1. مقدمه
در سالهای اخیر, تلاش برای سبک وزن, بادوام, و اجزای مقرون به صرفه شدت یافته است.
مهندسان هوافضا به دنبال تیغه های توربین هستند که در برابر دمای احتراق 1400 درجه سانتیگراد مقاومت می کنند;
طراحان خودرو بلوک های موتور را تحت فشار قرار می دهند تا فشار سیلندر اوج 200 مگاپیکال را برطرف کنند; جراحان ارتوپدی نیاز به کاشت تیتانیوم دارند که چرخه بارگذاری 10 درجه را بدون خرابی تحمل می کنند.
در میان این چالش ها, بحث خشمگین می شود: قطعات دارای ماشین CNC ذاتاً از قسمت های بازیگران قوی تر هستند?
برای پاسخ به این, ما ابتدا باید روشن کنیم که "قدرت" چه چیزی را شامل می شود - مقادیر تسویه حساب و عملکرد, زندگی خستگی,
چقرمگی ضربه, و مقاومت در برابر سایش - سپس مقایسه کنید که چگونه ماشینکاری CNC و روش های مختلف ریخته گری در این معیارها اندازه گیری می کنند.
در نهایت, قوی ترین راه حل اغلب در ترکیبی متناسب از فرآیندها نهفته است, مواد, و پس از درمان.
2. فلز ماشینکاری CNC
CNC (کنترل عددی کامپیوتر) ماشینکاری یک است فرآیند تولید کاهشی, به این معنی که مواد را از یک قطعه کار جامد خارج می کند - معمولاً a بیلت فلزی فرفور- برای تولید هندسه نهایی دقیقاً تعریف شده.
این فرآیند توسط برنامه های رایانه ای کنترل می شود که مسیرهای ابزار را دیکته می کند, سرعت ها, و تغذیه می کند, امکان تولید مداوم قطعات با دقت بالا.
فرآیند تفریق: از بیل تا قسمت تمام شده
گردش کار معمولی با انتخاب a شروع می شود بیل از فلز مانند 7075 آلومینیوم, 316 فولاد ضد زنگ, یا تیتانیوم TI-6AL-4V.
سپس بیل در یک آسیاب CNC یا تراش قرار می گیرد, کجا ابزار برش چرخشی یا درج کردن به طور سیستماتیک مواد را در امتداد محورهای برنامه ریزی شده حذف کنید.
نتیجه یک قسمت تمام شده با تحمل های فوق العاده ای محکم محکم, کیفیت سطح بالا, و خواص مکانیکی قوی.
مواد معمولی: آلیاژهای فرفورژه
- آلیاژهای آلومینیوم: به عنوان مثال, 6061t6, 7075t6 - برای وزن سبک شناخته شده است, ماشین کاری, و نسبت قدرت به وزن.
- آلیاژهای فولادی: به عنوان مثال, 1045, 4140, 316, 17-4PH - ارائه مقاومت مکانیکی برتر و مقاومت در برابر سایش.
- آلیاژهای تیتانیوم: به عنوان مثال, TI-6AL-4V-برای مقاومت در برابر خوردگی ارزش دارد, زیست سازگاری, و عملکرد بالا به وزن.
- سایر فلزات: برنج, مس, منیزیم, اینکونل, و موارد دیگر نیز می تواند برای برنامه های کاربردی تخصصی دستگاه CNC باشد.
ویژگی های کلیدی
- دقت ابعادی: 0.005 میلی متر یا بهتر با دستگاه های پیشرفته CNC چند محووی.
- پایان سطح: اتمام به عنوان ماشین به طور معمول به دست می آیند RA 0.4-1.6 میکرومتر, با دستیابی بیشتر به صیقل دادن Ra < 0.2 میکرومتر.
- تکرارپذیری: ایده آل برای تولید دسته ای کم و متوسط با حداقل تنوع.
- انعطاف پذیری ابزار: از فرز پشتیبانی می کند, حفاری, چرخاندن, خسته کننده, نخ زنی, و حکاکی در یک تنظیم در دستگاه های 5 محوره.
جوانب مثبت ماشینکاری CNC
- قدرت مکانیکی برتر:
قطعات ساختار دانه ای ریز فلزات فرفورژه را حفظ می کنند, به طور معمول نشان دادن 20-40 ٪ قدرت بالاتر از همتایان بازیگران. - کنترل دقت و تحمل بالا:
ماشینکاری CNC می تواند تحمل های محکم را برآورده کند 0.001 ± میلی متر, برای هوافضا ضروری است, پزشکی, و اجزای نوری. - یکپارچگی سطح عالی:
صاف, سطوح یکنواخت با زبری کم مقاومت خستگی را بهبود می بخشد, عملکرد مهر و موم, و زیبایی شناسی. - تطبیق پذیری مواد:
سازگار با تقریباً تمام فلزات صنعتی, از آلومینیوم نرم گرفته تا سوپر آلوهای سخت مانند Inconel و Hastelloy. - نمونه سازی سریع و سفارشی سازی:
ایده آل برای دسته های کوچک و متوسط, تست طراحی تکراری, و هندسه های قسمت منحصر به فرد بدون ابزار گران قیمت. - حداقل نقص داخلی:
قطعات ماشینکاری به طور کلی عاری از تخلخل هستند, حفره های کوچک شدن, یا اجزاء - مسائل مربوط به ریخته گری.
