Il trattamento superficiale influirà sulle tolleranze delle parti?

1. Il legame tra i diversi tipi di trattamento superficiale e i loro effetti sulla tolleranza
Esistono quattro tipi principali di processi di trattamento superficiale: modifica superficiale, lega superficiale, rivestimento di conversione superficiale e rivestimento superficiale. L'entità dell'impatto dei vari processi sulle tolleranze varia considerevolmente.
Tecnologia per cambiare la superficie
Ad esempio, la sabbiatura rende la superficie più ruvida colpendola con particelle di sabbia ad alta-velocità, ma può ridurre la parte di 0,01–0,03 mm. Il rotolamento indurisce la superficie modificandone la forma, il che può aumentare il diametro delle parti dell'albero di 0,005–0,015 mm. Il rafforzamento della trasformazione di fase del laser non ha quasi alcun effetto sulle dimensioni perché la sua zona-influenzata dal calore è molto piccola.
Tecnologia per l'alligazione superficiale
La cementazione e la nitrurazione creano strati di lega per diffusione. La nitrurazione liquida renderà l'albero più largo di 0,01 mm e l'apertura più stretta di 0,01 mm, quindi è necessario lasciare uno spazio di 0,01 mm su un lato durante la lavorazione. La nitrurazione ionica, d'altro canto, può mantenere la variazione dimensionale entro ± 0,002 mm senza utilizzare una fase liquida.
Tecnologia per il rivestimento di conversione superficiale
Il trattamento di fosfatazione crea una pellicola di fosfato sulla superficie dell'acciaio che solitamente ha uno spessore compreso tra 2 e 10 μm e ha un piccolo effetto sulle tolleranze. D'altra parte, l'anodizzazione (come l'anodizzazione dura delle leghe di alluminio) crea una pellicola di ossido spessa da 30 a 50 μm, che rende le parti più grandi in una direzione. Per compensare ciò, è necessario utilizzare la strategia della "differenza inferiore più piccola".
Tecnologia per rivestire le superfici
Lo spessore dello strato galvanico ha un effetto diretto sulla tolleranza. Ad esempio, se la lunghezza della vite è inferiore o uguale a cinque volte il diametro, lo spessore massimo del rivestimento dovrebbe essere mantenuto a 8 μm. In caso contrario, è necessaria un'ispezione del calibro di arresto non-standard. Lo spessore dello-strato zincato a caldo è di 30–80 μm, il che modificherà notevolmente il diametro primitivo degli elementi di fissaggio. Per assicurarsi che si adattino, è necessario modificare le-dimensioni della placcatura.
2. Il piccolo meccanismo del cambiamento della tolleranza e i dati del settore
Esistono tre principali processi fisici e chimici che influenzano le tolleranze quando si tratta la superficie:
Cambiamento di volume e fase del materiale
Quando l'acciaio viene annerito, genera uno strato di ossido di Fe∝₄ che fa espandere il volume di 1,3 volte, provocando sporgenze superficiali. Quando la lega di alluminio viene anodizzata per formare Al ₂ O ∝, il volume si restringe di circa il 15%, il che può causare microfessurazioni.
Anisotropia nella deposizione di rivestimenti
Durante il processo di galvanica, la densità di corrente non uniforme può far sì che il rivestimento abbia spessori diversi. Ad esempio, il rivestimento galvanico sulle filettature interne è normalmente dal 30% al 50% più sottile rispetto alla superficie esterna. Per assicurarsi che si adatti, è necessario lo standard "manutenzione della zona di tolleranza della filettatura interna 6H".
Rilascio delle tensioni residue durante la lavorazione meccanica
Il trattamento di sabbiatura esercita una forza di compressione sulla superficie, che fa strisciare le parti quando vengono riutilizzate. Secondo gli esperimenti, i componenti dell'albero in acciaio 45# sabbiato possono espandersi in diametro di 0,008 mm dopo essere stati mantenuti a 100 gradi per 24 ore.
