مشکلات پردازش قطعات اتصال شفت تجزیه و تحلیل می شود و روش های پردازش بهبود می یابد. تمرکز بر روی اقدامات احتیاطی برای ماشینکاری سطح نیترید شده است. با صاف کردن لبههای قطعات قبل از نیترید کردن، وضعیت تنش در حین نیتریدینگ بهبود مییابد که به طور موثر مشکل شکستن لبههای قطعات هنگام ماشینکاری پس از نیترید کردن را حل میکند و کیفیت پردازش قطعات را تضمین میکند.
قسمت 1
مقدمه
نیترید کردن فرآیند نفوذ اتمهای نیتروژن به لایه سطحی قطعه کار است که ترکیب شیمیایی لایه سطحی را تغییر میدهد و لایهای را تشکیل میدهد که عمدتاً از نیتریدها تشکیل شده است، در نتیجه سختی سطح، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خستگی و خواص ضد ضربهزدایی قطعات[1] را بهبود میبخشد. پس از نیتریدینگ گاز، سختی سطح قطعات می تواند تحت بار 50 نیوتن به 1000 HV (حدود 70 HRC) برسد و همچنان می تواند سختی بالا و مقاومت در برابر سایش را در دمای 600 درجه حفظ کند. پس از نیترید کردن، سطح قطعات میتواند تنش فشاری پسماند بیشتری را به دست آورد و همچنین مقاومت خستگی نیز میتواند تا حد زیادی بهبود یابد[2] که با سایر عملیاتهای حرارتی شیمیایی قابل مقایسه نیست. نیتریدینگ به نیتریدینگ گاز، نیتریدینگ مایع و نیتریدینگ یونی در میان سایرین طبقه بندی می شود. شرکت ما در حال حاضر عمدتاً از نیتریدینگ گاز استفاده می کند. در مقایسه با نیتروژن مایع، نیتریدینگ گاز کنترل اتمسفر آسانتری را ارائه میدهد (با استفاده از آمونیاک به عنوان محیط نیتریدکننده)، گازهای مضر کمتری تولید میکند که سلامت انسان و محیطزیست را تهدید میکند، و کیفیت پایدارتری از خود نشان میدهد، بنابراین استفاده گستردهتری از آن میشود. مواد متداول مورد استفاده برای قطعات نیترید شده عبارتند از 18Cr2Ni4WA، 38CrMoAlA، 40CrNiMoA، 25Cr3MoA، S106، S132، 1Cr11Ni2W2MoV، 0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4MoAl، 180MoAl، 4N1T)، TM210A، 0Cr15Ni5Cu4Nb (15-5PH)، و 0Cr13Ni8Mo2Al (PH13-8Mo)، و معمولاً در برنامه هایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش دارند، مانند اتصالات، تکیه گاه ها و بازوهای راکر استفاده می شود.
نیتریدینگ به نیتریدینگ کلی و نیتریدینگ موضعی تقسیم می شود. در طول طراحی تا حد امکان باید از نیتریدینگ موضعی خودداری شود. اگر نیترید موضعی ضروری است، یکی از روشهای زیر میتواند برای درمان ضد نیتریدینگ استفاده شود: ① اجازه دهید برای ماشینکاری بیش از دو برابر عمق نیتریدینگ استفاده شود. ② یک لایه قلع با ضخامت 0.003-0.015 میلی متر را روی صفحه قرار دهید. ③ یک لایه مسی غیر متخلخل با ضخامت بیش از 0.02 میلی متر. ④ یک لایه نیکل با ضخامت 0.02-0.04 میلی متر روی صفحه قرار دهید. ⑤ یک پوشش ضد نیتروژن- اعمال کنید.
زبری سطح قطعات قبل از نیتریدینگ باید الزامات نقشه را برآورده کند. به طور کلی، مقدار زبری سطح Ra باید بین 0.4 و 0.8 میکرومتر کنترل شود. سطح باید تمیز و عاری از لکه های روغن، لکه های زنگ زدگی و فرورفتگی به خصوص لبه های تیز باشد. هزینه ماشینکاری قطعه کار باید با مشخصات فرآیند مطابقت داشته باشد. به طور کلی، میزان سنگ زنی در یک طرف سطح نیترید شده قطعات ساختاری باید کمتر یا مساوی 0.05 میلی متر باشد.