منفی ماشینکاری CNC
- زباله های مواد:
کمرنگ بودن, ماشینکاری CNC اغلب منجر به 50-80 ٪ از دست دادن مواد, مخصوصاً برای هندسه های پیچیده. - هزینه بالایی برای تولید بزرگ:
هزینه های هر واحدی بدون اقتصاد مقیاس بالا است, و سایش ابزار گسترده ممکن است هزینه های عملیاتی را بیشتر کند. - زمان چرخه طولانی تر برای قطعات پیچیده:
هندسه های پیچیده که نیاز به چندین تنظیم یا ابزار دارند ممکن است زمان ماشینکاری را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. - پیچیدگی داخلی محدود:
معابر داخلی و زیرپوشهای داخلی بدون وسایل خاص دستیابی به آن دشوار است, و اغلب به EDM یا طرح های مدولار نیاز دارند. - به برنامه نویسی و راه اندازی ماهر نیاز دارد:
برنامه نویسی دقیق و استراتژی های ابزار برای دستیابی به بهره وری بهینه و کیفیت جزئی ضروری است.
3. ریخته گری فلز
ریخته گری یکی از قدیمی ترین و متنوع ترین روش های تولید است, امکان تولید اقتصادی قطعاتی که از چند گرم تا چند تن متغیر است.
با ریختن فلز مذاب در قالب ها - چه یکبار استفاده یا قابل استفاده مجدد - قابل استفاده است شکل های نزدیک net, ویژگی های داخلی پیچیده, و بخش های متقاطع بزرگی که برای ماشین از بیلت های جامد دشوار یا بسیار گران قیمت خواهد بود.
نمای کلی از روشهای ریخته گری مشترک
1. ریخته گری شن و ماسه
- فرآیند: ماسه را در اطراف یک الگوی بسته بندی کنید, الگوی را بردارید, و فلز را درون حفره حاصل بریزید.
- جلد های معمولی: 10-10،000 واحد در هر الگوی.
- تحمل ها: 0.5-1.5 میلی متر.
- زبری سطح: RA 6-12 میکرومتر.
2. ریخته گری سرمایه گذاری (موم گمشده)
- فرآیند: یک الگوی موم ایجاد کنید, آن را در دوغاب سرامیکی بپوشانید, موم را ذوب کنید, سپس فلز را درون قالب سرامیک بریزید.
- جلد های معمولی: 100-20،000 واحد در هر قالب.
- تحمل ها: 0.1-0.3 میلی متر.
- زبری سطح: RA 0.8-3.2 میکرومتر.
3. دایکستینگ
- فرآیند: تزریق فلز غیر آهنی مذاب (آلومینیوم, روی) به فولاد با دقت بالا تحت فشار زیاد می میرد.
- جلد های معمولی: 10,000- 1،000،000+ واحد در هر مرگ.
- تحمل ها: 0.05-0.2 میلی متر.
- زبری سطح: RA 0.8-3.2 میکرومتر.
4. بازیگران گمشده - فوم
- فرآیند: الگوهای شن را با فوم پلی استایرن گسترش یافته جایگزین کنید; فوم با تماس فلزی تبخیر می شود.
- جلد های معمولی: 100-5000 واحد در هر الگوی.
- تحمل ها: 0.3-0.8 میلی متر.
- زبری سطح: RA 3.2-6.3 میکرومتر.
5. ریخته گری قالب دائمی
- فرآیند: قالب های فلزی قابل استفاده مجدد (اغلب فولاد) با گرانش یا فشار کم پر می شوند, سپس خنک شد و باز شد.
- جلد های معمولی: 1,000-50،000 واحد در هر قالب.
- تحمل ها: 0.1-0.5 میلی متر.
- زبری سطح: RA 3.2-6.3 میکرومتر.
مواد ریخته گری معمولی
1. آیرونز (خاکستری, شکل‌پذیر, سفید)
- برنامه های کاربردی: بلوک های موتور, محفظه پمپاژ, پایه ماشین.
- خصوصیات: میرایی زیاد, قدرت فشاری تا 800 MPa, مقاومت کششی متوسط (200-400 MPa).
2. بازیگران فولادها
- برنامه های کاربردی: مخازن تحت فشار, اجزای ماشین آلات سنگین.