Dati del settore:
Una specifica azienda aeronautica afferma che il tasso di variazione dimensionale delle parti in acciaio inossidabile 316L non compensate dopo la lucidatura elettrica è del 12%. Lasciando un margine di 0,02 mm, il tasso di qualificazione è salito al 98%.
Il settore automobilistico ha regole rigide sulla tolleranza che possono avere i bulloni zincati. Per i bulloni M12, lo spessore del rivestimento deve essere mantenuto tra 8 e 2 μm, altrimenti il ​​coefficiente di coppia cambierà di oltre il 15%.
3. Problemi comuni e relative soluzioni nel settore
Nel campo aerospaziale
Nella realizzazione degli ugelli carburante per i motori LEAP, GE Aviation utilizza il metodo SLM (Selective Laser Melting) e il trattamento HIP (Hot Isostatic Pressure). Ottimizzando la strategia di scansione (scansione a spirale) e lo spessore dello strato (30 μm), la ruvidità superficiale viene mantenuta entro Ra12 μm. Il trattamento HIP rimuove i pori (dallo 0,8% allo 0,02%), aumentando la resistenza alla fatica di tre volte e soddisfa i severi requisiti di tolleranza degli standard aeronautici.
Campo dei dispositivi medici
Johnson&Johnson Medical ha creato un processo composito chiamato "ricottura sotto vuoto+lucidatura chimica" per gli impianti dell'articolazione dell'anca stampati in 3D-. Questo processo elimina lo stress residuo utilizzando la ricottura sotto vuoto, quindi utilizza una soluzione lucidante a base di acido citrico- per levigare la superficie da Ra50 μm a Ra0,8 μm mantenendola biocompatibile. Questo metodo conferisce all'impianto una durata a fatica di oltre 20 anni, che è superiore a quella necessaria in clinica.
Il campo della produzione di automobili
La Volkswagen produce blocchi cilindri utilizzando un metodo chiamato "fosfatazione+elettroforesi". La rugosità della parete interna del cilindro è passata da Ra3,2 μm a Ra0,4 μm modificando lo spessore del film di fosfatazione (2–3 μm) e del film di rivestimento elettroforetico (20–25 μm). Ciò ha anche ridotto il coefficiente di attrito del 30% e aumentato il risparmio di carburante del 2%.
4. Nuove tecnologie e strategie per il controllo della tolleranza
Progettazione della compensazione inversa
Creando un database delle variazioni dimensionali dei processi di trattamento superficiale, vengono accantonate quote durante la fase di modellazione CAD. Ad esempio, un'azienda ha prodotto un "modulo di pre-compensazione della tolleranza" per la tecnologia di galvanica. Questo modulo può modificare automaticamente le dimensioni del modello in base allo spessore del rivestimento, aumentando la velocità del primo passaggio al 95%.
Rilevamento e controllo-a circuito chiuso su Internet
Utilizzando la tecnologia di scansione 3D, puoi vedere i cambiamenti di dimensione in tempo reale dopo il trattamento superficiale. La tecnologia "gemello digitale" di Siemens, ad esempio, può eseguire la verifica virtuale dell'assemblaggio su parti zincate, riducendo del 70% la possibilità di deviazione della tolleranza.
Nuovo metodo per il trattamento delle superfici
L'ossidazione elettrolitica al plasma (PEO) crea una pellicola ceramica sulla superficie della lega di alluminio. Lo spessore del film può essere controllato tra 5 e 200 μm e la precisione delle dimensioni è di ± 1 μm. È stato utilizzato nelle parti strutturali dei veicoli spaziali.
Tecnologia di spruzzatura a freddo: questo metodo utilizza impatti ad alta-velocità di particelle solide per depositare i rivestimenti. La zona interessata dal calore è inferiore a 50 μm, il che la rende ideale per fissare e rinforzare parti precise.