Wyjaśnienie kulkowania – definicja, proces i więcej

Śrutowanie to proces obróbki na zimno, który zmienia właściwości mechaniczne powierzchni metalu i tworzy ściskającą warstwę naprężeń szczątkowych. Jego głównym celem jest zapobieganie rozprzestrzenianiu się mikropęknięć na powierzchni. Śrutowanie poprawia również odporność materiału na zmęczenie, wytrzymałość i trwałość, dzięki czemu skutecznie zwiększa jego żywotność.

Proces kulowania

Śrutowanie to proces obróbki na zimno, w którym powierzchnia materiału poddawana jest odkształceniu plastycznemu przy użyciu ścierniwa. Proces ten wykorzystuje śrut, który zazwyczaj występuje w postaci stalowych, ceramicznych lub szklanych kulek. Media te są bombardowane na powierzchnię części z dużą prędkością, generując siłę wystarczającą do ściśnięcia powierzchni i utworzenia małych wgłębień. Przekształca to resztkowe naprężenie rozciągające w korzystne resztkowe naprężenie ściskające, które poprawia wytrzymałość materiału pod obciążeniem.

Śrut może być dostarczany za pomocą sprężonego powietrza lub turbiny kołowej. Zasada kulkowania pozostaje taka sama w przypadku obu typów urządzeń. Czynniki takie jak pokrycie, intensywność, kąt i jakość śrutu mają znacznie większy wpływ na przekształcanie naprężeń rozciągających w ściskające naprężenia szczątkowe niż wybrany rodzaj procesu.

Każda cząsteczka śrutu uderza w powierzchnię elementu z prędkością około 30 do 100 m/s, otaczając warstwę szczątkowymi naprężeniami ściskającymi. Odkształcenie plastyczne, możliwe dzięki kulowaniu, może również korygować chropowatość powierzchni przedmiotu obrabianego. Tysiące wgłębień ściska i wzmacnia metal, czyniąc go bardziej odpornym na uszkodzenia. Prawidłowo śrutowany element będzie trwalszy i będzie miał wyższą maksymalną nośność. Zbyt intensywne kulkowanie może jednak powodować nadmierną obróbkę na zimno, co może prowadzić do pęknięć zmęczeniowych i niższej wytrzymałości zmęczeniowej.

An Test paskowy Almen może być wykonywany podczas całego procesu kulkowania w celu pomiaru intensywności każdej cząstki śrutu. Test ten wykorzystuje płaski pasek bombardowany strumieniem śrutu, który jest zwykle regulowany za pomocą kontrolera przepływu śrutu. Almen Gauge mierzy wygięcie taśmy, które określa intensywność.

Separatory służą do odzyskiwania zużytych mediów i usuwania fragmentów śrutu. Podajniki wymienić uszkodzony nośnik na nowy.

Inne zastosowania tego procesu obejmują formowanie metodą kulowania, metoda, w której element jest lekko wygięty od przyłożonej siły. Może być stosowana do cienkich paneli, poszycia i płatów skrzydeł. Śrutowanie może być również stosowane do korekcji zniekształceń której celem jest spłaszczenie powierzchni (przeciwieństwo formowania).

Przenośne kulkowanie lub kulkowanie płatowe jest stosowane w przypadku wyjątkowo trudnych obszarów lub napraw (głównie samolotów). Składa się z matrycy kevlarowej z płatem kulek, które są napędzane pneumatycznie lub elektrycznie do docelowego obszaru.

Środki do kulkowania

Istnieją różne formy śrutu używane do generowania naprężeń ściskających na powierzchni materiału. Każdy z nich ma swoją własną wartość HRC (skala twardości Rockwella C), która wpływa na wielkość siły przyłożonej do powierzchni.

1. Śrut staliwny (40 ~ 50 HRC) mają okrągły metaliczny kształt i są wykonane ze złomu stalowego i stopów, które są topione w temperaturze ~1650°C (3000°F). Hartowanie, odpuszczanie i inne obróbki cieplne są wykorzystywane do produkcji tych śrutów stalowych w celu osiągnięcia pożądanej twardości. Śrut staliwny nadaje się do większości intensywności kulkowania elementów z metali żelaznych i nieżelaznych. Główną wadą odlewanego śrutu jest fakt, że może on rozpaść się na ostre fragmenty stali przy dużych prędkościach/siłach, uszkadzając element.
2. Śrut ceramiczny (57 ~ 63 HRC) to pastylki wykonane z około 67% dwutlenku cyrkonu, 31% krzemionki i 2% tlenku glinu. Mają one niezwykle wysoką gęstość i twardość, co czyni je optymalnymi do zwiększania twardości powierzchni metali nieżelaznych, takich jak stopy aluminium i tytanu.
3. Kulki szklane (40 HRC) są wykonane z wapna sodowanego, które może pochodzić ze złomu szklanego. Szkło jest kruszone, topione i formowane w kule. Kulki szklane są używane głównie do aluminium, magnezu, tytanu i innych metali żelaznych. Kulkowanie za pomocą kulek szklanych może być stosowane jako proces wtórny do kulkowania stali w celu usunięcia żelaza z powierzchni i poprawy gładkości części.
4. Śrutowanie drutem ciętym (50 ~ 60 HRC) są cylindryczne z zaokrąglonymi krawędziami i mają jednorodny skład. Śrut z ciętego drutu jest uzyskiwany z drutu tnącego, który jest podzielony na równe długości w stosunku do jego średnicy. Ten rodzaj śrutu jest dość popularny ze względu na niskie zanieczyszczenie powierzchni, stałą i jednolitą twardość oraz brak generowanego pyłu. Jest on używany do zastosowań żelaznych i nieżelaznych, ale jest wykluczony, gdy potrzebne są strzały o małych rozmiarach. Pozostawia stałą intensywność kulkowania na powierzchni i jest niełamliwy, w przeciwieństwie do innych mediów. Śrut cięty może występować w postaci aluminium, stali węglowej, miedzi, stali nierdzewnej i cynku.

