CNC-AM Trừ vs. CNC-AM Lai cho Sửa chữa Dụng cụ

Bởi PFT, Thâm Quyến

Việc duy trì hoạt động trơn tru của dây chuyền sản xuất vào năm 2025 đòi hỏi phải tối đa hóa tuổi thọ của các dụng cụ quan trọng, chi phí cao. Dụng cụ cắt không thể tránh khỏi việc bị mài mòn, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm, tăng tỷ lệ phế phẩm và thời gian ngừng hoạt động tốn kém để thay thế. Trong khi gia công CNC trừ truyền thống từ lâu đã là tiêu chuẩn để sửa chữa và cải tạo dụng cụ, sự xuất hiện của các hệ thống Gia công lai CNC-Gia công bồi đắp (AM) tích hợp mang đến một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn. Các hệ thống lai kết hợp phay/tiện truyền thống với các quy trình AM lắng đọng năng lượng định hướng (DED) như lớp phủ laser hoặc gia công bồi đắp hồ quang dây (WAAM), tất cả đều trong một nền tảng máy duy nhất.

2 Phương pháp

• Sửa chữa CNC trừ:Các khu vực bị mòn được gia công bằng trung tâm gia công 5 trục để khôi phục hình dạng ban đầu. Đường chạy dao được tạo ra từ các mô hình CAD của dụng cụ nguyên bản.
• Sửa chữa lai CNC-AM:Các khu vực bị mòn trước tiên được chuẩn bị thông qua gia công nhẹ. Sau đó, vật liệu bị thiếu được xây dựng lại bằng DED dựa trên laser (cấp bột) trên máy CNC-AM lai chuyên dụng (ví dụ: DMG MORI LASERTEC, Mazak INTEGREX i-AM). Bột hợp kim thép dụng cụ phù hợp đã được lắng đọng. Cuối cùng, vật liệu lắng đọng được gia công hoàn thiện theo hình dạng cuối cùng chính xác trong cùng một thiết lập. Các thông số lắng đọng (công suất laser, tốc độ nạp, độ chồng lấn) đã được tối ưu hóa để giảm thiểu lượng nhiệt đầu vào và pha loãng.
• Hình học:Hình học trước và sau khi sửa chữa được quét bằng máy đo tọa độ (CMM) quang học có độ chính xác cao. Độ chính xác về kích thước được định lượng so với các mô hình CAD.
• Tính toàn vẹn bề mặt:Độ nhám bề mặt (Ra, Rz) được đo vuông góc với hướng cắt bằng máy đo biên dạng tiếp xúc. Hồ sơ độ cứng vi mô (HV0.3) được thực hiện trên các vùng sửa chữa và vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
• Tính chất vật liệu:Mặt cắt ngang của các khu vực được sửa chữa đã được chuẩn bị, ăn mòn và kiểm tra dưới kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử quét (SEM) để đánh giá cấu trúc vi mô, độ xốp và tính toàn vẹn của liên kết.
• Thời gian xử lý:Tổng thời gian máy cho mỗi quy trình sửa chữa (thiết lập, gia công, lắng đọng cho lai, hoàn thiện) đã được ghi lại.
• Dữ liệu tham chiếu:Kết quả được so sánh với các tiêu chuẩn hiệu suất dụng cụ đã được công bố và các tiêu chuẩn sửa chữa đã được thiết lập.

3.1 Độ chính xác về kích thước và phục hồi hình học

• 3.2 Tính chất vật liệu và cấu trúc vi mô
• 3.3 Hiệu quả quy trình

​4 Thảo luận

Nghiên cứu so sánh này chứng minh rằng Gia công lai CNC-Gia công bồi đắp mang đến một giải pháp thay thế mạnh mẽ và thường vượt trội so với gia công CNC trừ truyền thống để sửa chữa các dụng cụ cắt có giá trị cao, đặc biệt là những dụng cụ có hình dạng phức tạp hoặc hư hỏng cục bộ đáng kể. Các phát hiện chính cho thấy CNC-AM lai:

• Tính ưu việt về độ phức tạp:Ưu điểm đáng kể của CNC-AM lai nằm ở việc sửa chữa các dụng cụ có hình dạng phức tạp hoặc hư hỏng cục bộ nghiêm trọng (mẻ, cạnh bị gãy). Khả năng bồi đắp cho phép phục hồi có mục tiêu mà không ảnh hưởng đến thân dụng cụ chính, bảo tồn nhiều vật liệu và hình dạng ban đầu đắt tiền hơn – điều mà các phương pháp trừ không thể đạt được nếu không có thiết kế lại cơ bản.
• Hiệu suất vật liệu:Việc lắng đọng thành công các hợp kim cấp dụng cụ với độ cứng phù hợp và cấu trúc vi mô tốt xác nhận tính khả thi về mặt kỹ thuật của việc sửa chữa lai. Lượng nhiệt đầu vào được kiểm soát đã giảm thiểu các tác động bất lợi đến vật liệu nền.
• Sự đánh đổi thời gian xử lý:Trong khi các phương pháp trừ nhanh hơn đối với hao mòn đơn giản, thì phương pháp lai trở nên cạnh tranh hoặc nhanh hơn đối với các sửa chữa phức tạp. Giá trị nằm không chỉ ở thời gian, mà còn ở việc cứu vớt các dụng cụ mà nếu không thì có thể bị loại bỏ bằng các phương pháp chỉ trừ.
• Hạn chế:Nghiên cứu này tập trung vào tính khả thi về mặt kỹ thuật và các thuộc tính ban đầu. Dữ liệu hiệu suất dài hạn trong điều kiện cắt thực tế, bao gồm khả năng chống mài mòn và tuổi thọ mỏi so với các dụng cụ mới và sửa chữa trừ, là điều cần thiết. Chi phí vốn ban đầu của thiết bị CNC-AM lai cũng cao hơn đáng kể so với máy CNC tiêu chuẩn. Chi phí vật liệu dạng bột là một yếu tố, mặc dù thường được bù đắp bằng việc tiết kiệm vật liệu trên chính dụng cụ.
• Ý nghĩa thực tế:Đối với các nhà sản xuất đang xử lý một lượng lớn dụng cụ phức tạp, có giá trị cao, việc đầu tư vào khả năng sửa chữa CNC-AM lai sẽ mang đến một trường hợp hấp dẫn để giảm chi phí thay thế và hàng tồn kho dụng cụ. Nó cho phép phục hồi thực sự, không chỉ gia công lại. Đối với các dụng cụ đơn giản hơn hoặc hao mòn ít phức tạp hơn, các phương pháp trừ vẫn hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

Trong khi CNC trừ vẫn hiệu quả đối với các kiểu mài mòn đơn giản hơn, thì CNC-AM lai mở ra giá trị đáng kể cho các ứng dụng sửa chữa dụng cụ phức tạp. Khuyến nghị là các nhà sản xuất nên đánh giá danh mục dụng cụ và các chế độ hỏng hóc cụ thể của họ. Việc triển khai nên tập trung vào các dụng cụ có giá trị cao với hình dạng phức tạp, nơi chi phí thay thế cao.Nghiên cứu sâu hơn nên ưu tiên xác nhận hiệu suất dài hạn trong môi trường vận hành và phân tích chi phí-lợi ích chi tiết kết hợp việc kéo dài tuổi thọ dụng cụ.