هل CNC أقوى من الممثلين?

1. مقدمة

في السنوات الأخيرة, البحث عن الوزن الخفيف, دائم, وتكثف المكونات الفعالة من حيث التكلفة.

يبحث مهندسو الفضاء الجوي عن شفرات التوربينات التي تصمد أمام درجات حرارة احتراق 1400 درجة مئوية;

مصممي السيارات دفع كتل المحرك للتعامل مع ضغوط أسطوانة الذروة 200MPa; يطلب جراحوا جراحة العظام زراعة التيتانيوم التي تحمل 10⁷ دورات التحميل دون فشل.

وسط هذه التحديات, ينقض النقاش: هي الأجزاء التي تعاني من CNC بأقوى بطبيعتها من الأجزاء المصبوب?

للإجابة على هذا, يجب أولاً توضيح ما تنطوي عليه "القوة" - قيم Tensile و Tendile, حياة التعب,

صلابة التأثير, وارتداء المقاومة - ثم قارن كيف تم قياس آلات CNC وطرق الصب المختلفة عبر هذه المعايير.

أخيرًا, غالبًا ما يكمن الحل الأكثر قوة في مجموعة مصممة من العمليات, مواد, وما بعد المعالجات.

2. CNC المعدن المعدني

CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر) بالقطع هو أ عملية التصنيع الطرحية, بمعنى أنه يزيل المواد من قطعة عمل صلبة - عادة أ البليت المعدني المطاوع- لإنتاج هندسة نهائية محددة بدقة.

يتم التحكم في العملية بواسطة برامج الكمبيوتر التي تملي مسارات الأدوات, سرعات, ويتغذى, تمكين الإنتاج المتسق لقطع الغيار عالية الدقة.

عملية طرحية: من بليت إلى الجزء النهائي

يبدأ سير العمل النموذجي باختيار أ بيليت المطاوع من المعادن مثل 7075 الألومنيوم, 316 الفولاذ المقاوم للصدأ, أو TI-6AL-4V التيتانيوم.

ثم يتم تثبيت البليت في مصنع CNC أو مخرطة, أين أدوات القطع الدوارة أو تحول الإدراج قم بإزالة المواد بشكل منهجي على طول المحاور المبرمجة.

والنتيجة هي جزء نهائي مع التحمل الضيق بشكل استثنائي, جودة سطح عالية, و خصائص قوية ميكانيكيا.

المواد النموذجية: سبائك مشغولة

• سبائك الألومنيوم: على سبيل المثال, 6061‑T6, 7075‐T6 - المعروف بالوزن الخفيف, القدرة على التصنيع, ونسبة القوة إلى الوزن.
• سبائك الصلب: على سبيل المثال, 1045, 4140, 316, 17-4الرقم الهيدروجيني - تقديم قوة ميكانيكية متفوقة ومقاومة للارتداء.
• سبائك التيتانيوم: على سبيل المثال, TI-6AL-4V-قيمتها لمقاومة التآكل, التوافق الحيوي, وأداء عالي القوة إلى الوزن.
• معادن أخرى: النحاس, نحاس, المغنيسيوم, إنكونيل, ويمكن أيضًا أن يكون هناك المزيد من CNC للتطبيقات المتخصصة.

الميزات الرئيسية

• دقة الأبعاد: ± 0.005 مم أو أفضل مع آلات CNC متعددة المحاور المتقدمة.
• الانتهاء من السطح: عادة ما تحقق التشطيبات المخصصة RA 0.4-1.6 ميكرون, مع مزيد من التلميع رع < 0.2 ميكرومتر.
• التكرار: مثالي لكل من إنتاج الدُفعات المنخفضة والمتوسطة مع الحد الأدنى من التباين.
• مرونة الأداة: يدعم الطحن, حفر, تحول, ممل, خيوط, ونقش في إعداد واحد على آلات 5 محاور.

إيجابيات تصنيع CNC

• قوة ميكانيكية متفوقة:
  تحتفظ الأجزاء ببنية الحبوب الدقيقة للمعادن المطاورة, عرض عادة 20-40 ٪ قوة أعلى من نظيرات الممثلين.
• الدقة العالية والتحكم في التسامح:
  يمكن للآلات CNC أن تلبي التحملات الضيقة مثل ± 0.001 ملم, ضروري للفضاء, طبي, والمكونات البصرية.
• سلامة سطح ممتازة:
  سلس, أسطح موحدة ذات خشونة منخفضة تعمل على تحسين مقاومة التعب, أداء الختم, والجماليات.
• تنوع المواد:
  متوافق مع جميع المعادن الصناعية تقريبًا, من الألمنيوم الناعم إلى superalloys الصلبة مثل Inconel و Hastelloy.
• النماذج الأولية والتخصيص السريع:
  مثالي للدفعات الصغيرة إلى المتوسطة, اختبار التصميم التكراري, وهندسة جزء فريد بدون أدوات باهظة الثمن.
• الحد الأدنى من العيوب الداخلية:
  الأجزاء المعنية خالية بشكل عام من المسامية, تجاويف الانكماش, أو الادراج - القضايا الشائعة في الإلقاء.