دمای فرآیند نیتریدینگ نسبتاً پایین است، معمولاً 460-650 درجه. کنترل جو نیتریدینگ بسیار مهم است. اتمسفر غیرعادی می تواند منجر به نقص هایی مانند عمق لایه نیترید ناکافی، ساختار شبکه لایه نیتریدینگ و ترکیب سست شود [3]. از آنجایی که نیتریدینگ تحت کوئنچ یا سایر عملیاتهایی که باعث تغییر شکل بزرگ میشوند، تغییر شکل نمیدهد، تغییر شکل کوچک است، که مزیت اصلی فرآیند نیتریدینگ است و برای قطعاتی که پس از نیترید کردن پردازش نمیشوند، بسیار سودمند است. دلیل اصلی ناپایداری ابعادی نیتریدینگ تغییر در ساختار و تنش پسماند و همچنین تغییر شکل میکرو{7}}پلاستیکی است که در شرایط سرویس رخ میدهد. به طور کلی، تغییر شکل سطح نیترید شده با ضخامت لایه نیترید شده که حدود 1/10 ضخامت لایه نیترید شده قطعه است، همبستگی مثبت دارد. هنگام تدوین جریان فرآیند، تأثیر تغییر شکل بر ابعاد باید به طور کامل تشخیص داده شود. ابعاد با تلورانس های کوچک باید پس از نیتریدینگ با دقت ماشین کاری شوند.
قسمت 2
تجزیه و تحلیل مشکلات در ماشینکاری قطعات شفت اتصال
شفت اتصال نشان داده شده در شکل 1 در دستگاه بازخورد جریان موتور هیدرولیک متغیر سروو مانند دریچه سلاح و فلپ استفاده می شود. این پل ارتباطی بین مجموعه swashplate و سنسور است. وظیفه آن انتقال دقیق گشتاور زاویه چرخش مجموعه سوشپلیت به سنسور و نظارت بر جریان موتور هیدرولیک است. این قطعه از فولاد ضد زنگ 0Cr17Ni4Cu4Nb ساخته شده است. سطوح دایره ای بیرونی انتهای راست و چپ (به ترتیب φmm و φmm) باید تا عمق 0.1-0.3 میلی متر نیترید شوند. سختی سطح نیترید شده باید بیشتر یا مساوی 58 HRC باشد، در حالی که سختی سطح نیترید نشده و هسته باید 31-39 HRC باشد. نقاط انتقال بین دو شیار آب بندی و یک شیار حلقه نگهدارنده روی سطح دایره ای بیرونی نیاز به پرداخت با شعاع R0.1-R0.2 میلی متر دارند. به دلیل سختی و شکنندگی بالای سطح نیترید شده، مشکل ماشینکاری در ماشینکاری سطح نیترید شده و پردازش فیله های انتقالی بین سطوح نیترید شده و نیترید نشده است. جریان فرآیند و روشهای ماشینکاری نامناسب میتواند منجر به مشکلات کیفی مانند بریدگی لبههای تیز شود. بنابراین، منطقی بودن طرح فرآیند بسیار مهم است.
شکل 1 شفت اتصال
قسمت 3
انتخاب روش های تکمیل
سطوح نیترید شده دارای سختی بالا، استحکام بالا، شکنندگی بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی هستند و پایداری شیمیایی خوبی دارند، اما ماشین کاری آنها نسبتا ضعیف است. سطوح نیترید شده مواد معمولی سخت و شکننده هستند. روشهای ماشینکاری نامناسب میتواند به ساختار لایه سطحی قطعه کار آسیب برساند و ماشینکاری با کیفیت بالا- سطوح نیترید شده را به یک چالش فنی تبدیل کند.
