Po-obrábění deformace hliníkových pouzder v přirozeném stavu
Povaha deformace-odstranění
Když je hliníkové pouzdro vyjmuto z CNC obráběcího centra a umístěno do jeho přirozeného neomezeného stavu, dochází k rozměrovým změnám v důsledku uvolnění zbytkových pnutí a absence upínacích sil, které udržovaly rovnováhu během obrábění. Tato deformace se liší od vychýlení v-procesu, protože se projeví až poté, co součást nebude omezována upínacími prostředky, což je často zjištěno při konečné kontrole spíše než během obrábění. Velikost se může pohybovat od zanedbatelných mikrometrů v tlustých, symetrických částech až po několik milimetrů deformace v tenkostěnných nebo asymetrických geometriích, což může vést k vykreslení přesných prvků mimo toleranci navzdory uspokojivým -procesním měřením.
Mechanismy uvolňování zbytkového stresu
Zbytková napětí pocházejí z více zdrojů v celém výrobním řetězci. Surovina sama o sobě obsahuje pnutí z procesů lití, vytlačování nebo válcování. Tepelně -zpracované temperování, jako je T6, zavádí kalicí pnutí, která zůstávají zachycena v matrici materiálu. Obráběcí operace odstraňují namáhané vrstvy materiálu, což způsobuje, že se zbývající struktura znovu vyváží do nového rovnovážného tvaru. Hlubší úběr materiálu z jedné strany pouzdra vytváří asymetrické přerozdělení napětí, které způsobuje ohýbání nebo kroucení.
Obzvláště problematické je asymetrické obrábění. Když jsou kapsy, žebra nebo okna obráběny převážně z jedné plochy, zatímco protilehlá plocha zůstává relativně nedotčená, způsobí uvolnění diferenciálního napětí, že se součást prohne směrem k silněji obrobené straně. Tento efekt se zesiluje se zvyšujícím se poměrem úběru materiálu a zmenšující se tloušťkou stěny.
Efekty tepelné rovnováhy
Během obrábění vytváří lokalizované zahřívání z činnosti řezání teplotní gradienty napříč pouzdrem. Při upnutí omezuje přípravek tepelnou roztažnost a ukládá energii elastického napětí. Po odstranění a vystavení okolním podmínkám se součást nerovnoměrně ochlazuje a uložená energie se rozptyluje změnou rozměrů. Tenké části se ochlazují rychleji než tlusté části, což vytváří rozdílnou kontrakci, která deformuje celkovou geometrii.
Přispívá také přechod z prostředí stroje do okolních podmínek. Obráběcí stroje často pracují při zvýšených teplotách v důsledku tepla vřetena a chladicích systémů. Díl měřený horký na stroji se může zdát přijatelný, ale po ochlazení se zmenší na podměrek. Naopak, pokud je teplota chladicí kapaliny nižší než okolní teplota, může se díl po vyjmutí roztáhnout.
Uvolnění upínací síly
Elastická deformace vyvolaná upínacími silami při obrábění představuje akumulovanou mechanickou energii. Když jsou svorky uvolněny, tato energie pohání součást směrem k jejímu nenapjatému tvaru. U hliníkových pouzder s tenkými stěnami vytváří i mírný upínací tlak významnou elastickou deformaci, která se po uvolnění plně obnoví. Prvky obrobené, když byla stěna elasticky vychýlena, se ve volném stavu vychýlí nebo vychýlí.
Tento odpružený-efekt je zvláště výrazný u krytů s velkými nepodepřenými rozpětími nebo konzolovými sekcemi. Plochá základní deska upnutá na okrajích a obrobená ve středu bude po uvolnění vykazovat středové vyklenutí nebo vyklenutí v závislosti na tom, zda sevření způsobilo vychýlení nahoru nebo dolů.
Materiál{0}Specifické faktory
Různé hliníkové slitiny vykazují různé tendence k deformaci po-obrábění. Vysokopevnostní tepelně zpracovatelné-slitiny, jako jsou 7075{12}}T6 a 2024-T351, obsahují značné zbytkové napětí z rozpouštěcího zpracování a stárnutí, díky čemuž jsou vysoce náchylné k deformaci. Temperování 6061-T6, i když je stabilnější než slitiny řady 7, stále těží ze stavu T651, který uvolňuje napětí pro přesné aplikace. Odlévané slitiny jako A380 nebo ADC12 představují další problémy z hlediska pórovitosti a nehomogenní mikrostruktury, které vytvářejí lokalizované koncentrace napětí a nepředvídatelné vzory zkreslení.
Slitiny pro pracovní-tvrdnutí v řadě 5-, jako je 5052 nebo 5083, akumulují deformační zpevnění během obrábění, což může vést k odpružení, když se kalené vrstvy uvolňují. Čistý hliník a slitiny řady 1 nabízejí nízkou pevnost, ale vysokou tažnost, což umožňuje výrazné obnovení pružnosti po uvolnění sevření.
Geometrické vlivy
Strukturální geometrie hluboce ovlivňuje deformaci po-odstranění. Tenké stěny o tloušťce menší než 3 milimetry postrádají tuhost, aby odolávaly deformacím-způsobeným napětím. Velké rovné povrchy s vysokým poměrem délky-k-tloušťce vykazují klasické pokřivení-bramborových třísek. Hluboké kapsy s tenkými podlahami a vysokými tenkými žebry vytvářejí body koncentrace napětí, kde začíná deformace. Asymetrické vzory s materiálem soustředěným na jedné straně přirozeně deformují směrem ke světlejší straně.
