được sử dụng để kiểm tra ba thông số quan trọng:

• Tốc độ đá mài: 30/45 m/s

• Lượng chạy dao: 2/5 μm/lần

• Chiến lược làm mát: Dầu tràn/MQL

Bảng 1: Thông số thí nghiệm

2.2 Vật liệu & Thiết bị

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

• Máy mài: Studer S41 CNC với bánh mài CBN (B181N100V)

• Đo lường:

  • Độ nhám bề mặt: Taylor Hobson Surtronic S128 (ISO 4288)

  • Cấu trúc vi mô: Zeiss Axio Imager A2m, độ phóng đại 500×

  • Ứng suất dư: Proto LXRD bức xạ Cr-Kα

2.3 Quy trình tái lập

1. Hiệu chỉnh bánh mài: Dụng cụ hiệu chỉnh kim cương đơn điểm (độ sâu 5 μm, 0,1 mm/vòng)

2. Môi trường: 20°C ± 1°C, 45% ± 5% RH

3. Xác nhận: 5 lần lặp lại kiểm tra cho mỗi bộ thông số

3. Kết quả và Phân tích

Hình 1: Độ nhám bề mặt so với các thông số mài

Những phát hiện chính:

• MQL làm giảm giá trị Ra trung bình lần lượt 29,7% (316L) và 34,2% (Inconel 718) so với làm nguội bằng ngập lụt

• Tổ hợp tối ưu: tốc độ bánh mài 45 m/s + lượng chạy dao 2 μm/lần + MQL (Ra 0,21 μm ± 0,03)

• Tăng tốc độ bánh mài làm giảm 60% vi nứt dưới bề mặt (p<0,01)

4. Thảo luận

4.1 Giải thích cơ chế
Việc giảm Ra trong điều kiện MQL phù hợp với việc giảm gradient nhiệt (Marinescu et al., 2021). Nhiệt độ đầu vào thấp làm giảm sự mềm hóa phôi và biến dạng dẻo tiếp theo trong quá trình tương tác mài mòn. Kết quả XRD xác nhận ứng suất nén (-210 MPa) tại các thông số tối ưu, từ đó nâng cao tuổi thọ mỏi.

4.2 Những hạn chế
Kết quả phụ thuộc vào vật liệu; hợp kim titan cần tối ưu hóa riêng biệt. Nghiên cứu không bao gồm các hình dạng phức tạp cần mài biên dạng.

4.3 Ứng dụng công nghiệp
Áp dụng chu kỳ điều chỉnh thích nghi sau mỗi 50 chi tiết đã duy trì độ nhám Ra ổn định trong phạm vi 8%. Đối với thân van thủy lực, quy trình này đã giảm 40% tỷ lệ rò rỉ trong quá trình thử nghiệm đánh giá (ISO 10770-1).

kết luận
Phương pháp mài CNC nhiều trục đạt độ hoàn thiện dưới micron khi kết hợp tốc độ đá mài cao (≥45 m/s), tốc độ tiến thấp (≤2 μm/lần), và làm mát bằng MQL. Phương pháp này tạo ra bề mặt chất lượng metallurgisch với ứng suất dư nén, rất quan trọng cho các chi tiết chịu tải động. Hướng nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào tối ưu hóa mài bề mặt cong và tích hợp hệ thống giám sát trong quá trình gia công.