Hööveldamine, lihvimine ja laser-3D-printimine: metallosade moodustamine

Ülevaade: lõikamis-, abrasiivi- ja lisandite teed

Metallkomponent saavutab oma lõpliku geomeetria ühe või enama kolmest toimingurühmast: ühe punktiga lõikamine, abrasiivviimistlus ja lisanditel või deformatsioonil põhinev vormimine. Hööveldamine ja lihvimine kuuluvad kahte esimest perekonda, selektiivne lasersulatamine, selektiivne laserpaagutamine, suunatud energiasadestamine, rullvormimine, stantsimine ja mitmesugused valu- ja tõmbamisprotsessid hõlmavad ülejäänud osa. Iga marsruut pakub erinevat kombinatsiooni mõõtmete tolerantsist, pinna karedusest, materjali kasutamisest ja tüki maksumusest, nii et praktiline valik on alati kompromiss geomeetria, partii suuruse ja kontrollinõude vahel. Kogu selles artiklis järgivad tolerantsiklassid standardit ISO 286-1, pinnatekstuuri parameetrid järgivad standardit ISO 4287 ja lisaainete tootmise terminoloogia standardit ISO/ASTM 52900.

Hööveldamine: täpsus ja tüüpilised rakendused

Hööveldamine on ühe punktiga lõikamisprotsess, mille käigus hööveltööriist liigub töödeldava detaili suhtes otse edasi-tagasi. Materjal eemaldatakse edasisuunas, samal ajal kui tagasikäik jookseb värskelt lõigatud pinnalt eemale. Kuna tööriistahoidjat kantakse raskel rammil, talub protsess katkestusi, kõvasid kohti ja valatud või sepistatud nahka, mis lõikaks freesi.

Mõõtmete täpsus: IT9 kuni IT7 vastavalt standardile ISO 286-1

Pinna karedus: Ra 6,3 kuni 1,6 mikromeetrit, hinnatud ISO 4287 järgi

Sobib hästi: pikad kitsad tasapinnad, masinajuhikud, tuvisabad, T-pilud, voodid ja raamid, kulunud pindade remonditööd

Peamine piirang: madalam metalli eemaldamise kiirus kui pindfreesimisel, kui tuleb toota laia lameda pinda

Lihvimine: Täppisviimistlus liimitud abrasiiviga

Lihvimine eemaldab materjali pigem liimitud või kaetud abrasiiviga, mitte kindla lõiketeraga. Abrasiivsed terad toimivad tuhandete pisikeste lõikepunktidena, millest igaüks eemaldab vaid mõne mikromeetri suuruse laastu, mistõttu on lihvimine tavaliselt detaili viimane toiming ning see määrab lõpliku tolerantsi ja viimistluse. Ratta spetsifikatsioon, liimimise tüüp ja viimistlusstrateegia valitakse ISO 603-s kirjeldatud liimitud abrasiivsete tooteperekondade hulgast ning tööriista kasutusiga hinnatakse tavaliselt ISO 3685 metoodika järgi.

Pinna- ja roomamislihvimine: lamedad pinnad, pilud, masina liugurid

Silindriline ja tsentriteta lihvimine: võllid, tihvtid, puksid, vardavaru

Tüüpiline täpsus: IT6 kuni IT5, Ra 0,8 kuni 0,1 mikromeetrit

Kontrollitavad riskid: lihvimispõletus, tõmbejääkpinge ja uuesti karastatud valge kiht karastatud terastel, mis kõik vähendavad tööiga, kui lõikesügavust ja jahutusvedeliku juurdevoolu ei kontrollita

Laser Powder Bed Fusion: SLM ja SLS

Pulberkihti sulatamisel jaotatakse õhuke metallipulbri kiht üle ehitusplatvormi ja arvutiga juhitav laserkiir skaneerib sellesse kihti kuuluvat ristlõiget, nii et osa kasvab kihthaaval suletud kambris, mis on täidetud inertgaasiga. Selektiivsel lasersulatamisel kasutatakse suure võimsusega kiudlaseri allikat, mis kiirgab tavaliselt 1064 nanomeetrit, väljundvõimsusega 200–400 vatti ja piisava energiatihedusega, et pulber täielikult sulatada, tekitades osi suhtelise tihedusega üle 99%. Selektiivse laserpaagutamise korral rakendatakse väiksemat energiatihedust, nii et pulbriosakesed seovad täielikult kokkusulamise asemel oma kokkupuutepunktides; Protsess viidi esmakordselt turule vaha- ja polümeeripulbritega ning metalli ja keraamika paagutamine on jätkuvalt aktiivne arendusvaldkond.

