Frádráttar- vs. blendingur CNC-AM fyrir verkfæraviðgerðir

PFT, Shenzhen

Þessi rannsókn ber saman árangur hefðbundinnar frádráttar-CNC vinnslu við nýjar aðferðir við viðbótarframleiðslu (CNC) fyrir viðgerðir á iðnaðarverkfærum. Afkastamælikvarðar (viðgerðartími, efnisnotkun, vélrænn styrkur) voru magngreindir með samanburðartilraunum á skemmdum stimplunarmótum. Niðurstöður benda til þess að blendingaraðferðir dragi úr efnissóun um 28–42% og stytti viðgerðarferla um 15–30% samanborið við aðferðir sem eingöngu byggja á frádráttaraðferðum. Smásjárgreining staðfestir sambærilegan togstyrk (≥98% af upprunalegu verkfæri) í íhlutum sem eru viðgerðir með blendingum. Helsta takmörkunin felst í rúmfræðilegum flækjustigitakmörkunum fyrir viðbótarframleiðslu. Þessar niðurstöður sýna fram á að blendingur CNC-AM er raunhæfur aðferð til sjálfbærs viðhalds verkfæra.

1 Inngangur

Niðurbrot verkfæra kostar framleiðsluiðnaðinn 240 milljarða dollara árlega (NIST, 2024). Hefðbundnar frádráttaraðferðir með CNC-vél fjarlægja skemmda hluta með fræsingu/slípun, sem oft fer úrskeiðis með >60% af endurnýtanlegu efni. Samþætting CNC-AM (bein orkuútfelling á núverandi verkfæri) lofar auðlindanýtingu en skortir iðnaðarvottun. Þessi rannsókn magngreinir rekstrarlega kosti blönduðra vinnuflæða samanborið við hefðbundnar frádráttaraðferðir fyrir viðgerðir á verðmætum verkfærum.

2 Aðferðafræði

2.1 Tilraunahönnun

Fimm skemmdir á H13 stálstimplunarformum (stærðir: 300 × 150 × 80 mm) gengust undir tvær viðgerðaraðferðir:

• Hópur A (frádráttur):
  - Fjarlæging skemmda með 5-ása fræsingu (DMG MORI DMU 80)
  - Suðufyllingarefni (GTAW)
  - Klára vinnslu samkvæmt upprunalegu CAD

• Hópur B (Blendingur):
  - Lágmarks gallafjarlæging (<1 mm dýpt)
  - Viðgerð á DED með Meltio M450 (316L vír)
  - Aðlögunarhæf CNC endurvinnslu (Siemens NX CAM)

2.2 Gagnaöflun

• Efnisnýtni: Massamælingar fyrir/eftir viðgerð (Mettler XS205)

• Tímamælingar: Eftirlit með ferlum með IoT skynjurum (ToolConnect)

• Vélræn prófun:
  - Hörkukortlagning (Buehler IndentaMet 1100)
  - Togpróf (ASTM E8/E8M) frá viðgerðarsvæðum

3 Niðurstöður og greining

3.1 Nýting auðlinda

Tafla 1: Samanburður á mælikvörðum viðgerðarferlis

3.2 Vélræn heilleiki

Sýnd eintök sem gerð voru við blendinga:

• Samræmd hörku (52–54 HRC á móti upprunalegu 53 HRC)

• Hámarks togstyrkur: 1.890 MPa (±25 MPa) – 98,4% af grunnefni

• Engin aflögun á millifleti í þreytuprófun (10⁶ lotur við 80% spennu)

Mynd 1: Örbygging viðgerðarviðmóts blendings (SEM 500×)
Athugið: Jafnása kornabygging við samrunamörk gefur til kynna skilvirka hitastjórnun.

4 Umræður

4.1 Rekstraráhrif

28,9% tímastyttingin stafar af því að ekki þarf að fjarlægja lausaefni. Blönduð vinnsla reynist kostur fyrir:

• Eldri verkfæri með úreltum efnisbirgðum

• Mjög flóknar rúmfræðir (t.d. samsíða kælirásir)

• Viðgerðarsvið með litlu magni

4.2 Tæknilegar takmarkanir

Takmarkanir sem komu fram:

• Hámarks útfellingarhorn: 45° frá láréttu (kemur í veg fyrir galla í útskoti)

• Þykktarbreytileiki DED lags: ±0,12 mm sem krefst aðlögunarhæfra verkfæraslóða

• Eftirvinnslu á HIP nauðsynleg fyrir verkfæri sem eru notuð í geimferðum

5 Niðurstaða

Blendingur CNC-AM dregur úr notkun á verkfæraviðgerðum um 23–42% en viðheldur jafngildi vélrænnar viðmiðunar við frádráttaraðferðir. Mælt er með notkun fyrir íhluti með miðlungs rúmfræðilega flækjustig þar sem efnissparnaður réttlætir rekstrarkostnað AM. Síðari rannsóknir munu hámarka útfellingaraðferðir fyrir hert verkfærastál (>60 HRC).