Rozdzial 10 – Inne Zastosowania

Layout
26.07.2005
13:36 Uhr
INNE ZASTOSOWANIA
R O Z D Z I A ¸
Seite 34
D Z I E S I Ñ T Y
KSZTA¸TOWANIE MATERIA¸U
W PROCESIE KULOWANIA.
Kszta∏towanie poprzez kulowanie to najlepsza metoda
nadawania aerodynamicznych kszta∏tów pokryciom skrzyde∏
samolotów. Jest to proces bezmatrycowy, przeprowadzany
w temperaturze pokojowej. Technologia ta jest idealna do
formowania pokryç skrzyde∏ i usterzenia ogonowego nawet
najwi´kszych samolotów. Najlepiej nadaje si´ do
formowania takich krzywizn, których promienie mieszczà si´
w granicy plastycznoÊci materia∏u. Proces ten stosowany
jest do kszta∏towania cz´Êci o du˝ej powierzchni, których
promieƒ gi´cia jest stosunkowo du˝y i które nie posiadajà
skokowych zmian zarysu kszta∏tów.
W procesie kszta∏towania napr´˝enia w∏asne Êciskajàce
elastycznie rozciàgajà kulowanà powierzchni´ tak jak to
pokazano na rys. 10-1. P∏aszczyzna wygina si´ w ∏uk
w stron´ powierzchni kulowanej. Na dolnej (wewn´trznej)
powierzchni otrzymanej krzywizny wytworzone zostajà
napr´˝enia Êciskajàce. Typowe pokrycie skrzyd∏a samolotu
ma du˝à powierzchni´ i niewielkà gruboÊç przekroju.
Napr´˝enia w∏asne wywo∏ane kulowaniem wytwarzajà
znaczàce si∏y na rozleg∏ych powierzchniach. Niewielki
przekrój umo˝liwia nadawanie odpowiednich kszta∏tów
obrabianym powierzchniom, gdy proces kulowania jest
w∏aÊciwie przeprowadzany i sterowany.
W∏aÊciwie przeprowadzona procedura formowania przy
u˝yciu technologii kulowania umo˝liwia ∏atwe dostosowanie
si´ do zmieniajàcych si´ wymagaƒ odnoÊnie kszta∏tu,
zmieniajàcych si´ gruboÊci pokryç skrzyde∏, wyci´ç,
wzmocnieƒ oraz korygowanie wczeÊniejszych
zniekszta∏ceƒ. Na rys. 10-2 przedstawiono pokrycie
skrzyd∏a, które ma ró˝norodne kszta∏ty na swej d∏ugoÊci.
Skrzyd∏o jest umieszczone w przyrzàdzie kontrolnym, na
którym sprawdzana jest prawid∏owoÊç kszta∏tu.
Kszta∏towanie poprzez kulowanie najcz´Êciej przeprowadza
si´ na obrabiarkach bramowych (rys. 10-3).
Rys. 10-3 Urzàdzenie do obróbki
formujàcej pokrycia skrzyde∏ metodà
kulowania.
34
Przed
kulowaniem
Po
kulowaniu
Rys. 10-1 Próbka przed i po kulowaniu
Rys. 10-2 Urzàdzenie do sprawdzania
kszta∏tu pokrycia skrzyd∏a po
obróbce formujàcej
Kszta∏towanie w procesie kulowanie ma
nast´pujàce cechy dodatnie:
o nie wymaga matryc,
o proces jest prowadzony
w temperaturze pokojowej,
o zmiany kszta∏tu skrzyd∏a uzyskuje
si´ dobierajàc odpowiednie
parametry kulowania; nie ma
kosztownej zmiany matryc,
o kszta∏towanie nast´puje pod
wp∏ywem wytworzonych napr´˝eƒ
Êciskajàcych. Cz´Êci ukszta∏towane
w procesie kulowania majà wy˝szà
odpornoÊç na zm´czenie przy
obcià˝eniu zginajàcym oraz na
p´kanie korozyjne,
o napr´˝enia w∏asne Êciskajàce,
wytworzone w procesie
kszta∏towania poprzez kulowanie,
wyst´pujà zarówno na dolnej jak i na
górnej powierzchni formowanej w ten
sposób cz´Êci.
