Kesukaran pemprosesan untuk menyambung bahagian aci dianalisis, dan kaedah pemprosesan diperbaiki. Tumpuan adalah pada langkah berjaga-jaga untuk pemesinan permukaan nitrid. Dengan menumpulkan tepi bahagian sebelum nitriding, keadaan tegasan semasa nitriding bertambah baik, yang berkesan menyelesaikan masalah bahawa tepi bahagian mudah putus apabila pemesinan selepas nitriding, dan memastikan kualiti pemprosesan bahagian.
BAHAGIAN 1
pengenalan
Nitriding ialah proses penyusupan atom nitrogen ke dalam lapisan permukaan bahan kerja, yang mengubah komposisi kimia lapisan permukaan dan membentuk lapisan terutamanya terdiri daripada nitrida, dengan itu meningkatkan kekerasan permukaan, rintangan haus, rintangan keletihan dan sifat anti-penyakit bahagian[1]. Selepas gas nitriding, kekerasan permukaan bahagian boleh mencapai 1000 HV (kira-kira 70 HRC) di bawah beban 50 N, dan ia masih boleh mengekalkan kekerasan yang tinggi dan rintangan haus yang tinggi pada suhu 600 darjah . Selepas nitriding, permukaan bahagian boleh memperoleh tekanan mampatan sisa yang lebih besar, dan kekuatan keletihan juga boleh dipertingkatkan dengan banyak [2], yang tidak dapat ditandingi oleh rawatan haba kimia yang lain. Nitriding dikategorikan kepada gas nitriding, liquid nitriding, dan ion nitriding, antara lain. Syarikat kami pada masa ini terutamanya menggunakan gas nitriding. Berbanding dengan nitriding cecair, nitriding gas menawarkan kawalan atmosfera yang lebih mudah (menggunakan ammonia sebagai medium nitriding), menghasilkan lebih sedikit gas berbahaya yang mengancam kesihatan manusia dan alam sekitar, dan mempamerkan kualiti yang lebih stabil, sekali gus menjadikannya lebih meluas digunakan. Bahan yang biasa digunakan untuk bahagian nitrid termasuk 18Cr2Ni4WA, 38CrMoAlA, 40CrNiMoA, 25Cr3MoA, S106, S132, 1Cr11Ni2W2MoV, 0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4PH), 08Mo2Ni10,Co 0Cr15Ni5Cu4Nb (15-5PH), dan 0Cr13Ni8Mo2Al (PH13-8Mo), dan biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan rintangan haus, seperti sendi, penyokong dan lengan goyang.
Nitriding terbahagi kepada nitriding keseluruhan dan nitriding setempat. Nitriding setempat harus dielakkan sebanyak mungkin semasa reka bentuk. Jika nitriding setempat diperlukan, salah satu kaedah berikut boleh digunakan untuk rawatan anti-nitriding: ① Benarkan elaun pemesinan lebih daripada dua kali ganda kedalaman nitriding. ② Sadurkan lapisan timah dengan ketebalan 0.003–0.015 mm. ③ Sadurkan lapisan kuprum yang tidak-berliang dengan ketebalan lebih daripada 0.02 mm. ④ Sadurkan lapisan nikel dengan ketebalan 0.02–0.04 mm. ⑤ Sapukan salutan anti-nitriding.
Kekasaran permukaan bahagian sebelum nitriding harus memenuhi keperluan lukisan. Secara amnya, nilai kekasaran permukaan Ra harus dikawal antara 0.4 dan 0.8 μm. Permukaan hendaklah bersih dan bebas daripada kesan minyak, bintik karat, dan penyok, terutamanya bahagian tepi yang tajam. Elaun pemesinan bahan kerja hendaklah memenuhi spesifikasi proses. Secara amnya, elaun pengisaran pada satu sisi permukaan nitrided bahagian struktur hendaklah Kurang daripada atau sama dengan 0.05 mm.
