Wie erreicht man eine Oberflächenbehandlung der inneren Hohlraumstruktur?

一, Technisches Prinzip: Oberflächenmodifikation durch die kombinierte Wirkung mehrerer physikalischer Felder
Das Hauptziel der Oberflächenbehandlung von inneren Hohlraumstrukturen besteht darin, die Leistung zu steigern und die Oberflächenmorphologie durch mechanische, chemische oder Verbundmethoden zu optimieren. Es gibt drei Hauptgruppen technischer Prinzipien:
Art der mechanischen Entfernung: nutzt die Mikroschneidewirkung von Schleifpartikeln, um Schichten von Oberflächenfehlern zu entfernen. Bei der Methode des Abrasiv-Flusspolierens werden beispielsweise halbfeste Polymer-Schleifmittel verwendet, die unter Druck fließen, um komplizierte Strukturen wie Querlöcher und innere Hohlräume gleichmäßig zu polieren, was zu einer Oberflächenrauheit von Ra0,1 μm führt.
Chemischer Auflösungstyp: Diese Art der chemischen Auflösung nutzt die Ideen der Elektrochemie oder chemischen Korrosion, um Unebenheiten selektiv von der Oberfläche zu entfernen. Die elektrolytische Poliertechnologie steuert die Geschwindigkeit der anodischen Auflösung, um die mikrogeometrische Morphologie der Oberfläche glatter zu machen. Außerdem entsteht ein dicker Oxidfilm, der die Oberfläche korrosionsbeständiger macht. Durch die Behandlung des Innenhohlraums von Edelstahl 316L kann die Rauheit von Ra6 μm ​​auf Ra0,2 μm gesenkt werden.
Art der Verbundverstärkung: Herstellung einer funktional abgestuften Oberfläche durch physikalische Abscheidung und chemische Modifikation. Beispielsweise bringt die PVD-Technologie (Physical Vapour Deposition) eine TiN-Beschichtung in den Formhohlraum ein. Diese Beschichtung ist bis zu 2200HV hart und dreimal verschleißfester. Bei der Seltenerd-Infiltrationstechnologie werden während des Nitrierprozesses Elemente wie Ce und La hinzugefügt, um die Infiltrationsschicht um 40 % tiefer zu machen, was die Ermüdungsbeständigkeit erheblich verbessert.
2, Prozessimplementierung: genaue Antworten für jede Situation
1. Polieren der inneren Kavität tiefer Löcher: ein innovativer Einsatz der Schleifmittelflusstechnologie
Herkömmliche Polierverfahren eignen sich nicht gut für Strukturen mit tiefen Löchern, etwa im Innenhohlraum von Flugzeugtriebwerksschaufeln und Einspritzdüsen für Kraftfahrzeuge, da diese schwer zu erreichen sind und nicht besonders gut funktionieren. Die abrasive Strömungstechnologie macht Fortschritte durch die Nutzung folgender neuer Ideen:
Mittlere Optimierung: Eine halbfeste Schleifmischung aus Siliziumkarbidpartikeln und Polymerträgern wird verwendet, um sicherzustellen, dass sie schneiden kann und die Oberfläche nicht zerkratzt.
Kanaldesign: Durch den Einsatz der numerischen Strömungsmechanik (CFD) zur Simulation und Verbesserung des Werkzeugkanals können wir sicherstellen, dass die Schleifmittelströmungsgeschwindigkeit in den 0,3-mm-Mikroporen zu mehr als 95 % gleichmäßig ist.
Kontrolle der Parameter: Beispielsweise kann bei der Behandlung des inneren Hohlraums einer bestimmten Art von Turbinenschaufel die Rauheit nach drei Zyklen (jeweils 5 Minuten) von Ra3,2 μm auf Ra0,4 μm reduziert werden. Der Druck beträgt 0,5 MPa und die Durchflussrate 15 mm/s.
2. Verwenden Sie zum Entgraten komplexer Hohlräume einen elektrochemischen und mechanischen Verbundansatz.
Beim Entfernen von Graten aus Querlochstrukturen wie Getriebeventilkörpern und Hydraulikventilblöcken müssen Sie einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Qualität finden. Ein Unternehmen hat das Verfahren „elektrochemisches Entgraten + Fließpolieren“ entwickelt:
Elektrochemische Stufe: Als Elektrolyt wird eine 10 %ige NaCl-Lösung verwendet und eine Impulsstromversorgung mit einer Frequenz von 10 kHz und einem Arbeitszyklus von 30 % wird genutzt, um 90 % der Grate bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm² zu entfernen. Der Vorgang dauert nicht länger als 2 Minuten.