سلبيات MICHINING

• النفايات المادية:
  كونها موضعية, غالبًا ما ينتج عن الآلات CNC في 50-80 ٪ فقدان المواد, خاصة بالنسبة للهندسة المعقدة.
• ارتفاع تكلفة الإنتاج الكبير:
  لا تزال التكاليف لكل وحدة مرتفعة بدون وفورات الحجم, وقد يزيد ارتداء الأدوات الواسع من النفقات التشغيلية.
• أوقات دورة أطول للأجزاء المعقدة:
  قد تزيد الهندسة المعقدة التي تتطلب إعدادات أو أدوات متعددة بشكل كبير من وقت التصنيع.
• التعقيد الداخلي المحدود:
  من الصعب تحقيق الممرات الداخلية والتقويضات بدون تركيبات خاصة, وغالبًا ما تتطلب تصميمات EDM أو وحدات.
• يتطلب البرمجة الماهرة والإعداد:
  تعد استراتيجيات البرمجة والأدوات الدقيقة ضرورية لتحقيق الكفاءة المثلى وجودة الجزء.

3. صب المعادن

صب المعادن لا تزال واحدة من أقدم أساليب التصنيع وأكثرها تنوعا, تمكين الإنتاج الاقتصادي للأجزاء التي تتراوح من بضعة غرامات إلى أطنان متعددة.

عن طريق سكب المعادن المنصهرة في قوالب - إما واحدة الاستخدام أو القابل لإعادة الاستخدام - يسلم البث أشكال القريبة من الحمل, ميزات داخلية معقدة, والمقاطع المتقاطعة الكبيرة التي قد تكون صعبة أو باهظة الثمن للآلة من billets الصلبة.

نظرة عامة على طرق الصب المشتركة

1. صب الرمل

• عملية: حزمة الرمال حول نمط, إزالة النمط, وصب المعدن في التجويف الناتج.
• مجلدات نموذجية: 10-10،000 وحدة لكل نمط.
• التسامح: ± 0.5-1.5 مم.
• خشونة السطح: RA 6-12 ميكرون.

2. صب الاستثمار (فقدت شمع)

• عملية: إنشاء نمط الشمع, معطفه في ملاط ​​السيراميك, تذوب الشمع, ثم صب المعدن في القالب السيراميك.
• مجلدات نموذجية: 100-20،000 وحدة لكل قالب.
• التسامح: ± 0.1-0.3 مم.
• خشونة السطح: RA 0.8-3.2 ميكرون.

3. يموت الصب

• عملية: حقن المعدن غير المنصهر (الألومنيوم, الزنك) في وفاة الفولاذ عالية الدقة تحت الضغط العالي.
• مجلدات نموذجية: 10,000-1،000،000+ وحدة لكل موت.
• التسامح: ± 0.05-0.2 مم.
• خشونة السطح: RA 0.8-3.2 ميكرون.

4. المفقود - المفقود

• عملية: استبدال أنماط الرمل برغوة البوليسترين الموسعة; تبخير الرغوة عند ملامسة المعادن.
• مجلدات نموذجية: 100-5000 وحدة لكل نمط.
• التسامح: ± 0.3-0.8 مم.
• خشونة السطح: RA 3.2-6.3 ميكرون.

5. صب القالب الدائم

• عملية: قوالب معدنية قابلة لإعادة الاستخدام (في كثير من الأحيان الصلب) يتم شغلها بالجاذبية أو الضغط المنخفض, ثم تبريد وفتح.
• مجلدات نموذجية: 1,000-50،000 وحدة لكل قالب.
• التسامح: ± 0.1-0.5 مم.
• خشونة السطح: RA 3.2-6.3 ميكرون.

مواد الصب النموذجية

1. يلقي الحديد (رمادي, مطيلة, أبيض)

• التطبيقات: كتل المحرك, مضخة العلب, قواعد الآلة.
• صفات: التخميد العالي, قوة الضغط حتى 800 MPa, قوة الشد المعتدلة (200-400 ميجا باسكال).