Suhu proses nitriding adalah agak rendah, secara amnya 460–650 darjah . Kawalan atmosfera nitriding adalah sangat penting. Atmosfera yang tidak normal boleh menyebabkan kecacatan seperti kedalaman lapisan nitriding yang tidak mencukupi, struktur rangkaian lapisan nitriding, dan sebatian longgar [3]. Memandangkan nitriding tidak menjalani pelindapkejutan atau rawatan lain yang menyebabkan ubah bentuk yang besar, ubah bentuk adalah kecil, yang merupakan kelebihan utama proses nitriding dan sangat bermanfaat untuk bahagian yang tidak akan diproses selepas nitriding. Sebab utama ketidakstabilan dimensi nitriding ialah perubahan dalam struktur dan tegasan baki, serta ubah bentuk plastik-mikro yang berlaku di bawah keadaan perkhidmatan. Secara amnya, ubah bentuk permukaan nitrided berkorelasi positif dengan ketebalan lapisan nitrided, iaitu kira-kira 1/10 daripada ketebalan lapisan nitrided bahagian. Apabila menyusun aliran proses, pengaruh ubah bentuk pada dimensi harus diiktiraf sepenuhnya. Dimensi dengan toleransi yang kecil mesti dimesin dengan ketepatan selepas nitriding.
BAHAGIAN 2
Analisis kesukaran dalam pemesinan menyambung bahagian aci
Aci penyambung yang ditunjukkan dalam Rajah 1 digunakan dalam peranti maklum balas aliran motor hidraulik boleh ubah servo seperti penetasan senjata dan kepak. Ia adalah jambatan penghubung antara pemasangan swashplate dan sensor. Fungsinya adalah untuk menghantar dengan tepat tork sudut putaran pemasangan swashplate ke sensor dan memantau aliran motor hidraulik. Bahagian itu diperbuat daripada keluli tahan karat pengerasan 0Cr17Ni4Cu4Nb-kerpasan. Permukaan bulatan luar hujung kanan dan kiri (φmm dan φmm masing-masing) dikehendaki dinitrida hingga kedalaman 0.1–0.3 mm. Kekerasan permukaan nitrid hendaklah Lebih besar daripada atau sama dengan 58 HRC, manakala kekerasan permukaan bukan nitrid dan teras hendaklah 31–39 HRC. Titik peralihan antara dua alur pengedap dan satu alur gelang penahan pada permukaan bulatan luar memerlukan penggilap dengan jejari R0.1–R0.2 mm. Disebabkan oleh kekerasan dan kerapuhan permukaan yang tinggi, kesukaran pemesinan terletak pada pemesinan permukaan nitrid dan rawatan fillet peralihan antara permukaan nitrid dan bukan{21}}nitrid. Aliran proses dan kaedah pemesinan yang tidak sesuai boleh menyebabkan masalah kualiti seperti serpihan pada bahagian tepi yang tajam. Oleh itu, rasionaliti pelan proses adalah penting.
Rajah 1 Aci Penyambung
BAHAGIAN 3
Pemilihan Kaedah Penamat
Permukaan nitrid mempunyai kekerasan yang tinggi, kekuatan tinggi, kerapuhan tinggi, rintangan haus, dan rintangan kakisan, dan mempunyai kestabilan kimia yang baik, tetapi kebolehmesinan mereka agak lemah. Permukaan nitrid adalah bahan tipikal yang keras dan rapuh. Kaedah pemesinan yang tidak betul boleh merosakkan struktur lapisan permukaan bahan kerja, menjadikan pemesinan kualiti tinggi-permukaan nitrid sebagai cabaran teknikal.
