Taşlamadan Bitirmeye: Eklenti Üretimi İçin Son İşlem Çözümleri

3D baskılı metal parçalar düşük son işlem sonrası iş yüküne sahiptir ve taşlama, nihai toleranslar için etkili bir çözüm olma potansiyeline sahiptir.

Havacılık ve tıp pazarlarında ek üretimin yaygın kullanımı, son kullanım uygulamalarının taleplerini karşılamak için bitmiş güçlendirici bileşenlerin yüzeylerinde artan taleplere yol açmıştır. İlave üretim süreci, son şekle yakın bileşenler üretir ve son bitirme ihtiyacını önemli ölçüde azaltır. Malzeme ilaveli üretim yoluyla, genel üretim sürecini kolaylaştırmak için malzeme israf oranları azaltılabilir, ancak bu aynı zamanda sonraki bitirme işlemlerinin daha sıkı yeniden işleme teknikleri ve tutarlılık gerektirdiği anlamına gelir. Bu nedenle, bileşen toleranslarını ve yüzey kalitesi gereksinimlerini karşılamak için son işlemde tutarlılığın sağlanması önemlidir. Toleransların ve yüzeylerin daha zorlu olduğu uygulamalarda, katkı maddelerinin üretimi için taşlama başka bir etkili seçenek olabilir. Taşlama, diğer geleneksel malzeme kaldırma işlemlerinden daha iyi yüzey kalitesi ve bütünlüğü sağlar. Norton, özellikle havacılık endüstrisindeki nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşım bileşenlerine uygulandığında ilave üretimin sonlandırılması hakkında daha fazla bilgi edinmek için Norton. Saint-Gobain mühendisleri, eklentilerden yapılan Inconel 718 örneğini geliştirdi. Çalışma üç soruya odaklandı: Toplayıcıdan yapılan bileşenlerden giyilmesi gereken minimum malzeme miktarı / hacmi nedir? Hidrofordan yapılan bileşenlerin en yeni nesil taşlama taşları kullanılarak taşlanmasıyla hangi yüzey kalitesi elde edilebilir? Üçüncüsü, ince öğütmenin, donatı üretim bileşenlerinin yüzey artık gerilimi (varsa) üzerindeki etkisi nedir?

Doğrudan Metal Lazer Sinterleme (DMLS) işlemi kullanılarak üretilen AM IN718 örnekleri, Stratasys Doğrudan İmalat tarafından sağlanmaktadır. Şekil 1, eklentinin üretimi için bir test örneğini göstermektedir. Ekleme üretildikten sonra, numune ortam ile kumlanır ve stres ortadan kaldırılır. Bunu termal izostasyon, katı çözülebilir işlem / ateşleme ve çökelme sertleştirme takip eder. Numune sertliği 40 HRC'dir. Ardından Norton'u kullanın. Saint-Gobain Higgins Öğütme Teknoloji Merkezi'nin Magele MFP-125.50.65'i, Norton NQX60E24VTX2 taşlama taşından numuneleri aralıklı olarak taşlama makinesinde öğütür.

İlk olarak, kademeli olarak kesme derinliğini artırın, birkaç alanı taşlayın, çıkarılacak minimum malzeme miktarını, ek üretim işleminin yüzeyini belirleyin. Taşlama daha sonra belirtilen kesme derinliğinde gerçekleştirilir ve ardından yüzey belirgin kusurlar açısından kontrol edilir. Şekil 4, deney sırasında bileşenler temizlendikten sonra numunenin bir resmini gösterir. Deneysel sonuçlara göre, ilave imalat sürecinden kaynaklanan tüm geometrik ısrar ve yüzey kusurlarını ortadan kaldırmak için montajdan çıkan malzemelerin yaklaşık 0,30 mm'den 0,45 mm'ye çıkarılması gerekir.

Bu test, 50,8 mm taşlama uzunluğu, 462 mm taşlama taşı çapı ve 23 m / sn çalışma hızı kullanır. 0,1 mm3 / sn / mm ila 3,9 mm3 / sn / mm aralığında toplam beş malzeme kaldırma oranı (MRR) test edilmiştir. Verim hızını (mm / dak) veya kesme derinliğini (mm) değiştirerek talaş kaldırma oranını ayarlayın. Düşük ve orta talaş kaldırma oranlarının yüzey kalitesi ve taşlama kapasitesi üzerindeki etkisini değerlendirmek için birden fazla talaş kaldırma oranları test edilmiştir. Nikel bazlı alaşımlar (örn. Inconel 718) yüksek bir kaldırma oranında modern mühendislik aşındırıcıları ile frezelenebilse de, çalışma endüstrideki standart Inconel iş parçalarının son işlemesi için mevcut standart bitirme oranına dayalı olarak daha düşük bir talaş kaldırma oranı seçmiştir. Standart (non-adder imalat) iş parçası taşlama durumunda, beklenen sonuç, talaş kaldırma oranı arttıkça ve taşlama gücü arttıkça, taşlama iş parçasının yüzey kalitesi (Ra) artacak veya yüzey olacaktır. daha sert.

Taşlamadan önce ve sonra, iş parçasının yüzey kalitesi, iş parçası üzerinde birden çok konum ve iki yön içeren Federal Contact Profiler System 5000 kullanılarak ölçülür. Ayrıca çeşitli lokasyonlarda temassız profil mastar yüzey ölçümleri yapılmaktadır.

