نحوه کنترل موثر تغییر شکل ثانویه ناشی از آزاد شدن تنش پسماند در حین ماشینکاری دقیق ریخته گری های هیدرولیک

ریخته گری هیدرولیک اجزای ضروری در سیستم‌های کنترل سیال با دقت بالا هستند که به سطوح بالایی از دقت در فرآیندهای فرز، حفاری و سنگ‌زنی نیاز دارند. در طی این عملیات، تنش پسماند ذاتی درون ریخته‌گری مجدداً توزیع شده و با حذف مواد آزاد می‌شود. این پدیده باعث تغییر شکل ثانویه می شود که مستقیماً دقت موقعیت، تلرانس های هندسی و عملکرد آب بندی نهایی گذرگاه های روغن داخلی و سوراخ های شیر را به خطر می اندازد. کنترل این تغییر شکل یکی از مهم ترین چالش های فنی در ساخت قطعات هیدرولیک است.

تجزیه و تحلیل منابع تنش پسماند در ریخته گری

درک چگونگی شکل گیری تنش پسماند گام اولیه در کنترل تغییر شکل ثانویه است. تنش پسماند در ریخته‌گری‌های هیدرولیک عمدتاً از سه فاز سرچشمه می‌گیرد:

1. انجماد ریخته گری: نرخ سرد شدن متناقض بین مقاطع ضخیم و نازک منجر به نرخ انقباض و زمان تبدیل فاز در مناطق مختلف می شود. این تنش حرارتی تفاضلی منبع غالب تنش پسماند است.

2. مهار هسته و قالب: معابر داخلی پیچیده نفت اغلب به ساختارهای هسته پیچیده نیاز دارند. مهار سفت و سخت اعمال شده توسط هسته بر روی فلز در حین جامد شدن، مانع از انقباض آزاد ریخته‌گری می‌شود و یک سیستم خود متعادل از تنش‌های کششی و فشاری درون قطعه ایجاد می‌کند.

3. پس از پردازش: عملیات هایی مانند تکان دادن، حذف شن، سنگ زنی ناکافی، و عملیات حرارتی نامناسب نیز می تواند استرس اضافی را به ساختار ریخته گری وارد کند.

قبل از درمان: کلید حذف یا تثبیت استرس باقیمانده

قبل از شروع ماشینکاری دقیق، حذف یا تثبیت تنش پسماند داخلی از طریق روش هایی مانند عملیات حرارتی یا پیری طبیعی ضروری است.

1. بازپخت تسکین استرس

بازپخت تنش زدایی موثرترین و پرکاربردترین روش برای کاهش تنش پسماند ریخته گری است.

• مکانیسم عمل: در این دمای بالا، قدرت تسلیم ماده به طور قابل توجهی کاهش می یابد و انتشار اتمی تسریع می یابد. این اجازه می دهد تا تنش های داخلی از طریق تغییر شکل پلاستیک میکروسکوپی آرام شوند.

• سرعت خنک‌سازی: یک فرآیند خنک‌سازی کنترل‌شده و بسیار کند کوره باید اجرا شود. خنک‌سازی سریع می‌تواند تنش‌های حرارتی جدیدی را ایجاد کند و اثر تنش‌زدایی را به شدت کاهش دهد یا حتی آن را نفی کند.

2. پیری طبیعی و ارتعاشی

• پیری طبیعی: شامل نگهداری قالب در دمای اتاق برای مدت طولانی (چند ماه یا حتی یک سال) است. این روش بر ناپایداری ترمودینامیکی و خزش مواد تکیه دارد تا به آرامی تنش را آزاد کند. در حالی که نتیجه پایدار است، مدت زمان برای تولید مدرن با راندمان بالا غیر عملی است.

• کاهش استرس ارتعاشی (VSR): تکنیکی که از انرژی ارتعاشی برای کمک به آرامش استرس استفاده می کند. با قرار دادن ریخته گری در معرض ارتعاشات فرکانس و انرژی خاص، تنش های داخلی به سمت یک حالت تعادل جدید کمک می کند. این روش کارآمد است اما نیاز به تطبیق دقیق پارامترهای ارتعاش با هندسه ریخته گری دارد.