Kaedah pemesinan utama untuk permukaan nitrid ialah memusing, mengisar dan mengisar. Memandangkan rintangan haus alat dan hayat alat, sisipan PCBN (polycrystalline cubic boron nitride) harus digunakan untuk memusing dan mengisar apabila boleh. Sisipan boron nitrida padu polihabluran mempunyai kekerasan 3500–4500 HV dan suhu rintangan haba 1250–1350 darjah . Ia mempamerkan sifat lengai kimia yang luar biasa, keliatan yang baik dan kekonduksian terma, pekali geseran yang rendah dan sifat anti-lekatan yang kuat, menjadikannya sangat sesuai untuk pemesinan keluli keras, bahan berasaskan-kobalt dan bahan berasaskan nikel-yang sukar dipotong [4, 5]. Dalam reka bentuk laluan alat, alat harus masuk dari luar bahan kerja ke arah bahagian pepejal, mengelakkan laluan dari bahagian pepejal ke arah luar. Walaupun begitu, cipratan tepi tidak boleh dihapuskan sepenuhnya.
Pengisaran harus menjadi kaedah pemesinan pilihan apabila struktur bahagian membenarkan. Apabila memilih roda pengisar, mereka yang mempunyai kekerasan yang terlalu tinggi biasanya harus dielakkan. Kekerasan yang berlebihan membawa kepada kenaikan suhu yang cepat pada titik sentuhan, menyebabkan tegasan terma pada permukaan bahan kerja pada suhu pengisaran yang tinggi, akhirnya mengakibatkan tegasan tegangan sisa dan risiko keretakan pengisaran yang tinggi. Roda pengisar alumina bercantum putih menawarkan prestasi pemotongan yang baik, tetapi keliatannya yang lebih rendah membolehkan penumpahan butiran kasar yang mudah. Untuk pengisaran permukaan nitrided, roda alumina bercantum putih lebih baik daripada roda alumina bercantum tunggal-kristal [6-8].
Kaedah pengisaran silinder luaran dibahagikan kepada pengisaran membujur dan pengisaran melintang. Walaupun pengisaran membujur mempunyai kecekapan yang lebih rendah, ia menghasilkan kualiti permukaan yang lebih baik dan kekasaran permukaan yang lebih rendah. Pengisaran melintang, walaupun lebih cekap, memerlukan daya pengisaran yang lebih besar dan suhu yang lebih tinggi, memerlukan bekalan cecair pemotong yang mencukupi. Untuk pengisaran permukaan nitrided, pengisaran membujur lebih disukai, walaupun kecekapannya lebih rendah, kerana haba lebih mudah hilang semasa proses pengisaran, mengurangkan kemungkinan retak pengisaran.
BAHAGIAN 4
Aliran Proses
Apabila menyusun spesifikasi proses untuk bahagian keluli tahan karat nitrid, pembahagian peringkat pemprosesan dan pemilihan kaedah anti-nitriding harus dipertimbangkan sepenuhnya. Pada masa yang sama, proses pelepasan-tegasan hendaklah disusun di lokasi yang sesuai untuk menghapuskan ubah bentuk bahagian yang disebabkan oleh tegasan pemprosesan. Pengisaran hendaklah digunakan sebanyak mungkin untuk pemprosesan permukaan nitrid. Pengisaran menjana tegasan mampatan pada permukaan bahan kerja, manakala memusing dan mengisar menjana tegasan tegangan. Pengisaran lebih cenderung untuk memastikan integriti permukaan bahagian. Aliran proses secara amnya boleh dibahagikan kepada peringkat berikut:
(1) Pembentukan kosong gear: Kosong ialah stok penempaan atau bar.
(2) Pemesinan kasar: Mengeluarkan sejumlah besar bahan berlebihan.
(3) Rawatan penyelesaian dan pengerasan kerpasan: Memastikan keperluan kekerasan permukaan tidak-nitrid.
(4) Separuh-kemasan: Mengeluarkan skala hitam dari permukaan-panas, meninggalkan sedikit elaun untuk kemasan.
(5) Rawatan Melegakan Tekanan: Untuk bahagian berdinding-nipis, kepersisan dan besar-besar, rawatan pelepasan tekanan hendaklah dilakukan selepas kasar atau separuh-penamat untuk mengurangkan ubah bentuk semasa nitriding (berbilang rawatan mungkin diperlukan). Elaun pemesinan tertentu harus ditinggalkan sebelum pelepasan tekanan.
