Vinnsluerfiðleikar við að tengja bolshluta eru greindir og vinnsluaðferðir eru bættar. Áherslan er á varúðarráðstafanir við vinnslu á nítruðu yfirborðinu. Með því að sljófa brúnir hlutanna fyrir nítrun er álagsástandið við nítrun bætt, sem leysir í raun það vandamál að brúnir hlutanna er auðvelt að brjóta af við vinnslu eftir nítrun og tryggir vinnslugæði hlutanna.
HLUTI 1
Inngangur
Nitriding er ferlið við að síast köfnunarefnisatóm inn í yfirborðslag vinnustykkis, sem breytir efnasamsetningu yfirborðslagsins og myndar lag sem er aðallega samsett úr nítríðum, og bætir þar með yfirborðshörku, slitþol, þreytuþol og andstæðingur-galla eiginleika hlutanna[1]. Eftir gasnítrun getur yfirborðshörku hlutanna náð 1000 HV (um 70 HRC) undir 50 N álagi og það getur samt haldið mikilli hörku og hárri slitþol við 600 gráðu hita. Eftir nítrun getur yfirborð hlutanna fengið meiri þrýstiálag sem eftir er og þreytustyrkinn er einnig hægt að bæta til muna [2], sem er ósamþykkt með öðrum efnafræðilegum hitameðferðum. Nitriding er meðal annars flokkuð í gasnítrun, fljótandi nítrun og jónnítrun. Fyrirtækið okkar notar nú fyrst og fremst gasnítríð. Samanborið við fljótandi nítrun, býður gasnítrun auðveldari lofthjúpsstjórnun (með því að nota ammoníak sem nítrunarmiðil), framleiðir færri skaðlegar lofttegundir sem ógna heilsu manna og umhverfi, og sýnir stöðugri gæði, þannig að það gerir það meira notað. Algengt notuð efni fyrir nítraðir hlutar eru 18Cr2Ni4WA, 38CrMoAlA, 40CrNiMoA, 25Cr3MoA, S106, S132, 1Cr11Ni2W2MoV, 0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4TiAl1,A, 0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4TiAl1,A) 0Cr15Ni5Cu4Nb (15-5PH), og 0Cr13Ni8Mo2Al (PH13-8Mo), og eru venjulega notaðar í forritum sem krefjast slitþols, eins og liðum, stuðningi og veltuarmum.
Nitriding skiptist í heildarnitriding og staðbundna nítringu. Forðast skal staðbundna nítrun eins og hægt er við hönnun. Ef staðbundin nítrunar er nauðsynleg, er hægt að nota eina af eftirfarandi aðferðum fyrir and-nítrunarmeðferð: ① Gera ráð fyrir vinnsluheimild sem er meira en tvöfalt nítrunardýpt. ② Plataðu tinilag með þykkt 0,003–0,015 mm. ③ Plataðu ó-gjúpt koparlag með þykkt meira en 0,02 mm. ④ Plataðu nikkellag með þykkt 0,02–0,04 mm. ⑤ Berið á and-nítrunarhúð.
Yfirborðsgrófleiki hlutanna fyrir nítrun ætti að uppfylla kröfur teikningarinnar. Yfirleitt ætti yfirborðsgrófleika Ra að vera stjórnað á milli 0,4 og 0,8 μm. Yfirborðið ætti að vera hreint og laust við olíubletti, ryðbletti og beyglur, sérstaklega skarpar brúnir. Vinnsluheimild vinnsluhlutans ætti að uppfylla vinnsluforskriftirnar. Almennt ætti malaheimildin á annarri hliðinni á nítruðu yfirborði burðarhluta að vera minna en eða jafnt og 0,05 mm.
Hitastig nítrunarferlisins er tiltölulega lágt, yfirleitt 460–650 gráður. Stjórnun nítrunarlofts er mjög mikilvæg. Óeðlilegt andrúmsloft getur leitt til galla eins og ófullnægjandi dýpt nítrunarlags, uppbyggingu nítrunarlagsnets og lauss efnasambands [3]. Þar sem nítrun fer ekki í gegnum slokknun eða aðra meðhöndlun sem veldur mikilli aflögun, er aflögunin lítil, sem er stór kostur við nítrunarferlið og er mjög gagnlegt fyrir hluta sem verða ekki unnar eftir nítrun. Aðalástæðan fyrir óstöðugleika víddar nítrunar er breyting á uppbyggingu og afgangsálagi, sem og ör-plastaflögun sem á sér stað við notkunarskilyrði. Almennt er aflögun nítruðu yfirborðsins jákvæða fylgni við þykkt nítraða lagsins, sem er um það bil 1/10 af þykkt nítruðu lagsins í hlutanum. Þegar vinnsluflæðið er sett saman ætti að gera sér fyllilega grein fyrir áhrifum aflögunar á stærðirnar. Mál með litlum vikmörkum verða að vera nákvæmar vélaðar eftir nítrun.
