Kulblästring

Hearst Mining-byggnad klädd med sten till vänster, med förlängning till höger täckt av kulblästrad aluminiumlegering

Kulblästring är en kallbearbetningsprocess som används för att framställa ett kompressivt kvarvarande spänningsskikt och modifiera de mekaniska egenskaperna hos metaller och kompositer. Det innebär att man slår en yta med kulor (runda metalliska, glas- eller keramiska partiklar) med tillräcklig kraft för att skapa plastisk deformation .

Vid bearbetning används kulblästring för att stärka och lindra spänningar i komponenter som vevaxlar för bilar och vevstakar i stål . I arkitektur ger det en dämpad finish till metall. Kulblästring liknar mekaniskt sandblästring , även om dess syfte inte är att ta bort material, utan snarare använder den plasticitetsmekanismen för att uppnå sitt mål, med varje partikel som fungerar som en hammare .

Detaljer

Blästring av en yta sprider den plastiskt, vilket orsakar förändringar i ytans mekaniska egenskaper. Dess huvudsakliga tillämpning är att undvika spridning av mikrosprickor i en yta. Genom att sätta ett material under tryckpåkänning förhindrar kulblandning att sådana sprickor fortplantar sig.

Kulblästring är ofta påkallat vid flygplansreparationer för att lindra dragspänningar som byggs upp i slipprocessen och ersätta dem med fördelaktiga tryckspänningar. Beroende på detaljens geometri, delmaterial, skottmaterial, skottkvalitet, skottintensitet och skotttäckning, kan kulblästring öka utmattningslivslängden med upp till 1000 %.

Plastisk deformation inducerar en kvarvarande tryckspänning i en blästrad yta, tillsammans med dragspänning i det inre. Yttryckspänningar ger motstånd mot metallutmattning och mot vissa former av spänningskorrosion . Dragspänningarna djupt inne i delen är inte lika besvärliga som dragspänningar på ytan eftersom det är mindre troligt att sprickor uppstår i det inre.

Intensitet är en nyckelparameter i kulblästringsprocessen. Efter viss utveckling av processen behövdes en analog för att mäta effekterna av kulblästring. John Almen märkte att kulblandning gjorde att sidan av plåten som var exponerad började böjas och sträckas. Han skapade Almen-remsan för att mäta tryckspänningarna i remsan som skapas av kulblästringsoperationen. Man kan få vad som kallas "sprängströmmens intensitet" genom att mäta deformationen på Almen-remsan som är i kulblästringsoperationen. När remsan når en deformation på 10 %, träffas Almen-remsan med samma intensitet under dubbelt så lång tid. Om remsan deformeras ytterligare 10 %, då erhåller man intensiteten hos sprängströmmen.

En annan operation för att mäta intensiteten av en kulblästringsprocess är användningen av en Almen-runda , utvecklad av R. Bosshard.

Täckning , procentandelen av ytan som är indragen en eller flera gånger, är föremål för variation beroende på vinkeln på blästringsströmmen i förhållande till arbetsstyckets yta. Bäcken är konformad, så skott anländer i olika vinklar. Bearbetning av ytan med en serie överlappande pass förbättrar täckningen, även om variationer i "ränder" fortfarande kommer att finnas. Inriktning av axeln för skottströmmen med axeln för Almen-remsan är viktig. En kontinuerlig tryckspänd yta på arbetsstycket har visat sig produceras med mindre än 50 % täckning men faller när 100 % närmar sig. Att optimera täckningsnivån för den process som utförs är viktigt för att åstadkomma den önskade yteffekten.

SAE Internationals inkluderar flera standarder för kulblandning inom flyg- och andra industrier.

Process och utrustning

Populära metoder för att driva fram skottmedier inkluderar luftblästersystem och centrifugalblästerhjul. I luftblästringssystemen införs media med olika metoder i vägen för högtrycksluft och accelereras genom ett munstycke riktat mot den del som ska blästras. Centrifugalblästerhjulet består av ett höghastighetsskovelhjul. Skottmedier införs i mitten av det snurrande hjulet och drivs av centrifugalkraften av de snurrande paddlarna mot delen genom att justera mediaingångsplatsen, vilket effektivt tar tid att frigöra mediet. Andra metoder inkluderar ultraljudsbläsning, våtbläsning och laserbläsning (som inte använder media).

Mediavalen inkluderar sfäriska gjutna stålkulor, keramiska pärlor, glaspärlor eller konditionerad (rundad) skuren tråd . Skärtrådshagel är att föredra eftersom det bibehåller sin rundhet när det försämras, till skillnad från gjuthagel som tenderar att brytas upp i vassa bitar som kan skada arbetsstycket. Trådhagel kan hålla fem gånger längre än gjuthagel. Eftersom blästring kräver välgraderad kul med konsekvent hårdhet, diameter och form, är en mekanism för att ta bort kulfragment under hela processen önskvärd. Utrustning finns tillgänglig som inkluderar separatorer för att rengöra och rekonditionera hagel och matare för att lägga till nya hagel automatiskt för att ersätta det skadade materialet.