2. يقذف الفولاذ

• التطبيقات: أوعية الضغط, مكونات الآلات الثقيلة.
• صفات: قوة الشد 400-700 ميجا باسكال, الصلابة حتى 100 MPA · بعد المعالجة الحرارية.

3. الألومنيوم يلقي السبائك (A356, A319, إلخ.)

• التطبيقات: عجلات السيارات, الأجزاء الهيكلية للفضاء.
• صفات: قوة الشد 250-350 ميجا باسكال, الكثافة ~ 2.7 جم/سم, مقاومة جيدة للتآكل.

4. نحاس, المغنيسيوم, سبائك الزنك

• التطبيقات: موصلات كهربائية, تجهيزات الفضاء, الأجهزة الزخرفية.
• صفات: الموصلية الممتازة (نحاس), كثافة منخفضة (المغنيسيوم), قدرة التسامح الضيقة (الزنك).

الميزات الرئيسية للصب

• قدرة الشكل القريبة من الحمل: يقلل الآلات والنفايات المادية.
• الهندسة المعقدة: ينتج بسهولة تجاويف داخلية, أضلاع, يضعف, ورؤساء.
• قابلية التوسع: من بضع مئات ل الملايين من أجزاء, اعتمادا على الطريقة.
• إنتاج جزء كبير: قادرة على صب المكونات التي تزن عدة أطنان.
• مرونة السبائك: يسمح للتراكيب المتخصصة غير المتوفرة بسهولة في شكل مطار.

إيجابيات صب المعادن

• أدوات فعالة من حيث التكلفة لأحجام عالية: يموت صب الأدوات أكثر من مئات الآلاف من الأجزاء, تقليل تكلفة كل لسان ما يصل إلى 70% مقارنة مع CNC.
• حرية التصميم: مقاطع داخلية معقدة وجدران رقيقة (منخفضة مثل 2 ملم في صب الاستثمار) ممكنة.
• توفير المواد: تقلل الأشكال القريبة من الحمل من الخردة, خاصة في الأجزاء الكبيرة أو المعقدة.
• براعة الحجم: ينتج أجزاء كبيرة جدا (على سبيل المثال, كتل المحرك البحري) التي هي غير عملي للآلة.
• إنتاج الدُفعات السريعة: يمكن للأجزاء المصبوبة بالموت دوران كل شيء 15-45 ثانية, تلبية مطالب كبيرة الحجم.

سلبيات الصب المعدني

• الخواص الميكانيكية السفلية: كهياكل مجهرية - الحبيبات الدائرية والمسامية - نقاط قوة الشد في الإيراد 20-40 ٪ أقل ويعيش التعب 50-80 ٪ أقصر من نظرائهم/CNC.
• قيود السطح والأبعاد: ينتهي الخشب (RA 3-12 ميكرون) والتفاوض أكثر مرونة (± 0.1-1.5 مم) في كثير من الأحيان يستلزم الآلات الثانوية.
• إمكانية صب العيوب: انكماش الفراغات, مسامية الغاز, ويمكن أن تكون الادراج بمثابة مواقع بدء الكراك.
• ارتفاع تكلفة الأدوات الأولية للقوالب الدقيقة: يمكن أن يتجاوز صب الاستثمار والموت قوالب الصب 50،000 دولار أمريكي 200،000 دولار, تتطلب أحجام عالية لتبرير المصاريف.
• أوقات زمنية أطول لتصنيع الأدوات: تصميم, تصنيع, والتحقق من التحقق من القوالب المعقدة 6-16 أسبوع قبل إنتاج الأجزاء الأولى.

4. البنية المجهرية المادية وتأثيرها على القوة

البنية المجهرية للمعادن - حجم الحبوب, شكل, وعيوب السكان - يحكم الفصح أدائها الميكانيكي.

مجنور مقابل. كهياكل الحبوب ممل

تخضع سبائك المطاوع إلى تشوه ساخن أو بارد متبوعًا بالتبريد المتحكم فيه, إنتاج بخير, الحبوب المعادلة في كثير من الأحيان حسب ترتيب 5-20 ميكرون في القطر.

على النقيض من ذلك, تجمع السبائك المقيدة في التدرج الحراري, تشكيل الأسلحة الشجيري و قنوات الفصل مع متوسط ​​أحجام الحبوب 50-200 ميكرون.

• التأثير على القوة: وفقا لعلاقة القاعة -بيتش, يمكن أن يعزز حجم الحبوب النصف قوة العائد 10-5 ٪.
  على سبيل المثال, طاش 7075 - T6 الألومنيوم (حجم الحبوب ~ 10 ميكرون) يحقق عادة قوة العائد 503 MPa, في حين يلقي الألمنيوم A356 - T6 (حجم الحبوب ~ 100 ميكرون) قمم حولها 240 MPa.