روش های اصلی ماشینکاری برای سطوح نیترید شده تراشکاری، آسیاب و آسیاب می باشد. با توجه به مقاومت در برابر سایش ابزار و عمر ابزار، درجات PCBN (نیترید بور مکعبی پلی کریستالی) باید در صورت امکان برای تراشکاری و آسیاب استفاده شود. درج های نیترید بور مکعبی پلی کریستالی دارای سختی 3500-4500 HV و دمای مقاومت در برابر حرارت 1250-1350 درجه هستند. آنها بی اثری شیمیایی استثنایی، چقرمگی و رسانایی حرارتی خوب، ضریب اصطکاک پایین و خواص ضد چسبندگی قوی را نشان می دهند، که آنها را به ویژه برای ماشینکاری فولاد سخت شده، مواد مبتنی بر کبالت{8} و مواد مبتنی بر نیکل- که به سختی برش می دهند مناسب است [4، 5]. در طراحی مسیر ابزار، ابزار باید از بیرون قطعه کار به سمت قسمت جامد وارد شود و از مسیر قطعه جامد به سمت بیرون اجتناب کند. با این حال، تراشه لبه را نمی توان به طور کامل از بین برد.
هنگامی که ساختار قطعه اجازه می دهد، سنگ زنی باید روش ماشینکاری ترجیحی باشد. هنگام انتخاب چرخ های سنگ زنی، به طور کلی باید از چرخ هایی با سختی بیش از حد بالا اجتناب کرد. سختی بیش از حد منجر به افزایش سریع دما در نقطه تماس می شود و در دماهای سنگ زنی بالا باعث ایجاد تنش حرارتی روی سطح قطعه کار می شود که در نهایت منجر به تنش کششی باقیمانده و خطر بالای ترک های آسیاب می شود. چرخهای سنگزنی آلومینا ذوب شده سفید عملکرد برشی خوبی دارند، اما چقرمگی پایینتر آنها امکان ریزش دانههای ساینده آسان را فراهم میکند. برای آسیاب سطح نیترید شده، چرخهای آلومینا ذوب شده سفید بر چرخهای آلومینا ذوب شده تک کریستالی [6-8] برتری دارند.
روش های سنگ زنی استوانه ای خارجی به سنگ زنی طولی و آسیاب عرضی تقسیم می شوند. در حالی که سنگ زنی طولی کارایی پایین تری دارد، کیفیت سطح بهتر و زبری سطح پایین تری ایجاد می کند. سنگ زنی عرضی، در حالی که کارآمدتر است، به نیروی سنگ زنی بیشتر و دماهای بالاتر نیاز دارد، که نیاز به عرضه کافی مایع برش دارد. برای آسیاب سطح نیترید شده، با وجود راندمان پایین تر، آسیاب طولی ترجیح داده می شود، زیرا گرما در طول فرآیند آسیاب راحت تر دفع می شود و احتمال ترک های آسیاب را کاهش می دهد.
قسمت 4
جریان فرآیند
هنگام جمعآوری مشخصات فرآیند برای قطعات فولاد ضد زنگ نیترید شده، تقسیم مراحل پردازش و انتخاب روشهای ضد نیتریدینگ باید کاملاً در نظر گرفته شود. همزمان، فرآیندهای کاهش تنش{2}}باید در مکانهای مناسب ترتیب داده شوند تا تغییر شکل بخشی ناشی از تنش پردازش حذف شود. آسیاب باید تا حد امکان برای پردازش سطوح نیترید شده استفاده شود. سنگ زنی باعث ایجاد تنش فشاری بر روی سطح قطعه کار می شود، در حالی که تراشکاری و آسیاب باعث ایجاد تنش کششی می شود. سنگ زنی به احتمال زیاد یکپارچگی سطح قطعه را تضمین می کند. جریان فرآیند به طور کلی می تواند به مراحل زیر تقسیم شود:
(1) شکل دهی چرخ دنده: بلانک یک استاک آهنگری یا میله ای است.
(2) ماشینکاری خشن: حذف مقدار قابل توجهی از مواد اضافی.
(3) تصفیه محلول و سخت شدن رسوبی: اطمینان از سختی مورد نیاز سطح غیر نیترید-.
(4) نیمه تمام-: برداشتن پوسته سیاه از روی سطح حرارت-درآورده شده، با گذاشتن مقدار کمی برای تکمیل.
(5) درمان تنش زدایی: برای قطعات پیچیده، نازک، دیواره{{1}، دقیق و-قطر بزرگ، درمان تنش زدایی باید پس از خشن کردن یا نیمه{3}}کاری انجام شود تا تغییر شکل در حین نیتریدینگ کاهش یابد (تعمل های متعدد ممکن است لازم باشد). قبل از کاهش استرس باید مقدار خاصی از ماشین کاری باقی بماند.
