Các trục gốm OD đảm bảo sự vừa vặn và hiệu suất. Tất cả các nhà sản xuất đều duy trì độ chính xác tuyệt đối trong sản xuất trục gốm, đặc biệt là đường kính ngoài (OD). Tuy nhiên, việc bảo trì không dễ dàng đo OD chính xác vì nhiều lý do, chẳng hạn như độ cứng, độ mài mòn của dụng cụ và sự giãn nở do nhiệt.
Hiểu về đường kính ngoài của trục gốm
Đường kính ngoài thể hiện phép đo bên ngoài của trục gốm và xác định khả năng tương thích của nó.
Bao gồm OD so với ID, OD biểu thị phép đo của đường viền trong khi ID biểu thị độ dày của lỗ khoan—hoặc thành ống.
Một thay đổi nhỏ trong OD có thể gây ra những sai sót lớn do ma sát, chẳng hạn như:
-
Thất bại
-
Sự kém hiệu quả
-
Chipping
-
Sự bất ổn quay
-
Phân phối tải
Ý nghĩa của độ chính xác
Tiêu biểu, dung sai đường kính ngoài ảnh hưởng đến hiệu suất vì chuyển động liền mạch ngăn ngừa nhiễm bẩn. Nó đảm bảo độ vừa vặn, độ bền và độ tin cậy của linh kiện, cho phép ứng dụng toàn diện.
Vai trò trong sản xuất linh kiện công nghiệp khác nhau
Hàng không vũ trụ:
Độ lệch đường kính ngoài (OD) lên đến ±2 micron có thể dẫn đến trục bị lệch trong ngành hàng không vũ trụ, gây ra hiện tượng mài mòn và rung động nhanh chóng. Dung sai đường kính ngoài chính xác đảm bảo hoạt động trơn tru, nhiệt độ thấp hơn và cân bằng chính xác ở tốc độ 20.000 vòng/phút!
Chất bán dẫn:
Những sai sót trong quá trình sản xuất wafer trong ngành công nghiệp bán dẫn là hậu quả thường gặp của sự khác biệt về dung sai đường kính ngoài (OD), ngay cả khi chỉ ±1 micron. Điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình in thạch bản.
Thuộc về y học:
Robot phẫu thuật không thể hoạt động hoàn hảo nếu dung sai đường kính ngoài (OD) không phù hợp. Chênh lệch ±2 micron sẽ ảnh hưởng đến chuyển động của robot và gây ra sai sót trong các ca phẫu thuật y khoa không xâm lấn hoặc ít xâm lấn.
Thách thức
Duy trì 9 Mohs, xem xét độ cứng của vật liệu, sốc nhiệt và sự xuống cấp của dụng cụ là những yếu tố chính Thách thức gia công OD vì chúng ảnh hưởng đến độ chính xác.
Do bề mặt mỏng manh nên khả năng xảy ra sai sót nhỏ là rất cao. Điều này đòi hỏi một cơ chế laser không tiếp xúc để loại bỏ sự phức tạp và sai sót.
Kỹ thuật đo lường tiên tiến cho độ chính xác OD
Hệ thống camera kép để đo OD nâng cao
Camera kép được sử dụng để đảm bảo độ chính xác cao hơn trong phép đo OD. Đây thực chất là những cơ chế quang học tinh vi. Camera HD có độ phân giải cao hơn để chụp ảnh hình dạng trục theo thời gian thực từ các vị trí và góc độ hoàn hảo.
Độ lệch nhỏ hơn 0,2 micron, bù cho dao động trục và độ méo của thấu kính theo thời gian thực.
Các ngành bán dẫn và hàng không vũ trụ chứng kiến ứng dụng rộng rãi của hệ thống camera kép để xác minh OD chính xác và độ đồng tâm chính xác ở tốc độ hơn 15.000 vòng/phút theo thời gian thực.
Hình ảnh sọc sáng nâng cao cho bề mặt gốm phản chiếu
Do bề mặt vật liệu gốm được đánh bóng, các thước đo laser thông thường không thể đảm bảo độ chính xác và tính nhất quán 100% do sự tán xạ của chùm tia laser. Do đó, công nghệ hình ảnh sọc sáng tăng cường (ELSI) được sử dụng.
Ánh sáng chiếu lên bề mặt được cấu trúc tốt và hợp lý hóa. Điều này làm giảm phản xạ và cải thiện khả năng phát hiện cạnh của 30% hơn so với các hệ thống và kỹ thuật truyền thống.
Đo lường không khí
Đây là một trong những kỹ thuật OD có độ chính xác cao Điều này rất cần thiết cho phép đo kích thước dưới micron trong gốm sứ, vốn rất giòn. Vì luồng khí không tiếp xúc với bề mặt, thường ở mức 100 đến 150 kPa, nên độ lệch kích thước có thể được đo chính xác trong phạm vi ±0,1 micron.
