Kako učinkovito kontrolirati sekundarnu deformaciju uzrokovanu oslobađanjem zaostalog naprezanja tijekom precizne strojne obrade hidrauličkih odljevaka

Hidraulički odljevci bitne su komponente u visokopreciznim sustavima za kontrolu tekućina, koje zahtijevaju zahtjevne razine točnosti u procesima glodanja, bušenja i honanja. Tijekom ovih operacija, svojstveno zaostalo naprezanje unutar odljevka se redistribuira i otpušta kako se materijal uklanja. Ova pojava uzrokuje sekundarnu deformaciju, koja izravno ugrožava točnost položaja, geometrijske tolerancije i krajnju izvedbu brtvljenja unutarnjih prolaza za ulje i provrta ventila. Kontrola te deformacije jedan je od najznačajnijih tehničkih izazova u proizvodnji hidrauličkih komponenti.

Analiza izvora zaostalog naprezanja u odljevcima

Razumijevanje načina nastajanja zaostalog naprezanja primarni je korak u kontroli sekundarne deformacije. Zaostalo naprezanje u hidrauličkim odljevcima uglavnom proizlazi iz tri faze:

1. Stvrdnjavanje lijevanja: Nedosljedna brzina hlađenja između debelih i tankih poprečnih presjeka dovodi do različitih stopa skupljanja i vremena fazne transformacije u različitim područjima. Ovo diferencijalno toplinsko naprezanje dominantan je izvor zaostalog naprezanja.

2. Zadržavanje jezgre i kalupa: Složeni unutarnji uljni prolazi često zahtijevaju složene strukture jezgre. Čvrsto ograničenje koje jezgra vrši na metal dok se skrućuje sprječava slobodnu kontrakciju odljevka, uspostavljajući samouravnoteženi sustav vlačnih i tlačnih naprezanja unutar komponente.

3. Naknadna obrada: Operacije kao što su istresanje, uklanjanje pijeska, neadekvatno brušenje i neodgovarajuća toplinska obrada također mogu unijeti dodatno naprezanje u strukturu odljevka.

Prethodni tretman: ključ za uklanjanje ili stabilizaciju zaostalog naprezanja

Prije nego započne bilo kakva precizna strojna obrada, imperativ je maksimizirati eliminaciju ili stabilizaciju unutarnjeg zaostalog naprezanja putem metoda poput toplinske obrade ili prirodnog starenja.

1. Žarenje za ublažavanje naprezanja

Žarenje za smanjenje naprezanja najučinkovitija je i široko primjenjivana metoda za ublažavanje zaostalog naprezanja u lijevanju.

• Mehanizam djelovanja: Na ovoj povišenoj temperaturi, granica tečenja materijala se značajno smanjuje, a atomska difuzija se ubrzava. To omogućuje popuštanje unutarnjih naprezanja kroz mikroskopsku plastičnu deformaciju.

• Brzina hlađenja: Mora se provoditi kontrolirani, iznimno spori proces hlađenja peći. Brzo hlađenje može ponovno uvesti nova toplinska naprezanja, ozbiljno smanjujući ili čak negirajući učinak ublažavanja naprezanja.

2. Prirodno i vibracijsko starenje

• Prirodno starenje: Uključuje skladištenje odljevka na sobnoj temperaturi dulje vrijeme (nekoliko mjeseci ili čak godinu dana). Ova se metoda oslanja na termodinamičku nestabilnost materijala i puzanje kako bi se polagano oslobodio stres. Iako je rezultat stabilan, trajanje je nepraktično za modernu visokoučinkovitu proizvodnju.

• Vibracijsko ublažavanje stresa (VSR): tehnika koja koristi vibracijsku energiju za pomoć u opuštanju stresa. Izlaganjem odljevka vibracijama određene frekvencije i energije, unutarnjim se naprezanjima pomaže u novom stanju ravnoteže. Ova metoda je učinkovita, ali zahtijeva precizno usklađivanje parametara vibracija s geometrijom odljevka.

Strategije kontrole naprezanja tijekom precizne strojne obrade

Čak i nakon prethodne obrade, može ostati nešto zaostalog naprezanja. Posebne strategije moraju se primijeniti tijekom operacija rezanja kako bi se kontroliralo oslobađanje naprezanja.

1. Segmentacija grube i završne obrade

• Obrada u fazama: Strogo podijelite proces na faze grube i završne obrade. Primarni cilj grube strojne obrade je brzo uklanjanje većine dodatka materijala, izlaganje i omogućavanje djelomičnog otpuštanja unutarnjih naprezanja.

• Srednje rasterećenje naprezanja: Za kritične hidrauličke odljevke s iznimno uskim zahtjevima deformacije, kao što su višestupanjska tijela ventila, srednje, niskotemperaturno žarenje za ublažavanje naprezanja može se umetnuti nakon što se grubom strojnom obradom ukloni 80 % materijala. To osigurava da je polje naprezanja maksimalno uravnoteženo prije početka završne obrade.

2. Simetrično rezanje i uklanjanje slojeva

• Simetrično rezanje: Upotrijebite simetrične ili uravnotežene staze rezanja kad god je to moguće. Izbjegavajte prekomjerno ili lokalizirano uklanjanje materijala s jedne strane, koje drastično remeti ravnotežu naprezanja i može uzrokovati savijanje ili uvijanje odljevka.

• Mala dubina, više prolaza: tijekom faze završne obrade, usvojite malu dubinu rezanja i brzinu napredovanja, uklanjajući preostali materijal u više prolaza. To omogućuje otpuštanje zaostalog naprezanja u glatkijem, manjem porastu, sprječavajući iznenadne dimenzionalne skokove povezane s naglim otpuštanjem naprezanja.

3. Dizajn učvršćenja i kontrola stezanja

• Fleksibilna učvršćenja: Dizajn učvršćenja mora se pridržavati načela minimalne deformacije. Upotrijebite fleksibilna učvršćenja s osloncem u više točaka i velikim kontaktnim površinama, izbjegavajući stvaranje novih steznih naprezanja na odljevku.

• Praćenje sile stezanja: Sila stezanja za precizne hidrauličke komponente mora se precizno kontrolirati pomoću moment ključeva ili senzora sile. Ovo osigurava da je sila stezanja dovoljna za učvršćivanje obratka, ali nije dovoljno jaka da izazove novu elastičnu deformaciju.

Tehnike mjerenja i kompenzacije deformacija

Tijekom cijelog procesa strojne obrade, oprema za mjerenje visoke preciznosti ključna je za praćenje deformacije u stvarnom vremenu ili povremeno.

• Alati za mjerenje: Često korišteni instrumenti uključuju koordinatne mjerne strojeve (CMM), laserske skenere i visokoprecizne mjerače s brojčanicima. Oni se koriste za točnu procjenu promjena u geometrijskim tolerancijama kao što su kritične lokacije provrta, ravnost i paralelnost.

• Povratna informacija o podacima: Ako se otkrije deformacija koja premašuje navedeni prag tolerancije, podaci se moraju odmah vratiti alatnom stroju ili inženjeru procesa radi implementacije dinamičke kompenzacije ili podešavanja naknadnih parametara rezanja (npr. putanje alata, dubina rezanja). Ovo stvara zatvoreni sustav upravljanja koji osigurava stabilnost u serijskoj proizvodnji.