Wie man sekundäre Verformungen, die durch Restspannungsfreisetzung während der Präzisionsbearbeitung von hydraulischen Gussteilen verursacht werden, effektiv kontrolliert- Ningbo Etdz Andrew Precision Cast Co., Ltd.

Hydraulische Gussteile sind wesentliche Komponenten in hochpräzisen Flüssigkeitskontrollsystemen, die ein hohes Maß an Genauigkeit bei Fräs-, Bohr- und Honprozessen erfordern. Während dieser Vorgänge wird die inhärente Restspannung im Gussstück umverteilt und beim Materialabtrag abgebaut. Dieses Phänomen verursacht eine sekundäre Verformung, die die Positionsgenauigkeit, die geometrischen Toleranzen und die ultimative Dichtleistung der internen Ölkanäle und Ventilbohrungen direkt beeinträchtigt. Die Kontrolle dieser Verformung ist eine der größten technischen Herausforderungen bei der Herstellung hydraulischer Komponenten.

Analyse der Quellen von Eigenspannungen in Gussteilen

Das Verständnis der Entstehung von Eigenspannungen ist der wichtigste Schritt bei der Kontrolle sekundärer Verformungen. Eigenspannungen in hydraulischen Gussteilen entstehen hauptsächlich aus drei Phasen:

Gusserstarrung: Die inkonsistente Abkühlgeschwindigkeit zwischen dicken und dünnen Querschnitten führt zu unterschiedlichen Schrumpfraten und Phasenumwandlungszeiten in verschiedenen Bereichen. Diese unterschiedliche thermische Spannung ist die Hauptquelle der Eigenspannung.
Kern- und Schimmelbeschränkung: Die komplexen internen Ölkanäle erfordern oft komplexe Kernstrukturen. Die starre Beschränkung, die der Kern beim Erstarren auf das Metall ausübt, behindert die freie Kontraktion des Gussstücks und sorgt so für ein selbstausgleichendes System von Zug- und Druckspannungen innerhalb der Komponente.
Nachbearbeitung: Vorgänge wie Ausschütteln, Sandentfernung, unzureichendes Schleifen und unsachgemäße Wärmebehandlung können ebenfalls zu zusätzlicher Belastung der Gussstruktur führen.

Vorbehandlung: Schlüssel zur Beseitigung oder Stabilisierung von Reststress

Bevor mit der Präzisionsbearbeitung begonnen wird, ist es unbedingt erforderlich, die Beseitigung oder Stabilisierung innerer Eigenspannungen durch Methoden wie Wärmebehandlung oder natürliche Alterung zu maximieren.

1. Spannungsarmglühen

Das Spannungsarmglühen ist die effektivste und am weitesten verbreitete Methode zur Reduzierung der Eigenspannungen im Gussstück.

Wirkungsmechanismus: Bei dieser erhöhten Temperatur nimmt die Streckgrenze des Materials deutlich ab und die Atomdiffusion beschleunigt sich. Dadurch können sich die inneren Spannungen durch mikroskopische plastische Verformung entspannen.
Abkühlgeschwindigkeit: Es muss ein kontrollierter, extrem langsamer Ofenabkühlprozess erzwungen werden. Durch schnelles Abkühlen können wieder neue thermische Spannungen entstehen, die den Spannungsabbaueffekt stark verringern oder sogar zunichte machen.

2. Natürliches und vibrierendes Altern

Natürliche Alterung: Dabei wird der Guss über einen längeren Zeitraum (mehrere Monate oder sogar ein Jahr) bei Raumtemperatur gelagert. Diese Methode beruht auf der thermodynamischen Instabilität und dem Kriechen des Materials, um Spannungen langsam abzubauen. Während das Ergebnis stabil ist, ist die Dauer für eine moderne hocheffiziente Fertigung unpraktisch.
Vibrations-Stressabbau (VSR): Eine Technik, die Vibrationsenergie nutzt, um den Stressabbau zu unterstützen. Indem das Gussstück Vibrationen einer bestimmten Frequenz und Energie ausgesetzt wird, werden die inneren Spannungen in einen neuen Gleichgewichtszustand gebracht. Diese Methode ist effizient, erfordert jedoch eine genaue Anpassung der Vibrationsparameter an die Geometrie des Gussstücks.