المسامية, الادراج, والعيوب

يمكن أن تقدم عمليات الصب 0.5-2 ٪ المسامية الحجمي, جنبا إلى جنب مع شوائب الأكسيد أو الخبث.

تعمل هذه الفراغات المجهرية مثل مكثفات الإجهاد, تقليل حياة التعب بشكل كبير وصبقة الكسر.

• مثال التعب: سبيكة الألومنيوم المصبوب مع 1% قد ترى المسامية أ 70-80 ٪ حياة التعب الأقصر تحت التحميل الدوري مقارنة بنظيرها المطاوع.
• صلابة الكسر: المطاوع 316 غالبًا ما يعرض الفولاذ المقاوم للصدأ K_IC القيم أعلاه 100 MPA · √M, بينما الرمال 316 قد تصل SS فقط 40-60 ميجا باسكال · √M.

المعالجة الحرارية وتهدئة العمل

يمكن للمكونات المعنية بال CNC الاستفادة من العلاجات الحرارية المتقدمة -التبريد, هدأ, أو تصلب هطول الأمطار- لتكييف الهياكل المجهرية وزيادة القوة والصلابة إلى الحد الأقصى.

على سبيل المثال, يمكن للحلول المعالجة والمسنين TI -6AL - 4V الوصول إلى نقاط قوة الشد أعلاه 900 MPa.

بالمقارنة, تتلقى الأجزاء المصبوبة عادة التجانس لتقليل الفصل الكيميائي, وأحيانًا علاج الحل,

لكنهم لا يستطيعون تحقيق نفس البنية المجهرية للهطول الموحد كسبائك مجهورة.

نتيجة ل, قد يحقق superalloys من شد نقاط الشد 600-700 ميجا باسكال بعد العلاج, صلبة ولكن لا تزال أقل من المعادلات المطاورة.

تعزيز العمل والعلاجات السطحية

بالإضافة إلى, يمكن للآلات CNC نفسها تقديم مفيد الضغوط المتبقية الضغط على الأسطح الحرجة,

خاصة عند الجمع بين طلقة, الذي يحسن مقاومة التعب من قبل ما يصل إلى 30%.

يفتقر الصب إلى هذا التأثير الميكانيكي لتهدئة العمل ما لم يكن العلاجات اللاحقة (على سبيل المثال, المتداول البارد أو البارد) يتم تطبيقها.

5. خصائص الميكانيكية مقارنة

لتحديد ما إذا كانت المكونات التي تعاني من CNC أقوى من المكونات المصبوبة, مقارنة مباشرة عنهم الخصائص الميكانيكية- بما في ذلك قوة الشد, مقاومة التعب, وتأثير المتانة - ضرورية.

بينما يلعب كل من اختيار المواد والتصميم دورًا, تؤثر عملية التصنيع نفسها بشكل كبير على الأداء النهائي للجزء.

قوة الشد والخضوع

قوة الشد يقيس الحد الأقصى من الإجهاد الذي يمكن أن يتحمله المادة أثناء تمديده أو سحبه قبل الانهيار, بينما قوة الخضوع يشير إلى النقطة التي يبدأ فيها التشوه الدائم.

عادة السبائك المطاوع, التي تظهر الهياكل المجهرية المكررة بسبب العمل الميكانيكي والمعالجة الميكانيكية الحرارية.

• الألومنيوم المطاوع 7075-T6 (CNC Machined):

• • قوة العائد: 503 MPa
  • قوة الشد القصوى (UTS): 572 MPa

• يلقي الألومنيوم A356-T6 (تعالج الحرارة):

• • قوة العائد: 240 MPa
  • UTS: 275 MPa

بصورة مماثلة, التيتانيوم المطاوع (تي-6Al-4V) قد تصل المعالجة عبر تصنيع CNC إلى UTS من 900-950 ميجا باسكال,

في حين أن نسختها المصبوب عادة ما تدور حولها 700-750 ميجا باسكال بسبب وجود المسامية والبنية المجهرية الأقل دقة.

خاتمة: عادة 30-50 ٪ أعلى العائد وقوة الشد من نظرائهم الممثلين.

حياة التعب وحد التحمل

أداء التعب أمر بالغ الأهمية في الفضاء, طبي, وأجزاء السيارات التي تعرضت للتحميل الدوري.

المسامية, الادراج, وخشونة السطح في الأجزاء المصبوب تقلل بشدة من مقاومة التعب.