(6) Penyaduran Kuprum: Penyaduran kuprum digunakan untuk perlindungan, dengan ketebalan penyaduran kuprum keseluruhan 30–50 μm.
(7) Separuh-kemasan: Lapisan kuprum pada permukaan nitrid dikeluarkan, melengkapkan pemesinan permukaan untuk nitriding.
(8) Nitriding Gas: Nitriding permukaan selesai. Untuk bahagian yang sangat tepat atau mudah berubah bentuk, elaun pengisaran tertentu dibiarkan sebelum nitriding, dan kuprum dikeluarkan dengan mengisar selepas nitriding.
(9) Penyingkiran Tembaga: Semua lapisan kuprum pada permukaan bahagian dikeluarkan.
(10) Kemasan: Permukaan nitrided dan dimensi ketepatan telah selesai.
BAHAGIAN 5
Aliran Pemesinan dan Masalah Sedia Ada Sebelum Pengoptimuman Proses
Aliran pemesinan utama aci penyambung sebelum pengoptimuman proses ialah: Pusingan CNC daripada diameter luar dan alur φ10mm → pengilangan kasar diameter luar φ5mm dan garisan bahagian → penyaduran tembaga → Pusingan CNC untuk mengeluarkan lapisan tembaga dari permukaan diameter luar φ10mm → diameter luar φ10mm → pusat pemesinan menegak dari permukaan φ5 mm keluarkan. nitriding → pelucutan kuprum → pengisaran silinder luar diameter luar φ10mm → penggilapan fillet.
Oleh kerana jejari fillet R0.15mm pada persimpangan diameter luar φ10mm dan alur lebar 3.4mm, dan jejari R0.5mm pada tepi tajam persimpangan diameter luar φ5mm, selepas pemesinan pada mesin pengisar silinder luaran dan mesin pengisar koordinat, R0.15mm tidak lagi lengkap. Walaupun tepi tajam dihasilkan selepas pengisaran, penggilap diperlukan untuk memenuhi keperluan fillet. Walau bagaimanapun, toleransi fillet adalah kecil, dan ia adalah mudah untuk melebihi toleransi semasa menggilap. Tambahan pula, disebabkan penyingkiran elaun yang berlebihan semasa mengilat fillet, cipratan berkemungkinan besar berlaku di bahagian tepi. Sementara itu, alur anulus pada bulatan luar akan mengalami sedikit ubah bentuk selepas nitriding. Jika alur anulus dimesin kepada saiz akhir yang diperlukan oleh lukisan sebelum nitriding, pembukaan alur anulus akan mengecut selepas nitriding, mengakibatkan sisihan dimensi.
BAHAGIAN 6
Skim Proses Dioptimumkan
(1) Kaedah pengoptimuman untuk bulatan luar φ10mm: Untuk memastikan integriti bucu bulat selepas pengisaran, bucu bulat pada peralihan antara bulatan luar φ10mm dan alur pengedap perlu diproses secara geometri semasa pemesinan kasar. Peralihan kon ditambah pada sudut bulat, dengan kedalaman permukaan kon mengikut elaun pengisaran dan sudut permukaan kon mengikut 10 darjah -20 darjah . Permukaan kon dan sisi alur pengedap dialihkan dengan sudut bulat (sudut bulat akhir yang diperlukan oleh lukisan). Ini memastikan bahawa selepas mengeluarkan elaun pengisaran semasa penamat, sudut bulat peralihan dipelihara sepenuhnya, dan cip tepi tidak akan disebabkan oleh penyingkiran elaun yang berlebihan pada sudut bulat semasa penggilapan berikutnya. Pengesahan sebenar menunjukkan bahawa selepas menambah permukaan kon peralihan pelindung, fenomena kerepek dihapuskan sepenuhnya, memastikan kualiti pemesinan bahagian. Rajah 2 menunjukkan pusingan CNC bagi bulatan luar dan alur pengedap sebelum penambahbaikan proses. Rajah 3 menunjukkan rawatan geometri tepi tajam alur pengedap selepas penambahbaikan proses.
