Från slipning till efterbehandling: Lösningar efter behandling för tillverkning av tillägg

3D-tryckta metalldelar har låg arbetsbelastning efter avslutning och slipning har potential att vara en effektiv lösning för slutliga toleranser.

Den utbredda användningen av tilläggstillverkning på flyg- och medicinska marknader har lett till ökande krav på ytan på färdiga boosterkomponenter för att möta kraven för slutanvändningsapplikationer. Tilläggsprocessen producerar komponenter nära den slutliga formen, vilket minskar behovet av slutlig efterbehandling avsevärt. Genom tillverkning av materialtillägg kan materialavfallshastigheter minskas för att underlätta den totala tillverkningsprocessen, men detta innebär också att efterföljande efterbehandlingsprocesser kräver strängare upparbetningstekniker och konsistens. Därför är det viktigt att säkerställa enhetlighet i efterbehandlingen för att uppfylla komponenttoleranser och ytkvalitetskrav. Slipning kan vara ett annat effektivt alternativ för tillverkning av tillsatsmedel i applikationer där toleranser och ytor är mer krävande. Slipning resulterar i bättre ytkvalitet och integritet än andra konventionella materialborttagningsprocesser. För att lära dig mer om efterbehandlingen av tillsatstillverkningen, särskilt när den appliceras på nickelbaserade högtemperaturlegerade komponenter i flygindustrin, Norton. Saint-Gobain-ingenjörer har förfinat Inconel 718-provet av tillägg. Studien fokuserade på tre frågor: Vad är den minsta mängd / volym material som måste bäras från komponenterna i adderaren? Vilken ytfinish kan uppnås genom att slipa komponenterna i booster med den senaste generationen sliphjul? För det tredje, vilken är effekten av finslipning på ytans restspänning (om någon) av armeringstillverkningskomponenterna?

Prover av AM IN718 tillverkade med hjälp av DMLS-processen (Direct Metal Laser Sintering) tillhandahålls av Stratasys Direct Manufacturing. Figur 1 visar ett testprov för tillverkning av tillägget. Efter att tillsatsen har tillverkats sprängs provet med media och stress elimineras. Detta följs av termisk isostation, fastlöslig behandling / avantändning och utfällningshärdning. Provets hårdhet är 40 HRC. Använd sedan Norton. Magele MFP-125.50.65 från Saint-Gobain Higgins sliptekniska centrum slipar intermittent prover från Norton NQX60E24VTX2 slipskiva på slipmaskinen.

Först ska du gradvis öka skärets djup, slipa flera områden, bestämma den minsta mängd material som ska tas bort, ytan på tillsatstillverkningsbehandlingen. Slipningen utförs sedan på det specificerade skärdjupet och därefter kontrolleras ytan för uppenbara defekter. Figur 4 visar en bild av provet efter att komponenterna har rengjorts under experimentet. Enligt experimentresultaten, för att eliminera all geometrisk insistering och ytdefekter som uppstår vid tillsatstillverkningsprocessen, måste material från enheten tas bort från ungefär 0,30 till 0,45 mm.

Detta test använder en sliplängd på 50,8 mm, en sliphjuldiameter på 462 mm och en arbetshastighet på 23 m / s. Totalt fem materialavlägsningshastigheter (MRR) testades i intervallet 0,1 mm3 / sek. / Mm till 3,9 mm3 / sek. / Mm. Justera materialets borttagningshastighet genom att ändra kapacitetshastigheten (mm / min) eller klippdjupet (mm). Flera materialavlägsningshastigheter testades för att bedöma effekten av avlägsnande av låga och medelstora material på ytfinish och malningskapacitet. Även om nickelbaserade legeringar (t.ex. Inconel 718) kan fräsas med moderna tekniska slipmedel med hög avlägsningshastighet, valde studien en lägre materialavlägsningshastighet baserat på den nuvarande standardbearbetningshastigheten för efterbehandling av standard Inconel-arbetsdelar i industrin. När det gäller standard (icke-adderande tillverkning) slipning av arbetsdelar är det förväntade resultatet att när materialborttagningshastigheten ökar och slipkraften ökar, kommer ytfinishen (Ra) på sliparbetsstycket att öka eller ytan blir grovare.

Före och efter slipning mäts arbetsytans ytfinish med Federal Contact Profiler System 5000, som innehåller flera positioner och två riktningar på arbetsstycket. Dessutom utförs kontaktlösa profilmätytor på flera platser.