Suunatud energiasadestamine ja lokaalne remont

Suunatud energiasadestamine on põhimõtteliselt lähedane termotuumasünteesipõhisele materjali ekstrusioonile, välja arvatud see, et ekstrudeeritud keskkond on metallipulber või traat. Düüs suunab lähteaine laseri või elektrikaare abil loodud sulamisbasseini ning kaitsegaas kaitseb basseini oksüdeerumise eest. Kuna maardla on ehitatud pigem avatud pinnale kui pulbrikasti sisse, ei piira osa suurust ehituskamber, nii et saab toota suuri mahtusid ja lammutamise asemel saab ümber ehitada kallite täppisdetailide, näiteks kulunud võlli tihvtide või kahjustatud tihenduspinna lokaalsed kahjustused. Sadestamise kiirus on palju suurem kui pulberkihiga sulatamisel, samas kui sadestunud pinnaviimistlus ja funktsioonide eraldusvõime on jämedamad, mistõttu on tavaliselt vaja viimistluslõiget.

Rullvormimine, stantsimine ja pressvormimine

Rullvormimine viib riba või lehe läbi kontuuriga rullide jada. Iga alus deformeerib sektsiooni veidi edasi ja rullide järjestus on konstrueeritud nii, et metall jõuab vajaliku profiilini ilma lokaalse paindumiseta. Keeruline profiil võib vajada kuni kolmkümmend kuus alust, samas kui lihtsat kanalit või nurka toodetakse tavaliselt kolme või nelja alusel. Külmvormitud terasprofiilide tolerantsid on määratletud standardis EN 10162.

Stantsisepistus deformeerib kuumutatud tooriku suletud stantsimisvormide vahel, nii et metall täidab õõnsuse ja ülejääk väljub välguna. Saadud teraviljavool järgib detaili kontuuri, mis annab parema väsimusjõudluse kui vardast töödeldud detail, ning terasest stantside mõõtmete tolerantsid ja töötlemisvarud on määratletud dokumendis GB/T 12362. Tembeldamisel rakendatakse pressi ja stantsi lehe, riba, toru või profiili jaoks, nii et materjal deformeerub plastiliselt või eraldub suure kiirusega autode sulgemiseks ja tootmiseks.

Valamise, joonistamise ja vormimise teed

Tsentrifugaalvalu valab vedela metalli kiiresti pöörlevasse vormi, mistõttu tsentrifugaaljõud surub metalli vastu vormi seina; tehnika sobib silindriliste osadega, nagu torud, puksid ja rullid, ning vormid võivad olla liivast, kestadest, investeeringust, metallist või kaetud metallist, olenevalt sulamist ja partii suurusest.

Investeerimisvaluga luuakse vaha- või vahumustrite kobar, kaetakse see tulekindla suspensiooniga, asetatakse vibreerivasse liiva ja valatakse alarõhul, nii et muster gaasistub ja metall asetseb; puudub eraldusjoon ja südamik, seega välk ja süvis on suures osas välistatud. Valamise tolerantsid järgivad standardit ISO 8062-3.

Survevalu, mida nimetatakse ka vedelvormiks sepistamiseks, täidab avatud matriitsi sula- või pooltahke sulamiga, sulgeb vormi, et kujundada kuju ja seejärel rakendatakse kõrget survet, nii et osaliselt tahkunud kest deformeerub plastiliselt ja ülejäänud vedelik tahkub rõhu all; kaudses variandis süstitakse metall stantsiga suletud õõnsusse.

Pidevvalu valab vedela metalli ühest otsast läbi vesijahutusega vormi ja teisest otsast eemaldab tahkunud kiud, andes hilisemaks valtsimiseks või tõmbamiseks konstantse ristlõike.

Külmtõmbamine tõmbab tooriku läbi stantsi ava, et vähendada ja kujundada sektsiooni ümbritseva õhu temperatuuril, mis suurendab tugevust ning parandab pinnaviimistlust ja mõõtmete ühtlust.