- خصوصیات: مقاومت کششی 400-700 MPa, سختی تا 100 MPA · √m پس از عملیات حرارتی.
3. آلومینیوم آلیاژهای بازیگران (A356, A319, و غیره)
- برنامه های کاربردی: چرخ های خودرو, قطعات ساختاری هوافضا.
- خصوصیات: مقاومت کششی 250-350 MPa, چگالی ~ 2.7 گرم در سانتی متر مربع, مقاومت در برابر خوردگی خوب.
4. مس, منیزیم, آلیاژهای روی
- برنامه های کاربردی: کانکتورهای الکتریکی, اتصالات هوافضا, سخت افزار تزئینی.
- خصوصیات: هدایت عالی (مس), چگالی کم (منیزیم), قابلیت تحمل محکم (روی).
ویژگی های اصلی ریخته گری
- قابلیت شکل نزدیک net: ماشینکاری و زباله های مادی را به حداقل می رساند.
- هندسه پیچیده: به راحتی حفره های داخلی تولید می کند, دنده, زیر انداز, و کارفرمایان.
- مقیاس پذیری: از چند صد به میلیون ها قطعات, بستگی به روش دارد.
- بخش بزرگ تولید: قادر به ریخته گری اجزای وزن چند تن.
- انعطاف پذیری آلیاژ: اجازه می دهد تا ترکیبات تخصصی به راحتی به صورت فرفورژه در دسترس نباشند.
جوانب مثبت ریخته گری فلز
- ابزار هزینه ای برای حجم زیاد: Die Casting ابزاری را بیش از صدها هزار قسمت از بین می برد, کاهش هزینه هر قطعه تا حداکثر 70% در مقایسه با CNC.
- آزادی طراحی: معابر داخلی پیچیده و دیوارهای نازک (به اندازه کم 2 میلی متر در ریخته گری سرمایه گذاری) ممکن است.
- صرفه جویی در مواد: شکل های نزدیک net ضایعات را کاهش می دهد, به خصوص در قسمت های بزرگ یا پیچیده.
- تطبیق پذیری اندازه: قطعات بسیار بزرگی تولید می کند (به عنوان مثال, بلوک های موتور دریایی) که برای ماشین غیر عملی هستند.
- تولید دسته ای سریع: قطعات ریخته شده می توانند هر یک از آنها را چرخه بزنند 15-45 ثانیه, پاسخگویی به مطالبات با حجم بالا.
منفی های ریخته گری فلز
- خصوصیات مکانیکی پایین: ریزساختارهای As - غلات و تخلخل dendritic - نقاط قوت کششی را هدایت می کنند 20-40 ٪ پایین تر و خستگی زندگی می کند 50-80 ٪ کوتاه تر از همتایان فرفورژه/CNC.
- محدودیت های سطح و بعدی: درشت پایان می یابد (RA 3-12 میکرومتر) و تحمل های سست تر (0.1-1.5 میلی متر) اغلب به ماشینکاری ثانویه نیاز دارند.
- پتانسیل ریخته گری: حفره های کوچک شدن, تخلخل گاز, و اجزاء می توانند به عنوان سایت های شروع ترک عمل کنند.
- هزینه ابزار اولیه اولیه برای قالب های دقیق: سرمایه گذاری سرمایه گذاری و قالب ریخته گری می تواند بیش از حد باشد 50،000 تا 200،000 دلار آمریکا, نیاز به حجم بالا برای توجیه هزینه.
- زمان سرب طولانی تر برای ساخت ابزار: طراحی, تولید, و اعتبارسنجی قالب های پیچیده می تواند طول بکشد 6–16 هفته قبل از تولید قطعات اول.
4. ریزساختار مواد و تأثیر آن بر قدرت
ریزساختار یک فلز - اندازه دانه آن, شکل, و جمعیت نقص - بطور کامل بر عملکرد مکانیکی آن حاکم است.
فرفورژه در مقابل. ساختارهای دانه ای
آلیاژهای فرفورژه تحت تغییر شکل گرم یا سرد قرار می گیرند و به دنبال آن خنک کننده کنترل شده, تولید کننده خوب, دانه های برابر اغلب به ترتیب 5-20 میکرومتر قطر.
در مقابل, آلیاژهای as -cast در یک شیب حرارتی جامد می شوند, تشکیل سلاح های دندریتیک و کانال های تفکیک با اندازه متوسط دانه 50-200 میکرومتر.
- تاثیر بر قدرت: با توجه به رابطه سالن -پچ, اندازه دانه هالوینگ می تواند قدرت عملکرد را افزایش دهد 10–15 ٪.
به عنوان مثال, آلومینیوم 7075 - T6 (اندازه دانه 10 میکرومتر) به طور معمول به قدرت عملکرد دست می یابد 503 MPa, در حالی که آلومینیوم A356 - T6 ریخته می شود (اندازه دانه 100 میکرومتر) قله های اطراف 240 MPa.
