Bagaimana cara mencapai perawatan permukaan struktur rongga internal?

一, Prinsip teknis: Modifikasi permukaan melalui efek gabungan dari beberapa bidang fisik
Tujuan utama perawatan permukaan untuk struktur rongga internal adalah untuk meningkatkan kinerja dan mengoptimalkan morfologi permukaan melalui metode mekanis, kimia, atau komposit. Ada tiga kelompok utama prinsip teknis:
Jenis penghilangan mekanis: menggunakan efek pemotongan mikro partikel abrasif untuk menghilangkan lapisan cacat permukaan. Metode pemolesan aliran abrasif, misalnya, menggunakan bahan abrasif polimer semi-padat yang mengalir di bawah tekanan untuk memoles struktur rumit seperti lubang silang dan rongga interior secara merata, sehingga menghasilkan kekasaran permukaan sebesar Ra0,1 μm.
Jenis pelarutan kimia: Pelarutan kimia semacam ini menggunakan gagasan elektrokimia atau korosi kimia untuk secara selektif menghilangkan benjolan dari permukaan. Teknologi pemolesan elektrolitik mengontrol laju pelarutan anodik untuk membuat morfologi mikro geometri permukaan lebih halus. Itu juga membuat film oksida tebal untuk membuat permukaan lebih tahan terhadap korosi. Perlakuan rongga interior baja tahan karat 316L dapat menurunkan kekasaran dari Ra6 μm ​​menjadi Ra0,2 μm.
Jenis perkuatan komposit: Membuat permukaan bergradasi fungsional dengan menggunakan deposisi fisik dan modifikasi kimia. Misalnya, teknologi PVD (Physical Vapour Deposition) yang menempatkan lapisan TiN pada rongga cetakan. Lapisan ini memiliki kekerasan hingga 2200HV dan tiga kali lebih tahan aus. Teknologi infiltrasi tanah jarang menambahkan elemen seperti Ce dan La selama proses nitridasi untuk membuat lapisan infiltrasi 40% lebih dalam, yang sangat meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan.
2, Implementasi proses: jawaban yang tepat untuk setiap situasi
1. Pemolesan rongga bagian dalam lubang dalam: penggunaan teknologi aliran abrasif yang inovatif
Prosedur pemolesan tradisional tidak bekerja dengan baik pada struktur lubang yang dalam seperti lubang bagian dalam bilah mesin pesawat terbang dan injektor bahan bakar otomotif karena sulit dijangkau dan tidak berfungsi dengan baik. Teknologi aliran abrasif membuat kemajuan dengan menggunakan ide-ide baru berikut:
Pengoptimalan sedang: Campuran abrasif semi-padat yang terdiri dari partikel silikon karbida dan pembawa polimer digunakan untuk memastikan bahan tersebut dapat memotong dan tidak menggores permukaan.
Desain saluran: Dengan menggunakan dinamika fluida komputasi (CFD) untuk mensimulasikan dan meningkatkan saluran perkakas, kita dapat memastikan bahwa kecepatan aliran abrasif di mikropori 0,3 mm lebih dari 95% seragam.
Kontrol parameter: Misalnya, saat merawat rongga bagian dalam sudu turbin jenis tertentu, kekasaran dapat dikurangi dari Ra3,2 μm menjadi Ra0,4 μm setelah tiga siklus (masing-masing 5 menit). Tekanannya 0,5MPa dan laju aliran 15mm/s.
2. Untuk deburring rongga yang kompleks, gunakan pendekatan komposit elektrokimia dan mekanis.
Saat menghilangkan gerinda dari struktur lubang silang seperti badan katup transmisi dan blok katup hidrolik, Anda perlu menemukan kompromi antara kecepatan dan kualitas. Sebuah perusahaan menciptakan proses "deburring elektrokimia+pemolesan aliran abrasif":
Tahap elektrokimia: Larutan NaCl 10% digunakan sebagai elektrolit, dan catu daya pulsa dengan frekuensi 10kHz dan siklus kerja 30% digunakan untuk menghilangkan 90% gerinda pada rapat arus 0,5A/cm². Prosesnya memakan waktu tidak lebih dari 2 menit.
Tahap aliran partikel penggilingan menggunakan bahan abrasif silikon karbida 800 mesh untuk memoles selama 2 menit pada tekanan 0,3MPa. Ini menghilangkan residu elektrokimia dan meninggalkan kualitas permukaan Ra0,2 μm.
3. Membuat bagian dalam rongga tahan terhadap korosi: menggunakan teknologi pemolesan dan pelapisan elektrolitik
Bagian dalam implan perangkat medis, termasuk sambungan prostetik, harus bersifat biokompatibel dan tahan terhadap korosi. Salah satu perusahaan menggunakan proses "pemolesan elektrolitik + pelapisan DLC (berlian-seperti karbon)":
Pemolesan elektrolitik: Dengan menggunakan tegangan 15V dan arus 20A selama 5 menit dalam elektrolit campuran asam fosfat dan asam sulfat, kekasaran permukaan Ti6Al4V berkurang dari Ra1,6 μm menjadi Ra0,08 μm dan terbentuk lapisan oksida setebal 100nm.
Pelapisan DLC: Lapisan DLC setebal 2 μm diaplikasikan menggunakan teknik sputtering magnetron. Kekerasan mendekati 20 GPa, koefisien gesekan turun menjadi 0,05, dan ketahanan korosi meningkat 10 kali lipat dalam lingkungan simulasi cairan tubuh.
3, Penggunaan dalam bisnis: contoh umum di-sektor manufaktur kelas atas
1. Bidang dirgantara
Teknologi peleburan laser selektif (SLM) digunakan oleh GE Aviation untuk membuat nozel bahan bakar untuk mesin LEAP. Setelah dibuat, saluran aliran internal dipoles dengan aliran abrasif untuk membuat permukaan lebih halus (dari Ra12 μm hingga Ra0,8 μm), membuat aliran bahan bakar lebih merata (sebesar 8%), dan membuat mesin lebih-efisien bahan bakar (sebesar 1,5%).
2. Dalam usaha pembuatan mobil
Bosch telah menemukan cara baru untuk membersihkan dan memoles-rongga pompa oli bertekanan tinggi pada sistem common rail. Ia menggunakan pembersihan ultrasonik dan pemolesan elektrolitik.
Pembersihan ultrasonik: Untuk menghilangkan sisa cairan pemotongan dari pemesinan, bersihkan selama 10 menit pada frekuensi 40kHz dan daya 100W.
Pemolesan elektrolitik: Gunakan elektrolit berbasis fosfat-dan tegangan 12V selama 3 menit untuk membuat rongga baja tahan karat 316L tidak terlalu kasar (dari Ra2,5 μm menjadi Ra0,4 μm) dan meningkatkan durasi ketahanan terhadap korosi semprotan garam (dari 500 jam menjadi 2000 jam).
3. Bidang alat kesehatan
Johnson&Johnson DePuy Synthes membuat cangkir asetabular menggunakan metode "pemolesan elektrolit+oksidasi busur mikro".
Pemolesan elektrolitik: Turunkan kekasaran permukaan substrat Ti6Al4V dari Ra3,2 μm menjadi Ra0,2 μm dan hilangkan partikel yang tidak menyatu yang dibuat selama pencetakan SLM.
Oksidasi busur mikro: Lapisan oksida setebal 20 μm dengan hidroksiapatit dibuat dalam elektrolit silikat dengan menerapkan 300V selama 5 menit. Tingkat kelangsungan hidup implan adalah 99,2%, dan kekuatan ikatan tulang meningkat sebesar 40%.