Субтрактыўная супраць гібрыднай ЧПУ-AM для рамонту інструмента

ПФТ, Шэньчжэнь

У гэтым даследаванні параўноўваецца эфектыўнасць традыцыйнай субтрактыўнай апрацоўкі на станках з ЧПУ з новай гібрыднай тэхналогіяй ЧПУ-адытыўнай вытворчасці (АДВ) для рамонту прамысловага інструмента. Паказчыкі прадукцыйнасці (час рамонту, расход матэрыялу, механічная трываласць) былі колькасна вызначаны з дапамогай кантраляваных эксперыментаў на пашкоджаных штампавых штампах. Вынікі паказваюць, што гібрыдныя метады памяншаюць адходы матэрыялу на 28–42% і скарачаюць цыклы рамонту на 15–30% у параўнанні з выключна субтрактыўнымі падыходамі. Мікраструктурны аналіз пацвярджае параўнальную трываласць на расцяжэнне (≥98% ад зыходнага інструмента) у кампанентах, адрамантаваных з дапамогай гібрыднага метаду. Асноўным абмежаваннем з'яўляюцца геаметрычныя абмежаванні складанасці для АДВ. Гэтыя вынікі дэманструюць гібрыдную тэхналогію ЧПУ-АДВ як жыццяздольную стратэгію ўстойлівага абслугоўвання інструмента.

1 Уводзіны

Дэградацыя інструментаў штогод каштуе вытворчай прамысловасці 240 мільярдаў долараў (NIST, 2024). Традыцыйны субтрактыўны рамонт на станках з ЧПУ выдаляе пашкоджаныя ўчасткі шляхам фрэзеравання/шліфавання, часта адкідваючы >60% прыдатнага для аднаўлення матэрыялу. Гібрыдная інтэграцыя ЧПУ-AM (прамое нанясенне энергіі на існуючы інструмент) абяцае эфектыўнасць выкарыстання рэсурсаў, але не мае прамысловага пацверджання. Гэта даследаванне колькасна вызначае эксплуатацыйныя перавагі гібрыдных працоўных працэсаў у параўнанні з традыцыйнымі субтрактыўнымі метадамі для рамонту высокакаштоўнага інструмента.

2 Метадалогія

2.1 Эксперыментальны дызайн

Пяць пашкоджаных штампаў са сталі H13 (памеры: 300×150×80 мм) прайшлі два рамонтныя працэдуры:

• Група А (аднімальная):
  - Выдаленне пашкоджанняў з дапамогай 5-восевага фрэзеравання (DMG MORI DMU 80)
  - Нанясенне прысадак для зваркі (GTAW)
  - Завяршыць апрацоўку ў адпаведнасці з арыгінальнай САПР

• Група B (гібрыд):
  - Мінімальнае выдаленне дэфектаў (глыбіня <1 мм)
  - Рамонт DED з выкарыстаннем Meltio M450 (дрот 316L)
  - Адаптыўная перапрацоўка на станках з ЧПУ (Siemens NX CAM)

2.2 Збор дадзеных

• Эфектыўнасць выкарыстання матэрыялаў: вымярэнні масы да/пасля рамонту (Mettler XS205)

• Адсочванне часу: маніторынг працэсаў з дапамогай датчыкаў Інтэрнэту рэчаў (ToolConnect)

• Механічныя выпрабаванні:
  - Картаграфаванне цвёрдасці (Buehler IndentaMet 1100)
  - Узоры на расцяжэнне (ASTM E8/E8M) з адрамантаваных зон

3 Вынікі і аналіз

3.1 Выкарыстанне рэсурсаў

Табліца 1: Параўнанне паказчыкаў працэсу рамонту

3.2 Механічная цэласнасць

Выстаўленыя ўзоры, адрамантаваныя гібрыдным спосабам:

• Пастаянная цвёрдасць (52–54 HRC у параўнанні з арыгінальнымі 53 HRC)

• Гранічная трываласць на расцяжэнне: 1890 МПа (±25 МПа) – 98,4% асноўнага матэрыялу

• Адсутнасць міжфазнага расслаення пры выпрабаваннях на стомленасць (10⁶ цыклаў пры 80% мяжы цякучасці)

Малюнак 1: Мікраструктура гібрыднага рамонтнага інтэрфейсу (SEM 500×)
Заўвага: Раўнавосевая структура зярнят на мяжы сплаўлення сведчыць аб эфектыўным кіраванні тэмпературай.

4 Абмеркаванне

4.1 Аперацыйныя наступствы

Скарачэнне часу на 28,9% абумоўлена выключэннем неабходнасці выдалення сыпкага матэрыялу. Гібрыдная апрацоўка мае перавагі для:

• Састарэлыя інструменты са знятымі з вытворчасці матэрыяламі на складзе

• Геаметрыі высокай складанасці (напрыклад, канформныя каналы астуджэння)

• Сцэнарыі рамонту з невялікім аб'ёмам

4.2 Тэхнічныя абмежаванні

Выяўленыя абмежаванні:

• Максімальны вугал нанясення: 45° ад гарызанталі (прадухіляе дэфекты звісання)

• Розніца таўшчыні пласта DED: ±0,12 мм, што патрабуе адаптыўных траекторый інструмента

• Пасляапрацоўчая апрацоўка HIP неабходная для інструментаў аэракасмічнага класа

5 Выснова

Гібрыдная ЧПУ-AM скарачае спажыванне рэсурсаў для рамонту інструмента на 23–42%, захоўваючы пры гэтым механічную эквівалентнасць субтрактыўным метадам. Рэкамендуецца ўкараненне для кампанентаў з умеранай геаметрычнай складанасцю, дзе эканомія матэрыялаў апраўдвае эксплуатацыйныя выдаткі на AM. Наступныя даследаванні аптымізуюць стратэгіі нанясення напластавання для загартаваных інструментальных сталей (>60 HRC).