Layout
26.07.2005
13:36 Uhr
Seite 35
R O Z D Z I A ¸
D Z I E S I Ñ T Y
Metal Improvement Company opracowa∏a technik´
modelowania komputerowego, pozwalajàcà na analiz´
mo˝liwoÊci projektowanego kszta∏tu. Program rozwa˝a
trójwymiarowe za∏o˝enia techniczne, oparte na stopniu
z∏o˝onoÊci krzywizny, oblicza i przedstawia wymagany
stopieƒ kszta∏towania. Przedstawia równie˝ parametry
kulowania potrzebne do uzyskania danej krzywizny.
Rys. 10-4 Animacja komputerowa
Znaczàcà korzyÊcià tej techniki jest fakt, ˝e MIC mo˝e
procesu formowania w procesie
s∏u˝yç pomocà projektantom od najwczeÊniejszego
kulowania.
momentu projektowania.
Technika ta zapewnia, ˝e po˝àdany kszta∏t aerodynamiczny zostaje osiàgni´ty w najbardziej
ekonomicznym procesie produkcyjnym (rys. 10-4).
POPRAWA KSZTA¸TU
W procesie kulowania, wykorzystujàc techniki stosowane do kszta∏towania, mo˝na tak˝e poprawiaç
niepo˝àdane kszta∏ty geometryczne. Dokonuje si´ tego kulujàc wybrane miejsca w obrabianej
cz´Êci tak, aby odkszta∏cenie pod wp∏ywem wprowadzonych napr´˝eƒ w∏asnych przywróci∏o
obrabianej cz´Êci prawid∏owy kszta∏t. Oto przyk∏ady:
o
o
o
o
prostowanie wa∏ów nap´dowych i korbowych,
korekta ko∏owoÊci pierÊcieni,
poprawa kszta∏tu usztywnieƒ w skrzyd∏ach samolotów,
poprawa deformacji spowodowanych spawaniem cz´Êci.
Dzi´ki kszta∏towaniu poprzez kulowanie unika si´ niepo˝àdanych napr´˝eƒ w∏asnych
rozciàgajàcych powstajàcych przy innych metodach prostowania, natomiast wprowadza si´
korzystne napr´˝enia w∏asne ciskajàce.
INNE ZASTOSOWANIA
W wi´kszoÊci zak∏adów przemys∏u lotniczego produkcja
aerodynamicznie kszta∏towanych skrzyde∏ ze stopów
aluminium odbywa si´ metodà formowania w procesie
kulowanie.
UTWARDZANIE
Szereg materia∏ów i ich stopów jest podatne na utwardzanie w drodze obróbki na zimno. Kulowanie
znacznie podwy˝sza twardoÊç powierzchni szeregu stopów i materia∏ów, np.:
o
o
o
o
o
o
stal nierdzewna
aluminium
nierdzewna stal manganowa
inkonel
stellit
hastelloy – stop kwasoodporny
z grupy Ni-Mo-Fe
Metoda kulowania mo˝e okazaç
si´ bardzo przydatna dla cz´Êci,
które nie mogà byç obrabiane
cieplnie, a ich powierzchnia musi
byç odporna na zu˝ycie. W tablicy
podano przyk∏ady wzrostu
twardoÊci powierzchni po
kulowaniu.