• الفولاذ المطاوع (CNC): حد التحمل ~ 50% من UTS
• يلقي الصلب: حد التحمل ~ 30-35 ٪ من UTS

على سبيل المثال, في أيسي 1045:

• CNC-machined (مسنن): حد التحمل ~ 310 MPa
• ما يعادلها: حد التحمل ~ 190 MPa

يوفر Machining CNC أيضًا أسطحًا أكثر سلاسة (RA 0.2-0.8 ميكرون), الذي يؤخر بدء التشغيل. في المقابل, أسطح الصب (RA 3-6 ميكرون) يمكن أن تعمل كمواقع بدء, تسريع الفشل.

تؤثر على صلابة ومقاومة الكسر

تؤثر الصلابة على قدرة المادة على امتصاص الطاقة أثناء الآثار المفاجئة, وهي مهمة بشكل خاص للأجزاء في بيئات عرضية أو عالية الإجهاد.

تحتوي المعادن المصبوب في كثير من الأحيان microvoids أو تجاويف الانكماش, تقليل قدرتها على امتصاص الطاقة.

• الفولاذ المطاوع (Charpy V-notch في درجة حرارة الغرفة):>80 ج
• يلقي الصلب (نفس الظروف):<45 ج

حتى بعد المعالجة الحرارية, نادرا ما تصل إلى صلابة الكسر قيم المنتجات المطاورة بسبب العيوب الداخلية المستمرة والهياكل متباينة الخواص.

صلابة ومقاومة التآكل

بينما يسمح الصب بمعالجات تصلب السطح مثل تصلب القضية أو تصلب الحث,

غالبًا ما تستفيد الأجزاء المصنوعة من CNC من تصلب العمل, علاجات هطول الأمطار, أو نيترة, تسفر عن صلابة سطح متسقة عبر الجزء.

• المصنوعة من CNC المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 في الساعة: ما يصل الى لجنة حقوق الإنسان 44
• يلقي 17-4PH (مسن): عادة HRC 30-36

عندما تكون سلامة السطح أمرًا بالغ الأهمية - على سبيل المثال, في الحمل, قوالب, أو مهاوي الدوارة - يوفر MCNC Machining متفوقة, المزيد من ملفات التآكل التي يمكن التنبؤ بها.

6. الإجهاد المتبقي والتباين

عند مقارنة مكونات CNC المخصصة, التقييم الإجهاد المتبقي و تباين أمر حيوي لفهم كيفية تأثير كل عملية تصنيع على السلامة الهيكلية, استقرار الأبعاد, والأداء على المدى الطويل.

هذان العاملان, على الرغم من أنه في كثير من الأحيان يناقش أقل من قوة الشد أو حياة التعب,

يمكن أن تؤثر بشكل كبير على سلوك المكون في ظل ظروف التشغيل في العالم الحقيقي, لا سيما في التطبيقات ذات الدقة العالية مثل Aerospace, الأجهزة الطبية, و Automotive Powertrains.

الإجهاد المتبقي: الأصول والآثار

الإجهاد المتبقي يشير إلى الضغوط الداخلية المحتفظ بها في مكون بعد التصنيع, حتى عندما لا يتم تطبيق قوى خارجية.

قد تؤدي هذه الضغوط إلى تزييف, تكسير, أو فشل سابق لأوانه إذا لم تتم إدارته بشكل صحيح.

▸ مكونات CNC المخصصة

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي, كونه عملية تطهير, يمكن أن تحفز الضغوط الميكانيكية والحرارية في المقام الأول بالقرب من السطح. تنشأ هذه الضغوط المتبقية من:

• قطع القوى وضغط الأدوات, خاصة خلال عمليات عالية السرعة أو العميقة
• التدرجات الحرارية المحلية, بسبب الحرارة الاحتكاكية بين أداة القطع والمواد
• تخفيضات متقطعة, والتي يمكن أن تخلق مناطق إجهاد غير متساوية حول الثقوب أو التحولات الحادة

في حين أن الضغوط المتبقية الناجم عن الآلات هي بشكل عام ضحلة ومترجمة, يمكنهم التأثير دقة الأبعاد, خاصة في أجزاء رقيقة الجدران أو عالية الدقة.

لكن, CNC الآلات من المواد المطاورة, التي تخضع بالفعل معالجة مكثفة لتحسين هياكل الحبوب وتخفيف الضغوط الداخلية,

يميل إلى أن يؤدي إلى ملامح الإجهاد المتبقية أكثر استقرارًا ويمكن التنبؤ بها.

نقطة البيانات: في الألومنيوم من فضاء الفضاء (7075-T6), عادة ما تكون الضغوط المتبقية التي تم إدخالها أثناء تصنيع CNC في الداخل ± 100 ميجا باسكال بالقرب من السطح.

