האם טיפול פני השטח ישפיע על סבילות החלקים?

1. הקשר בין סוגים שונים של טיפול משטח והשפעותיהם על סבילות
ישנם ארבעה סוגים עיקריים של תהליכי טיפול פני השטח: שינוי פני השטח, סגסוגת פני השטח, ציפוי המרת פני השטח וציפוי פני השטח. מידת ההשפעה של תהליכים שונים על סובלנות משתנה במידה ניכרת.
טכנולוגיה לשינוי פני השטח
לדוגמה, התזת חול הופכת את פני השטח למחוספסים יותר על ידי פגיעה בו עם חלקיקי חול- במהירות גבוהה, אך היא יכולה להקטין את החלק ב-0.01-0.03 מ"מ. גלגול מקשיח את פני השטח על ידי שינוי צורתו, מה שיכול להגדיל את הקוטר של חלקי הפיר ב-0.005-0.015 מ"מ. לחיזוק טרנספורמציה של פאזה בלייזר אין כמעט השפעה על הגודל מכיוון שאזור החום שלו- המושפע כל כך קטן.
טכנולוגיה לסגסוגת פני השטח
קרבוריזציה וניטרידינג מייצרים שכבות סגסוגת על ידי דיפוזיה. ניטרד נוזלי יהפוך את הפיר ל-0.01 מ"מ רחב יותר ואת הצמצם ב-0.01 מ"מ לצר יותר, כך שעליך להשאיר רווח של 0.01 מ"מ בצד אחד בזמן העיבוד. ניטרציה יונית, לעומת זאת, יכולה לשמור על שינוי הגודל בטווח של ± 0.002 מ"מ מבלי להשתמש בפאזה נוזלית.
טכנולוגיה לציפוי המרת פני השטח
טיפול בפוספטציה יוצר סרט פוספט על פני הפלדה שעוביו בדרך כלל בין 2 ל-10 מיקרומטר ויש לו השפעה קטנה על סובלנות. מצד שני, אילגון (כמו אילגון קשה של סגסוגות אלומיניום) יוצר סרט תחמוצת בעובי של 30 עד 50 מיקרומטר, מה שהופך את החלקים לגדולים יותר בכיוון אחד. כדי לפצות על כך, יש להשתמש באסטרטגיית "הפרש נמוך יותר קטן יותר".
טכנולוגיה לכיסוי משטחים
לעובי שכבת הציפוי יש השפעה ישירה על הסובלנות. לדוגמה, אם אורך הבורג קטן מפי חמישה מהקוטר או שווה לו, יש לשמור על עובי הציפוי המרבי ל-8 מיקרומטר. אם לא, יש צורך בבדיקת מד עצירה לא-תקני. עובי השכבה המגולוונת החמה-ת הוא 30-80 מיקרומטר, מה שישנה מאוד את קוטר המחברים. כדי לוודא שהם מתאימים, יש לשנות את מידות הציפוי המוקדמות.-
2. המנגנון הקטן של שינוי סובלנות ונתוני תעשייה
ישנם שלושה תהליכים פיזיקליים וכימיים עיקריים המשפיעים על סובלנות כאשר אתה מטפל במשטח:
שינוי בנפח ובשלב של החומר
כאשר הפלדה מושחרת, היא יוצרת שכבת תחמוצת Fe∝₄ שגורמת לנפח להתרחב פי 1.3, מה שגורם לבליטות פני השטח. כאשר סגסוגת אלומיניום עוברת אנודייז ליצירת Al ₂ O ∝, הנפח מתכווץ בסביבות 15%, מה שעלול לגרום למיקרו-סדקים.
אניזוטרופיה בתצהיר של ציפויים
במהלך תהליך הציפוי, צפיפות זרם לא אחידה עלולה לגרום לציפוי להיות בעובי שונה. לדוגמה, ציפוי האלקטרוניקה על חוטים פנימיים הוא בדרך כלל דק יותר ב-30% עד 50% מהמשטח החיצוני. כדי לוודא שהוא מתאים, יש צורך בתקן "תחזוקת אזור סובלנות חוט פנימי 6H".
שחרור מתח שיורי במהלך עיבוד מכני
טיפול בהתזת חול מפעיל כוח לחיצה על פני השטח, מה שגורם לחלקים לזחול כאשר משתמשים בהם שוב. על פי ניסויים, רכיבי פיר פלדה בעלי התזת חול 45# יכולים להתרחב בקוטר ב-0.008 מ"מ לאחר שהוחזקו ב-100 מעלות למשך 24 שעות.