Toàn bộ cơ chế hoạt động dựa trên sự thay đổi áp suất ngược. Độ chính xác này khiến kỹ thuật này phù hợp nhất với các loại trục silicon carbide, zirconia, và các loại trục có độ tinh khiết cao và các thiết lập sạch.
Tự động hóa trong đo lường OD
AI và Tự động hóa cải thiện độ chính xác của OD như thế nào
Tự động hóa và AI đóng vai trò quan trọng trong việc đo đường kính ngoài (OD) trong sản xuất trục gốm. Công nghệ tiên tiến này đảm bảo tính nhất quán và độ chính xác cao hơn ở cấp độ dưới micron và nanomet.
Sức mạnh của AI:
Thông thường, các cơ chế thị giác máy tiên tiến được hỗ trợ bởi AI tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích độ lệch OD theo thời gian thực với sự trợ giúp của các thuật toán học sâu và học máy. Điều này đảm bảo độ chính xác của các số liệu gia công. Các nghiên cứu cho thấy các hệ thống tiên tiến như vậy được sử dụng trong ngành bán dẫn và hàng không vũ trụ giúp tăng năng suất với thời gian chu kỳ ngắn hơn và tốc độ đo lường nhanh hơn.
Sức mạnh của tự động hóa:
Việc sử dụng máy đo tọa độ tự động (CMM) cũng duy trì độ chính xác trong phép đo OD ở mức ±0,1 micron khi tích hợp với nhiều đầu dò cảm biến. Điều này giúp loại bỏ những thách thức do biến thiên nhiệt độ.
Lực mài được điều chỉnh, độ mài mòn của dụng cụ được giảm thiểu và độ chính xác trong dung sai OD được duy trì ngay cả trong các vật liệu zirconia và silicon carbide cực kỳ cứng với vòng phản hồi thời gian thực được điều khiển bởi AI.
Giảm thiểu sai sót của con người trong phép đo trục gốm
Tự động hóa loại bỏ nhu cầu can thiệp của con người, do đó giảm thiểu nguy cơ sai lệch dụng cụ, thao tác không đúng cách và thậm chí là lỗi do điều kiện môi trường. Các thước đo laser không tiếp xúc với bề mặt và được tự động hóa, quét trục liên tục với tốc độ 1.000 phép đo mỗi giây.
Vì các yếu tố ảnh hưởng này đã được loại bỏ, nên việc lặp lại ở 0,05 micron và trục robot căn chỉnh với các trục quay được cho phép để đảm bảo tính nhất quán. Do đó, khả năng biến dạng trong phép đo OD và số đọc được loại bỏ vì không có sai lệch góc.
Thông thường, AI và tự động hóa giúp giảm phế liệu hoặc lãng phí vật liệu xuống 25% và cải thiện độ tin cậy và tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm, vốn là những yếu tố cần thiết cho ngành y tế, hàng không vũ trụ và bán dẫn.
Chiến lược duy trì độ đồng tâm OD/ID
Tại sao sự không cân chỉnh OD/ID ảnh hưởng đến chức năng
Sự lệch đường kính ngoài/trong của trục gốm ảnh hưởng đến chức năng do ảnh hưởng đến độ đồng tâm. Điều này, đến lượt nó, lại ảnh hưởng đến việc phân bổ tải trọng hợp lý và sự cân bằng trong quá trình quay. Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và độ đồng nhất cơ học của linh kiện. Tóm lại, bất kỳ sai lệch nào vượt quá 2 đến 5 micron đều làm giảm độ tin cậy và hiệu suất.
Tại sao?
Những lý do chính là:
-
Độ rung cao hơn ở các ứng dụng trên 20.000 vòng/phút có thể gây mài mòn linh kiện và hỏng hóc sớm.
-
Dòng chảy chất lỏng không ổn định trong máy bơm và máy khắc có thể làm giảm hiệu quả và
-
Ứng suất cục bộ cao hơn làm tăng nguy cơ gãy xương lên tới 30% do tính dẻo của gốm ở tải trọng cao hơn.
Các phương pháp hay nhất để đạt được độ đồng tâm trong gốm sứ
Các nhà sản xuất thường tích hợp các kỹ thuật khác nhau để đảm bảo sự liên kết OD, độ bền và hiệu suất, chẳng hạn như:
-
Mài CNC tiên tiến với ổ trục thủy tĩnh để giảm độ lệch
-
CMM đa trục được điều khiển bởi AI để theo dõi độ đồng tâm tốt hơn, xác định độ lệch thời gian thực và tự động điều chỉnh các thông số khi cần.
-
Cơ cấu cố định thích ứng với bộ truyền động áp điện tiên tiến giúp thay đổi lực giữ một cách linh hoạt để ngăn ngừa biến dạng hoặc méo mó trục trong khi mài
-
Đầu dò đồng tâm laser không tiếp xúc giúp giảm lỗi kiểm tra và đảm bảo độ chính xác lên đến ±0,1 micron và
-
Gia công bằng phương pháp lạnh sâu để duy trì nhiệt độ của trục ở mức -150°C nhằm ngăn ngừa sự thay đổi do giãn nở vì nhiệt.
