• Reklama
    A1 - kabe

Szukaj

    Reklama
    B1 - IGP 2024 Julian

    Antykorozja

    Wydanie nr: 2(106)/2017

    Artykuły branżowe

    Antykorozja

    ponad rok temu  20.04.2017, ~ Administrator,   Czas czytania 6 minut

    Proces kulowania znacznie poprawia kształt ziarna na powierzchni, utrudniając początek pęknięć (z lewej strony).

    Proces kulowania znacznie poprawia kształt ziarna na powierzchni, utrudniając początek pęknięć (z lewej strony).

    Strona 1 z 3

    Dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna powierzchni powiększająca właściwości użytkowe obrabianych części

    Dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna (Shot Peening), zwana potocznie kulowaniem, jest jednym z procesów obróbki plastycznej powierzchni, obok młotkowania (kucia), zgniotu, walcowania i tłoczenia kształtującego powierzchnię. Podczas obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni następuje plastyczne odkształcanie powierzchni, ale o bardzo ograniczonym zakresie, a co za tym idzie, wzrasta wytrzymałość na zginanie zaledwie do 100 MPa. 

    Dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna jest realizowana przy pomocy oczyszczarek pneumatycznych i wirnikowych. Proces kulowania charakteryzowany jest zespołem takich czynników technologicznych, jak rodzaj i granulacja, tj. średnica śrutu, intensywność dynamicznej obróbki powierzchniowej, która jest określana za pomocą wielkości ugięcia płytek kontrolnych Almena, oraz wielkością pokrycia powierzchni przez ślady uderzeń śrutu w powierzchnię obrabianą w %, poprzez obserwację powierzchni utwardzanej za pomocą lupy o powiększeniu 30-krotnym. 

    Optymalizacja procesu następuje poprzez sterowanie:

    urządzeń wirnikowych:

    • liczbą obrotów i średnicą wirnika rzucającego śrut oraz liczbą wirników oczyszczarki wirnikowej,
    • odległością wirnika od obrabianej powierzchni, 
    • prędkością przesuwania strumienia ścierniwa po powierzchni obrabianej, 
    • kątem nachylenia wirnika rzucającego śrut do powierzchni,
    • czasem trwania procesu obróbki,

    urządzeń pneumatycznych:

    • ciśnieniem sprężonego powietrza w urządzeniach pneumatycznych oraz liczbą i średnicą dysz, 
    • prędkością przesuwania strumienia ścierniwa po powierzchni obrabianej,
    • odległością dyszy od obrabianej powierzchni,
    • kątem padania strumienia ścierniwa na powierzchnię kulowaną,
    • czasem trwania procesu obróbki*.

    Dynamicznej obróbce poddaje się części maszyn ze stali o dowolnym stanie obróbki cieplnej, ze staliwa i żeliwa nieobrobionego cieplnie, ze stopów miedzi, aluminium, tytanu i innych metali [1].
    Przed kulowaniem zaleca się przeprowadzenie analizy kształtu lub badań zmęczeniowych części maszyn w celu umiejscowienia miejsc krytycznych, które w procesie kulowania powinny być szczególnie uwzględniane, np. karby.

    Dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna na zimno jest procesem, w którym powierzchnia obrabianej części jest bombardowana małymi kulistymi cząstkami. Każda z ich oddziałuje na powierzchnię jak uderzenia małego młoteczka powodującego jej wgłębienie. Podczas tej operacji następuje wokół utworzonego dołka plastyczne odkształcenie z jednoczesnym rozciąganiem powierzchni, jak pokazano na rysunku 1 i 2. Zmienne wpływające na średnicę wcięcia są w pierwszym rzędzie zależne od średnicy i prędkości śrutu, a mniej od gęstości i twardości. 
    W wyniku uderzenia śrutu w powierzchnię metalu następuje zniwelowanie naprężeń rozciągających w materiale, podwyższenie twardości powierzchniowej oraz zasklepienie pęknięć powierzchniowych sprzyjających powstawaniu korozji wżerowej. Naprężenia ściskające zwiększają w ten sposób odporność detalu na awarie, zapobiegają korozji zmęczeniowej, kruchości wodorowej wspomagającej pękanie i erozję kawitacyjną. W wyniku powiększania się kąta pochylenia strumienia cząstek śrutu podczas obróbki dynamicznej powierzchni od 1° do 90° wzrasta intensywność, a co za tym idzie, efektywność kulowania.
    Kulowanie zostało wynalezione niezależnie w Niemczech i Stanach Zjednoczonych w 1929 roku. Pierwsze komercyjne wdrożenie miało miejsce w USA w zastosowaniu do sprężyn zaworowych dla motoryzacji. 
    Istnieją i inne techniki, które wywołują naprężenia ściskające w warstwie wierzchniej, takie jak nagniatanie, nagniatanie poślizgowe, kucie, utwardzanie laserowe i ultradźwiękowe. Metody te tworzą głębiej zalegające naprężenia ściskające w warstwie wierzchniej zwiększające żywotność komponentów. 
    Powierzchniowe obróbki mechaniczne stosują też czasem proces podobny do śrutowania, lecz z większą energią kinetyczną, zwany twardym kulowaniem (Hard Shot Peening), tworząc nano-krystaliczną warstwę na powierzchni metalu. 
    Technologia kulowania może być stosowana po cieplnych i chemicznych procesach powierzchniowych, takich jak: nawęglanie i kulowanie, azotowanie i kulowanie, hartowanie indukcyjne i kulowanie, kulowanie przed i po nałożeniu powłoki galwanicznej. 

    GALERIA ZDJĘĆ

    Rysunki 1 i 2. Ilustracja naprężeń warstwy wierzchniej w wyniku uderzenia ziarna śrutu: – średnica wgłębienia, – głębokość wgłębienia, – kąt kontaktu z wgłębieniem, – zasięg oddziaływania.
    Zdjęcie 1 i 2. Jak widać w tym bardzo powiększonym przekroju części metalowej, proces kulowania znacznie poprawia kształt ziarna na powierzchni, utrudniając początek pęknięć (z lewej strony).
    Wykres 1. Porównanie granicy wytrzymałości zmęczeniowej kulowanych i niekulowanych próbek gładkich i z karbem w funkcji maksymalnej wytrzymałości stali na rozciąganie.
    Tabela 1. Zalecane wielkości śrutu, prędkości ziaren śrutu i odległości wirnika lub dyszy od części kulowanej.
    Tabela 2. Szkodliwe i pozytywne wpływy operacji technologicznych na zmęczenie części.
    Tabela 3. Zalecane rodzaje i granulacja śrutów do kulowania.
    Tabela 4. Wybór ścierniw do kulowania wg norm ASM.
    Zdjęcie 3. Śruty cylindryczne: CW CCW lub G1 DCCW lub G2 SCCW lub G3.

    Komentarze (1)

    dodaj komentarz
    Aby dodać komentarz musisz podać wynik