Före slipning utvärderades ytfinishen av materialet av adderaren och det visade sig att det fanns stora skillnader i ytbehandling i olika mätriktningar. Den genomsnittliga ytan var 3,3 mikron Ra uppmätt vertikalt och 2,1? MRa uppmätt horisontellt. Denna signifikanta skillnad förekommer inte vid mätning av standardgjutningstillstånd Inconel 718-material. Denna skillnad verkar vara relaterad till 3D-tillverkningsmetoder, men den exakta orsaken är ännu inte känd.

Den konventionella metoden för mätning av ytfinish efter slipning med en kontaktprofil är att vara vinkelrät mot sliplinjen snarare än parallell med sliplinjen. I denna studie mättes ytfinish i två riktningar parallellt med sliplinjen och vinkelrätt mot sliplinjen. De uppmätta resultaten efter slipning jämförs sedan med de längsgående och laterala mätningarna före slipning.

Poängen är att vid mätning av ytan efter slipning i en riktning vinkelrätt mot sliplinjen korsar nålen topparna och dalarna på sliplinjen. Vid mätning i parallell riktning rör sig nålen parallellt med sliplinjen och korsar aldrig toppen och dalen. Därför var det inte förvånande att den (grova) ytfinishen uppmätt vertikalt i denna studie var betydligt högre än den som mättes parallellt.

Efter att ha utvärderat ytfinishen av det material som tillverkats av materialet före och efter slipning, fann man att det fanns signifikanta skillnader i ytbehandling i olika mätriktningar. I denna studie utfördes ytfinishmätning parallellt med sliplinjen och vinkelrätt mot sliplinjen, och resultaten var verkligen signifikanta olika. Mätt i parallell riktning är den genomsnittliga ytfinishen före slipning 3,3? MRa och 0,21? Ma efter slipning. Vid vertikal mätning är den genomsnittliga ytfinishen 2,1? MRa före slipning och 0,5? MRa efter slipning.

Dessutom analyserades tilläggsproverna med hjälp av Theanovea 3D-ytprofilering och kromatriska tekniker för vitt ljus för att visualisera ytfunktionerna. I detta test, efter att ha mottagit tilläggstillverkningsprovet, görs mediumblästringen med glasmedium, vilket tar bort den upphöjda delen av ytan. Linjerna som kan ses på ytan efter slipningen är de som kvarstår efter slipningen. Slipskivor eller andra polerade produkter, såsom konstruktionssliptejp, kan användas för att ytterligare minska ytlinjer och skapa ultrafina ytor, förutsatt att detta är kritiskt för komponenternas prestanda och kvalitet.

För att ytterligare förstå effekterna av slipning på den totala ytintegriteten hos am IN718-prover utfördes restspänningsmätningar på ytan efter mottagande och slipning av prover med Bruker-AXS D8 Discover-mikrodiffraktionsanordningen. Jämförelse av mätningarna av 6 olika positioner av samma prov i båda tillstånden, har man funnit att den återstående spänningen på den nära ytan är negativ / det finns kompression under båda förhållandena. Denna situation inträffar främst på komponenten efter finslipning och dess återstående spänning nära ytan är komprimerbar, vilket kan fördröja spridningen av ytsprickor och förbättra livslängden för utmattning.

Under studieperioden mättes slipkraften enligt avlägsningshastigheten för 5 material. När materialavlägsningshastigheten ökar, ökar även slipkraften. Detta beteende finns i de flesta slipoperationer. Vid en minsta hastighet på 0,1 mm3 / sek. / Mm är toppeffekten under slipning 1,4 kW. Vid maximal avlägsnande av material på 3,9 mm3 / sek. / Mm är slipeffekten 10,8 kW.

Resultaten av denna studie visar att finslipning av nickelbaserade legeringar gjorda av tillsatsmedel (t.ex. Inconel 718) kan minska ytjämnheten med nästan 94% (parallellt med sliplinjer) eller 34% (vinkelrätt mot sliplinjer). På begäran kan ultrafina ytor erhållas med slipskivor eller andra poleringsprodukter med finare slipande granularitet, såsom konstruktions slipband. Dessutom visar resultaten att för att förbättra ytfinheten måste 0,30 till 0,45 mm material tas bort från komponenterna och alla geometriska ojämnheter i samband med 3D-tillverkningsprocessen tas bort. Lägsta borttagningshastigheter är viktig information för materialtillverkare, eftersom de strävar efter att maximera materialtillverkningskomponenternas nätnät på ett så kostnadseffektivt sätt som möjligt. Dessutom visar restspänningsdata att ytspänningen efter slipning är komprimerbar och kan fördröja expanderingen av ytsprickor och därmed förlänga livslängden på de tillverkade komponenterna.