2. HLUTI
Greining á erfiðleikum við vinnslu á tengiskaftshlutum
Tengiskaftið sem sýnt er á mynd 1 er notað í flæðisvarsbúnaði servóbreytilegra vökvamótors eins og vopnalúgu og flipa. Það er tengibrúin á milli svifplötusamstæðunnar og skynjarans. Hlutverk þess er að senda snúningshorn snúningsátaksins nákvæmlega til skynjarans og fylgjast með flæði vökvamótorsins. Hluturinn er gerður úr 0Cr17Ni4Cu4Nb úrkomu-herðandi ryðfríu stáli. Ytri hringlaga yfirborð hægri og vinstri enda (φmm og φmm í sömu röð) þarf að vera nítruð á 0,1–0,3 mm dýpi. Hörku nítruðu yfirborðsins ætti að vera meiri en eða jöfn 58 HRC, en hörku hins ó-nítruðu yfirborðs og kjarna ætti að vera 31–39 HRC. Umskiptipunktarnir á milli þéttingarrópanna tveggja og eins festingarhringsins á ytra hringlaga yfirborðinu krefjast slípun með radíus R0,1–R0,2 mm. Vegna mikillar hörku og stökkleika nítruðu yfirborðsins liggja vinnsluerfiðleikarnir í vinnslu nítraða yfirborðsins og meðhöndlun á umbreytingarflökum milli nítruðu og ó-nítruðu yfirborðsins. Óviðeigandi ferli flæði og vinnsluaðferðir geta leitt til gæðavandamála eins og flísar á beittum brúnum. Þess vegna skiptir skynsemi ferliáætlunarinnar sköpum.
Mynd 1 Tengiskaft
3. HLUTI
Val á frágangsaðferðum
Nitraðir yfirborð hafa mikla hörku, mikinn styrk, mikla brothættu, slitþol og tæringarþol og hafa góðan efnafræðilegan stöðugleika, en vélhæfni þeirra er tiltölulega léleg. Nitrired yfirborð eru dæmigerð hörð og brothætt efni. Óviðeigandi vinnsluaðferðir geta skemmt yfirborðslagsbyggingu vinnustykkisins, sem gerir hágæða vinnslu á nítruðum yfirborðum að tæknilegri áskorun.
Helstu vinnsluaðferðirnar fyrir nítruðu yfirborð eru snúningur, mölun og mölun. Með hliðsjón af slitþol verkfæra og endingartíma verkfæra, ætti að nota PCBN (fjölkristölluð kúbískur bórnítríð) innlegg til að snúa og mala þegar mögulegt er. Fjölkristölluð kúbískur bórnítríð innlegg hafa hörku 3500–4500 HV og hitaþolið hitastig 1250–1350 gráður. Þeir sýna einstaka efnafræðilega tregðu, góða hörku og hitaleiðni, lágan núningsstuðul og sterka and-viðloðunareiginleika, sem gerir þá sérstaklega hentugir til að vinna hert stál, kóbalt-efni og nikkel-efni sem erfitt er að skera [4, 5]. Við hönnun verkfæraleiða ætti verkfærið að fara utan frá vinnustykkinu í átt að fasta hlutanum og forðast leiðina frá fasta hlutanum að utan. Jafnvel svo er ekki hægt að útrýma brúnflísum alveg.
Mala ætti að vera ákjósanleg vinnsluaðferð þegar uppbygging hluta leyfir. Þegar valið er slípihjól ætti almennt að forðast þau sem eru með of mikla hörku. Of mikil hörka leiðir til hraðrar hitahækkunar á snertipunktinum, sem veldur hitaálagi á yfirborði vinnustykkisins við hátt malahitastig, sem leiðir að lokum til togstreitu sem eftir er og mikillar hættu á malasprungum. Hvítar slípihjólar úr bræddum súráli bjóða upp á góða skurðafköst, en lægri hörku þeirra gerir það að verkum að auðvelt er að losa slípiefni. Fyrir nítruðu yfirborðsslípun eru hvít brædd súrálshjól betri en einkristal brædd súrálshjól [6-8].
Ytri sívalur malaaðferðir eru skipt í lengdarslípun og þvermala. Þó að lengdarslípun hafi minni skilvirkni, framleiðir hún betri yfirborðsgæði og lægri yfirborðsgrófleika. Þvermál mala, þó það sé skilvirkara, krefst meiri malakrafts og hærra hitastigs, sem krefst nægilegs framboðs af skurðvökva. Fyrir nítruðu yfirborðsslípun er lengdarslípun ákjósanleg, þrátt fyrir minni skilvirkni, þar sem varma dreifist auðveldara meðan á malaferlinu stendur, sem dregur úr líkum á malasprungum.