Hjulsprängsystem inkluderar satellitrotationsmodeller, roterande genommatningskomponenter och olika manipulatorkonstruktioner. Det finns överliggande monorail-system såväl som modeller med omvänd bälte. Utrustning för att hålla arbetsstycken inkluderar roterande indexbord, lastnings- och lossningsrobotar och jiggar som håller flera arbetsstycken. För större arbetsstycken finns manipulatorer för att omplacera dem för att exponera funktioner för den skjutna sprängströmmen.

Klipp trådskott

Cut wire shot är ett metallhagel som används för kulblästring, där små partiklar avfyras mot ett arbetsstycke av en tryckluftsstråle. Det är en billig tillverkningsprocess, eftersom den grundläggande råvaran är billig. As-cut partiklar är ett effektivt slipmedel på grund av de vassa kanterna som skapas i skärprocessen; Emellertid är as-cut shot inte ett önskvärt kulblästringsmedium, eftersom dess skarpa kanter inte är lämpliga för processen.

Cut shot tillverkas av högkvalitativ tråd där varje partikel skärs till en längd ungefär lika med dess diameter. Vid behov konditioneras (rundas) partiklarna för att ta bort de vassa hörnen som skapas under skärprocessen. Beroende på applikation finns olika hårdhetsintervall tillgängliga, med ju högre hårdhet media har desto lägre hållbarhet. [ förtydligande behövs ]

Andra applikationer för klippta trådar inkluderar tumling och vibrerande efterbehandling .

Rapportering

Faktorer som påverkar täckningsdensiteten inkluderar: antal stötar (skottflöde), exponeringstid, skottegenskaper (storlek, kemi) och arbetsstyckesegenskaper. Täckningen övervakas genom visuell undersökning för att bestämma täckningsprocenten (0-100%). Täckning över 100 % kan inte fastställas. Antalet individuella stötar är linjärt proportionellt mot skottflöde, exponeringsområde och exponeringstid. Täckningen är inte linjärt proportionell på grund av processens slumpmässiga karaktär ( kaosteorin) . När 100 % täckning har uppnåtts har platser på ytan påverkats flera gånger. Vid 150 % täckning inträffar 5 eller fler effekter på 52 % av platserna. Vid 200 % täckning inträffar 5 eller fler effekter på 84 % av platserna.

Täckningen påverkas av skottens geometri och skottets och arbetsstyckets kemi. Storleken på skottet styr hur många stötar det är per pund, där mindre skott ger fler stötar per pund och därför kräver kortare exponeringstid. Mjuka skott som träffar hårt material kommer att ta längre exponeringstid för att nå acceptabel täckning jämfört med hårda skott som träffar ett mjukt material (eftersom det hårdare skottet kan penetrera djupare och därmed skapa ett större intryck).

Täckning och intensitet (mätt med Almen-remsor) kan ha en djupgående effekt på utmattningslivet. Detta kan påverka en mängd olika material som vanligtvis är kulblästrade. Ofullständig eller överdriven täckning och intensitet kan resultera i minskad utmattningslivslängd. Överbländning kommer att orsaka överdriven kallbearbetning på arbetsstyckets yta, vilket också kan orsaka utmattningssprickor. Det krävs noggrannhet vid utveckling av parametrar för täckning och intensitet, särskilt när man använder material med olika egenskaper (dvs mjukare metall till hårdare metall). Att testa utmattningslivslängden över en rad parametrar skulle resultera i en "sweet-spot" där det är nära exponentiell tillväxt till en maximal utmattningslivslängd (x = blästringsintensitet eller mediaströmsenergi, y = tid-till-sprickning eller utmattningsstyrka) och förfaller snabbt utmattningslivet när mer intensitet eller täckning läggs till. "Sweet-spot" kommer direkt att korrelera med den överförda kinetiska energin och materialegenskaperna hos skottmediet och arbetsstycket.

Ansökningar

Kulblästring används på kugghjulsdelar , kammar och kamaxlar , kopplingsfjädrar , spiralfjädrar , vevstakar , vevaxlar , kugghjul, blad- och upphängningsfjädrar , bergborrar och turbinblad . Det används också i gjuterier för sandborttagning, dekorering, avkalkning och ytbehandling av gjutgods som motorblock och cylinderhuvuden . Dess avkalkningsverkan kan användas vid tillverkning av stålprodukter såsom band, plåtar, plåtar, tråd och stångmaterial.

