ショットピーニングとは?

ショットピーニングは高交互応力にさらされる構成部品の疲労強度を高めるよう特別に設計されたプロセスです。研削、ミル加工、曲げまたは熱処理手順のような表面処理手順により引張残留応力が生じます。

この引張残留応力は部品の低寿命サイクルにつながります。ショットピーニングは引張残留応力を圧縮残留応力に変換し、これは部品の寿命サイクルおよび最大負荷容量の顕著な増加につながります

  • ショットピーニングを使用して周期的に繰り返し荷重が印加されやすい部品の表面に残留圧縮応力を誘発します。この工程によって、応力腐蝕割れも減少します。
  •  ショットピーン成形:この工程では、部品の表面層の圧縮と伸張を行い、表面層を弓形に曲げます。典型的な用途には、表皮、翼フラップ、アクセスパネル、機体部位の形成があります。

  •  ゆがみの補正:(ショットピーン成形の逆)ショットピーニングを使用して局所的なエリアの伸張と圧縮を行い、熱または機械加工によって部品が歪んだ後に完全な平坦さを取り戻します。複雑な構造部品、リブおよびスパーには一般にこの工程を適用します。

ショットピーニングの仕組み

ショットピーニングとは?

ショットピーニングは冷間加工の一種で、圧縮残留応力層を生成して、金属の機械的性質を改良するために使用される処理です。この処理には、表面にショット(金属ビーズ、ガラスまたはセラミック粒子)を使用して、塑性変形を起こすのに十分な力で衝撃を与えることが含まれます。表面を打ち付ける(ピーニングする)と、表面の機械的性質を変えながら、表面は可塑的に膨張します。

ショットピーニングの主なメリットは、高度な引張応力を受ける合金部品に割れ目が生じるのを遅らせるか、または防止できることです。

このような望ましくない、製造上または使用上に生じる引張応力は、寿命を伸ばす圧縮残留応力に変えて、部品の耐用年数を引き伸ばすことができます。 .

このプロセスは、圧縮残留応力を部品の表面に導入することで作用します。ピーニングにより生成された圧縮状態中でひび割れは伝播できないので、圧縮応力はひび割れが生じるのを防止します。

部品上に打ち付けられるショット粒子の衝撃が小さなくぼみを形成される際に、圧縮応力は生成されます。表面にくぼみができた場合、それに続いてくぼみの裏側の材料は圧縮されます。ピーニングはたった一つの窪みでだけではなく、表面全体にかけて無数のくぼみを生成させます。最終的に、部品は圧縮応力層に包まれることになります。

このプロセスの利点は、高度な応力を受けながらも比較的短い寿命環境下にあるF1レースや、耐用年数が極めて長く、より綿密に監視される航空エンジン、航空機構造物における重要部品などで、優に実証されています。

プロセス管理

圧縮残留応力の値は、ピーニング処理のパラメータと構成材料の硬度を含む、数々の可変要素に依存します。処理は安全重要部品の性能を高めるのにしばし使用されるので、正確な強度の応力を高度な繰り返し性で確実に適用することが重要です。

ショットの与えるエネルギーを表示するシステムを使用することにより、当て推量は排除されています。このシステムは「アルメン」ストリップ試験の手順に沿って作動します。アルメンストリップは、硬度、平面度について厳密な公差内において製造されたばね板製で、片面のみにピーニングされます。ストリップに誘発された圧縮応力の影響により、試験片は反ったり、カーブしたりします。カーブの度合いはショットによって与えられたエネルギーに比例し、「アルメンゲージ」上で測定されます。アルメンストリップのアークハイトは、ショットの速度と質量の両方に応じて異なります。すなわち、ショット流によって与えられたエネルギー量とストリップに吸収されたエネルギー量です。ピーニングにさらされる時間が2倍になり、アルメンストリップのアークハイトまたは反りが10%以下分増加した時、部品は飽和点に達したとみなされます。この制御プロセスをグラフに示します。 .