Umacnianie powierzchni – shot peening – w procesie obróbki strumieniowo-ściernej
Gdzie stosuje się umacniającą obróbkę strumieniowo-ścierną (w języku angielskim „shot peening”)?
Umacniająca obróbka strumieniowo-ścierna jest stosowana głównie w przypadku części w przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz w sektorze motoryzacyjnym. Należą do nich np. sprężyny, wały napędowe, wały korbowe, koła zębate, korbowody, części układu kierowniczego i przekładni, łopatki turbin itd. Środek ten pozwala zmniejszyć wagę elementu konstrukcyjnego przy takiej samej obciążalności mechanicznej. Wynikają z tego między innymi zalety wagowe, które prowadzą do oszczędności zużycia paliwa.
Sprężyny śrubowe po procesie shot peening.
Co dzieje się z powierzchnią podczas shot peening?
W strefie krawędziowej elementu, tzn. w warstwie wierzchniej materiału, wprowadzane są wewnętrzne naprężenia ściskające wskutek odkształcenia plastycznego. W tym procesie umacniania na zimno zwiększana jest np. żywotność elementów pod kątem wytrzymałości zmęczeniowej. Ponadto w częściach poddawanych silnym naprężeniom naprzemiennym można zaobserwować większą odporność na pękanie naprężeniowe i korozję pęknięć wibracyjnych.
Czym różni się shot peening od stress peening?
W przypadku zastosowania umacniającej obróbki strumieniowo-ściernej pod naprężeniem wstępnym osiąga się dodatkową poprawę uzyskanych wartości naprężeń wewnętrznych. Efekt ten nazywa się z angielskiego „stress peening”.
Zostało to naukowo udowodnione, że pęknięcia, np. wskutek zmęczenia korozyjnego, nigdy nie powstaje w warstwie z wewnętrznym naprężeniem ściskającym. Proces obróbki strumieniowo-ściernej zwiększa odporność na korozję oraz powierzchnię obrabianych przedmiotów. Jest to ważne np. przy klejeniu elementów
Sprężyny płytkowe w przyrządzie napinającym po procesie stress peening.
Na co należy zwrócić uwagę podczas stress peening?
Istnieje ryzyko, że nieprawidłowe sterowanie procesem (np. zbyt wysokie ciśnienie, zbyt mała odległość od przedmiotu obrabianego do wirnika rzutowego) może spowodować osłabienie danego elementu. Możliwą konsekwencją tego jest skrócenie i/lub zmniejszenie wytrzymałości zmęczeniowej i wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie przy obciążeniu przemiennym obrabianego przedmiotu.
Aby temu przeciwdziałać, od czasu rozwoju shot peeningu (ok. 1935 r.) zostały wprowadzone różne mechanizmy testowe, takie jak np. pomiar intensywnościAlmena, kontrola stopnia pokrycia lub peenscan (jasny świetlisty kolor, który staje się widoczny w świetle ultrafioletowym) które sprawdziły się, gdy są właściwie stosowane.
W przypadku obróbki strumieniowo-ściernej przez kulowanie ważna jest niezawodna kontrola procesu w celu utrzymania pozytywnych właściwości wewnętrznych naprężeń ściskających i odtwarzalnych jakości. W przypadku pomiaru intensywności Almena, obecnej metodzie kontrolowania procesu obróbki strumieniowo-ściernej, niewielka płytka wykonana z hartowanej stali (próbka Almena) jest „bombardowana” ścierniwem. Z ugięcia tej płytki można wyciągać wnioski dotyczące procesu obróbki strumieniowo-ściernej.
Stress peening sprężyn płytkowych
Z przyjemnością udzielimy porad dotyczących szczegółów procesu i odpowiedniej technologii systemu.