Materia∏
Mosiàdz ∏uskowy
Stal nierdz. 304
Stal nierdz. 316L
Stal manganowa
Inkonel 625
Stellit
Hastelloy C
Hastelloy C
Przed
Po
Wzrost
kulowaniem kulowaniu
w procentach
50 HRB
175 HRB
250
243 HV
283 HV
23 HRCn
300 HV
42 HRC
18 HRC
25 HRC
*obrobiony plastycznie
423 HV
398 HV
55 HRC
500 HV
54 HRC
40 HRC
45 HRC
74
41
139
67
29
122 *
80 **
** stan odlewu
35
Layout
26.07.2005
13:36 Uhr
INNE ZASTOSOWANIA
R O Z D Z I A ¸
Seite 36
D Z I E S I Ñ T Y
PEENTEXsm
Kontrolowany proces kulowania mo˝e byç tak˝e
wykorzystany do poprawy estetyki powierzchni. Metal
Improvement Copmany dysponuje szerokà gamà mediów
u˝ywanych do tego celi – od bardzo drobnych kuleczek
szklanych do Êrutu staliwnego i nierdzewnego o du˝ej
granulacji. Wykorzystujàc ÊciÊle kontrolowany proces
kulowania MIC mo˝e tworzyç powierzchnie o po˝àdanych
w∏aÊciwoÊciach, powtarzalne i odporne na uszkodzenia
w czasie eksploatacji.
Technikà kulowania wykaƒczane sà powierzchnie pomników,
por´cze, bramy wejÊciowe i elewacje budynków, wyroby
ozdobne z metalu i inne widoczne elementy. Przy wyborze
wykoƒczeƒ ozdobnych MIC mo˝e przedstawiç szereg
wzorów. Na rys. 10-5 widoczna jest por´cz, na której
zastosowano obróbk´ wykoƒczajàcà metodà Peentexsm
(lewa strona rys. 10-5) w celu zmatowienia b∏yszczàcej
powierzchni (prawa strona rysunku).
Rys. 10-5 Porównanie wyglàdu
powierzchni przed (strona prawa)
i po (strona lewa) kulowaniu
metodà Peentexsm
Powierzchnia o fakturze ozdobnej mo˝e ukryç zadrapania
i wady powierzchni, które by∏yby widoczne na powierzchni
szlifowanej. Powszechnie kuluje si´ przy zastosowaniu
odpowiedniego sprz´tu wewn´trznà stron´ form odlewniczych do wyrobów z tworzyw sztucznych.
Wzór wewnàtrz formy nadaje w∏aÊciwy wizerunek powierzchni wyrobu.
POWIERZCHNIE OBROBIONE METODÑ KULOWANIA
Powierzchnie obrobione metodà kulowania to takie, które sà teksturowane w celu polepszenia ich
mo˝liwoÊci eksploatacyjnych. Poni˝ej podano przyk∏ady nietypowego wykorzystania powierzchni,
mo˝liwego dzi´ki zastosowaniu kulowania:
o W wi´kszoÊci przypadków powierzchnia teksturowana w wyniku kulowania ma ni˝szy
wspó∏czynnik tarcia Êlizgowego ni˝ powierzchnia nieteksturowana. Dzieje si´ tak dlatego,
˝e strefa styku powierzchni jest zredukowana do „szczytów“ wytworzonych przez kulowanie
wg∏´bieƒ.
o W niektórych przypadkach wg∏´bienia stajà si´ zbiorniczkami gromadzàcymi oleje
smarownicze, co nie mo˝e nastàpiç, gdy powierzchnia jest g∏adka.
o W niektórych przypadkach nieukierunkowany uk∏ad w∏ókien powierzchni jest bardziej
po˝àdany ni˝ obrobiona jednokierunkowo / szlifowana powierzchnia. Okaza∏o si´ to
korzystne w niektórych zastosowaniach przy uszczelnieniach.
o W niektórych przypadkach stosowania form odlewniczych powierzchnia teksturowana daje
mniejszy efekt pró˝niowy, dzi´ki czemu uzyskuje si´ po˝àdane w∏aÊciwoÊci antyadhezyjne.
