Explicación del granallado – Definición, proceso y más

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El shot peening es un proceso de trabajo en frío que altera las propiedades mecánicas en la superficie del metal y crea una capa de tensión residual compresiva. Su objetivo principal es evitar la propagación de microfisuras en una superficie. El granallado también mejora la resistencia a la fatiga, la solidez y la durabilidad de un material, por lo que resulta eficaz para aumentar su vida útil.

Proceso de granallado

El shot peening es un proceso de trabajo en frío que somete la superficie del material a una deformación plástica utilizando medios de granallado. El proceso utiliza medios de granallado que generalmente vienen en forma de perlas de acero, cerámica o vidrio. Estos medios se bombardean sobre la superficie de la pieza a altas velocidades, generando la fuerza suficiente para comprimir la superficie y crear pequeñas hendiduras. Convierte la tensión residual de tracción en una tensión residual de compresión beneficiosa que mejora la resistencia del material bajo carga.

La aplicación del medio de granallado puede realizarse con aire comprimido o con una turbina de rueda. El principio del shot peening sigue siendo el mismo con ambos tipos de equipos. Factores como la cobertura, la intensidad, el ángulo y la calidad del granallado tienen un impacto mucho mayor en la conversión de las tensiones de tracción en tensiones residuales de compresión que el tipo de proceso elegido.

Cada partícula granallada golpea la superficie del componente a unos 30 a 100 m/s, envolviendo la capa con tensiones residuales de compresión. La deformación plástica que permite el granallado también puede corregir la rugosidad de la superficie de una pieza. Miles de hendiduras comprimen y refuerzan el metal, haciéndolo más resistente al fallo. Un componente granallado correctamente durará más y tendrá mayores capacidades de carga máxima. Sin embargo, un exceso de granallado puede inducir un trabajo en frío excesivo, lo que a su vez puede provocar grietas de fatiga y una menor resistencia a la fatiga.

Un Prueba de la tira Almen puede realizarse a lo largo del proceso de shot peening para medir la intensidad de cada partícula de granalla. Esta prueba utiliza una tira plana bombardeada por un chorro de granalla que suele ajustarse mediante un controlador de flujo de granalla. Un medidor Almen mide la curvatura de la tira, lo que determina la intensidad.

Separadores se utilizan para la recuperación de los medios usados y la eliminación de los fragmentos de granalla. Alimentadores sustituya el número de soportes dañados para su funcionamiento.

Otros usos de este proceso incluyen conformado por granallado, método en el que el componente se dobla ligeramente por la fuerza aplicada. Puede utilizarse para paneles delgados, pieles y alerones. El granallado también puede utilizarse para corrección de la distorsión cuyo objetivo es aplanar las superficies (lo contrario de la conformación).

El shot peening portátil o flap peening se utiliza para zonas o reparaciones extremadamente difíciles (principalmente aeronaves). Consiste en una matriz de kevlar con un flap de bolas que se impulsan neumática o eléctricamente hasta la zona objetivo.

Medios de Shot Peening

Existen varias formas de granalla utilizadas para generar tensión de compresión en la superficie del material. Cada una tiene su propio valor HRC (Escala de dureza Rockwell C) que influye en la cantidad de fuerza aplicada a la superficie.

1. Granalla de acero fundido (40 ~ 50 HRC) tienen forma metálica redonda y se fabrican a partir de chatarra de acero y aleaciones que se funden a ~1650°C (3000°F). Para fabricar estas granallas de acero se utilizan el temple, el revenido y otros tratamientos térmicos para conseguir la dureza deseada. Las granallas de acero fundido son adecuadas para la mayoría de las intensidades de granallado de componentes metálicos férreos y no férreos. El mayor inconveniente de una granalla de acero fundido es el hecho de que puede romperse en fragmentos afilados de acero a altas velocidades/fuerzas, dañando el componente.
2. Granallas cerámicas (57 ~ 63 HRC) son pastillas fabricadas con aproximadamente un 67% de dióxido de circonio, un 31% de sílice y un 2% de óxido de aluminio. Tienen una densidad y una dureza extremadamente altas, lo que las hace óptimas para aumentar la dureza superficial de metales no ferrosos como las aleaciones de aluminio y titanio.
3. Perlas de vidrio (>40 HRC) se fabrican a partir de cal sodada que puede proceder de vidrio de desecho. El vidrio se tritura, se funde y se forma en esferas. Las microesferas de vidrio se utilizan principalmente para el aluminio, el magnesio, el titanio y otros metales ferrosos. El granallado con microesferas de vidrio puede utilizarse como proceso secundario al granallado de acero para eliminar el hierro de la superficie y mejorar la lisura de la pieza.
4. Granallado con alambre cortado (50 ~ 60 HRC) son cilíndricas con bordes redondeados y de composición homogénea. Una granalla de alambre cortado se obtiene a partir de un alambre de corte dividido en longitudes iguales en relación con su diámetro. Este tipo de granalla es bastante popular debido a su baja contaminación superficial, su dureza sólida y uniforme y a que no genera polvo. Se utiliza para aplicaciones ferrosas y no ferrosas, pero se descarta cuando se necesitan disparos de pequeño tamaño. Deja una intensidad de granallado consistente en la superficie y es irrompible, a diferencia de otros medios. Las granallas de alambre cortado pueden ser de aluminio, acero al carbono, cobre, acero inoxidable y zinc.