(6) آبکاری مس: آبکاری مس برای محافظت اعمال می شود، با ضخامت کلی آبکاری مس 30-50 میکرومتر.
(7) نیمه تکمیل: لایه مس روی سطح نیترید شده برداشته می شود و ماشینکاری سطح برای نیتریدینگ تکمیل می شود.
(8) نیتریدینگ گاز: نیتریدینگ سطحی کامل شده است. برای قطعات بسیار دقیق یا به راحتی قابل تغییر شکل، مقدار خاصی از سنگ زنی قبل از نیترید کردن باقی می ماند و مس با آسیاب کردن پس از نیترید کردن حذف می شود.
(9) حذف مس: تمام لایه های مس روی سطح قطعه برداشته می شود.
(10) تکمیل: سطح نیترید شده و ابعاد دقیق به پایان رسیده است.
قسمت 5
جریان ماشینکاری و مشکلات موجود قبل از بهینه سازی فرآیند
جریان اصلی ماشینکاری شفت اتصال قبل از بهینهسازی فرآیند این بود: چرخش CNC قطر خارجی φ10 میلیمتر و شیار ← آسیاب خشن قطر بیرونی φ5 میلیمتر و طرح کلی قسمت → آبکاری مس → چرخش CNC برای برداشتن لایه مس از سطح قطر خارجی φ10 میلیمتر جداسازی مس → سنگ زنی استوانه ای خارجی با قطر خارجی φ10 میلی متر → پرداخت فیله.
از آنجا که شعاع فیله R0.15 میلی متر در محل اتصال قطر خارجی φ10 میلی متر و شیار عرض 3.4 میلی متر و شعاع R0.5 میلی متر در لبه تیز اتصال قطر بیرونی φ5 میلی متر، پس از ماشین کاری بر روی دستگاه سنگ زنی استوانه ای خارجی و دستگاه سنگ زنی مختصات، R0.15 میلی متر و R0 کامل نیستند. اگرچه پس از آسیاب کردن لبه های تیز تولید می شود، اما برای برآوردن نیازهای فیله، پولیش مورد نیاز است. با این حال، تحمل فیله کوچک است، و به راحتی می توان از تحمل در حین پولیش فراتر رفت. علاوه بر این، به دلیل حذف بیش از حد ذرات در حین پرداخت فیله، احتمال بریدگی در لبه ها بسیار زیاد است. در همین حال، شیار حلقوی دایره بیرونی پس از نیترید شدن دچار تغییر شکل جزئی خواهد شد. اگر شیار حلقوی قبل از نیتریدینگ به اندازه نهایی مورد نیاز نقشه ماشینکاری شود، دهانه شیار حلقوی پس از نیتریدینگ منقبض می شود و در نتیجه انحرافات ابعادی ایجاد می شود.
قسمت 6
طرح فرآیند بهینه شده
(1) روش بهینه سازی برای دایره بیرونی φ10 میلی متر: برای اطمینان از یکپارچگی گوشه های گرد پس از سنگ زنی، گوشه های گرد در انتقال بین دایره بیرونی φ10 میلی متر و شیار آب بندی باید به صورت هندسی در حین ماشینکاری خشن پردازش شوند. یک انتقال مخروطی شکل به گوشه گرد اضافه می شود، با عمق سطح مخروطی مطابق با میزان سنگ زنی و زاویه سطح مخروطی مطابق با 10 درجه -20 درجه. سطح مخروطی شکل و طرف شیار آب بندی با گوشه های گرد تبدیل می شوند (گوشه های گرد نهایی مورد نیاز نقشه). این تضمین می کند که پس از برداشتن کمک هزینه سنگ زنی در حین تکمیل، گوشه های گرد انتقالی کاملاً حفظ می شوند و تراشه های لبه به دلیل حذف بیش از حد مجاز در گوشه های گرد در حین پرداخت بعدی ایجاد نمی شوند. راستیآزمایی واقعی نشان میدهد که پس از افزودن سطح مخروطی انتقال محافظ، پدیده تراشه به طور کامل حذف میشود و کیفیت ماشینکاری قطعات را تضمین میکند. شکل 2 چرخش CNC دایره بیرونی و شیار آب بندی را قبل از بهبود فرآیند نشان می دهد. شکل 3 عملیات هندسی لبه تیز شیار آب بندی را پس از بهبود فرآیند نشان می دهد.