Taşlamadan önce, toplayıcıdan yapılan malzemenin yüzey pürüzlülüğü değerlendirilmiş ve farklı ölçüm yönlerinde finişte büyük farklılıklar olduğu bulunmuştur. Ortalama bitirme, dikey olarak ölçüldüğünde 3,3 mikron Ra ve yatay olarak ölçüldüğünde 2,1 μmRa idi. Bu önemli fark, standart döküm halindeki Inconel 718 malzemeleri ölçülürken ortaya çıkmaz. Bu fark, 3B üretim yöntemleriyle ilgili görünmektedir, ancak kesin nedeni henüz bilinmemektedir.

Bir temas profilleyici kullanarak taşlamadan sonra yüzey kalitesini ölçmenin geleneksel yöntemi, taşlama hattına paralel olmaktan ziyade öğütme hattına diktir. Bu çalışmada yüzey kalitesi öğütme hattına paralel ve öğütme hattına dik olarak iki yönde ölçülmüştür. Taşlamadan sonra ölçülen sonuçlar daha sonra taşlamadan önce uzunlamasına ve yanal ölçümlerle karşılaştırılır.

Buradaki nokta, taşlama hattına dik bir yönde taşlama işleminden sonra yüzeyi ölçerken, iğnenin, taşlama hattının tepe ve çukurlarını geçmesidir. Paralel yönde ölçüm yaparken, iğne taşlama hattına paralel hareket eder ve tepe ve vadiyi asla geçmez. Bu nedenle, şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu çalışmada, dikey olarak ölçülen (pürüzlü) yüzey kalitesi, paralel olarak ölçülenden önemli ölçüde daha yüksekti.

Malzemenin ürettiği malzemenin taşlama öncesi ve sonrası yüzey pürüzlülüğü değerlendirildikten sonra, farklı ölçüm yönlerinde finişte önemli farklılıklar olduğu bulunmuştur. Bu çalışmada yüzey pürüzlülüğü ölçümü öğütme hattına paralel ve öğütme hattına dik olarak gerçekleştirildi ve sonuçlar gerçekten önemli ölçüde farklıydı. Paralel yönde ölçüldüğünde, taşlama öncesi ortalama yüzey kalitesi 3,3? MRa ve taşlama sonrası 0,21? Ma'dır. Dikey olarak ölçüm yaparken, ortalama yüzey kalitesi taşlamadan önce 2,1 μmRa ve taşlamadan sonra 0,5 μmRa'dır.

Ek olarak, yüzey özelliklerini görselleştirmek için Theanovea 3D yüzey profilleyici ve beyaz ışık kromatrik teknolojisi kullanılarak ek numuneler analiz edildi. Bu testte, ilave imalat numunesi alındıktan sonra, cam ortam ile orta raspalama yapılır ve yüzeyin kabarık kısmı kaldırılır. Taşlama sonrası yüzeyde görülebilen çizgiler, taşlama işleminden kalan çizgilerdir. Bileşenlerin performansı ve kalitesi açısından kritik olması koşuluyla, taşlama taşları veya mühendislik taşlama bandı gibi diğer cilalı ürünler, yüzey çizgilerini daha da azaltmak ve ultra ince yüzeyler oluşturmak için kullanılabilir.

Öğütmenin am IN718 numunelerinin genel yüzey bütünlüğü üzerindeki etkilerini daha iyi anlamak için, Bruker-AXS D8 Discover mikro kırınım cihazı kullanılarak numunelerin alınmasından ve öğütülmesinden sonra yüzey artık gerilme ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Her iki durumda aynı numunenin 6 farklı pozisyonunun ölçümleri karşılaştırıldığında, yakın yüzeyin artık gerilmesinin negatif olduğu / her iki koşulda da sıkıştırma olduğu bulunmuştur. Bu durum esas olarak ince öğütmeden sonra parçada meydana gelir ve yüzeye yakın artık gerilimi sıkıştırılabilir, bu da yüzey çatlaklarının yayılmasını geciktirebilir ve yorgunluk ömrünü uzatabilir.

Çalışma süresi boyunca öğütme gücü 5 malzemenin çıkarılma hızına göre ölçülmüştür. Talaş kaldırma oranı arttıkça taşlama gücü de artar. Bu davranış çoğu taşlama işleminde mevcuttur. Minimum 0,1 mm3 / sn / mm oranında, taşlama sırasında en yüksek güç 1,4 kW'tır. Maksimum 3,9 mm3 / sn. / Mm talaş kaldırma hızında, taşlama gücü 10,8 kW'tır.

Bu çalışmanın sonuçları, katkı maddelerinden (örneğin Inconel 718) yapılan nikel bazlı alaşımların ince öğütülmesinin yüzey pürüzlülüğünü yaklaşık% 94 (öğütme hatlarına paralel) veya% 34 (öğütme hatlarına dik) kadar azaltabileceğini göstermektedir. Talep üzerine ultra ince yüzeyler, taşlama taşları veya mühendislik taşlama bantları gibi daha ince aşındırıcı tanecikli diğer cilalama ürünleri kullanılarak elde edilebilir. Ek olarak, sonuçlar, yüzey inceliğini iyileştirmek için 0,30 ila 0,45 mm malzemenin bileşenlerden çıkarılması gerektiğini ve 3D üretim süreciyle ilişkili tüm geometrik ısrarların kaldırıldığını göstermektedir. Minimum kaldırma oranları, malzeme imalat bileşenlerinin nete yakın şeklini mümkün olan en uygun maliyetli şekilde en üst düzeye çıkarmaya çalışan malzeme üreticileri için önemli bilgilerdir. Ek olarak, artık gerilme verileri, taşlama sonrası yüzey geriliminin sıkıştırılabilir olduğunu ve yüzey çatlaklarının genişlemesini geciktirebildiğini, böylece üretilen bileşenlerin yorulma ömrünü uzattığını göstermektedir.