วิธีควบคุมการเสียรูปทุติยภูมิที่เกิดจากการปล่อยความเค้นตกค้างอย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการตัดเฉือนที่แม่นยำของการหล่อไฮดรอลิก

การหล่อแบบไฮดรอลิก เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบควบคุมของไหลที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งต้องการระดับความแม่นยำในกระบวนการกัด การคว้าน และการขัดผิวในระดับที่ต้องการ ในระหว่างการดำเนินการเหล่านี้ ความเค้นตกค้างโดยธรรมชาติภายในการหล่อจะถูกกระจายใหม่และปล่อยออกมาเมื่อวัสดุถูกเอาออก ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการเสียรูปทุติยภูมิ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำของตำแหน่ง พิกัดความเผื่อทางเรขาคณิต และประสิทธิภาพการปิดผนึกขั้นสูงสุดของทางเดินน้ำมันภายในและรูวาล์ว การควบคุมการเสียรูปนี้เป็นหนึ่งในความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดในการผลิตชิ้นส่วนไฮดรอลิก

การวิเคราะห์แหล่งที่มาของความเค้นตกค้างในการหล่อ

การทำความเข้าใจว่าความเค้นตกค้างเกิดขึ้นได้อย่างไรเป็นขั้นตอนหลักในการควบคุมการเสียรูปทุติยภูมิ ความเค้นตกค้างในการหล่อแบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่มาจากสามขั้นตอน:

1. การแข็งตัวของการหล่อ: อัตราการเย็นตัวที่ไม่สอดคล้องกันระหว่างหน้าตัดที่หนาและบาง ส่งผลให้อัตราการหดตัวและเวลาในการเปลี่ยนเฟสแตกต่างกันไปในพื้นที่ต่างๆ ความเค้นจากความร้อนส่วนต่างนี้เป็นแหล่งที่มาหลักของความเค้นตกค้าง

2. การยับยั้งแกนกลางและแม่พิมพ์: ทางเดินน้ำมันภายในที่ซับซ้อนมักจำเป็นต้องมีโครงสร้างแกนกลางที่ซับซ้อน การยึดเหนี่ยวที่เข้มงวดซึ่งกระทำโดยแกนกลางบนโลหะในขณะที่แข็งตัวจะขัดขวางการหดตัวอย่างอิสระของการหล่อ ทำให้เกิดระบบที่สมดุลในตัวเองของแรงดึงและแรงอัดภายในส่วนประกอบ

3. หลังการประมวลผล: การดำเนินการ เช่น การเขย่า การกำจัดทราย การบดที่ไม่เพียงพอ และการให้ความร้อนที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้เกิดความเครียดเพิ่มเติมในโครงสร้างการหล่อได้

การบำบัดล่วงหน้า: กุญแจสำคัญในการขจัดหรือรักษาความเครียดที่ตกค้าง

ก่อนเริ่มการตัดเฉือนที่แม่นยำใดๆ จำเป็นต้องเพิ่มการขจัดหรือรักษาเสถียรภาพของความเค้นตกค้างภายในให้ได้สูงสุดด้วยวิธีต่างๆ เช่น การอบชุบด้วยความร้อนหรือการบ่มตามธรรมชาติ

1. การหลอมบรรเทาความเครียด

การหลอมบรรเทาความเครียดเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและใช้กันอย่างแพร่หลายในการบรรเทาความเครียดที่ตกค้างจากการหล่อ

• กลไกการออกฤทธิ์: ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นนี้ ความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุจะลดลงอย่างมาก และการแพร่กระจายของอะตอมจะเร่งขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้ความเครียดภายในผ่อนคลายผ่านการเสียรูปพลาสติกด้วยกล้องจุลทรรศน์

• อัตราการทำความเย็น: ต้องบังคับใช้กระบวนการทำความเย็นของเตาเผาที่มีการควบคุมและช้ามาก การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วสามารถทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนใหม่ได้ ซึ่งลดลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งลบล้างผลการบรรเทาความเครียดได้

2. การแก่ชราตามธรรมชาติและแรงสั่นสะเทือน

• การแก่ตามธรรมชาติ: คือการเก็บรักษาการหล่อที่อุณหภูมิห้องเป็นระยะเวลานาน (หลายเดือนหรือหนึ่งปี) วิธีการนี้อาศัยความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์และการคืบคลานของวัสดุเพื่อค่อยๆ คลายความเครียด แม้ว่าผลลัพธ์จะคงที่ แต่ระยะเวลาก็ไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่

• การผ่อนคลายความเครียดแบบสั่นสะเทือน (VSR): เทคนิคที่ใช้พลังงานการสั่นสะเทือนเพื่อช่วยในการผ่อนคลายความเครียด การหล่อต้องสั่นสะเทือนด้วยความถี่และพลังงานจำเพาะ ความเค้นภายในจึงช่วยให้เกิดสภาวะสมดุลใหม่ วิธีนี้มีประสิทธิภาพแต่ต้องมีการจับคู่พารามิเตอร์การสั่นสะเทือนกับรูปทรงของการหล่ออย่างแม่นยำ