تخلخل, شامل ها, و نقص
فرآیندهای ریخته گری می توانند معرفی کنند 0.5-2 ٪ تخلخل حجمی, همراه با اجزاء اکسید یا سرباره.
این حفره های میکروسکوله مانند عمل می کنند کنسانتره استرس, کاهش چشمگیر عمر خستگی و سختی شکستگی.
- نمونه خستگی: یک آلیاژ آلومینیومی ریخته گری با 1% تخلخل ممکن است ببیند 70-80 ٪ عمر خستگی کوتاه تر تحت بارگذاری چرخه ای در مقایسه با همتای فرفورژه خود.
- چقرمگی شکست: فرفورژه 316 فولاد ضد زنگ اغلب نمایشگاه ها را نشان می دهد K_IC مقادیر بالا 100 MPA · √m, در حالی که ماسه 316 SS فقط ممکن است برسد 40–60 MPa · √m.
عملیات حرارتی و کار - سرپرستی
اجزای سازنده CNC - می توانند از درمان های پیشرفته استفاده کنند -خاموش کردن, معتدل کردن, یا سخت شدن بارش- برای ساخت و سازهای متناسب و به حداکثر رساندن استحکام و چقرمگی.
به عنوان مثال, محلول - تحت درمان با TI -6AL - 4V می تواند به نقاط قوت کششی برسد 900 MPa.
در مقایسه, قطعات بازیگران معمولاً دریافت می کنند همگن برای کاهش تفکیک شیمیایی, و گاهی اوقات درمان راه حل,
اما آنها نمی توانند به همان ریزساختار بارش یکنواخت مانند آلیاژهای فرفورژه دست یابند.
در نتیجه, Superalloys بازیگران ممکن است به نقاط قوت کششی برسند 600-700 MPa پس از درمان, جامد اما هنوز هم زیر معادل های فرفورژه.
کار -کارآزمایی و درمان های سطحی
علاوه بر این, ماشینکاری CNC به خودی خود می تواند مفید باشد فشارهای باقیمانده فشاری در سطوح بحرانی,
مخصوصاً وقتی با هم ترکیب شود شات -, که باعث بهبود مقاومت در برابر خستگی می شود 30%.
ریخته گری فاقد این اثر کار مکانیکی است - مگر اینکه درمانهای بعدی (به عنوان مثال, نورد سرد یا پوستی) اعمال می شوند.
5. مقایسه خصوصیات مکانیکی
برای تعیین اینکه آیا اجزای دستگاه CNC از بازیگران قوی تر هستند, مقایسه مستقیم آنها خواص مکانیکی- از جمله قدرت کششی, مقاومت در برابر خستگی, و تأثیر سختی - ضروری است.
در حالی که انتخاب و طراحی مواد هر دو نقش دارند, فرایند تولید خود به طور قابل توجهی بر عملکرد نهایی قسمت تأثیر می گذارد.
استحکام کششی و تسلیم
استحکام کششی حداکثر استرس را اندازه گیری می کند که یک ماده در هنگام کشش یا کشیده شدن قبل از شکستن مقاومت می کند, در حالی که قدرت تسلیم نقطه ای از تغییر شکل دائمی را نشان می دهد.
قطعات ماشین CNC به طور معمول از ساخته می شوند آلیاژهای فرفورژه, که به دلیل کار مکانیکی و پردازش حرارتی مکانیکی ، ریزساختارهای تصفیه شده را نشان می دهند.
- آلومینیوم فرفورژه 7075-t6 (CNC ماشینکاری شده):
-
- قدرت تسلیم: 503 MPa
- استحکام کششی نهایی (UTS): 572 MPa
- بازیگران آلومینیوم A356-T6 (گرمازا):
-
- قدرت تسلیم: 240 MPa
- UTS: 275 MPa
به همین ترتیب, تیتانیوم فرفور شده (Ti-6Al-4V) پردازش شده از طریق ماشینکاری CNC ممکن است به UTS OF برسد 900–950 MPa,
در حالی که نسخه بازیگران آن به طور معمول در اطراف است 700-750 MPa به دلیل وجود تخلخل و ریزساختار کمتر تصفیه شده.
نتیجه گیری: اجزای سازگار با CNC از مواد فرفورژه به طور معمول ارائه می دهند 30-50 ٪ عملکرد بالاتر و مقاومت کششی از همتایان بازیگرانشان.
عمر خستگی و محدودیت استقامت
عملکرد خستگی در هوافضا بسیار مهم است, پزشکی, و قطعات خودرو در معرض بارگذاری چرخه ای.
تخلخل, اجزاء, و زبری سطح در قطعات ریخته گری مقاومت به خستگی را به شدت کاهش می دهد.
