WikiDer > Дробеструйная обработка

Shot peening
Здание Hearst Mining слева облицовано камнем, а пристройка справа покрыта дробеструйным алюминиевым сплавом.

Дробеструйная обработка это холодная обработка процесс, используемый для производства сжимающий остаточный стресс слой и изменить механические свойства металлы и композиты. Это влечет за собой нанесение ударов по поверхности дробью (круглые металлические, стеклянные или керамические частицы) с силой, достаточной для создания Пластическая деформация.[1][2]

При механической обработке дробеструйное упрочнение используется для усиления и снятия напряжений в таких компонентах, как стальная автомобильная коленчатые валы и шатуны. В архитектуре он обеспечивает приглушенную отделку металла.

Дробеструйная обработка аналогична пескоструйная обработка, за исключением того, что действует по механизму пластичность скорее, чем истирание: каждая частица функционирует как шаровой молоток. На практике это означает, что в процессе удаляется меньше материала и образуется меньше пыли.

подробности

Упрочнение Поверхность пластически растекается, вызывая изменения механических свойств поверхности. Основное его применение - предотвращение распространения микротрещин на поверхности. Такие трещины не распространяются в материале, находящемся под напряжением сжатия; Дробеструйная обработка может создать такое напряжение на поверхности.[3]

Дробеструйное упрочнение часто требуется при ремонте самолетов для снятия растягивающих напряжений, возникающих в процессе шлифования, и их замены полезными сжимающими напряжениями. В зависимости от геометрии детали, материала детали, материала дроби, качества выстрела, интенсивности выстрела и покрытия выстрела упрочнение может увеличить усталостную долговечность до 1000%.[4][2]

Пластическая деформация вызывает остаточное сжимающее напряжение на упрочненной поверхности наряду с растягивающим напряжением внутри. Поверхностные сжимающие напряжения придают металлу сопротивление усталость и некоторым формам стресса коррозия.[1] Растягивающие напряжения в глубине детали не столь проблематичны, как растягивающие напряжения на поверхности, поскольку трещины с меньшей вероятностью начнутся внутри.

Интенсивность является ключевым параметром процесса дробеструйной обработки. После некоторого развития процесса потребовался аналог для измерения эффектов дробеструйной обработки. Джон Алмен заметил, что при дробеструйной обработке открытая сторона листового металла начинает изгибаться и растягиваться. Он создал Алмен полосы для измерения сжимающих напряжений в полосе, создаваемых дробеструйной обработкой. Можно получить то, что называется «интенсивностью взрывного потока», измеряя деформацию полосы Алмена, которая находится в процессе дробеструйной обработки.[1] Когда полоса достигает 10% -ной деформации, по ней ударяют с той же интенсивностью в течение вдвое большего времени. Если полоса деформируется еще на 10%, то получается интенсивность взрывного потока.

Еще одна операция для измерения интенсивности процесса дробеструйной обработки - это использование Almen round, разработанный Р. Босхардом.

Покрытие, процент поверхности, имеющей один или несколько отступов, может изменяться из-за угла струи дробеструйной очистки относительно поверхности детали. Ручей имеет конусообразную форму, поэтому выстрел попадает под разными углами. Обработка поверхности с помощью серии проходов внахлест улучшает покрытие, хотя различия в «полосах» все равно будут. Выравнивание оси дробового потока с осью полосы Альмена очень важно. Было показано, что поверхность заготовки, подверженная непрерывному сжатию, создается при покрытии менее 50%, но падает по мере приближения к 100%. Оптимизация уровня покрытия для выполняемого процесса важна для получения желаемого поверхностного эффекта.[5]

SAE Internationalс[6] включает несколько стандартов дробеструйной обработки в аэрокосмической и других отраслях промышленности.