36
Layout
26.07.2005
13:36 Uhr
Seite 37
R O Z D Z I A ¸
D Z I E S I Ñ T Y
Ârednice pneumatycznych przenoÊników
rurowych mogà dochodziç do dziesi´ciu cali. Sà
one zazwyczaj wykonane ze stali nierdzewnej
lub stopów aluminium. U˝ywane sà one mi´dzy
innymi do transportowania granulek tworzywa
sztucznego w zak∏adach formierskich, przy
sporzàdzaniu mieszanek i ich transportowaniu
do wtryskarek. Transportowane kuleczki
w kontakcie z wewn´trznà powierzchnià rur
ulegajà uszkodzeniom. Pr´dkoÊç
przemieszczania si´ kulek i tarcie powoduje ich
nagrzewanie i straty produkcyjne. Stosujàc
pewien rodzaj technologii Peentexsm, która
wytwarza ukierunkowane rowki, MIC mo˝e
wykonaç ukierunkowanà tekstur´ wewn´trznej
powierzchni przewodów rurowych co
w znaczàcym stopniu redukuje powstawanie
Rys. 10-6 W przenoÊnikach rurowych
zastosowano ukierunkowane kulowanie
mia∏ów, py∏ów i innych utrudnieƒ, w rezultacie
których dochodzi corocznie do milionowych strat
Rodzaj obróbki
(w gramach na 100 000
lub zanieczyszczeƒ w produkcji. Ukierunkowane
lbrzetransportowanego mat.)
kulowanie okaza∏o si´ byç znacznie
Ukierunkowane kulowanie
1,629
korzystniejsze ni˝ inne formy wewn´trznej obróbki
rur, jest bardziej ekonomiczne i mo˝e byç
G∏adkie wykoƒczenie fabryczne
4,886
wykonane bezpoÊrednio u klienta.
Rowkowanie spiralne
6,518
Ukierunkowane wykoƒczenie powierzchni daje
Piaskowanie
7,145
dodatkowe korzyÊci przy utwardzaniu rur
stalowych lub aluminiowych przed∏u˝ajàc
Pokrywanie poliuretanem
7,215
˝ywotnoÊç powierzchni. W tablicy podano wyniki
Ârednio zniszczona rura
13,887
szeÊciu ró˝nych obróbek wewn´trznych
w przewodach rurowych. Po˝àdane by∏o zmniejszenie iloÊci powstajàcego mia∏u na ka˝de 100 000
funtów przetransportowanego materia∏u. Ukierunkowane kulowanie spowodowa∏o zmniejszenie
powstawania py∏ów do 1/3 w porównaniu z innymi sposobami wewn´trznej obróbki przewodów.
IloÊç py∏ów
INNE ZASTOSOWANIA
Przyk∏ad zastosowania
PNEUMATYCZNE PRZENOÂNIKI RUROWE
Przyk∏ad zastosowania
PRZEMYS¸ SPO˚YWCZY
W przemyÊle mleczarskim przy wyrobie serów stwierdzono, ˝e
wytworzenie wg∏´bieƒ na powierzchniach kadzi jest korzystniejsze od
innych obróbek wykaƒczajàcych. Powierzchnia teksturowana dzi´ki
kulowaniu cz´sto ma ni˝szy wspó∏czynnik tarcia Êlizgowego. Stanowi to
Êrodek zabezpieczajàcy przed przyleganiem (np. sera do powierzchni
kadzi). Wg∏´bienia dzia∏ajà jak pojemniczki dla t∏uszczu lub innych
substancji pozwalajàcych wyrobom serowarskim ∏atwiej zeÊlizgnàç si´
z formy po kraw´dziach wg∏´bieƒ, wytworzonych w procesie kulowania.