- فولاد (CNC): حد استقامت 50% از UTS
- فولاد: حد استقامت 30-35 ٪ از UTS
به عنوان مثال, در AISI 1045:
- دارای محاسبات CNC (ساخته شده): حد استقامت 310 MPa
- معادل بازیگران: حد استقامت 190 MPa
ماشینکاری CNC همچنین سطوح صاف تری را فراهم می کند (RA 0.2-0.8 میکرومتر), که شروع به کار می کند. در مقابل, سطوح به عنوان ریخته گری (RA 3-6 میکرومتر) می تواند به عنوان سایت های شروع عمل کند, شکست سریع.
سختی و مقاومت در برابر شکستگی
سختی ضربه توانایی یک ماده در جذب انرژی را در هنگام اثرات ناگهانی تعیین می کند, و به ویژه برای قطعات موجود در محیط های مستعد تصادف یا پر فشار بسیار مهم است.
فلزات ریخته گری اغلب حاوی میکرووئیدها یا حفره های انقباض, کاهش ظرفیت جذب انرژی آنها.
- فولاد (charpy v-notch در دمای اتاق):>80 جی
- فولاد (یکسان):<45 جی
حتی بعد از عملیات حرارتی, بازیگران به ندرت به چقرمگی شکست مقادیر محصولات فرفورژه به دلیل نقص داخلی مداوم و ساختارهای ناهمسانگرد.
سختی و مقاومت در برابر سایش
در حالی که ریخته گری باعث می شود درمان های سخت کننده سطح مانند سخت شدن یا سخت شدن القاء,
قطعات ماشین CNC اغلب از آن بهره مند می شوند سخت سازی کار, درمان بارش, یا نیتریدینگ, به دست آوردن سختی سطح مداوم در قسمت.
- فولاد ضد زنگ 17-4PH CNC با CNC: تا HRC 44
- بازیگران 17-4ph (سالخورده): به طور معمول HRC 30-36
هنگامی که یکپارچگی سطح بسیار مهم است - برای مثال, در محفظه های تحمل, قالب ها, یا شفت های چرخان - ماشینکاری CNC برتر را فراهم می کند, مشخصات سایش قابل پیش بینی تر.
6. استرس باقیمانده و ناهمسانگردی
هنگام مقایسه اجزای دستگاه CNC و بازیگران, ارزیابی استرس پسماند و ناسوتروپی برای درک چگونگی تأثیر هر فرایند تولید بر یکپارچگی ساختاری بسیار حیاتی است, ثبات ابعادی, و عملکرد بلند مدت.
این دو عامل, اگرچه اغلب کمتر از استحکام کششی یا زندگی خستگی بحث می شود,
می تواند به طور قابل توجهی بر رفتار یک مؤلفه در شرایط عملیاتی در دنیای واقعی تأثیر بگذارد, به ویژه در برنامه های با دقت بالا مانند هوافضا, دستگاه های پزشکی, و پیشرانه های اتومبیل.
استرس باقیمانده: منشأ و اثرات
استرس باقیمانده اشاره به فشارهای داخلی حفظ شده در یک مؤلفه پس از تولید است, حتی در صورت عدم استفاده از نیروهای خارجی.
این فشارها ممکن است منجر به پیچ و تاب شود, ترک خوردن, یا اگر به درستی مدیریت نشود ، شکست زودرس.
▸ اجزای سازگار با CNC
ماشینکاری CNC, یک فرآیند تفریق بودن, می تواند القا کند تنش های مکانیکی و حرارتی در درجه اول نزدیک سطح. این فشارهای باقیمانده ناشی می شود:
- برش نیروها و فشار ابزار, مخصوصاً در عملیات پر سرعت یا عمیق
- شیب حرارتی موضعی, ناشی از گرمای اصطکاک بین ابزار برش و مواد
- برش های قطع شده, که می تواند مناطق استرس ناهموار را در اطراف سوراخ ها یا انتقال شدید ایجاد کند
در حالی که فشارهای باقیمانده ناشی از ماشینکاری به طور کلی است کم عمق و بومی, آنها می توانند تأثیر بگذارند دقت, به خصوص در قطعات با دقت و یا با دقت بالا.
با این حال, ماشینکاری CNC از مواد ساخته شده, که در حال حاضر تحت پردازش گسترده ای برای اصلاح ساختارهای دانه و تسکین فشارهای داخلی قرار گرفته است,
تمایل به ایجاد پروفایل های استرس باقیمانده با ثبات تر و قابل پیش بینی تر دارد.
نقطه داده: در آلومینیوم درجه یک هوافضا (7075-T6), تنش های باقیمانده معرفی شده در هنگام ماشینکاری CNC به طور معمول در داخل است 100 MPa نزدیک سطح.
▸ مؤلفه های بازیگران
در بازیگری, تنش های باقیمانده از جامد سازی غیر یکنواخت و انقباض, به خصوص در هندسه های پیچیده یا بخش های ضخیم.