Die Schleifpartikel-Strömungsstufe verwendet 800-Mesh-Siliziumkarbid-Schleifmittel, um 2 Minuten lang bei einem Druck von 0,3 MPa zu polieren. Dadurch werden elektrochemische Rückstände entfernt und eine Oberflächengüte von Ra0,2 μm zurückgelassen.
3. Das Innere des Hohlraums korrosionsbeständig machen: sowohl durch elektrolytisches Polieren als auch durch Beschichtungstechnologie
Das Innere von Medizinimplantaten, einschließlich Gelenkprothesen, muss sowohl biokompatibel als auch korrosionsbeständig sein. Ein Unternehmen nutzt das Verfahren „elektrolytisches Polieren + DLC-Beschichtung (diamantähnlicher Kohlenstoff)“:
Elektrolytisches Polieren: Durch die Verwendung einer Spannung von 15 V und eines Stroms von 20 A für 5 Minuten in einem gemischten Elektrolyten aus Phosphorsäure und Schwefelsäure wird die Oberflächenrauheit von Ti6Al4V von Ra1,6 μm auf Ra0,08 μm verringert und eine 100 nm dicke Oxidschicht gebildet.
DLC-Beschichtung: Eine 2 μm dicke DLC-Beschichtung wird mittels Magnetron-Sputtering-Technik aufgetragen. Die Härte nähert sich 20 GPa, der Reibungskoeffizient sinkt auf 0,05 und die Korrosionsbeständigkeit wird in einer simulierten Körperflüssigkeitsumgebung um das Zehnfache erhöht.
3, Verwendung im Geschäftsleben: gängige Beispiele im High-End-Fertigungssektor
1. Der Bereich Luft- und Raumfahrt
Die selektive Laserschmelztechnologie (SLM) wird von GE Aviation zur Herstellung von Treibstoffdüsen für LEAP-Triebwerke eingesetzt. Nach der Herstellung wird der interne Strömungskanal mit einem Schleifmittelstrahl poliert, um die Oberfläche glatter zu machen (von Ra12 μm auf Ra0,8 μm), den Kraftstofffluss gleichmäßiger zu gestalten (um 8 %) und den Motor kraftstoffeffizienter zu machen (um 1,5 %).
2. Im Geschäft mit der Herstellung von Autos
Bosch hat eine neue Methode zum Reinigen und Polieren des Hohlraums der Hochdruck-Ölpumpe des Common-Rail-Systems entwickelt. Es verwendet sowohl Ultraschallreinigung als auch elektrolytisches Polieren.
Ultraschallreinigung: Um bei der Bearbeitung übriggebliebene Schneidflüssigkeit zu entfernen, reinigen Sie 10 Minuten lang bei einer Frequenz von 40 kHz und einer Leistung von 100 W.
Elektrolytisches Polieren: Verwenden Sie einen Elektrolyten auf Phosphat--Basis und eine 12-V-Spannung für 3 Minuten, um den Hohlraum aus 316L-Edelstahl weniger rau zu machen (von Ra2,5 μm auf Ra0,4 μm) und die Dauer zu erhöhen, die er Salzsprühkorrosion widerstehen kann (von 500 Stunden auf 2000 Stunden).
3. Der Bereich der Medizinprodukte
Johnson&Johnson DePuy Synthes stellt Hüftgelenkpfannen mithilfe der Methode „elektrolytisches Polieren + Mikrolichtbogenoxidation“ her.
Elektrolytisches Polieren: Verringern Sie die Oberflächenrauheit des Ti6Al4V-Substrats von Ra3,2 μm auf Ra0,2 μm und entfernen Sie die nicht geschmolzenen Partikel, die beim SLM-Formen entstanden sind.
Mikrolichtbogenoxidation: Eine 20 μm dicke Oxidschicht mit Hydroxylapatit wird in einem Silikatelektrolyten durch 5-minütiges Anlegen von 300 V hergestellt. Die Überlebensrate des Implantats beträgt 99,2 % und die Festigkeit der Knochenbindung wird um 40 % erhöht.