▸ المكونات يلقي

في الصب, تنشأ الضغوط المتبقية من التصلب غير الموحد و تبريد تقلص, خاصة في الهندسة المعقدة أو الأقسام ذات الجدران السميكة.

غالبًا ما تمتد هذه الضغوط المستحثة حراريًا بشكل أعمق في الجزء من الصعب السيطرة دون معالجة إضافية.

• تخلق معدلات التبريد التفاضلية يشدد الشد في القلب و ضغوط الضغط على السطح
• تجاويف الانكماش والمسامية يمكن أن يكون بمثابة ناهضات الإجهاد
• تعتمد مستويات التوتر المتبقية على تصميم العفن, نوع السبائك, وظروف التبريد

نقطة البيانات: في الفولاذ المدلى بها, يمكن أن تتجاوز الضغوط المتبقية ± 200 ميجا باسكال, خاصة في المسبوكات الكبيرة التي لم تخضع لعلاج حرارة الإجهاد.

مقارنة ملخص:

وجه	CNC-machined	يقذف
أصل الإجهاد	قوى قطع, التدفئة الموضعية	الانكماش الحراري أثناء التبريد
عمق	أجوف (مستوى السطح)	عميق (الحجمي)
القدرة على التنبؤ	عالي (خاصة في السبائك المطاوع)	قليل (يتطلب عمليات الإجهاد)
نطاق الإجهاد النموذجي	± 50-100 ميجا باسكال	± 150-200 ميجا باسكال أو أكثر

تباين: خصائص الاتجاه للمواد

تباين يشير إلى تباين خصائص المواد في اتجاهات مختلفة, والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الأداء الميكانيكي في تطبيقات الحمل.

▸ CNC-machined (المطاوع) مواد

سبائك مطار المتداول, قذف, أو تزوير, مما أدى إلى أ بنية الحبوب المكررة ومتسقة الاتجاه.

في حين أن بعض التباين الخفيف قد توجد, خصائص المواد عمومًا أكثر موحدة ويمكن التنبؤ بها عبر اتجاهات مختلفة.

• درجة عالية من تنظير في الأجزاء المعنية, خاصة بعد الطحن متعدد المحاور
• سلوك ميكانيكي أكثر اتساقًا في ظل ظروف التحميل المعقدة
• يمكن أن يعزز تدفق الحبوب المتحكم فيه الخصائص في الاتجاه المطلوب

مثال: في سبيكة التيتانيوم المزورة (تي-6Al-4V), تختلف قوة الشد بأقل من 10% بين الاتجاهات الطولية والعرضية بعد تصنيع CNC.

▸ المواد المصبوب

في المقابل, تتجمع المعادن المصبوب من حالة منصهرة, في كثير من الأحيان الناتجة في نمو الحبوب الاتجاهية و الهياكل الشجيري تتماشى مع تدفق الحرارة.

هذا يسبب التباين المتأصل والضعف المحتمل في ظروف التحميل خارج المحور.

• تباين أكبر في الشد, تعب, وتأثير الخصائص عبر اتجاهات مختلفة
• تقليل التوحيد الحدود للحبوب ومحاذاة التضمين بشكل أكبر من التوحيد
• الخصائص الميكانيكية هي أقل يمكن التنبؤ بها, خاصة في المسبوكات الكبيرة أو المعقدة

مثال: في لعبة Inconel 718 شفرات التوربينات, يمكن أن تختلف قوة الشد 20-30 ٪ بين التوجهات الشعاعية والمحورية بسبب التصلب الاتجاهي.

7. سلامة السطح والمعالجة بعد

تعتبر سلامة السطح وما بعد المعالجة اعتبارات أساسية في تحديد الأداء على المدى الطويل, مقاومة التعب, والجودة المرئية للمكونات المصنعة.

ما إذا كان يتم إنشاء جزء من خلال التصنيع باستخدام الحاسب الآلي أو صب, يمكن أن تؤثر حالة السطح النهائي ليس فقط على جماليات ولكن أيضًا السلوك الميكانيكي في ظل ظروف الخدمة.

يستكشف هذا القسم كيف تختلف سلامة السطح بين الأجزاء التي تم تصويرها CNC, دور علاجات ما بعد المعالجة, وتأثيرها التراكمي على الوظيفة.