این تنش های ناشی از حرارتی اغلب به قسمت عمیق تر می شوند و هستند کنترل سخت تر بدون پردازش اضافی.
- نرخ خنک کننده دیفرانسیل ایجاد می کند تنش های کششی در هسته و فشارهای فشاری در سطح
- حفره های کوچک و تخلخل می تواند به عنوان استرس عمل کند
- سطح استرس باقیمانده به طراحی قالب بستگی دارد, نوع آلیاژ, و شرایط خنک کننده
نقطه داده: در فولادهای بازیگران, تنش های باقیمانده می تواند بیش از حد باشد 200 MPa, به خصوص در ریخته گری های بزرگ که تحت عملیات حرارتی با استرس قرار نگرفته اند.
مقایسه خلاصه:
| جنبه | دارای محاسبات CNC | بازیگران |
|---|---|---|
| منشأ استرس | نیروهای برش, گرمایش موضعی | انقباض حرارتی در هنگام خنک کننده |
| عمق | کم عمق (سطح سطح) | عمیق (حجمی) |
| قابلیت پیش بینی | بالا (به خصوص در آلیاژهای فرفورژه) | کم (به فرآیندهای تسکین استرس نیاز دارد) |
| دامنه استرس معمولی | 50-100 MPa | 150-200 MPa یا بیشتر |
ناهمسانگردی: خصوصیات جهت دار مواد
ناهمسانگردی اشاره به تغییر خصوصیات مواد در جهات مختلف است, که می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد مکانیکی در برنامه های بارگذاری تأثیر بگذارد.
▸ CNC (فرفورژه) مواد
آلیاژهای فرفورژه - به عنوان سهام پایه ماشینکاری CNC - تحت استفاده نورد, اکستروژن, یا آهنگری, در نتیجه الف ساختار دانه تصفیه شده و از نظر جهت سازگار.
در حالی که ممکن است برخی از ناهمسانگردهای خفیف وجود داشته باشد, خصوصیات مواد به طور کلی است یکنواخت تر و قابل پیش بینی در جهات مختلف.
- درجه بالا ایزوتروپی در قطعات ماشینکاری, مخصوصاً بعد از آسیاب چند محوری
- رفتار مکانیکی سازگارتر در شرایط بارگذاری پیچیده
- جریان دانه کنترل شده می تواند خواص را در جهت مورد نظر افزایش دهد
مثال: در آلیاژ تیتانیوم جعلی (Ti-6Al-4V), مقاومت کششی کمتر از 10% بین جهت های طولی و عرضی پس از ماشینکاری CNC.
▸ مواد بازیگران
در مقابل, فلزات ریخته گری از حالت مذاب جامد می شوند, اغلب منجر به رشد دانه جهت دار و ساختارهای دندریتیک با جریان گرما تراز شده است.
این امر باعث ناهمسانگردی ذاتی و ضعف احتمالی در شرایط بارگیری خارج از محور می شود.
- تنوع بیشتر در کششی, خستگی, و خواص ضربه در جهات مختلف
- تفکیک مرز دانه و تراز ورود به مطالعه بیشتر یکنواختی را کاهش می دهد
- خصوصیات مکانیکی هستند کمتر قابل پیش بینی, مخصوصاً در ریخته گری های بزرگ یا پیچیده
مثال: در بازیگران بازیگران 718 پره های توربین, مقاومت کششی می تواند با آن متفاوت باشد 20-30 ٪ بین جهت گیری های شعاعی و محوری به دلیل جامد سازی جهت.
7. یکپارچگی سطح و پردازش پس از
یکپارچگی سطح و پس از پردازش ملاحظات اساسی در تعیین عملکرد بلند مدت است, مقاومت در برابر خستگی, و کیفیت بصری اجزای تولیدی.
آیا بخشی از طریق ایجاد می شود ماشینکاری CNC یا ریخته گری, وضعیت سطح نهایی نه تنها می تواند در شرایط خدمات نه تنها بر زیبایی شناسی بلکه در رفتار مکانیکی نیز تأثیر بگذارد.
در این بخش به بررسی چگونگی تفاوت یکپارچگی سطح بین قطعات دستگاه CNC و بازیگران CNC می پردازیم, نقش درمان های پس از پردازش, و تأثیر تجمعی آنها بر عملکرد.
مقایسه پایان سطح
ماشینکاری CNC:
- ماشینکاری CNC به طور معمول قطعاتی را تولید می کند سطح عالی عالی, به خصوص هنگامی که از مسیرهای ابزار ریز و سرعت دوک نخ ریسی استفاده می شود.