4. HLUTI
Ferlisflæði
Þegar vinnsluforskriftir eru teknar saman fyrir hluta úr nítruðu ryðfríu stáli ætti að íhuga að fullu skiptingu vinnslustiga og vali á and-nítrunaraðferðum. Á sama tíma ætti að raða streitulosunarferlum- á viðeigandi staði til að koma í veg fyrir aflögun hluta af völdum vinnsluálags. Nota skal mala eins mikið og mögulegt er við nítruðu yfirborðsvinnslu. Slípun myndar þrýstiálag á yfirborð vinnustykkisins, en beygja og mölun mynda togspennu. Líklegra er að mala til að tryggja heilleika yfirborðs hlutans. Almennt má skipta ferlinu í eftirfarandi stig:
(1) Myndun eyðubúnaðar: Eyðaefnið er járnsmíði eða stangir.
(2) Gróf vinnsla: Að fjarlægja umtalsvert magn af umfram efni.
(3) Meðhöndlun á lausn og útfellingarherðingu: Tryggja kröfur um hörku á ó-nítruðu yfirborðinu.
(4) Hálf-frágangur: Fjarlægir svarta hreiðann af hita-meðhöndlaða yfirborðinu, skilur eftir smá svigrúm fyrir frágang.
(5) Álagsmeðferð: Fyrir flókna, þunna-veggða, nákvæma og stóra-þvermálshluta, ætti að framkvæma streitulosandi meðferð eftir grófgerð eða hálf-frágang til að draga úr aflögun við nítrun (margar meðferðir gætu verið nauðsynlegar). Ákveðið vinnsluhlé ætti að vera eftir áður en álagslosun.
(6) Koparhúðun: Koparhúðun er beitt til verndar, með heildar koparhúðun þykkt 30–50 μm.
(7) Hálf-frágangur: Koparlagið á nítruðu yfirborðinu er fjarlægt og lýkur yfirborðsvinnslunni til nítrunar.
(8) Gasnítrun: Yfirborðsnítrun er lokið. Fyrir sérstaklega nákvæma eða auðveldlega afmyndanlega hluti er ákveðin mölunarheimild eftir fyrir nítrun og koparinn fjarlægður með mölun eftir nítrun.
(9) Koparfjarlæging: Öll koparlög á yfirborði hlutans eru fjarlægð.
(10) Frágangur: Nitrired yfirborðið og nákvæmni mál er lokið.
5. HLUTI
Vinnsluflæði og núverandi vandamál fyrir fínstillingu ferla
Helsta vinnsluflæði tengiskaftsins fyrir hagræðingu ferlisins var: CNC snúningur á φ10mm ytra þvermáli og gróp → gróf fræsun á φ5mm ytra þvermáli og hluta útlínur → koparhúðun → CNC beyging til að fjarlægja koparlagið af yfirborði φ10mm ytra þvermáls φ10mm ytra þvermáls miðju → lóðréttu yfirborði koparþvermálsins → lóðrétta yfirborði koparlagsins. ytra þvermál → nitriding → koparfræsing → ytri sívalur mala á φ10mm ytra þvermál → fægja flakið.
Vegna þess að flaka radíus R0.15mm á mótum φ10mm ytri þvermál og 3.4mm breiður gróp, og radíus R0.5mm á beittum brún φ5mm ytri þvermál mótum, eftir vinnslu á ytri sívalur mala vél og hnit mala vél, R0.15mm eru ekki lengur heill og R0.15mm. Þrátt fyrir að skarpar brúnir séu framleiddar eftir slípun, þarf fægja til að uppfylla kröfur um flök. Hins vegar er flakaþolið lítið og auðvelt er að fara yfir vikmörkin við slípun. Ennfremur, vegna þess að losunarheimildir eru fjarlægðar of mikið við flakafægingu, er mjög líklegt að flísar eigi sér stað á brúnunum. Á meðan mun hringlaga grópin á ytri hringnum verða fyrir smá aflögun eftir nítrun. Ef hringlaga grópin er unnin í lokastærð sem krafist er samkvæmt teikningunni fyrir nítrun, mun opnun hringlaga gróparinnar minnka eftir nítrun, sem leiðir til víddarfrávika.