شکل 2: چرخش CNC دایره بیرونی و شیار آب بندی قبل از بهبود فرآیند
شکل 3: عملیات هندسی لبه تیز شیار آب بندی پس از بهبود فرآیند
(2) روش بهینه سازی برای دایره بیرونی φ5mm: همان روش درمان برای دایره بیرونی φ5mm استفاده می شود. یک سطح مخروطی 12 درجه در فیله گذار R(0.5±0.1)mm اضافه می شود تا ناحیه انتقال بین سطوح نیترید و غیرنیترید شده صاف تر شود. این شرایط تنش را هنگام ماشینکاری دایره بیرونی φ3.5 میلی متر در آسیاب مختصات بهبود می بخشد و پدیده خرد شدن لبه را حذف می کند. شکل 4 و 5 عملیات هندسی فیله استوانه ای φ3.6 میلی متری را قبل و بعد از بهبود فرآیند نشان می دهد. شکل 4. عملیات هندسی فیله استوانه ای φ3.6 میلی متر قبل از بهبود فرآیند
شکل 5. عملیات هندسی فیله استوانه ای φ3.6 میلی متر پس از بهبود فرآیند
(3) جبران تغییر شکل شیار آب بندی: لبه های شیار آب بندی به دلیل تغییر شکل انبساط منقبض می شود. این ناشی از اثر لبه تیز فرآیند نیتریدینگ است. با غلظت بالای نیتروژن، تغییر شکل انبساط حجمی بیشتر از سایر مکان ها است [9، 10]. شیار آب بندی با عرض 3.4 میلی متر و شیار حلقه نگهدارنده با عرض 1.1 میلی متر دارای تلرانس های زیادی هستند. تغییرات عرض شیار قبل و بعد از نیتریدینگ در جدول 1 نشان داده شده است. بر این اساس، تلورانس های ابعادی قبل از نیتریدینگ برای اطمینان از الزامات ابعادی نهایی تنظیم می شوند. جدول 1. تغییرات در عرض شیار قبل و بعد از نیتریدینگ (واحد: میلی متر)
جدول 1 نشان می دهد که تغییر در عرض شیار قبل و بعد از نیترید کردن برای یک شیار 3.4 میلی متری 0.026-0.035 میلی متر است، بنابراین تعیین می کند که تحمل عرض شیار قبل از نیتریدینگ باید به 3.4 میلی متر فشرده شود. تغییر در عرض شیار قبل و بعد از نیترید کردن برای یک شیار 1.1 میلی متری 0.010-0.027 میلی متر است، بنابراین تعیین می کند که تحمل عرض شیار قبل از نیتریدینگ باید به 1.1 میلی متر فشرده شود. بعد از فشرده سازی تلورانس ها، ابعاد عرض شیار نهایی قطعات همگی در محدوده قابل قبولی هستند.
قسمت 7
نتیجه گیری
سطوح نیترید دارای سختی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا هستند و عملکرد آنها در دماهای بالا خوب باقی می ماند. بنابراین، قطعات فولاد ضد زنگ نیترید شده به طور گسترده در محصولات هوا{1}}موتور استفاده می شود. ماشینکاری سطوح نیترید شده نسبتاً دشوار است و به استانداردهای بالایی برای مقاومت در برابر سایش ابزار، انتخاب پارامترهای برش و برنامه ریزی مسیرهای برش نیاز دارد. با افزایش فیله انتقال مخروطی محافظ و فشردهسازی تلورانسهای ابعادی قبل از نیترید کردن، مشکلات مربوط به راندمان ماشینکاری پایین، برادهشدن آسان لبهها و کاهش عرض شیار پس از نیترید کردن قطعات فولادی ضد زنگ برطرف شد و بر مشکلات ماشینکاری این قبیل قطعات غلبه کرد. نرخ عبور قطعات از حدود 50% قبل از بهبود به 100% افزایش یافت و نتایج خوبی به دست آورد.