Metalli survevalu segab peene metallipulbri polümeerse sideainega, vormib lähteaine peaaegu võrgukujuliseks, seejärel eraldab ja paagutab osa; materjali spetsifikatsioonid on hõlmatud ISO 22068-ga ja marsruut on ökonoomne väikeste, keerukate ja suure mahuga osade jaoks, mille töötlemine oleks kulukas.

Pööramine pöörab töödeldavat detaili ühe punktiga tööriista vastu, nii et lõikeenergiat varustab peamiselt toorik; treipingi käepideme võllid, kettad ja rõngad ning tööriista kasutusiga on tavaliselt hinnatud ISO 3685 järgi.

Protsesside võrdlemine tolerantsi, viimistluse ja mahu osas

Valikuloogika tuleneb otse tabelist. Kasutage hööveldamist ja lihvimist, kui tasasus ja viimistlus on rohkem kui tsükli aeg; kasutage laserpulbri kihi sulatamist, kui on vaja sisemisi kanaleid, võreid või väikeseid keerulisi kujundeid; kasutada remondiks ja väga suurte aditiivsete ehitusmahtude jaoks suunatud energiasadestumist; ja kasutada rullvormimist, sepistamist, stantsimist või valamist, kui aastane kogus õigustab tööriistade kasutamist. Võrgulähedane toorik, millele järgneb üks viimistluslihvimine, on sageli odavam kui kogu geomeetria töötlemine massiivsest latist.

Korduma kippuvad küsimused

K: Millist täpsust saab hööveldamisega saavutada tasastel pindadel?
Hööveldamine hoiab tavaliselt IT9 kuni IT7 ja jätab pinna kareduse Ra 6,3 ja 1,6 mikromeetri vahele, mis sobib juhikutele ja vooditele, kuid mitte peent viimistlust nõudvate pindade tihendamiseks.

K: Miks kasutatakse pärast kuumtöötlemist lihvimist?
Karastatud terast ei saa kindla servatööriistaga tõhusalt lõigata, kuid abrasiivsed terad eemaldavad siiski materjali, nii et lihvimine taastab pärast kõvenemist mõõtmete täpsuse ja viimistluse, eeldusel, et lõikesügavust ja jahutusvedeliku voolu kontrollitakse, et vältida põlemist ja tõmbejääkpinget.

K: Mis vahe on selektiivsel lasersulatamisel ja selektiivsel laserpaagutamisel?
Sulamine annab piisava energiatiheduse pulbri täielikuks vedeldamiseks ja saavutab suhtelise tiheduse üle 99 protsendi, samas kui paagutamine seob osakesed ainult nende kokkupuutepunktides, nii et paagutatud osad säilitavad suurema poorsuse ja madalamad mehaanilised omadused.

K: Millist laserit kasutatakse metallipulbri kihi sulatamisel?
Kaasaegsed metallimasinad kasutavad polümeeride jaoks kasutatavate süsinikdioksiidi allikate asemel kiudlasereid, mis kiirgavad umbes 1064 nanomeetrit ja mille väljund on ligikaudu 200–400 vatti või rohkem kui mitu laserit.

K: Kui palju rullaluseid on moodustatud sektsiooni jaoks vaja?
Lihtsa profiili, näiteks kanali, võib moodustada kolme või nelja alusena, samas kui keeruka kujuga koos tagasivoolude ja jäikustega võib rullvormimisrongis olla vaja kuni kolmkümmend kuus alust.

K: Kas suunatud energiasadestamine saab parandada kulunud täppisosi?
Jah. Kuna hoius on ehitatud avatud pinnale ilma pulbrikambri suuruse piiranguta, saab tihvtide, pesade ja tihenduspindade lokaalseid kahjustusi suuruse järgi taastada ja seejärel lihvimisega viimistleda.

K: Millal ületab metalli survevalu töötlemine?
Kui väikest, geomeetriliselt keerukat detaili on vaja suures mahus ja selle omadused nõuavad palju töötlemistoiminguid; vormitud lähteaine eraldatakse sidemest ja paagutatakse tihedaks peaaegu võrgukujuliseks, nii et töötlemine piirdub kriitiliste tahkudega.