Badania dowiod∏y, ˝e wykoƒczenie powierzchni metodà kulowania
Rys 10-7 Pojedyncza
zaspokaja lub nawet przewy˝sza normy dotyczàce czystoÊci
wn´ka formy do sera
mikrobiologicznej urzàdzeƒ. Dzieje si´ tak dlatego, ˝e zaokràglone
powierzchnie wg∏´bieƒ nie pozwalajà na zagnie˝d˝anie si´ i rozwój
bakterii. Ostre odciski pozosta∏e po czyszczeniu strumieniowo – Êciernym lub piaskowaniu tworzy∏y
powierzchni´ trudniejszà do zachowania czystoÊci i stwarza∏y warunki do gromadzenia si´ i rozwoju
bakterii [10.2]. Dobry skutek osiàgany by∏ gdy stosowano kulki szklane lub Êrut ze stali
nierdzewnej.
Na rys. 10-7 przedstawiono pojedynczà wn´k´ formy do sera. W MIC z powodzeniem teksturowano
formy do sera o ró˝nych kszta∏tach i rozmiarach.
37
Layout
26.07.2005
13:36 Uhr
INNE ZASTOSOWANIA
R O Z D Z I A ¸
Seite 38
D Z I E S I Ñ T Y
KOROZJA WARSTWOWA
Znaczna liczba eksploatowanych samolotów ma ju˝ ponad 20 lat. Stopieƒ bezpieczeƒstwa
starszych samolotów zale˝y od ich stanu technicznego. W pewnym d∏ugo eksploatowanym
Boeningu 737 nastàpi∏a dekompresja na wysokoÊci 7 300 m w wyniku oderwania si´ cz´Êci
poszycia kad∏uba na d∏ugoÊci 6 m. Przyczynà awarii by∏a korozja i zm´czenie metalu [10.3].
MIC opracowa∏a technologi´ zwanà Search Peeningsm (kulowanie kontrolne), przy pomocy której
mo˝na zlokalizowaç korozj´ powierzchniowà i korozj´ p∏ytko podpowierzchniowà. Odwarstwienie
si´ powierzchniowej cienkiej warstwy materia∏u nast´puje w wyniku napr´˝eƒ w∏asnych
wytworzonych podczas kulowania powierzchni. Oddzieleniu ulega cienka warstwa z korozjà
mi´dzykrystalicznà, która w aluminium wyst´puje na granicy ziaren. Korozja odwarstwiajàca
zachodzi równie˝ w przypadku powstania tzw. mostka galwanicznego w wyniku kontaktu
niew∏aÊciwie dobranych materia∏ów.
Na rys. 10-8 przedstawiono charakterystyczne
wybrzuszenia (p´cherze) powsta∏e na powierzchni
w wyniku korozji mi´dzykrystalicznej. Korozja taka
mo˝e równie˝ wyst´powaç pod powierzchnià
materia∏u.
Ogniska korozji powsta∏e na powierzchni mo˝na
usunàç metodà piaskowania lub innà metodà
mechanicznà. Nast´pnie stosuje si´ kulowanie, aby
zrekompensowaç straty wytrzyma∏oÊci
zm´czeniowej wynikajàce z usuni´cia cz´Êci metalu.
Kulowanie mo˝e ujawniç ogniska korozji
przypowiezchniowej wyst´pujàce w postaci p´cherzy
na powierzchni kulowanej.
Zlokalizowane ogniska korozji muszà byç usuni´te
i proces kulowania kontrolnego nale˝y powtarzaç tak
d∏ugo, a˝ p´cherze nie b´dà si´ pojawiaç.
Rys. 10-8 Korozja odwarstwiajàca
MIC morze przeprowadzaç Search Peeningsm u klienta w hangarach naprawczych. Wra˝liwe
cz´Êci samolotu, które nie mogà byç kulowane, muszà zostaç os∏oni´te przed przystàpieniem do
wykonywania operacji kulowania.
USZCZELNIANIE POROWATOÂCI
PorowatoÊç powierzchni stanowi powa˝ny problem w odlewnictwie i metalurgii proszków.
NiejednorodnoÊç w konsystencji materia∏u w warstwach powierzchniowych mo˝na poprawiç
stosujàc technologi´ kulowania. Podwy˝szajàc intensywnoÊç kulowania (energi´, z jakà Êrut uderza
w kulowanà powierzchni´) mo˝na wykryç rozleg∏e podpowierzchniowe wady i rozwarstwienia
materia∏u.
