Czym jest śrutowanie?

Śrutowanie to specjalnie zaprojektowany proces zwiększania wytrzymałości zmęczeniowej elementów, które poddawane są silnym naprężeniom. Procedury obróbki powierzchniowej takie jak szlifowanie, frezowanie, gięcie lub obróbka cieplna powodują naprężenie szczątkowe rozciągające. Ten rodzaj naprężenia prowadzi do krótkiego okresu użytkowania części.

Śrutowanie przekształca naprężenie szczątkowe rozciągające w naprężenie szczątkowe ściskające, prowadzące do znacznego wydłużenia okresu użytkowania części oraz zwiększenia ich obciążalności.

  • Kulowanie jest stosowane do wzbudzania naprężeń ściskających resztkowych w powierzchniach komponentów narażonych na oddziaływanie cykliczne powtarzających się obciążeń. Proces ten ponadto redukuje pęknięcia powstające w wyniku korozji naprężeniowej.
  • Formowanie kulowaniem: proces ten powoduje ściskanie i rozciąganie warstwy powierzchniowej elementu powodując jej wygięcie. Typowe przykłady zastosowania to poszycia, pola powierzchni skrzydeł, panele dostępu i sekcje kadłuba.

  • Korekta odkształceń: (działanie przeciwne do formowania kulowaniem) Kulowanie jest wykorzystywane do rozciągania i ściskania określonego obszaru w celu osiągnięcia jego doskonałej płaskości, po tym jak część została odkształcona w trakcie obróbki cieplnej lub obróbki skrawaniem. Procesowi temu poddawane są złożone elementy konstrukcyjne, żebra i dźwigary płatów.

Mechanika śrutowania

Czym jest śrutowanie?

Kulowanie (śrutowanie) jest procesem działania na zimno prowadzącym do uzyskania warstwy naprężonej po wpływem nacisku i modyfikowania właściwości mechanicznych metali. To pociąga za sobą wpływ na powierzchnię poddaną śrutowaniu (okrągły metal, szkło lub cząstki ceramiczne) z wystarczającą siłą, aby utworzyć deformację. Śrutowanie powierzchni rozprzestrzenia się plastycznie, powodując zmiany właściwości mechanicznych powierzchni.

Główną zaletą śrutowania jest opóźnienie lub zapobieganie pęknięciom pod naprężeniem bardzo rozciągającym komponenty aluminiowe.

Możemy zmienić te niepożądane w produkcji i eksploatacji naprężenia poprzez wydłużenie trwałości naprężeń ściskających, tym samym przedłużając żywotność komponentów.

Proces ten przebiega przez wprowadzenie resztkowego naprężenia ściskającego na powierzchnię elementu. Naprężenie ściskające zapobiega inicjacji pęknięcia, jako że pęknięcia nie mogą rozprzestrzeniać się w środowisku ściskanym generowanym przez kulowanie.

Naprężenia ściskające są generowane, gdy uderzenie każdej cząstki śrutu na obrabianą część produkuje małe wgniecenie. Wynika z tego, że jeśli powierzchnia jest wgnieciona, a następnie materiał pod wgnieceniem ulega kompresji. Śrutowanie generuje nie jedno wgniecenie, ale wiele tysięcy na powierzchni. Ostatecznie element staje się otoczony w warstwę naprężeń ściskających.

Korzyści z procesu zostały dobrze udowodnione, zarówno z elementami działającymi w wysokich obciążeniach, ale ze stosunkowo krótkim środowiskiem żywotności, tak jak w wyścigach samochodowych Formule 1 i częściami krytycznymi z o wiele dłuższym i mierzonym okresem eksploatacji np. w silnikach lotniczych.

Sterowanie procesem

Wartość naprężeń szczątkowych zależy od wielu zmiennych, w tym od parametrów procesu śrutowania i twardości materiału elementu do obróbki. Ponieważ proces jest często stosowany w celu zwiększenia wydajności bezpieczeństwa krytycznych elementów, ważne jest zapewnienie, aby prawidłowe natężenie naprężenia zostało osiągnięte, z dużą powtarzalnością.

Zgadywanie zostało wyeliminowane z procesu poprzez wykorzystanie systemu, który wskazuje energię wywieraną przez uderzenie śrutem. Osiąga się to z procedurą taśmowego testu 'Almen'. Pasek Almen, produkowany ze stali sprężynowej w ścisłej tolerancji twardości i płaskości, jest śrutowany tylko po jednej stronie.

Wynik wywołanego naprężenia ściskającego na pasek powoduje wyginanie albo zakrzywienie. Stopień zakrzywienia jest proporcjonalny do energii przekazanej przez uderzenie śrutem i jest mierzalny na „mierniku Almen”. Wysokość łuku na taśmie Almen zależy zarówno od prędkości i masy śrutu tj. ilości energii przekazanej przez strumień śrutu, a wchłoniętej przez taśmę.

Nasycenie komponentu jest uważane za osiągnięte, gdy czas ekspozycji na śrutowanie jest podwojone, wtedy wysokość łuku lub odchylenie taśmy Almen zwiększają się o 10% lub mniej. Ten proces kontroli pokazano na wykresie.