استراتژی های کنترل استرس در حین ماشینکاری دقیق

حتی پس از قبل از درمان، ممکن است مقداری استرس باقیمانده باقی بماند. استراتژی های خاصی باید در طول عملیات برش برای کنترل آزاد شدن تنش به کار گرفته شود.

1. تقسیم بندی ماشینکاری خشن و نهایی

• ماشینکاری فازی: فرآیند را به طور دقیق به مراحل ماشینکاری خشن و نهایی تقسیم کنید. هدف اولیه ماشینکاری خشن حذف سریع بخش اعظم مواد، افشای و آزادسازی نسبی تنش های داخلی است.

• تنش زدایی متوسط: برای ریخته‌گری‌های هیدرولیکی حیاتی با الزامات تغییر شکل بسیار سخت، مانند بدنه‌های شیر چند مرحله‌ای، پس از اینکه ماشین‌کاری خشن ۸۰ درصد ذخایر را حذف کرد، می‌توان آنیل تنش‌زدایی متوسط ​​و دمای پایین را وارد کرد. این تضمین می کند که میدان تنش قبل از شروع ماشینکاری به حداکثر تعادل برسد.

2. برش متقارن و حذف لایه

• برش متقارن: در صورت امکان از مسیرهای برش متقارن یا متعادل استفاده کنید. از برداشتن بیش از حد یا موضعی مواد از یک طرف خودداری کنید، که به شدت تعادل تنش را بر هم می زند و می تواند باعث خم شدن یا پیچش ریخته گری شود.

• عمق کوچک، عبورهای متعدد: در طول مرحله ماشینکاری پایان، عمق کمی از برش و نرخ تغذیه را اتخاذ کنید و مواد باقیمانده را در چند پاس بردارید. این به تنش پسماند اجازه می‌دهد تا با افزایش نرم‌تر و کوچک‌تر آزاد شود و از پرش‌های ابعادی ناگهانی مرتبط با آزاد شدن ناگهانی تنش جلوگیری می‌کند.

3. طراحی فیکسچر و کنترل گیره

• فیکسچرهای انعطاف پذیر: طراحی فیکسچر باید از اصل حداقل تغییر شکل پیروی کند. از وسایل منعطف با تکیه گاه چند نقطه ای و نواحی تماس بزرگ استفاده کنید تا از ایجاد فشارهای گیره ای جدید روی ریخته گری جلوگیری کنید.

• نظارت بر نیروی بستن: نیروی گیره برای اجزای هیدرولیک دقیق باید با استفاده از آچارهای گشتاور یا سنسورهای نیرو دقیقاً کنترل شود. این تضمین می کند که نیروی گیره برای محکم کردن قطعه کار کافی است اما برای ایجاد تغییر شکل الاستیک جدید به اندازه کافی قوی نیست.

تکنیک های اندازه گیری و جبران تغییر شکل

در طول فرآیند ماشینکاری، تجهیزات اندازه گیری با دقت بالا برای نظارت بر زمان واقعی یا متناوب تغییر شکل بسیار مهم است.

• ابزارهای اندازه گیری: ابزارهای رایج مورد استفاده عبارتند از: ماشین های اندازه گیری مختصات (CMM)، اسکنرهای لیزری و گیج های شماره گیری با دقت بالا. اینها برای ارزیابی دقیق تغییرات در تحمل‌های هندسی مانند مکان‌های حفاری بحرانی، مسطح بودن و موازی بودن استفاده می‌شوند.

• بازخورد داده ها: اگر تغییر شکل بیش از آستانه تحمل مشخص شده تشخیص داده شود، داده ها باید فوراً به ماشین ابزار یا مهندس فرآیند برگردانده شوند تا جبران پویا یا تنظیم پارامترهای برش بعدی (مانند مسیرهای ابزار، عمق برش) انجام شود. این یک سیستم کنترل حلقه بسته ایجاد می کند که ثبات را در تولید دسته ای تضمین می کند.