Środki do kulkowania

Istnieje wiele zmiennych, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze nośnika śrutu oprócz jego rodzaju. Rozważania te są przeprowadzane w porównaniu z właściwościami przedmiotu obrabianego i pożądanym rezultatem.

• Prędkość śrutu
• Przepływ śrutu
• Rozmiar strzału
• Twardość śrutu
• Kondycjonowanie
• Czas ekspozycji

Niektóre inne parametry, które należy wziąć pod uwagę, są zazwyczaj związane z używanym sprzętem do kulkowania. Na przykład systemy czyszczenia strumieniowo-ściernego muszą uwzględniać prędkość dyszy, podczas gdy systemy odśrodkowe powinny uwzględniać prędkość koła.

Metody kulkowania

Istnieją dwie główne metody wysyłania śrutu na powierzchnie metalowe:

1. Systemy strumieniowo-ścierne wyrzucają medium przez dyszę skierowaną na docelową powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza pod wysokim ciśnieniem. Cząsteczki śrutu przemieszczają się przez dyszę z dużą prędkością, skutecznie celując w obszar, który ma być poddany kulkowaniu z dużą precyzją.
2. Śrutownice odśrodkowe wykorzystują koła łopatkowe o dużej prędkości do bombardowania powierzchni metalu. Śrut jest wprowadzany do środka wirującego koła i jest napędzany w kierunku docelowego obszaru na obrabianym przedmiocie przez koła łopatkowe wykorzystujące siłę odśrodkową.

Istnieją jednak inne dostępne metody, takie jak kuleczkowanie laserowe, kuleczkowanie ultradźwiękowe i kuleczkowanie na mokro, które są wykorzystywane do konkretnych zastosowań.

Zastosowania kulkowania

Śrutowanie jest szeroko stosowane w celu zwiększenia odporności na zmęczenie, w tym pękanie korozyjne naprężeniowe, erozję kawitacyjną, korozję międzykrystaliczną, a także odporności na powtarzające się cykle obciążenia. Naprężona strefa ściska granice ziaren metalu, minimalizując ilość cierni, zatarć, odprysków i zużycia przedmiotu obrabianego.

Naprężenia ściskające, które przeciwdziałają zmęczeniu metalu, pomagają zapobiegać rozprzestrzenianiu się pęknięć na powierzchni materiału. Naprężenia rozciągające wewnątrz materiału nie są tak problematyczne, ponieważ prawdopodobieństwo, że pęknięcia zaczną się rozprzestrzeniać od wewnątrz materiału jest znacznie mniejsze.

Wiele branż, takich jak motoryzacja, lotnictwo, produkcja maszyn i medycyna, wykorzystuje proces kulowania, ponieważ jest to ekonomiczny i praktyczny sposób na poprawę trwałości zmęczeniowej komponentu. Sprężyny, koła zębate, wałki rozrządu, wiertła i łopatki turbin poddawane są temu procesowi obróbki na zimno w celu uzyskania odporności na obciążenia cykliczne. Śrutowanie usuwa zanieczyszczenia i wygładza powierzchnie głowic cylindrów i bloków silnika. Śrutowanie za pomocą cieczy lub proszku może być również stosowane do osadzania powłok powierzchniowych na materiale.

Kuleczkowanie a śrutowanie

Kuleczkowanie i śrutowanie to dwie różne metody, które mają różne cele. Te dwie metody mogą wydawać się podobne, ponieważ obie wykorzystują śrut o dużej prędkości, ale techniki te różnią się w kilku aspektach.

Śrutowanie jest stosowane w celu poprawy właściwości mechanicznych materiału poprzez zwiększenie jego wytrzymałości, minimalizując ryzyko awarii. Celem materiału śrutowanego jest zwiększenie trwałości zmęczeniowej, w znacznie mniejszym stopniu niż poprawa jego estetyki. Śrutowanie może być stosowane do osadzania powłok i smarów na metalach w celu uzyskania pożądanej powłoki powierzchniowej.

Śrutowanie jest stosowane w przygotowaniu do innych obróbek powierzchniowych takich jak obróbka cieplna i malowanie. Poprawia teksturę powierzchni materiału, usuwając wgniecenia lub niedoskonałości, które czasami mogą powstać podczas produkcji. Media stosowane w strumieniu śrutu są zazwyczaj bardziej ścierne niż w przypadku kulkowania. Śrutowanie może również wykorzystywać inne ścierniwa, takie jak węglik krzemu, żużel miedziowy i tlenek glinu, aby osiągnąć pożądane wykończenie powierzchni.

Część może zostać poddana obu procesom w ramach procedury produkcyjnej, jeśli wymaga tego projekt.

Podsumowanie

Śrutowanie skutecznie poprawia trwałość zmęczeniową, wytrzymałość i trwałość elementów metalowych. Wywołane ściskające naprężenia szczątkowe na powierzchni materiału sprawiają, że jest on znacznie bardziej odporny na korozję, inicjację pęknięć i zużycie. Jest to podstawowa metoda stosowana w różnych gałęziach przemysłu, ponieważ jest precyzyjna, szybka, niezawodna i raczej niedroga.