נתונים מהתעשייה:
חברת מטוסים ספציפית אומרת ששיעור שינוי הגודל של חלקי נירוסטה 316L ללא פיצוי לאחר ליטוש חשמלי הוא 12%. על ידי השארת מרחב פעולה של 0.02 מ"מ, שיעור ההסמכה עלה ל-98%.
למגזר הרכב יש כללים נוקשים לגבי מידת הסובלנות של ברגים מגולוונים. עבור ברגי M12, עובי הציפוי חייב להישמר בין 8 ל-2 מיקרומטר, אחרת מקדם המומנט ישתנה ביותר מ-15%.
3. בעיות נפוצות ופתרונותיהן בתעשייה
בתחום התעופה והחלל
בעת יצירת חרירי דלק למנועי LEAP, GE Aviation משתמשת בשיטת SLM (Selective Laser Melting) ובטיפול HIP (Hot Isostatic Pressure). על ידי אופטימיזציה של אסטרטגיית הסריקה (סריקה ספירלית) ועובי השכבה (30 מיקרומטר), חספוס פני השטח נשמר בתוך Ra12 מיקרון. טיפול HIP מסיר נקבוביות (מ-0.8% ל-0.02%), מה שמגדיל את חיי העייפות פי שלושה ועומד בדרישות הסבילות המחמירות של תקני התעופה.
תחום מכשור רפואי
Johnson&Johnson Medical יצרה תהליך מורכב שנקרא "חישול ואקום+ליטוש כימי" עבור שתלי מפרק ירך מודפסים בתלת-ממד-. תהליך זה נפטר ממתח שיורי באמצעות חישול ואקום, ולאחר מכן הוא משתמש בתמיסת ליטוש המבוססת על חומצת לימון כדי להחליק את פני השטח מ-Ra50 מיקרומטר ל-Ra0.8 מיקרומטר תוך שמירה על תאימות ביולוגית. שיטה זו מעניקה לשתל חיי עייפות של למעלה מ-20 שנה, שהם יותר ממה שצריך במרפאה.
תחום ייצור מכוניות
פולקסווגן מייצרת בלוקים של צילינדר מנוע בשיטה הנקראת "פוספטינג+אלקטרופורזה". החספוס של הדופן הפנימית של הגליל עבר מ-Ra3.2 מיקרומטר ל-Ra0.4 מיקרומטר על ידי שינוי עובי הסרט הפוספטינג (2-3 מיקרומטר) וסרט הציפוי האלקטרופורטי (20-25 מיקרומטר). זה גם הוריד את מקדם החיכוך ב-30% והגדיל את צריכת הדלק ב-2%.
4. טכנולוגיה ואסטרטגיות חדשות לשליטה בסובלנות
עיצוב של פיצוי הפוך
על ידי יצירת מסד נתונים של שינויים בגודל תהליכי טיפול פני השטח, הקצבות מופרשות בשלב המודלים של ה-CAD. לדוגמה, חברה אחת ייצרה "מודול טרום סובלנות-לפיצוי" לטכנולוגיית ציפוי אלקטרוני. מודול זה יכול לשנות אוטומטית את גודל הדגם בהתבסס על עובי הציפוי, מה שמעלה את שיעור המעבר הראשון ל-95%.
זיהוי ושליטה-סגורה בלולאה על גבי האינטרנט
באמצעות טכנולוגיית סריקה תלת מימדית, ניתן לראות שינויים בגודל בזמן אמת בעקבות טיפול פני השטח. טכנולוגיית "התאומים הדיגיטליים" של סימנס, למשל, יכולה לבצע אימות הרכבה וירטואלית על חלקים מגולוונים, מה שמוריד את הסיכוי לסטיית סובלנות ב-70%.
שיטה חדשה לטיפול במשטחים
חמצון אלקטרוליטי בפלזמה (PEO) מייצר סרט קרמי על פני השטח של סגסוגת אלומיניום. ניתן לשלוט בעובי הסרט בין 5 ל-200 מיקרומטר, ודיוק המידות הוא ± 1 מיקרומטר. הוא שימש בחלקים המבניים של חלליות.
טכנולוגיית ריסוס קר: שיטה זו משתמשת בהשפעות-גבוהות של חלקיקים מוצקים להנחת ציפויים. האזור המושפע מהחום הוא פחות מ-50 מיקרומטר, מה שהופך אותו טוב לקיבוע וחיזוק חלקים מדויקים.