Kulblästring är en avgörande process vid vårtillverkning. Typer av fjädrar inkluderar bladfjädrar, förlängningsfjädrar och tryckfjädrar. Den mest använda applikationen är för motorventilfjädrar (kompressionsfjädrar) på grund av hög cyklisk utmattning. I en OEM ventilfjäderapplikation säkerställer den mekaniska designen i kombination med viss kulblästring lång livslängd. Fordonstillverkare går över till mer högpresterande ventilfjädrar med högre spänningar i takt med att motorerna utvecklas. I eftermarknadens högpresterande ventilfjäderapplikationer är behovet av kontrollerad och flerstegs kulblästring ett krav för att motstå extrema ytspänningar som ibland överstiger materialspecifikationerna. Utmattningslivslängden för en fjäder med extrem prestanda (NHRA, IHRA) kan vara så kort som två pass på en 1/4 mils dragracingbana innan avkoppling eller fel inträffar.

Kulblästring kan användas för kosmetisk effekt. Ytråheten till följd av de överlappande fördjupningarna gör att ljuset sprids vid reflektion . Eftersom blästring vanligtvis ger större ytegenskaper än sandblästring, är den resulterande effekten mer uttalad.

Kulblästring och blästring kan applicera material på metallytor. När hagel- eller gruspartiklarna blästras genom ett pulver eller vätska som innehåller den önskade ytbeläggningen, plåtar eller belägger anslagsstycket arbetsstyckets yta. Processen har använts för att bädda in keramiska beläggningar, även om täckningen är slumpmässig snarare än sammanhängande. 3M utvecklade en process där en metallyta blästrades med partiklar med en kärna av aluminiumoxid och ett yttre lager av kiseldioxid. Resultatet var sammansmältning av kiseldioxiden till ytan. Processen känd som peen plating utvecklades av NASA. Fina pulver av metaller eller icke-metaller pläteras på metallytor med hjälp av glaskulor som blästermedium. Processen har utvecklats till att applicera fasta smörjmedel som molybdendisulfid på ytor. Biokompatibel keramik har applicerats på detta sätt på biomedicinska implantat. Pennplätering utsätter beläggningsmaterialet för hög värme vid kollisioner med skottet och beläggningen måste också vara tillgänglig i pulverform, vilket begränsar utbudet av material som kan användas. För att övervinna problemet med värme har en process som kallas temperaturmodererad kollisionsmedierad beläggning (TM-CMC) tillåtit användningen av polymerer och antibiotikamaterial som färgade beläggningar. Beläggningen presenteras som en aerosol riktad mot ytan samtidigt som en ström av kulpartiklar. TM-CMC-processen är fortfarande i utvecklingsfasen för FoU.

Kompressiv restspänning

En kompressionsprofil under ytan mäts med hjälp av tekniker som röntgendiffraktion och tester av hårdhetsprofiler. X-axeln är djup i mm eller tum och Y-axeln är restspänning i ksi eller MPa. Den maximala restspänningsprofilen kan påverkas av kulblästringsfaktorerna, inklusive: delgeometri, delmaterial, kulmaterial, kulkvalitet, kulintensitet och kultäckning. Till exempel kan kulblästring av en härdad ståldel med en process och sedan använda samma process för en annan ohärdad del resultera i överblästring; orsakar en kraftig minskning av ytrestspänningar, men påverkar inte spänningar under ytan. Detta är kritiskt eftersom maximala spänningar vanligtvis är på ytan av materialet. Minskning av dessa lägre ytspänningar kan åstadkommas genom en efterprocess i flera steg med varierande skottdiametrar och andra ytbehandlingar som tar bort det låga kvarvarande spänningsskiktet.

Den återstående tryckspänningen i en metallegering produceras genom överföring av kinetisk energi (KE) från en rörlig massa (kulpartikel eller kulpenna) till ytan av ett material med kapacitet att plastiskt deformeras. Restspänningsprofilen är också beroende av täckningsdensiteten. Mekaniken i kollisioner involverar egenskaperna hos skottens hårdhet, form och struktur; samt arbetsstyckets egenskaper. Faktorer för processutveckling och kontrollen för KE-överföring för kulblästring är: skotthastighet (hjulhastighet eller lufttryck/munstycksdesign), skottmassa, skottkemi, anslagsvinkel och arbetsstyckesegenskaper. Exempel: om du behövde mycket höga kvarvarande spänningar skulle du troligtvis vilja använda skärvajer med stor diameter, en högintensiv process, direkt blästring på arbetsstycket och ett mycket hårt arbetsstyckesmaterial.

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Shot_peening&oldid=1101580195 "