Процесс и оборудование

Популярные методы подачи дробеструйной среды включают системы воздушной струи и центробежные струи. В системах продувки воздухом среда вводится различными способами на путь воздуха под высоким давлением и ускоряется через сопло, направленное на обрабатываемую деталь. Центробежное пескоструйное колесо состоит из высокоскоростного лопаточного колеса. Дробленый носитель вводится в центр прядильного колеса и под действием центробежной силы вращающимися лопастями движется к детали, регулируя место входа носителя, эффективно синхронизируя выпуск носителя. Другие методы включают ультразвуковое упрочнение, влажное упрочнение и лазерная обработка (который не использует медиа).

Выбор материала для печати включает сферическую стальную дробь, керамический шарик, стеклянный шарик или кондиционированный (округлый) отрезать провод.[7] Резаная дробь из проволоки предпочтительна, потому что она сохраняет свою округлость по мере разрушения, в отличие от литой дроби, которая имеет тенденцию распадаться на острые части, которые могут повредить заготовку. Дробление из проволоки может длиться в пять раз дольше, чем дробь из литой. Поскольку для упрочнения требуется хорошо подобранная дробь постоянной твердости, диаметра и формы, желателен механизм удаления фрагментов дроби на протяжении всего процесса. Доступно оборудование, которое включает сепараторы для очистки и восстановления дроби и питатели для автоматического добавления новой дроби для замены поврежденного материала.[8]

Системы струйной обработки колес включают в себя модели вращения сателлитов, вращающиеся компоненты проходной подачи и различные конструкции манипуляторов. Существуют подвесные монорельсовые дороги, а также реверсивные модели. Удерживающее оборудование для заготовок включает в себя поворотные индексные столы, роботов для загрузки и разгрузки и приспособления для удержания нескольких заготовок. Для более крупных деталей доступны манипуляторы, позволяющие перемещать их, чтобы подвергать детали воздействию струи дроби.[8]

Вырезать проволоку

Вырезать проволоку металлическая дробь, используемая для дробеструйной обработки,[2] где мелкие частицы попадают в заготовку струей сжатого воздуха. Это недорогой производственный процесс, так как основное сырье недорогое. Частицы после резки являются эффективным абразивом из-за острых кромок, образующихся в процессе резки; однако дробь после резки не является желательной средой для дробеструйной обработки, поскольку ее острые края не подходят для данного процесса.

Нарезанная дробь производится из высококачественной проволоки, каждая частица которой нарезается на длину, примерно равную ее диаметру. При необходимости частицы кондиционируются (округляются) для удаления острых углов, образовавшихся в процессе резки. В зависимости от применения доступны различные диапазоны твердости, при этом чем выше твердость материала, тем ниже его долговечность.[требуется разъяснение]

Другие области применения резки проволоки включают: кувыркающийся и вибрационная отделка.

Покрытие

Факторы, влияющие на плотность покрытия, включают: количество ударов (поток выстрелов), время экспозиции, свойства выстрела (размер, химический состав) и свойства детали. Покрытие контролируется визуальным осмотром для определения процента покрытия (0–100%). Охват свыше 100% не может быть определен. Количество отдельных ударов прямо пропорционально потоку выстрелов, площади экспозиции и времени экспозиции. Покрытие не является линейно пропорциональным из-за случайного характера процесса (теория хаоса). Когда достигается 100% покрытие, участки на поверхности подвергались воздействию многократно. При 150% -ном покрытии 5 или более ударов происходит в 52% мест. При 200% -ном покрытии 5 или более ударов происходят в 84% мест.

Охват зависит от геометрии дроби и химического состава дроби и детали. Размер выстрела определяет количество ударов на фунт, при этом меньший выстрел производит больше ударов на фунт, следовательно, требует меньшего времени экспозиции. Мягкий выстрел, ударяющий по твердому материалу, потребует больше времени экспозиции для достижения приемлемого покрытия по сравнению с твердым выстрелом, который попадает в мягкий материал (поскольку более твердый выстрел может проникнуть глубже, создавая большее впечатление).