Consideraciones sobre los medios de granallado

Hay bastantes variables a tener en cuenta a la hora de seleccionar el medio de granallado, aparte de su tipo. Estas consideraciones se hacen en comparación con las propiedades de la pieza y su resultado deseado.

• Velocidad de disparo
• Flujo de disparo
• Tamaño del disparo
• Dureza del disparo
• Acondicionamiento
• Tiempo de exposición

Otros parámetros a tener en cuenta están generalmente asociados al equipo de granallado utilizado. Los sistemas de chorreado por aire, por ejemplo, tienen que tener en cuenta la velocidad de la boquilla, mientras que los sistemas centrífugos deben considerar la velocidad de la rueda.

Métodos de granallado

Existen dos métodos principales para enviar granalla a las superficies metálicas:

1. Sistemas de granallado por aire eyectan granalla a través de una boquilla dirigida a la superficie objetivo utilizando aire comprimido a alta presión. Las partículas granalladas se desplazan por la tobera a gran velocidad, dirigiéndose eficazmente a la zona a granallar con gran precisión.
2. Granalladoras centrífugas utilizan una rueda de paletas de alta velocidad para bombardear la superficie metálica. La granalla se introduce en el centro de la rueda giratoria y es impulsada hacia la zona deseada de la pieza mediante ruedas de paletas que utilizan la fuerza centrífuga.

No obstante, existen otros métodos como granallado de choque por láser, el granallado ultrasónico y el granallado húmedo, que se utilizan para aplicaciones específicas.

Aplicaciones del granallado

El granallado se utiliza ampliamente para aumentar la resistencia a la fatiga, incluyendo el agrietamiento por corrosión bajo tensión, la erosión por cavitación, la corrosión intergranular y también la resistencia a los ciclos de carga repetitivos. La zona sometida a esfuerzos de compresión aprieta los límites de grano del metal minimizando la cantidad de rozamiento, gripado, desconchamiento y desgaste de la pieza.

Las tensiones de compresión que resisten la fatiga del metal ayudan a evitar la propagación de grietas en la superficie del material. Las tensiones de tracción en el interior del material no son tan problemáticas, ya que es mucho menos probable que las grietas empiecen a propagarse desde el interior del material.

Muchas industrias como la automovilística, la aeroespacial, la de fabricación de maquinaria y la médica utilizan el proceso de granallado por ser una forma económica y práctica de mejorar la vida a fatiga de un componente. Muelles, engranajes, árboles de levas, taladros y álabes de turbina se someten a este proceso de trabajo en frío para conseguir resistencia a las cargas cíclicas. El granallado elimina los residuos y alisa las superficies de las culatas y los bloques de motor. El granallado con granalla líquida o en polvo también puede utilizarse para incrustar revestimientos superficiales en el material.

Granallado vs Granallado

El shot peening y el granallado son dos métodos diferentes que tienen finalidades distintas. Pueden parecer similares, ya que ambos utilizan granalla a altas velocidades, pero las técnicas difieren en varios aspectos.

Granallado se utiliza para mejorar las propiedades mecánicas del material aumentando su resistencia, minimizando el riesgo de fallo. El objetivo del material granallado es aumentar la vida a la fatiga, mucho menos que mejorar su estética. El granallado puede utilizarse para incrustar revestimientos y lubricantes a los metales para conseguir el recubrimiento superficial deseado.

El granallado se utiliza en la preparación de otros tratamientos superficiales como el tratamiento térmico y la pintura. Mejora la textura de la superficie del material, eliminando abolladuras o imperfecciones que a veces pueden surgir durante la producción. Los medios utilizados en un chorro de granalla suelen ser más abrasivos que en el granallado. El granallado también puede utilizar otros medios abrasivos como carburo de silicio, escoria de cobre y óxido de aluminio para conseguir el acabado superficial deseado.

Una pieza puede someterse a ambos procesos en el procedimiento de fabricación si así lo requiere el proyecto.

Para terminar

El granallado mejora eficazmente la vida a la fatiga, la resistencia y la durabilidad de los componentes metálicos. Las tensiones residuales de compresión inducidas en la superficie del material lo hacen significativamente más resistente a la corrosión, la iniciación de grietas y el desgaste. Es un método esencial empleado por diversas industrias debido a que es preciso, rápido, fiable y bastante barato.

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