Rajah 2: CNC memusing bulatan luar dan alur pengedap sebelum penambahbaikan proses
Rajah 3: Rawatan geometri tepi tajam alur pengedap selepas penambahbaikan proses
(2) Kaedah pengoptimuman untuk bulatan luar φ5mm: Kaedah rawatan yang sama digunakan untuk bulatan luar φ5mm. Permukaan kon 12 darjah ditambahkan pada fillet peralihan R(0.5±0.1)mm untuk menjadikan kawasan peralihan antara permukaan nitrid dan bukan-nitrid lebih licin. Ini menambah baik keadaan tegasan semasa pemesinan bulatan luar φ3.5mm pada pengisar koordinat dan menghapuskan fenomena kerepek tepi. Rajah 4 dan 5 menunjukkan rawatan geometri bagi fillet silinder φ3.6mm sebelum dan selepas penambahbaikan proses, masing-masing. Rajah 4. Rawatan geometri fillet silinder φ3.6mm sebelum penambahbaikan proses
Rajah 5. Rawatan geometri fillet silinder φ3.6mm selepas penambahbaikan proses
(3) Pampasan ubah bentuk alur pengedap: Tepi alur pengedap akan mengecut akibat ubah bentuk pengembangan. Ini disebabkan oleh kesan tepi tajam proses nitriding. Dengan kepekatan nitrogen yang tinggi, ubah bentuk pengembangan isipadu adalah lebih besar daripada di lokasi lain [9, 10]. Alur pengedap dengan lebar 3.4mm dan alur cincin penahan dengan lebar 1.1mm mempunyai toleransi yang besar. Perubahan dalam lebar alur sebelum dan selepas nitriding ditunjukkan dalam Jadual 1. Berdasarkan ini, toleransi dimensi sebelum nitriding dilaraskan untuk memastikan keperluan dimensi akhir. Jadual 1. Perubahan dalam Lebar Alur Sebelum dan Selepas Nitriding (Unit: mm)
Jadual 1 menunjukkan bahawa perubahan dalam lebar alur sebelum dan selepas nitriding untuk alur 3.4mm ialah 0.026–0.035mm, dengan itu menentukan bahawa toleransi lebar alur sebelum nitriding harus dimampatkan kepada 3.4mm; perubahan dalam lebar alur sebelum dan selepas nitriding untuk alur 1.1mm ialah 0.010–0.027mm, dengan itu menentukan bahawa toleransi lebar alur sebelum nitriding hendaklah dimampatkan kepada 1.1mm. Selepas memampatkan had terima, dimensi lebar alur akhir bahagian semuanya berada dalam had yang boleh diterima.
BAHAGIAN 7
Kesimpulan
Permukaan nitrid mempunyai kekerasan yang tinggi dan rintangan haus yang tinggi, dan prestasinya kekal baik pada suhu tinggi. Oleh itu, bahagian keluli tahan karat nitrid digunakan secara meluas dalam produk enjin-aero. Pemesinan permukaan nitrid agak sukar, memerlukan piawaian yang tinggi untuk rintangan haus alat, pemilihan parameter pemotongan, dan perancangan laluan pemotongan. Dengan meningkatkan fillet peralihan kon pelindung dan memampatkan toleransi dimensi sebelum nitriding, masalah kecekapan pemesinan yang rendah, mudah memotong tepi, dan mengurangkan lebar alur selepas nitriding bahagian keluli tahan karat telah diselesaikan, mengatasi kesukaran pemesinan bahagian tersebut. Kadar lulus bahagian meningkat daripada kira-kira 50% sebelum penambahbaikan kepada 100%, mencapai keputusan yang baik.