Poměr obráběného objemu k objemu zbývajícího materiálu slouží jako užitečný prediktor. Když tento poměr překročí přibližně 50 procent, riziko deformace po-obrábění podstatně vzroste. Pouzdra s rovnoměrnou tloušťkou stěny a symetrickým rozložením materiálu vykazují výrazně lepší rozměrovou stabilitu než pouzdra s náhlými přechody tloušťky.
Zmírnění prostřednictvím návrhu procesu
Odlehčení pnutí před dokončením obrábění představuje nejúčinnější preventivní opatření. U tvářených slitin se při specifikování temper{1}}odlehčených od pnutí, jako jsou T651 nebo T7351, namísto standardních T6, sníží zbytková napětí o 50 až 80 procent. Není-li materiál zbavený pnutí k dispozici, lze mezi hrubováním a dokončováním provést střední -tepelné zpracování, které obvykle zahrnuje zahřátí na 250 až 350 stupňů Celsia po dobu 2 až 4 hodin s následným řízeným chlazením.
Hrubé obrábění by mělo odstranit většinu materiálu a ponechat rovnoměrný přídavek na konečnou úpravu 0,3 až 0,5 milimetru. Tato hrubovací fáze umožňuje počáteční uvolnění napětí. Po hrubování umožňuje uvolněná relaxace 15 až 30 minut částečné vyrovnání napětí před dokončovacím obráběním. Dokončovací operace pak opracují finální povrchy s minimálním dodatečným namáháním.
Vyvážené sekvence obrábění, které střídají odebírání materiálu mezi protilehlými plochami, pomáhají udržovat symetrii. Namísto dokončení všech prvků na jedné ploše před převrácením součásti, postupné vyvážené odstraňování z obou stran udržuje rozložení napětí rovnoměrnější v průběhu procesu.
Úvahy o upevnění a uchycení
Minimalizace upínací síly během dokončovacího obrábění snižuje velikost pružného vychýlení, které se po uvolnění obnoví. Pro dokončovací průchody by mělo být použito vakuové upínání obrobku, přizpůsobivé přípravky nebo hydraulické upínání s minimální{1}}sílou. Lokalizovanému zkreslení zabrání uchycení na tuhých prvcích místo tenkých stěn.
Pro kritická pouzdra poskytuje obrábění pilotní dávky a měření deformace po uvolnění- data pro prediktivní kompenzaci. Pokud jsou identifikovány konzistentní deformační vzory, může dojít k záměrné{2}}deformaci v procesu nastavením upnutí nebo manipulací s parametry tak, aby díl po uvolnění vyskočil do tolerance.
Stabilizační ošetření po-obrábění
Po obrobení mohou stabilizační úpravy snížit probíhající rozměrové změny. Umělé stárnutí při mírných teplotách urychluje relaxaci napětí bez výrazného ovlivnění mechanických vlastností. U 6061 poskytuje zahřívání na 175 stupňů Celsia po dobu 8 hodin úlevu od stresu ekvivalentní týdnům přirozeného stárnutí při pokojové teplotě.
Odlehčení vibračního pnutí pomocí řízené rezonanční vibrace po dobu 15 až 30 minut může snížit zbytková pnutí o 30 až 60 procent bez tepelného vystavení, takže je vhodný pro díly s přísnými rozměrovými tolerancemi, kde by tepelné zpracování hrozilo zkreslení. Brokování zavádí tlaková povrchová napětí, která působí proti namáhání tahovým obráběním a zlepšují rozměrovou stabilitu u pouzder kritických z hlediska únavy-.
Protokoly měření
Přesné posouzení deformace po-odstranění vyžaduje správné načasování a techniku měření. Díly by se měly nechat tepelně vyrovnat s prostředím kontroly po dobu nejméně 4 hodin před ověřením rozměrů. Měřicí přípravky by měly podpírat součást v minimálních kontaktních bodech, aby se zabránilo omezení přirozené deformace během kontroly.
Porovnání rozměrů naměřených v upnutém stavu s volným stavem kvantifikuje velikost pružiny zpět-. Tato data by měla být zdokumentována pro zlepšení procesu a prediktivní kompenzaci. U výrobních dílů statistické řízení procesu sledování rozměrů po odstranění-identifikuje posun v procesu obrábění předtím, než jsou vyrobeny díly, které nesplňují--specifikaci.
Závěr
Deformace hliníkových pouzder po{0}}obrábění v jejich přirozeném stavu představuje neodmyslitelnou výzvu vyplývající z interakce zbytkových napětí, tepelné historie, upínací mechaniky a vlastností materiálu. Na rozdíl od-deformace procesu, kterou lze pozorovat a kompenzovat v reálném čase, se deformace po-odstranění projeví až po dokončení obrábění, takže prevence prostřednictvím návrhu procesu je nezbytná. Efektivní řízení vyžaduje výběr materiálu s vhodnými podmínkami temperování, vyvážené strategie obrábění, minimalizované upínací síly a tam, kde je to nutné, stabilizační úpravy. U přesných aplikací je investice do-materiálu odlehčeného od pnutí a středního tepelného zpracování trvale ekonomičtější než přepracování nebo šrot zdeformovaných hotových dílů.