6. HLUTI
Fínstillt ferliskerfi
(1) Hagræðingaraðferð fyrir φ10mm ytri hring: Til að tryggja heilleika ávölu horna eftir slípun, þarf að vinna ávöl hornin á milli φ10mm ytri hringsins og þéttingargrópsins rúmfræðilega við grófa vinnslu. Keilulaga umskipti er bætt við ávöl hornið, með dýpt keilulaga yfirborðsins í samræmi við slípun og horn keilulaga yfirborðsins í samræmi við 10 gráður -20 gráður. Keilulaga yfirborðið og hlið þéttingargrópsins eru umskipti með ávölum hornum (síðastu ávölu hornin sem krafist er af teikningunni). Þetta tryggir að eftir að malahlutfallið hefur verið fjarlægt meðan á frágangi stendur, varðveitast rúnuð hornin algjörlega og brúnflísarnar verða ekki af völdum óhóflegrar fjarlægingar á losunarheimildum við ávöl hornin við síðari fægja. Raunveruleg sannprófun sýnir að eftir að keilulaga yfirborði hlífðar umbreytingar hefur verið bætt við er flísafyrirbærinu alveg útrýmt, sem tryggir vinnslugæði hlutanna. Mynd 2 sýnir CNC snúning ytri hringsins og þéttingarróp fyrir endurbætur á ferlinu. Mynd 3 sýnir rúmfræðilega meðhöndlun á beittum brún þéttingarrópsins eftir endurbætur á ferlinu.
Mynd 2: CNC snúningur ytri hringsins og þéttingarrópsins fyrir endurbætur á ferlinu
Mynd 3: Geómetrísk meðferð á beittum brún þéttingarrófsins eftir endurbætur á ferlinu
(2) Hagræðingaraðferð fyrir φ5mm ytri hring: Sama meðferðaraðferð er notuð fyrir φ5mm ytri hringinn. 12 gráðu keilulaga yfirborði er bætt við R(0,5±0,1)mm milliflök til að gera skiptingarsvæðið milli nítruðu og ó-nítruðu yfirborðsins sléttara. Þetta bætir álagsástandið við vinnslu á φ3,5 mm ytri hringnum á hnitakvörninni og útilokar brúnflísunarfyrirbæri. Myndir 4 og 5 sýna rúmfræðilega meðhöndlun á φ3,6 mm sívalur flakinu fyrir og eftir endurbætur á ferlinu. Mynd 4. Geómetrísk meðferð á φ3,6 mm sívalur flakinu fyrir endurbætur á vinnsluferli
Mynd 5. Geómetrísk meðferð á φ3,6 mm sívalur flakinu eftir endurbætur á vinnsluferli
(3) Aflögun þéttingarróps: Brúnir þéttingarrópsins munu skreppa saman vegna stækkunaraflögunar. Þetta stafar af skörpum brún áhrifum nítrunarferlisins. Með háum niturstyrk er aflögun rúmmálsþenslu meiri en á öðrum stöðum [9, 10]. Þéttingarróp með breidd 3,4 mm og festihringur með breidd 1,1 mm hafa stór vikmörk. Breytingar á rifabreidd fyrir og eftir nítrun eru sýndar í töflu 1. Út frá þessu eru víddarvikmörk fyrir nítrun stillt til að tryggja endanlegar víddarkröfur. Tafla 1. Breytingar á rifabreidd fyrir og eftir nítrun (Eining: mm)
Tafla 1 sýnir að breytingin á breidd gróps fyrir og eftir nítrun fyrir 3,4 mm gróp er 0,026–0,035 mm, þannig að ákvarðað er að vikmörk fyrir breidd gróp fyrir nítrun ætti að þjappa saman í 3,4 mm; breytingin á breidd rifa fyrir og eftir nítrun fyrir 1,1 mm gróp er 0,010–0,027 mm, og ákvarðar þannig að vikmörk fyrir breidd rifa fyrir nítrun skuli þjappað niður í 1,1 mm. Eftir að vikmörkin hafa verið þjappað saman eru lokamál grópbreiddar hlutanna innan viðunandi marka.
7. HLUTI
Niðurstaða
Nitraðir yfirborð hafa mikla hörku og mikla slitþol og afköst þeirra haldast góð við háan hita. Þess vegna eru hlutar úr nítruðu ryðfríu stáli mikið notaðir í flugvélar-. Vinnsla á nítruðu yfirborði er tiltölulega erfið, krefst mikillar staðla fyrir slitþol verkfæra, val á skurðarbreytum og skipulagningu skurðarleiða. Með því að auka verndandi keilulaga umbreytingarflakið og þjappa víddarvikmörkunum fyrir nítrun, voru vandamálin með lágri vinnsluskilvirkni, auðveld slípun á brúnum og minni rifabreidd eftir nítrun á ryðfríu stáli hlutum leyst, og sigrast á vinnsluerfiðleikum slíkra hluta. Framhjáhald hlutanna jókst úr um 50% fyrir umbætur í 100%, sem náði góðum árangri.