LITARATURA:
10.1 Paulson; Effective Means for Reducing Formation of Fines and Streamers in Air Conveying Systems, Regional Technical
Conference of the Society of Plastics Engineering; 1978, Flo-Tronics Division of Allied Industries; Houston, TX
10.2 Steiner, Maragos, Bradley; Cleanability of Stainless Steel Surfaces With Various Finishes; Dairy, Food, and Environmental Sanitation, April 2000
10.3 Eckersley; The Aging Aircraft Fleet, IMPACT; Metal Improvement Co.
38
26.07.2005
13:37 Uhr
Seite 39
R O Z D Z I A ¸
J E D E N A S T Y
Gdy g∏´bokoÊç umacnianych otworów jest wi´ksza od ich Êrednicy, otwory takie nie mogà byç
kulowane w taki sposób jak kuluje si´ powierzchnie zewn´trzne. Nale˝y takà operacj´ wykonaç
przy pomocy specjalnej lancy lub przy zastosowaniu deflektora, wprowadzonego do otworu.
Opracowane warunki kulowania muszà byç ÊciÊle kontrolowane (rys. 11-1). Metoda ta znalaz∏a
zastosowanie mi´dzy innymi przy
kulowaniu bardzo ma∏ych otworów,
o Êrednicy 2,4 mm, w tarczach
silników odrzutowych. Metod´ t´
mo˝na stosowaç np. w:
o
o
o
o
o
o
o
otworach przepustowych,
cylindrach hydraulicznych,
dêwigarach helikopterów,
˝erdziach wiertniczych,
∏opatach Êmigie∏,
otworach smarowniczych
wa∏ów korbowych,
kompresorach i wirnikach
turbin.
Posuwisto-zwrotny
deflektor do kulowania
Posuwisto-zwrotna
i obracajàca si´ lanca
Rys. 11-1 Lanca i deflektor do kulowania
W MIC opracowano metod´ okreÊlania
intensywnoÊci kulowania ma∏ych otworów. Na rys. 11-2 przedstawiono wyniki badaƒ tarczy wirnika
silnika odrzutowego,
podczas których porównano
napr´˝enia w∏asne na
powierzchni zewn´trznej
(kulowanej dyszà
konwencjonalnà)
z napr´˝eniami na
Kulowane konwencjonalnie
powierzchni wewn´trznej
Kulowane
ma∏ego otworu, kulowanego
deflektorem
przy zastosowaniu
deflektora. Uzyskane
rozk∏ady napr´˝eƒ
w∏asnych sugerujà, ˝e obie
metody sà porównywalne,
gdy w procesie kulowania
u˝yto Êrutu o takiej samej
granulacji i kulowano z takà
samà intensywnoÊcià
G∏´bokoÊç: cale – skala dolna; mm- skala górna
[11.1].
Rys. 11-2 Krzywe napr´˝eƒ w∏asnych po kulowaniu konwencjonalnym
i przy u˝yciu deflektora
DODATKOWE MO˚LIWOÂCI DZIA¸ANIA I US¸UGI MIC
POWIERZCHNIE WEWN¢TRZNE I POWIERZCHNIE OTWORÓW
Napr´˝enia w∏asne
Layout
DWUKROTNE KULOWANIE Z RÓ˚NYMI INTENSYWNOÂCIAMI
Dwukrotne kulowanie (Dura Peensm) jest stosowane do dalszego podwy˝szenia w∏aÊciwoÊci
wytrzyma∏oÊciowych. JeÊli po pierwszej operacji kulowania uzyskuje si´ wzrost o 30 – 50%
wytrzyma∏oÊci zm´czeniowej to powtórne kulowanie mo˝e podnieÊç wytrzyma∏oÊç zm´czeniowà
o dalsze kilkanaÊcie procent.
39