مقارنة الانتهاء من السطح

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي:

• عادةً ما تنتج تصنيع CNC أجزاء مع تشطيبات سطح ممتازة, خاصة عند استخدام مسارات الأدوات الدقيقة وسرعات مغزل عالية.
• خشونة السطح المشتركة (رع) قيم CNC:

• • الانتهاء القياسية: ra ≈ 1.6-3.2 ميكرون
  • الانتهاء من الدقة: ra ≈ 0.4-0.8 ميكرون
  • الانتهاء من فطرة (على سبيل المثال, لفة, تلميع): ra ≈ 0.1-0.2 ميكرون

• الأسطح الناعمة تقلل مكثفات الإجهاد, تعزيز حياة التعب, وتحسين خصائص الختم, حاسمة في التطبيقات الهيدروليكية والفضاء.

صب:

• أسطح الصب عمومًا قسوة وأقل اتساقا بسبب نسيج العفن, تدفق المعادن, وخصائص التصلب.

• • صب الرمل: ra ≈ 6.3-25 ميكرون
  • صب الاستثمار: RA ≈ 3.2-6.3 ميكرون
  • يموت الصب: ra ≈ 1.6-3.2 ميكرون

• يمكن أن تؤوي الأسطح الخشنة الرمال المتبقية, حجم, أو أكاسيد, التي قد تحلل من التعب والتعب المقاومة ما لم ينتهوا.

النزاهة تحت السطحية والعيوب

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي:

• غالبًا ما ينتج عن الآلات من المليارات المطاوع كثيفة, الأسطح المتجانسة مع انخفاض المسامية.
• لكن, يمكن أن تقدم معلمات القطع العدوانية:

• • القطع الصغيرة أو المناطق المتأثرة بالحرارة (المخاطر)
  • ضغوط الشد المتبقية, والتي قد تقلل من حياة التعب

• الآلات التي تسيطر عليها و تحسين سائل التبريد تساعد في الحفاظ على الاستقرار المعدني.

صب:

• الأجزاء المصبوب أكثر عرضة للعيوب تحت السطحية, مثل:

• • المسامية, فقاعات الغاز, وتجويف الانكماش
  • الادراج (أكاسيد, الخبث) و مناطق الفصل

• يمكن أن تعمل هذه العيوب مواقع البدء للشقوق تحت الأحمال الدورية أو ضغوط التأثير.

تقنيات ما بعد المعالجة

أجزاء من CNC الآلي:

• اعتمادًا على المتطلبات الوظيفية, قد تخضع أجزاء CNC علاجات إضافية, مثل:

• • أنودة - يحسن مقاومة التآكل (شائع في الألومنيوم)
  • تلميع/لفة - يعزز الدقة الأبعاد والتشطيب السطحي
  • تسديدة - يقدم ضغوطًا ضغطًا مفيدة لتحسين حياة التعب
  • الطلاء/الطلاء (على سبيل المثال, النيكل, الكروم, أو PVD) - يعزز مقاومة التآكل

الأجزاء يلقي:

• غالبًا ما تكون المعالجة أكثر شمولاً بسبب خشونة السطح المتأصلة في الصب والعيوب الداخلية.

• • طحن السطح أو الآلات لدقة الأبعاد
  • الضغط المتساوي الساخن (خاصرة) - تستخدم ل القضاء على المسامية وزيادة الكثافة, وخاصة بالنسبة للسبائك عالية الأداء (على سبيل المثال, التيتانيوم ومسبات لاتبية)
  • المعالجة الحرارية - يحسن توحيد البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية (على سبيل المثال, T6 لسباق الألومنيوم)

الجدول المقارن-مقاييس السطح وما بعد المعالجة

وجه	التصنيع باستخدام الحاسب الآلي	صب المعادن
خشونة السطح (رع)	0.2-3.2 ميكرون	1.6-25 ميكرون
عيوب تحت السطحية	نادر, ما لم يكن مبالغا فيه	شائع: المسامية, الادراج
أداء التعب	عالي (مع التشطيب السليم)	معتدلة إلى منخفضة (ما لم تعالج)
ما بعد المعالجة النموذجية	أنودة, تلميع, طلاء, طلقة نارية	بالقطع, خاصرة, المعالجة الحرارية, طحن
سلامة السطح	ممتاز	عامل, غالبًا ما يحتاج إلى تحسين

