Как добиться поверхностной обработки внутренней полости конструкции?

一, Технический принцип: модификация поверхности за счет комбинированного воздействия нескольких физических полей.
Основной целью обработки поверхности структур с внутренними полостями является повышение производительности и оптимизация морфологии поверхности с помощью механических, химических или композитных методов. Выделяют три основные группы технических принципов:
Тип механического удаления: используется микрорежущий эффект абразивных частиц для избавления от слоев поверхностных дефектов. Например, в методе полировки абразивным потоком используются полутвердые полимерные абразивы, которые текут под давлением для равномерной полировки сложных структур, таких как поперечные отверстия и внутренние полости, в результате чего получается шероховатость поверхности Ra0,1 мкм.
Тип химического растворения: этот вид химического растворения использует идеи электрохимии или химической коррозии для выборочного устранения неровностей на поверхности. Технология электролитической полировки контролирует скорость анодного растворения, чтобы сделать микрогеометрическую морфологию поверхности более гладкой. Он также образует толстую оксидную пленку, которая делает поверхность более устойчивой к коррозии. Обработка внутренней полости нержавеющей сталью 316L позволяет снизить шероховатость с Ra6 мкм до Ra0,2 мкм.
Тип композитной арматуры: создание функционально градуированной поверхности с использованием как физического осаждения, так и химической модификации. Например, технология PVD (физическое осаждение из паровой фазы) наносит покрытие TiN в полость формы. Это покрытие имеет твердость до 2200HV и в три раза более устойчиво к износу. Технология пропитки редкоземельными элементами добавляет такие элементы, как Ce и La, в процессе азотирования, чтобы сделать слой пропитки на 40% глубже, что значительно повышает сопротивление усталости.
2. Реализация процесса: точные ответы для каждой ситуации.
1. Полировка внутренних полостей глубоких отверстий: инновационное использование технологии абразивного потока.
Традиционные процедуры полировки неэффективны для структур с глубокими отверстиями, таких как внутренние полости лопаток авиационных двигателей и автомобильные топливные форсунки, потому что до них трудно добраться, и они работают не очень хорошо. Технология абразивного потока развивается благодаря использованию следующих новых идей:
Средняя оптимизация: используется полутвердая абразивная смесь частиц карбида кремния и полимерных носителей, позволяющая резать и не царапать поверхность.
Конструкция канала: используя вычислительную гидродинамику (CFD) для моделирования и улучшения канала инструмента, мы можем гарантировать, что скорость потока абразива в микропорах диаметром 0,3 мм будет более чем на 95 % однородной.
Контроль параметров: Например, при обработке внутренней полости турбинной лопатки определенного типа шероховатость можно снизить с Ra3,2 мкм до Ra0,4 мкм после трех циклов (по 5 минут каждый). Давление составляет 0,5 МПа, скорость потока 15 мм/с.
2. Для удаления заусенцев в сложной полости используйте электрохимический и механический композитный подход.
При удалении заусенцев с конструкций с поперечными отверстиями, таких как корпуса трансмиссионных клапанов и блоки гидравлических клапанов, необходимо найти компромисс между скоростью и качеством. Компания придумала процесс «электрохимическое удаление заусенцев + полировка абразивным потоком»:
Электрохимический этап: в качестве электролита используется 10% раствор NaCl, а импульсный источник питания частотой 10 кГц и коэффициентом заполнения 30% используется для удаления 90% заусенцев при плотности тока 0,5А/см². Процедура занимает не более 2 минут.
На этапе шлифования частиц используется абразив из карбида кремния размером 800 меш для полировки в течение 2 минут под давлением 0,3 МПа. Это удаляет электрохимические остатки и обеспечивает качество поверхности Ra0,2 мкм.
3. Сделать внутреннюю часть полости устойчивой к коррозии: используя технологию электролитической полировки и нанесения покрытия.
Внутренняя часть имплантатов медицинских устройств, включая протезы суставов, должна быть биосовместимой и устойчивой к коррозии. Одна компания использует процесс «электролитической полировки + DLC (алмаз-подобного углерода) покрытия»:
Электролитическая полировка: при использовании напряжения 15 В и тока 20 А в течение 5 минут в смешанном электролите фосфорной и серной кислот шероховатость поверхности Ti6Al4V уменьшается с Ra1,6 мкм до Ra0,08 мкм и образуется оксидное покрытие толщиной 100 нм.
DLC-покрытие: DLC-покрытие толщиной 2 мкм наносится методом магнетронного распыления. Твердость приближается к 20 ГПа, коэффициент трения снижается до 0,05, а коррозионная стойкость увеличивается в 10 раз в моделируемой среде телесных жидкостей.
3. Использование в бизнесе: типичные примеры в-промышленном секторе высокого класса.
1. Аэрокосмическая отрасль
Технология селективного лазерного плавления (SLM) используется компанией GE Aviation для изготовления топливных форсунок для двигателей LEAP. После изготовления внутренний проточный канал полируется абразивным потоком, чтобы сделать поверхность более гладкой (от Ra12 мкм до Ra0,8 мкм), сделать поток топлива более равномерным (на 8%) и повысить топливную-экономию двигателя (на 1,5%).
2. В бизнесе по производству автомобилей
Компания Bosch придумала новый способ очистки и полировки полости масляного насоса высокого давления системы Common Rail. Здесь используется как ультразвуковая очистка, так и электролитическая полировка.
Ультразвуковая очистка: Чтобы избавиться от остатков СОЖ после обработки, очистите в течение 10 минут при частоте 40 кГц и мощности 100 Вт.
Электролитическая полировка. Используйте электролит на основе фосфата- и напряжение 12 В в течение 3 минут, чтобы сделать полость из нержавеющей стали 316L менее шероховатой (с Ra2,5 мкм до Ra0,4 мкм) и увеличить срок ее стойкости к коррозии в солевом тумане (с 500 часов до 2000 часов).
3. Область медицинского оборудования
Компания Johnson&Johnson DePuy Synthes производит вертлужные чашки методом «электролитическая полировка+микродуговое оксидирование».
Электролитическая полировка: снизить шероховатость поверхности подложки Ti6Al4V с Ra3,2 мкм до Ra0,2 мкм и избавиться от нерасплавленных частиц, образовавшихся во время SLM-формования.
Микродуговое оксидирование: оксидное покрытие с гидроксиапатитом толщиной 20 мкм создается в силикатном электролите путем подачи напряжения 300 В в течение 5 минут. Приживаемость имплантата составляет 99,2%, а прочность соединения с костью повышается на 40%.