Strategien zur Spannungskontrolle während der Präzisionsbearbeitung

Auch nach der Vorbehandlung können Restspannungen bestehen bleiben. Bei Schneidvorgängen müssen spezielle Strategien angewendet werden, um den Spannungsabbau zu kontrollieren.

1. Segmentierung der Grob- und Fertigbearbeitung

Phasenweise Bearbeitung: Unterteilen Sie den Prozess strikt in die Phasen der Grob- und Endbearbeitung. Das Hauptziel der Schruppbearbeitung ist die schnelle Entfernung des Großteils des Materialaufmaßes, wodurch innere Spannungen freigelegt und teilweise gelöst werden können.
Zwischenspannungsentlastung: Bei kritischen hydraulischen Gussteilen mit extrem strengen Verformungsanforderungen, wie z. B. mehrstufigen Ventilkörpern, kann eine Zwischenglühung zur Spannungsentlastung bei niedriger Temperatur eingefügt werden, nachdem durch die Grobbearbeitung 80 % des Rohmaterials entfernt wurden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Spannungsfeld maximal ausgeglichen ist, bevor mit der Endbearbeitung begonnen wird.

2. Symmetrisches Schneiden und schichtweises Entfernen

Symmetrisches Schneiden: Verwenden Sie nach Möglichkeit symmetrische oder ausgewogene Schnittpfade. Vermeiden Sie übermäßigen oder punktuellen Materialabtrag auf einer Seite, der das Spannungsgleichgewicht drastisch stört und zu einer Biegung oder Verdrehung des Gussteils führen kann.
Geringe Tiefe, mehrere Durchgänge: Wählen Sie während der Endbearbeitungsphase eine geringe Schnitttiefe und Vorschubgeschwindigkeit aus und entfernen Sie das verbleibende Material in mehreren Durchgängen. Dadurch kann die Restspannung in gleichmäßigeren, kleineren Schritten abgebaut werden, wodurch plötzliche Maßsprünge vermieden werden, die mit einem abrupten Spannungsabbau einhergehen.

3. Vorrichtungsdesign und Spannkontrolle

Flexible Vorrichtungen: Bei der Konstruktion der Vorrichtungen muss der Grundsatz der minimalen Verformung eingehalten werden. Verwenden Sie flexible Vorrichtungen mit Mehrpunktauflage und großen Kontaktflächen, um die Entstehung neuer Klemmspannungen am Gussstück zu vermeiden.
Spannkraftüberwachung: Die Spannkraft für Präzisionshydraulikkomponenten muss mithilfe von Drehmomentschlüsseln oder Kraftsensoren präzise gesteuert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spannkraft ausreicht, um das Werkstück zu fixieren, aber nicht stark genug, um eine erneute elastische Verformung hervorzurufen.

Verformungsmess- und Kompensationstechniken

Während des gesamten Bearbeitungsprozesses sind hochpräzise Messgeräte für die Echtzeit- oder intermittierende Überwachung der Verformung von entscheidender Bedeutung.

Messwerkzeuge: Zu den häufig verwendeten Instrumenten gehören Koordinatenmessgeräte (KMG), Laserscanner und hochpräzise Messuhren. Diese werden verwendet, um Änderungen geometrischer Toleranzen wie kritische Bohrungspositionen, Ebenheit und Parallelität genau zu beurteilen.
Datenrückmeldung: Wenn eine Verformung erkannt wird, die den angegebenen Toleranzschwellenwert überschreitet, müssen die Daten sofort an die Werkzeugmaschine oder den Verfahrenstechniker zurückgemeldet werden, um eine dynamische Kompensation oder Anpassung nachfolgender Schnittparameter (z. B. Werkzeugwege, Schnitttiefe) durchzuführen. Dadurch entsteht ein Regelkreis, der die Stabilität in der Chargenproduktion gewährleistet.