- زبری سطح مشترک (Ra) مقادیر CNC:
-
- پایان استاندارد: RA 1.6-3.2 میکرومتر
- پایان دقیق: RA ≈ 0.4-0.8 میکرومتر
- پایان فوق العاده فین (به عنوان مثال, لپه, جلا دادن): RA ≈ 0.1-0.2 میکرومتر
- سطوح صاف کاهش می یابد کنسانتره استرس, زندگی خستگی را تقویت کنید, و بهبود خصوصیات آب بندی, در برنامه های هیدرولیک و هوافضا بسیار مهم است.
ریخته گری:
- سطوح به عنوان ریخته گری به طور کلی است خشن تر و کمتر سازگار است به دلیل بافت قالب, جریان فلزی, و ویژگی های جامد سازی.
-
- ریخته گری شن و ماسه: RA ≈ 6.3-25 میکرومتر
- ریخته گری سرمایه گذاری: RA ≈ 3.2-6.3 میکرومتر
- دایکستینگ: RA 1.6-3.2 میکرومتر
- سطوح خشن می تواند بندر شود ماسه باقیمانده, مقیاس, یا اکسیدها, که ممکن است مقاومت خستگی و خوردگی را کاهش دهد مگر اینکه بیشتر به پایان برسد.
یکپارچگی زیرسطحی و نقص
ماشینکاری CNC:
- ماشینکاری از بیل های فرفورژه اغلب منجر به متراکم, سطوح همگن با تخلخل کم.
- با این حال, پارامترهای برش تهاجمی می توانند معرفی کنند:
-
- ریز خرد شده یا مناطق تحت تأثیر گرما (HAZ)
- فشارهای کششی باقیمانده, که ممکن است زندگی خستگی را کاهش دهد
- ماشینکاری کنترل شده و بهینه سازی خنک کننده به حفظ ثبات متالورژی کمک کنید.
ریخته گری:
- قطعات بازیگران مستعد ابتلا به نقص زیرسطحی هستند, مانند:
-
- تخلخل, حباب, و حفره های انقباض
- شامل ها (اکسید, قرقره) و مناطق جداسازی
- این نقص ها می توانند مانند آن عمل کنند سایت های شروع برای ترک ها تحت بارهای چرخه ای یا فشارهای ضربه ای.
تکنیک های پس از پردازش
قطعات ماشینکاری CNC:
- بسته به نیازهای عملکردی, قطعات CNC ممکن است تحت درمان های اضافی قرار بگیرند, مانند:
-
- آندایز کردن - مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد (رایج در آلومینیوم)
- صیقل/لپ زدن - دقت بعدی و پایان سطح را افزایش می دهد
- شلی - فشارهای فشاری مفیدی را برای بهبود زندگی خستگی معرفی می کند
- پوشش/آبکاری (به عنوان مثال, نیکل, کروم, یا پی وی دی) - مقاومت در برابر سایش را تقویت می کند
قطعات بازیگران:
- پس از پردازش اغلب به دلیل زبری سطح ذاتی ریخته گری و نقایص داخلی بسیار گسترده تر است.
-
- سنگ زنی سطح یا ماشینکاری برای دقت بعدی
- فشار ایزوستاتیک داغ (باسن) - عادت داشتن تخلخل را از بین ببرید و افزایش تراکم, مخصوصا برای آلیاژهای با کارایی بالا (به عنوان مثال, ریخته گری تیتانیوم و اینک)
- عملیات حرارتی - یکنواختی ریزساختار و خصوصیات مکانیکی را بهبود می بخشد (به عنوان مثال, T6 برای بازیگران آلومینیومی)
جدول تطبیقی-معیارهای سطح و پس از پردازش
| جنبه | ماشینکاری CNC | ریخته گری فلز |
|---|---|---|
| زبری سطح (Ra) | 0.2-3.2 میکرومتر | 1.6-25 میکرومتر |
| نقص زیرسطحی | ناچیز, مگر اینکه بیش از حد ماشین سازی شود | مشترک: تخلخل, اجزاء |
| عملکرد خستگی | بالا (با اتمام مناسب) | متوسط تا کم (مگر اینکه تحت درمان قرار گیرد) |
| پس از پردازش معمولی | آندایز کردن, جلا دادن, پوشش, گلوله پینینگ | ماشینکاری, باسن, عملیات حرارتی, سنگ زنی |
| یکپارچگی سطح | عالی | متغیر, اغلب نیاز به پیشرفت دارد |
8. CNC در مقابل. بازیگران: یک جدول مقایسه جامع
| دسته | ماشینکاری CNC | ریخته گری |
|---|---|---|
| روش تولیدی | تفریق کننده: مواد از بیل های جامد حذف می شوند | افزودنی: فلز مذاب در قالب ریخته می شود و جامد می شود |
| نوع مواد | فلزات فرفورژه (به عنوان مثال, 7075 آلومینیوم, 4140 فولاد, Ti-6Al-4V) | آلیاژهای بازیگران (به عنوان مثال, A356 آلومینیوم, چدن, فولادهای بازیگران آلیاژ کم) |