Покрытие и интенсивность (измеряемые полосками Almen) могут иметь огромное влияние на усталостную долговечность. Это может повлиять на различные материалы, обычно подвергающиеся дробеструйной обработке. Неполное или чрезмерное покрытие и интенсивность могут привести к снижению усталостной долговечности. Чрезмерная закалка вызовет чрезмерную холодную обработку поверхности заготовки, что также может вызвать усталостные трещины.[8] Требуется усердие при разработке параметров покрытия и интенсивности, особенно при использовании материалов с разными свойствами (например, от более мягкого металла к более твердому). Испытание на усталостную долговечность по ряду параметров приведет к "оптимальной точке", где наблюдается почти экспоненциальный рост до максимальной усталостной долговечности (x = интенсивность упрочнения или энергия потока среды, y = время до образования трещин или усталостная прочность) и быстро уменьшает усталостную долговечность по мере добавления большей интенсивности или покрытия. «Зона наилучшего восприятия» будет напрямую коррелировать с передаваемой кинетической энергией и свойствами материала дроби и заготовки.

Приложения

Дробеструйная обработка применяется на передача детали, кулачки и распредвалы, сцепление пружины винтовые пружины, шатуны, коленчатые валы, шестерни, лист и подвеска пружины, перфораторы и турбина лезвия.[2] Он также используется в литейном производстве для удаления песка, декорирования, удаление накипи, и поверхностная обработка отливок, таких как блоки цилиндров и головки цилиндров. Его действие по удалению окалины может быть использовано при производстве стальных изделий, таких как полосы, пластины, листы, проволока и пруток.[1][8]

Дробеструйная обработка - важнейший процесс изготовления пружин. Типы пружин включают листовые пружины, пружины растяжения и пружины сжатия. Наиболее широко используемое приложение для клапан двигателя пружины (пружины сжатия) из-за высокой циклической усталости. При использовании пружины клапана OEM механическая конструкция в сочетании с дробеструйной обработкой обеспечивает долговечность. По мере развития двигателей автомобилестроители переходят на более высокопроизводительные конструкции клапанных пружин с более высокими нагрузками. На вторичном рынке высокопроизводительных клапанных пружин требуется контролируемая и многоступенчатая дробеструйная обработка, чтобы выдерживать экстремальные поверхностные напряжения, которые иногда превышают характеристики материала. Усталостная долговечность пружины с экстремальными характеристиками (NHRA, IHRA) может составлять всего два прохода по трассе дрэг-рейсинга на 1/4 мили, прежде чем произойдет расслабление или отказ.

Для косметического эффекта можно использовать дробеструйную обработку. Шероховатость поверхности, возникающая из-за перекрывающихся ямок, вызывает рассеивание света на отражение. Поскольку ударная обработка обычно дает более крупные элементы поверхности, чем пескоструйная обработка, результирующий эффект более выражен.

Дробеструйная обработка и абразивоструйная очистка может наносить материалы на металлические поверхности. Когда дробь или частицы песка проходят струйную очистку через порошок или жидкость, содержащие желаемое поверхностное покрытие, ударные пластины или покрытие покрывают поверхность заготовки. Этот процесс использовался для нанесения керамических покрытий, хотя покрытие является случайным, а не когерентным. Компания 3M разработала процесс, при котором металлическая поверхность подвергалась пескоструйной обработке частицами с ядром из оксида алюминия и внешним слоем из диоксида кремния. В результате кремнезем наплавился на поверхности. Процесс, известный как ударное покрытие, был разработан НАСА. Мелкие порошки металлов или неметаллов наносятся на металлические поверхности с использованием дроби из стеклянных шариков в качестве абразивной среды. Этот процесс эволюционировал в нанесение на поверхности твердых смазочных материалов, таких как дисульфид молибдена. Таким образом, биосовместимая керамика применяется в биомедицинских имплантатах. Упрочняющее покрытие подвергает материал покрытия сильному нагреву при столкновении с дробью, и покрытие также должно быть доступно в виде порошка, что ограничивает диапазон материалов, которые могут быть использованы. Чтобы преодолеть проблему нагрева, процесс, называемый покрытием с замедленным воздействием температуры и столкновением (TM-CMC), позволил использовать полимеры и материалы с антибиотиками в качестве упрочненных покрытий. Покрытие представляет собой аэрозоль, направленный на поверхность одновременно с потоком дробовых частиц. Процесс TM-CMC все еще находится в стадии разработки.[9]