กลยุทธ์การควบคุมความเค้นระหว่างการตัดเฉือนที่แม่นยำ

แม้หลังจากการรักษาล่วงหน้าแล้ว ความเครียดที่หลงเหลืออยู่บางส่วนก็อาจยังคงอยู่ ต้องใช้กลยุทธ์เฉพาะระหว่างการตัดเพื่อควบคุมการปลดปล่อยความเครียด

1. การแบ่งส่วนการกลึงหยาบและการเก็บผิวละเอียด

• การตัดเฉือนแบบเป็นขั้นตอน: แบ่งกระบวนการออกเป็นขั้นตอนการตัดเฉือนหยาบและขั้นสุดท้ายอย่างเคร่งครัด เป้าหมายหลักของการตัดเฉือนหยาบคือการขจัดค่าเผื่อวัสดุส่วนใหญ่ออกอย่างรวดเร็ว เผยให้เห็นและปล่อยให้ความเครียดภายในบางส่วนระบายออก

• การบรรเทาความเครียดระดับกลาง: สำหรับการหล่อแบบไฮดรอลิกที่สำคัญซึ่งมีข้อกำหนดการเปลี่ยนรูปที่เข้มงวดมาก เช่น ตัววาล์วแบบหลายขั้นตอน สามารถแทรกการอบอ่อนบรรเทาความเครียดระดับกลางที่อุณหภูมิต่ำได้หลังจากการกลึงหยาบทำให้เอาสต็อก 80% ออก ซึ่งจะทำให้สนามความเค้นมีความสมดุลสูงสุดก่อนเริ่มการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย

2. การตัดแบบสมมาตรและการกำจัดเลเยอร์

• การตัดแบบสมมาตร: ใช้เส้นทางการตัดแบบสมมาตรหรือสมดุลทุกครั้งที่เป็นไปได้ หลีกเลี่ยงการเอาวัสดุออกมากเกินไปหรือเฉพาะที่ด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งจะรบกวนสมดุลของความเค้นอย่างมาก และอาจทำให้การหล่องอหรือบิดงอได้

• ความลึกน้อย หลายรอบ: ในระหว่างขั้นตอนการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย ให้ใช้ระยะกินลึกและอัตราการป้อนเล็กน้อย เพื่อขจัดวัสดุที่เหลืออยู่ในหลายรอบ สิ่งนี้จะช่วยให้ความเค้นตกค้างระบายออกได้นุ่มนวลขึ้นและเพิ่มขึ้นน้อยลง ป้องกันการกระโดดออกของมิติอย่างกะทันหันที่เกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยความเครียดอย่างกะทันหัน

3. การออกแบบฟิกซ์เจอร์และการควบคุมการหนีบ

• ฟิกซ์เจอร์ที่ยืดหยุ่น: การออกแบบฟิกซ์เจอร์ต้องเป็นไปตามหลักการของการเสียรูปขั้นต่ำ ใช้ฟิกซ์เจอร์ที่ยืดหยุ่นพร้อมส่วนรองรับหลายจุดและพื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดแรงกดจากการจับยึดบนงานหล่อ

• การตรวจสอบแรงจับยึด: แรงจับยึดสำหรับส่วนประกอบไฮดรอลิกที่มีความแม่นยำจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำโดยใช้ประแจแรงบิดหรือเซ็นเซอร์แรง เพื่อให้แน่ใจว่าแรงจับยึดเพียงพอที่จะยึดชิ้นงาน แต่ไม่แข็งแรงพอที่จะทำให้เกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นใหม่

เทคนิคการวัดการเสียรูปและการชดเชย

ตลอดกระบวนการตัดเฉือน อุปกรณ์ตรวจวัดที่มีความแม่นยำสูงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตรวจสอบการเสียรูปแบบเรียลไทม์หรือเป็นระยะๆ

• เครื่องมือวัด: เครื่องมือที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เครื่องวัดพิกัด (CMM) เครื่องสแกนเลเซอร์ และไดอัลเกจที่มีความแม่นยำสูง สิ่งเหล่านี้ใช้เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงของเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตอย่างแม่นยำ เช่น ตำแหน่งการเจาะที่สำคัญ ความเรียบ และความขนาน

• ข้อมูลตอบกลับ: หากตรวจพบการเสียรูปเกินเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ระบุ ข้อมูลจะต้องถูกป้อนกลับไปยังเครื่องมือกลหรือวิศวกรกระบวนการทันที เพื่อดำเนินการชดเชยแบบไดนามิก หรือการปรับพารามิเตอร์การตัดที่ตามมา (เช่น ทางเดินของเครื่องมือ ความลึกของการตัด) สิ่งนี้จะสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดที่รับประกันความเสถียรในการผลิตเป็นชุด