| ریزساختار | ریز دانه, همگن, کار سخت | خوشی, درشت, تخلخل, نقص بالقوه انقباض |
استحکام کششی |
بالاتر (به عنوان مثال, 7075-T6: 503 پوند MPa, Ti-6Al-4V: 895 پوند MPa) | پایین تر (به عنوان مثال, A356-t6: 275 پوند MPa, خاکستری خاکستری: 200-400 پوند MPa) |
| مقاومت در برابر خستگی | برتر به دلیل ریزساختار تمیزتر, عدم وجود حفره ها | عمر خستگی پایین به دلیل تخلخل و زبری سطح |
| تاثیر & سختی | بالا, به خصوص در آلیاژهای انعطاف پذیر مانند فولاد جعلی یا تیتانیوم | شکننده در بسیاری از آهنین بازیگران; متغیر در آلومینیوم ریخته گری یا فولاد |
دقت ابعادی |
دقت بسیار بالایی (01/0 میلی متر), مناسب برای اجزای تحمل محکم | دقت متوسط (0.1-0.3 میلی متر), بستگی به روند دارد (شن و ماسه < مردن < ریخته گری سرمایه گذاری) |
| پایان سطح | پایان صاف (RA 0.2-0.8 میکرومتر), پس از پردازش اختیاری | پایان دادن به بازیگران خشن تر (RA 3-6 میکرومتر), اغلب به ماشینکاری ثانویه نیاز دارد |
| استرس باقیمانده | استرس ناشی از برش, به طور کلی با اتمام عملیات کاهش می یابد | استحکام و خنک کننده استرسهای باقیمانده را القا می کند, احتمالاً منجر به پیچ و تاب یا ترک می شود |
ناهمسانگردی |
به طور معمول ایزوتروپیک به دلیل بیل های نورد/ساخت یافته یکنواخت | غالباً ناهمسانگرد به دلیل استحکام جهت دار و رشد دانه |
| انعطاف پذیری طراحی | عالی برای هندسه های پیچیده با زیربناها, شیارها, و جزئیات دقیق | بهترین برای تولید قطعات پیچیده توخالی یا خالص بدون زباله های مادی |
| مناسب بودن حجم | ایده آل برای نمونه سازی و تولید کم حجم | اقتصادی برای حجم بالا, تولید کم هزینه |
| هزینه ابزاری | تنظیم اولیه کم; تکرار سریع | هزینه ابزار بالا/هزینه قالب (مخصوصاً بمیرید یا ریخته گری سرمایه گذاری) |
زمان سرب |
راه اندازی سریع, چرخش سریع | زمان سرب طولانی تر برای طراحی قالب, تصویب, و اجرای بازیگران |
| نیازهای پس از پردازش | حداقل; پولیش اختیاری, پوشش, یا سخت شدن | اغلب مورد نیاز است: ماشینکاری, اندوختن, عملیات حرارتی |
| کارایی هزینه | مقرون به صرفه در دسته های کوچک یا برای قطعات دقیق | اقتصادی در تولید در مقیاس بزرگ به دلیل ابزار استهلاک |
| متناسب با برنامه | هوافضا, پزشکی, دفاع, نمونه های اولیه سفارشی | خودرو, تجهیزات ساخت و ساز, پمپ ها, دریچه ها, بلوک های موتور |
| حکم قدرت | قوی تر, سازگارتر-ایده آل برای یکپارچگی ساختاری و اجزای مهم خستگی | در مقایسه ضعیف تر - مناسب در جایی که تقاضای قدرت متوسط باشد یا هزینه یک راننده اصلی است |
9. نتیجه گیری: CNC قوی تر از بازیگران است?
بله, اجزای سازگار با CNC به طور کلی قوی تر هستند از قطعات ریخته گری - به ویژه از نظر مقاومت کششی, زندگی خستگی, و دقت بعدی.
این مزیت قدرت در درجه اول از ریزساختار تصفیه شده فلزات فرفورژه و دقت ماشینکاری.
با این حال, انتخاب مناسب به خاص بستگی دارد کاربرد, حجم, پیچیدگی طراحی, و بودجه.
برای امنیت مهم, بار, یا اجزای حساس به خستگی, CNC راه حل ارجح است.
اما برای مقیاس بزرگ, قطعات هندسی پیچیده با بارهای مکانیکی کمتر خواستار, بازیگران کارایی بی نظیر را ارائه می دهند.
نوآورانه ترین تولید کنندگان اکنون هر دو را با هم ترکیب می کنند: ریخته گری نزدیک شبکه و پس از اتمام CNC- یک استراتژی ترکیبی که اقتصاد را با عملکرد در دوران هوشمند ادغام می کند, تولید با کارایی بالا.
این در صورت نیاز به ماشینکاری CNC با کیفیت بالا یا محصولات ریخته گری ، انتخاب مناسبی برای نیازهای تولید شما است.
