Ako efektívne kontrolovať sekundárnu deformáciu spôsobenú uvoľnením zvyškového napätia pri precíznom obrábaní hydraulických odliatkov

Hydraulické odliatky sú základnými komponentmi vo vysoko presných systémoch riadenia tekutín, ktoré vyžadujú náročnú úroveň presnosti pri frézovaní, vyvrtávaní a honovaní. Počas týchto operácií sa vlastné zvyškové napätie v odliatku redistribuuje a uvoľňuje pri odstraňovaní materiálu. Tento jav spôsobuje sekundárnu deformáciu, ktorá priamo ohrozuje presnosť polohy, geometrické tolerancie a konečný tesniaci výkon vnútorných olejových kanálov a otvorov ventilov. Riadenie tejto deformácie je jednou z najvýznamnejších technických výziev vo výrobe hydraulických komponentov.

Analýza zdrojov zvyškového napätia v odliatkoch

Pochopenie toho, ako sa tvorí zvyškové napätie, je primárnym krokom pri kontrole sekundárnej deformácie. Zvyškové napätie v hydraulických odliatkoch pochádza hlavne z troch fáz:

1. Tuhnutie odliatku: Nekonzistentná rýchlosť chladenia medzi hrubými a tenkými prierezmi vedie k rôznym rýchlostiam zmršťovania a časom fázovej transformácie v rôznych oblastiach. Toto rozdielne tepelné namáhanie je dominantným zdrojom zvyškového napätia.

2. Obmedzenie jadra a formy: Zložité vnútorné olejové kanály si často vyžadujú zložité štruktúry jadra. Pevné obmedzenie vyvíjané jadrom na kov, keď tuhne, bráni voľnej kontrakcii odliatku, čím sa vytvára samovyvážený systém ťahových a tlakových napätí v komponente.

3. Následné spracovanie: Operácie ako vytriasanie, odstraňovanie piesku, nedostatočné brúsenie a nesprávne tepelné spracovanie môžu tiež spôsobiť dodatočné namáhanie štruktúry odlievania.

Predliečba: Kľúč k odstráneniu alebo stabilizácii zvyškového stresu

Pred začatím akéhokoľvek presného obrábania je nevyhnutné maximalizovať elimináciu alebo stabilizáciu vnútorného zvyškového napätia pomocou metód, ako je tepelné spracovanie alebo prirodzené starnutie.

1. Žíhanie na zmiernenie stresu

Žíhanie na uvoľnenie napätia je najúčinnejšou a široko používanou metódou na zmiernenie zvyškového napätia odlievania.

• Mechanizmus účinku: Pri tejto zvýšenej teplote výrazne klesá medza klzu materiálu a zrýchľuje sa atómová difúzia. To umožňuje uvoľnenie vnútorných napätí prostredníctvom mikroskopickej plastickej deformácie.

• Rýchlosť chladenia: Musí sa presadzovať riadený, extrémne pomalý proces chladenia pece. Rýchle ochladenie môže znovu zaviesť nové tepelné namáhanie, čím sa výrazne zníži alebo dokonca neguje účinok uvoľnenia napätia.

2. Prirodzené a vibračné starnutie

• Prirodzené starnutie: Zahŕňa skladovanie odliatku pri izbovej teplote počas dlhšieho obdobia (niekoľko mesiacov alebo dokonca rok). Táto metóda sa spolieha na termodynamickú nestabilitu materiálu a tečenie, aby sa pomaly uvoľnilo napätie. Zatiaľ čo výsledok je stabilný, trvanie je nepraktické pre modernú vysoko efektívnu výrobu.

• Vibračná úľava od stresu (VSR): Technika, ktorá využíva vibračnú energiu na pomoc pri relaxácii stresu. Vystavením odliatku vibráciám špecifickej frekvencie a energie sa pomáha vnútorným napätiam smerom k novému stavu rovnováhy. Táto metóda je efektívna, ale vyžaduje presné prispôsobenie parametrov vibrácií geometrii odliatku.

Stratégie kontroly napätia počas presného obrábania

Aj po predbežnej úprave môže zostať určité zvyškové napätie. Počas operácií rezania sa musia použiť špecifické stratégie na kontrolu uvoľnenia napätia.

1. Segmentácia hrubého a dokončovacieho obrábania

• Fázové obrábanie: Presne rozdeľte proces na fázy hrubého a dokončovacieho obrábania. Primárnym cieľom hrubovacieho obrábania je rýchle odstránenie väčšiny prídavku materiálu, obnaženie a umožnenie čiastočného uvoľnenia vnútorných napätí.

• Stredné uvoľnenie napätia: V prípade kritických hydraulických odliatkov s extrémne tesnými požiadavkami na deformáciu, ako sú viacstupňové telesá ventilov, je možné vložiť stredné žíhanie na uvoľnenie napätia pri nízkej teplote po tom, čo hrubé obrábanie odstráni 80 % materiálu. To zaisťuje, že pole napätia je maximálne vyvážené pred začatím dokončovacieho obrábania.

2. Symetrické rezanie a odstraňovanie vrstiev

• Symetrické rezanie: Vždy, keď je to možné, používajte symetrické alebo vyvážené rezné dráhy. Vyhnite sa nadmernému alebo lokalizovanému úberu materiálu na jednej strane, čo drasticky narúša rovnováhu napätia a môže spôsobiť ohýbanie alebo skrútenie odliatku.

• Malá hĺbka, viacnásobné prechody: Počas fázy dokončovacieho obrábania použite malú hĺbku rezu a rýchlosť posuvu, čím odstráňte zvyšný materiál viacerými prechodmi. To umožňuje uvoľnenie zvyškového napätia v hladšom, menšom prírastku, čím sa zabráni náhlym rozmerovým skokom spojeným s náhlym uvoľnením napätia.

3. Dizajn upínadla a ovládanie upínania

• Flexibilné svietidlá: Dizajn svietidla musí dodržiavať zásadu minimálnej deformácie. Používajte flexibilné prípravky s viacbodovou podporou a veľkými kontaktnými plochami, čím sa vyhnete vytváraniu nových upínacích napätí na odliatku.

• Monitorovanie upínacej sily: Upínacia sila pre presné hydraulické komponenty musí byť presne kontrolovaná pomocou momentových kľúčov alebo snímačov sily. To zaisťuje, že upínacia sila je dostatočná na zaistenie obrobku, ale nie dostatočne silná na vyvolanie novej elastickej deformácie.

Techniky merania a kompenzácie deformácií

Počas celého procesu obrábania je vysoko presné meracie zariadenie kľúčové pre monitorovanie deformácií v reálnom čase alebo prerušované.

• Meracie nástroje: Bežne používané nástroje zahŕňajú súradnicové meracie stroje (CMM), laserové skenery a vysoko presné číselníkové meradlá. Používajú sa na presné posúdenie zmien v geometrických toleranciách, ako sú kritické miesta vŕtania, rovinnosť a rovnobežnosť.

• Spätná väzba údajov: Ak sa zistí deformácia prekračujúca špecifikovaný prah tolerancie, údaje sa musia okamžite vrátiť späť do obrábacieho stroja alebo procesného inžiniera, aby sa implementovala dynamická kompenzácia alebo úprava následných rezných parametrov (napr. dráhy nástroja, hĺbka rezu). To vytvára uzavretý riadiaci systém, ktorý zaisťuje stabilitu v dávkovej výrobe.