8. CNC مقابل. يقذف: جدول مقارنة شامل

فئة	التصنيع باستخدام الحاسب الآلي	صب
طريقة التصنيع	طحانة: تتم إزالة المواد من billets الصلبة	المضافة: يتم سكب المعدن المنصهر في قالب وتصلب
نوع المادة	المعادن المطاورة (على سبيل المثال, 7075 الألومنيوم, 4140 فُولاَذ, تي-6Al-4V)	يلقي السبائك (على سبيل المثال, A356 الألومنيوم, الحديد الزهر, الفولاذ المنخفض سبيكة يلقي)
البنية المجهرية	الحبوب الجميلة, متجانس, تم صيد العمل	شجيري, الحبوب الخشنة, المسامية, عيوب الانكماش المحتملة
قوة الشد	أعلى (على سبيل المثال, 7075-T6: ~ 503 ميجا باسكال, تي-6Al-4V: ~ 895 ميجا باسكال)	أدنى (على سبيل المثال, A356-T6: ~ 275 ميجا باسكال, الحديد الزهر الرمادي: ~ 200-400 ميجا باسكال)
مقاومة التعب	متفوقة بسبب البنية المجهرية المنظف, غياب الفراغات	انخفاض عمر التعب بسبب المسامية وخشونة السطح
تأثير & صلابة	عالي, خاصة في سبائك الدكتايل مثل الصلب المزور أو التيتانيوم	هش في العديد من الحديد المصبوب; متغير في الألومنيوم المصبوب أو الصلب
دقة الأبعاد	دقة عالية جدا (± 0.01 مم), مناسبة لمكونات التسامح الضيق	دقة معتدلة (± 0.1-0.3 مم), يعتمد على العملية (رمل < يموت < صب الاستثمار)
الانتهاء من السطح	لمسة نهائية ناعمة (RA 0.2-0.8 ميكرون), بعد المعالجة اختياري	قسوة الانتهاء من الصب (RA 3-6 ميكرون), غالبًا ما يتطلب الآلات الثانوية
الإجهاد المتبقي	إمكانية الإجهاد الناجم عن القطع, تم التخفيف منه بشكل عام عن طريق الانتهاء من العمليات	التصلب والتبريد يحفز الضغوط المتبقية, ربما يؤدي إلى تزييف أو تشققات
تباين	عادةً ما يكون الخواص بسبب بليتس ملفوف/ملفقة موحدة	غالبًا ما يكون متباين الخواص بسبب التصلب الاتجاهي ونمو الحبوب
مرونة التصميم	ممتاز للهندسة المعقدة مع التقتيم, الأخاديد, والتفاصيل الدقيقة	الأفضل لإنتاج أجزاء مجوفة أو شبكية معقدة بدون نفايات مادة
ملاءمة الحجم	مثالي للنماذج الأولية والإنتاج المنخفض الحجم	اقتصادي لحجم كبير, التصنيع منخفض الوحدة التكلفة
تكلفة الأدوات	الإعداد الأولي المنخفض; تكرار سريع	تكلفة الأدوات/العفن مقدما (خاصة الموت أو الاستثمار)
مهلة	إعداد سريع, تحول سريع	أوقات زمنية لتصميم العفن, موافقة, والإعدام الصب
احتياجات ما بعد المعالجة	الحد الأدنى; تلميع اختياري, طلاء, أو تصلب	مطلوب في كثير من الأحيان: بالقطع, بينينغ, المعالجة الحرارية
كفاءة التكلفة	فعال من حيث التكلفة في دفعات صغيرة أو أجزاء دقيقة	اقتصادي في الإنتاج على نطاق واسع بسبب الأدوات المطفأة
تطبيق التطبيق	الفضاء الجوي, طبي, دفاع, نماذج أولية مخصصة	السيارات, معدات البناء, مضخات, الصمامات, كتل المحرك
حكم القوة	أقوى, أكثر اتساقًا-مثالية للنزاهة الهيكلية والمكونات الهامة	أضعف بالمقارنة - مناسبة عندما تكون متطلبات القوة معتدلة أو التكلفة هي محرك رئيسي

9. خاتمة: هل CNC أقوى من الممثلين?

نعم, مكونات CNC المخصصة بشكل عام أقوى من الأجزاء المصبوب - خاصة من حيث قوة الشد, حياة التعب, ودقة الأبعاد.

تنشأ ميزة القوة هذه بشكل أساسي من البنية المجهرية المكررة للمعادن المطاورة و دقة الآلات.

لكن, يعتمد الاختيار الصحيح على المحددة طلب, مقدار, تعقيد التصميم, والميزانية.

من أجل السلامة, الحمل, أو مكونات حساسة للإرهاق, CNC هو الحل المفضل.

ولكن على نطاق واسع, أجزاء معقدة هندسيًا بأحمال ميكانيكية أقل تطلبًا, عروض الصب لا مثيل لها.

تجمع أكثر الشركات المصنعة أكثر ابتكارًا على حد سواء: صب شبه الشبكة تليها الانتهاء من CNC- استراتيجية مختلطة تدمج الاقتصاد مع الأداء في عصر الذكية, التصنيع عالي الأداء.

هذا هو الخيار الأمثل لاحتياجات التصنيع الخاصة بك إذا كنت بحاجة.

اتصل بنا اليوم!