Đạt được dung sai chặt chẽ trong gia công gốm
Các vấn đề chung về dung sai trong gốm sứ
Biến động nhiệt gây mất ổn định rất phổ biến, gây ra những vấn đề đáng kể trong việc duy trì dung sai trong phạm vi ±1 micron. Ngoài ra, tình trạng mài mòn dụng cụ tràn lan và nguy cơ vi mạch cao cũng gây ra những vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là ở vật liệu gốm cứng do độ giòn quá mức.
Vật liệu và phương pháp gia công tốt nhất cho dung sai chặt chẽ
Trong khi các vật liệu tốt nhất bao gồm silicon nitride, zirconia và alumina do khả năng chống mài mòn và khả năng gia công tuyệt vời, thì các phương pháp gia công tốt nhất bao gồm:
-
Mài kim cương – Đảm bảo độ mịn cực cao và độ chính xác cao hơn lên đến ±0,5 micron.
-
Gia công siêu âm – Điều này giúp giảm nguy cơ xuất hiện các vết nứt nhỏ do áp suất dụng cụ thấp hơn.
-
Phương pháp cắt bằng tia laser giúp duy trì độ chính xác ở cấp độ dưới micron trong các hình học phức tạp.
-
Gia công nhiệt độ thấp – Giúp duy trì độ ổn định dung sai bằng cách hạn chế sự giãn nở vì nhiệt.
Hướng dẫn thực hành: Cách đo OD chính xác
-
Duy trì độ ổn định nhiệt ở mức ±0,2°C theo hệ số giãn nở nhiệt để có phép đo chính xác vì hệ số này là 3,2 × 10⁻⁶/K trong alumina chẳng hạn.
-
Sử dụng trục khí nén để vận hành không tiếp xúc và giảm nguy cơ biến dạng do ứng suất vi mô.
-
Tích hợp máy đo giao thoa laser để quét nhiều trục nhằm đảm bảo lập bản đồ bề mặt chính xác với độ chính xác ±0,05 micron.
-
Kết hợp hiệu chuẩn thời gian thực với AI và thuật toán học máy để xử lý tình trạng hao mòn dụng cụ và sự thay đổi của môi trường.
Các công cụ tốt nhất để đo OD chính xác là:
-
Máy đo laser dùng trong đo lường
-
Đo lường không khí và
-
Máy CMM có đầu dò cảm quang để xác minh 360°.
Trình diễn trực quan & Hướng dẫn bằng video
Đo đường kính trục - https://www.researchgate.net/figure/Shaft-diameter-measurement-model_fig1_338919063
Trục và các kích thước chính của nó - https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-the-shaft-and-its-main-sizes-a-cross-section-of-the-shaft-b-at_fig1_281371692
Đo lường lục giác – Đo lường | Lục giác
Video hướng dẫn
Đo lường OD CMM - https://www.youtube.com/watch?v=jhtBVfC6ZY8&ab_channel=TechGuru-SachinThakur
Kiểm tra trục có độ chính xác cao với công nghệ đo lường 3D - https://www.youtube.com/watch?v=7O8Mpr-CRnc&ab_channel=QualitasTechnologies%28AMachineVisionCompany%29
Máy kiểm tra trục cam không tiếp xúc - https://www.youtube.com/watch?v=hPBPFcn6HlM&ab_channel=RajashreeAutomation%26GaugingSystemsPvt.Ltd.
Liên hệ Sản phẩm của GGS Ceramic hôm nay để nhận báo giá nhanh cho trục gốm cải tiến, hiệu suất cao với dung sai OD vượt trội.
Câu hỏi thường gặp
H: Làm thế nào để đo chính xác đường kính ngoài của trục gốm?
A: Sử dụng hệ thống đo bằng không khí và micrômet laser để có độ chính xác cao hơn lên đến ±0,1 micron khi đo đường kính ngoài.
H: Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến phép đo OD của vật liệu gốm?
A: Sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể khiến vật liệu gốm giãn nở, gây ra sai số trong phép đo.
H: Những khuyết tật phổ biến nào ảnh hưởng đến độ chính xác OD của trục gốm?
A: Sự mài mòn, vi mạch, giãn nở vì nhiệt và sai lệch là những lý do phổ biến nhất gây ra sai số đo lường về độ chính xác OD.
Phần kết luận
Các nhà sản xuất ngày nay nên biết làm thế nào để đạt được dung sai OD chặt chẽ và đạt được độ chính xác trong phép đo OD cho trục ở mức dưới micron để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao hơn trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Việc triển khai các công cụ hỗ trợ AI và công nghệ laser tiên tiến để thúc đẩy các phép đo không tiếp xúc là phương pháp tốt nhất để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất cao hơn trong các ứng dụng công nghệ cao.