Остаточное напряжение сжатия

Подповерхностный профиль остаточного напряжения сжатия измеряется с использованием таких методов, как дифракция рентгеновских лучей и испытания профиля твердости. По оси X отложена глубина в мм или дюймах, а по оси Y - остаточное напряжение в тысячах фунтов на квадратный дюйм или МПа. На профиль максимального остаточного напряжения могут влиять факторы дробеструйной обработки, в том числе: геометрия детали, материал детали, материал дроби, качество дроби, интенсивность дроби и охват дроби. Например, дробеструйное упрочнение детали из закаленной стали с использованием процесса, а затем использование того же процесса для другой незакаленной детали может привести к перенапряжению; вызывая резкое снижение поверхностных остаточных напряжений, но не влияя на подповерхностные напряжения. Это очень важно, поскольку максимальные напряжения обычно возникают на поверхности материала. Смягчение этих более низких поверхностных напряжений может быть достигнуто за счет многоступенчатой ​​последующей обработки с различными диаметрами дроби и другими видами обработки поверхности, которые удаляют слой с низким остаточным напряжением.

Остаточное напряжение сжатия в металлическом сплаве создается за счет передачи кинетическая энергия (K.E.) от движущейся массы (дробовая частица или дробленая дробь) на поверхность материала, способного к пластической деформации. Профиль остаточного напряжения также зависит от плотности покрытия. Механика столкновений включает свойства твердости, формы и структуры дроби; а также свойства заготовки. Факторы развития процесса и контроля для K.E. Передача для дробеструйной обработки: скорость дроби (скорость вращения колеса или давление воздуха / конструкция сопла), масса дроби, химический состав дроби, угол удара и свойства детали. Пример: если вам нужны очень высокие остаточные напряжения, вы, вероятно, захотите использовать дробь большого диаметра, высокоинтенсивный процесс, прямой струйный удар по заготовке и очень твердый материал заготовки.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d «Дробеструйная обработка», Справочник инженера по инструментам и производству (TMEH), Том 3, Общество инженеров-технологов, 1985
  2. ^ а б c d «Применение дробеструйной обработки» (PDF) (Девятое изд.). Компания по благоустройству металлов. 2005 г.
  3. ^ Применения для дробеструйной обработки и микрофона, п. 4
  4. ^ Уокер, Джеймс; Thomas, Daniel J .; Гао, И (2017-04-01). «Влияние дробеструйного упрочнения и предварительной деформации на усталостную долговечность двухфазных мартенситных и бейнитных сталей». Журнал производственных процессов. 26: 419–424. Дои:10.1016 / j.jmapro.2017.03.010. ISSN 1526-6125.
  5. ^ Кирк, Дэвид, "Неравномерность покрытия дробеструйной обработкой", Дробовик, Electronics, Inc., лето 2009 г.
  6. ^ Программа развития стандартов
  7. ^ MIL-S-13165C
  8. ^ а б c d «DISA оказывает влияние на науку и технологию дробеструйной обработки», Новости отделки металлов, Март 2006 г.
  9. ^ Хаверти, Доннча и Брендан Кеннеди, «Дробеструйная обработка: мощный инструмент для нанесения покрытия на биомедицинские имплантаты», «Дробеструйная обработка», Electronics, Inc., лето 2009 г.