各向同性表面精加工 | 让传动系统获得越挫越勇的持久力

发布时间: 09月18日 浏览次数:84

图源:SpaceX

 

齿轮传动系统在载人航天工程对接机构中是最关键、最重要的系统之一。齿轮材料强度、齿轮的加工精度、材料的环境适应性等都直接影响到对接机构的工作性能。其中齿轮组件的最佳表面光洁度,可以显著减少应力集中和磨损。据NASA测试,通过改善表面光洁度可以减少摩擦和增加滚动接触的抗疲劳寿命,将齿轮的寿命提高多达300%,从而提升航天器的机动性能和运转效率。

 

实现航天齿轮完美表面光洁度的最佳工艺就是各向同性精加工。该工艺可以帮助制造商获得显著的竞争优势,降低制造部件边缘和表面精加工技术的成本,提高零件的功能性能和使用寿命,并为不使用此类工艺的竞争对手无法复制的零件添加质量美感。

 

为什么要使用各向同性精加工?

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经同位素精加工的零件具有增强的金属对金属接触图案。任何一个位置的接触和表面应力都会扩散到更广泛的区域。这个过程也比传统的研磨更快、更有效。各向同性精加工对于在金属对金属应用中运行的零件特别有用,例如汽车设备、齿轮和轴承。

 

图源:Skf

 

什么是各向同性?

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Webster’s对各向同性的定义是“当沿所有方向的轴测量时显示具有相同值的属性”。简单地说,各向同性的意思是在所有方向上具有统一的物理特性。

 

什么是各向同性精加工?

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各向同性表面精加工(CASF),也称化学辅助表面增强、化学加速表面精加工。该技术已被开发为一种金属表面处理工艺,可为部件提供出色的弯曲和接触疲劳强度,并具有抗高载荷的能力。

 

该工艺使用典型的振动精加工设备以及高密度、非研磨性化学介质。各向同性产生非定向光洁度,减少表面应力。虽然并不总是必要的,但这种方法通常使用化学加速的振动过程。将这种化学物质添加到振动过程中会大大缩短完成时间。

 

各向同性微精加工 图源:Mark Riley,BV Products

 

在大规模精加工领域,各向同性精加工使部件的表面不再出现任何在机械加工、成型或铸造过程中常见的尖峰、磨痕、毛刺或其他缺陷。各向同性精加工可确保零件表面没有可辨别的标记、线条或图案。通常需要使用显微镜才能看到成品零件表面上留下的微小缺陷。

 

各向同性表面精加工工艺的过程

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金属部件与非研磨性高密度介质一起放入振动机器中。最初的改进结合了切割化学,它与零件表面发生反应以产生柔软的涂层。当零件在机器内翻滚时,转化涂层会被介质擦去金属峰,暴露未反应的金属。这种涂层去除降低了峰值水平。一旦表面的凹凸不平,就会在机器中添加一种温和的化学抛光物质,以中和任何残留的涂层——完成最终的饰面。

 

旋转振动光饰机 图源:Rosler

 

振动翻滚表面状态 图源:Precision Finishing

 

是否有不同的各向同性精加工方法?

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有多种精加工技术可用于实现高质量的表面光洁度,包括喷砂、研磨和电解抛光。虽然每种方法都有其特定的优势,但振动光饰机和离心光饰机已成为使用最广泛的方法。

 

①振动光饰

 

使用振动精加工,零件与介质(通常由陶瓷、塑料、钢或其他合成材料制成的小磨料颗粒)和水一起浸入碗或盆中。安装在垂直轴上的偏心砝码会产生振动翻滚,带动滚动所有磨料、介质与工件相互摩擦,以消除零件上数以百万计的毛刺与瑕疵,产生均匀平滑效果。

 

图源:Advanced Tec-Neeks

 

②离心光饰

 

离心桶精加工使用与振动过程相同的介质,经过离心力转动作用于工件表面,此时物体受滚筒槽的强压力,从而使得工件与磨料、助剂产生快速摩擦,从而形成均匀、无方向的光洁度。

 

图源:Metalfinish

 

各向同性精加工

为精密机构带来哪些好处?

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各向同性精加工虽然听起来像是一个复杂的过程,但它可以极大地有益于金属零件的最终结果。在金属部件上获得卓越的表面处理不仅仅是美观问题,还可以带来更高的性能水平。给精密机构带来的好处有:

 

  • 保持完整的部件几何形状和尺寸
  • 减少表面应力
  • 增加对疲劳和柔韧性循环的抵抗力
  • 减少摩擦和磨损
  • 减少振动和噪音
  • 获得最佳合适的镜面表面
  • 增加组件的寿命
  • 降低润滑温度
  • 增加润滑保持力和增加传热
  • 防止微观和宏观点蚀
  • 适合微生物清洁和消毒的表面处理
  • 锋利边缘良好的倒圆能力,便于搬运和组装
  • 减少维修

 

REM'S ISF ®工艺是工程加工表面的经济高效的替代方案。REM'S ISF 工艺是一种各向同性表面精加工工艺,可产生非线性、低Ra精加工,从而提高磨损性能并减少摩擦。这是一种化学机械工艺,可依次去除地表面、切割或磨光表面的“峰”。图源:REM Surface Engineering

 

 

各向同性精加工可胜任任何金属部件

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各向同性精加工的过程作用于金属的快速和受控去除,在分子水平上形成表面膜,从而产生完美的结果。使用各向同性工艺可以处理任何类型的金属,包括合金、钢、特殊钢、处理过的不锈钢、钛等,适用的精密零部件如下:

 

  • 气门系统部件(摇臂、气门弹簧、链条、链轮)
  • 齿轮(箱)
  • 轴承
  • 轴颈
  • 传动齿轮和轴
  • 滚动轴承和球轴承
  • 曲轴
  • 凸轮(轴)从动件
  • 行星齿轮
  • 连接杆
  • 密封面
  • 驱动技术组件
  • 差速器
  • 弹簧
  • 挺杆
  • 涡轮叶片
  • 传输皮带扣和配件
  • 直升机传输
  • 车辆和工业变速器
  • 赛车齿轮零件
  • 通用机械工具
  • 船舶动力
  • 枪械组件等

 

行星齿轮和轴 图源:IFP SRL

 

滚珠 图源:Kramer Industries

 

涡轮增压器滚动轴承  图源:Schaeffler

上海国际去毛刺&表面精加工技术展览会

2021.12.22-24

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