سلام، مهمان
ساچمه زنی یک فرآیند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ریز نسبتا کروی (ساچمه) تحت ضربات شدید قرار میگیرد. هر گلوله ساچمه مانند یک چکش ضربه زنی کوچک عمل کرده و در سطح قطعه یک گودی یا فرورفتگی ایجاد میکند. برای تشکیل این گودی باید لایه سطحی فلز به نقطه تسلیم کششی خود برسد تا تغییر فرم پلاستیک ایجاد شود.در لایه زیرین سطح٫ ذرات فشرده شده سعی میکنند تا سطح را به حالت اولیه خود برگردانند که در نتیجه یک ناحیه نیم کروی از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاری شدیدی قرار دارد٫ ایجاد میگردد.
با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح٫ یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده تشکیل میشود.
این موضوع روشن است که معمولا ایجاد و رشد ترکها در ناحیه تحت فشار ممکن نیست. از طرف دیگر تقریبا تمام ترکهای ناشی از خستگی یا خوردگی تنشی از سطح یا نزدیک سطح آغاز میشوند. در نتیجه قطعاتی که ساچمه زنی شده اند٫ دارای عمر کاری بیشتری در اینگونه شرایط میباشند. مقدار تنش فشاری باقیمانده در قطعه در اثر ساچمه زنی حداقل برابر نصف مقدار استحکام کششی ماده میباشد.
در اغلب فرآیندهای شکست زمانبر٫ عامل اصلی شکست٫ تنشهای کششی میباشند. این تنشها میتواند ناشی از اعمال بار خارجی و یا تنشهای باقیمانده در اثر فرآیند ساخت (مانند جوشکاری٫ سنگ زنی و ...) باشد. تنش کششی تمایل دارد تا ذرات تشکیل دهنده قطعه را از هم دور کند و لذا میتواند باعث ایجاد ترک شود. تنش فشاری باعث فشرده شدن مرزدانه های سطحی شده و شروع ترک را بمدت قابل ملاحظه ای به تاخیر میاندازد. از طرف دیگر از آنجایی که رشد ترک در ناحیه تحت فشار بسیار آهسته تر میباشد٫ هرچه عمق سطح فشرده شده بیشتر باشد میزان مقاومت به ترک بیشتر خواهد بود.
ساچمه زنی معمولا برای کاهش اثر تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری در فلزات استحکام بالا٫ سازه های تحت بارهای سیکلی و دینامیک و همچنین جوشکاری های ترمیمی قطعات٫ خصوصا مواقعی که امکان تنشزدایی وجود ندارد کاربرد وسیعی دارد.
فرایند Stress-Peening یا اصطلاحا تنش زنی با وجود یک تنش کششی قبلی است. در شرایطی که قطعات تنها در یک جهت تحت تنش قرار دارند، فرایند تنش زنی بکار می رود و در آن قطعاتی که تحت یک کشش قبلی قرار دارند ساچمه زنی می شوند. در طی این فرایند، تنش فشاری درونی بسیار بیشتر از ساچمه زنی معمولی ایجاد شده و در حقیقت درست تا حد سیلان تنش فشاری درونی ماده پیش می رود. تنش زنی، صرفه جویی بیشتر در وزن و افزایش عمرکاری را در پی دارد. این افزایش عمر کاری در قطعات مختلف متفاوت می باشد، مثلا برای چرخ دنده ها و فنرهای مارپیچی بیش از ۱۰۰۰ درصد، درزهای جوش ۲۰۰ درصد و برای میله های تحت تنش پیچشی بین ۱۴۰ تا ۶۰۰ درصد است.
به منظور افزایش مقاومت و دوام قطعه و اجتناب از ترک خوردگی تنشی(SCC)، باید تمام سطوح بحرانی و حساس کاملا ساچمه زنی شوند. برای کنترل این موضوع می‌توان از عدسی با بزرگنمایی x۱۰ استفاده کرد یا مایع خاصی را روی سطح قطعه پاشید یا رنگ کرد؛ در طی فرایند خشک کردن این مایع به شکل الاستیک در آمده و تنها توسط شکست سطح کنده می شود. برای کنترل این موضوع که آیا تمام سطحی که باید ساچمه زنی شود، با فیلم نازک پوشیده شده است یا نه، می توان از تابش پرتو فرابنفش استفاده کرد.
یک دستگاه ساچمه زنی معمولا از اجزاء زیر تشکیل شده است:
چرخ دوار پرتاب کننده ساچمه، بخش جداکننده ساچمه که ساچمه های ساییده و فرسوده و خرد شده را از ساچمه های قابل استفاده جدا می کند، و جمع کننده گرد و غبار که برای تکمیل کار بخش قبلی ذرات ریز موجود در انبوه ساچمه ها را می گیرد.
برای رسیدن به شدت مورد نیاز در ساچمه زنی نیازمند اجزاء مناسب در دستگاه هستیم. اصل کار ساچمه زنی با کمک چرخهای دوار پرتاب کننده ساچمه بر مبنای استفاده از انرژی جنبشی بالای ساچمه ها قرار دارد؛ این انرژی از سرعت و جرم ساچمه ناشی می شود. بنابراین عملکرد دستگاه ساچمه زنی به مقدار زیادی به بازدهی چرخ های پرتاب بستگی دارد. معمولا این چرخهای دوار بصورت Patent بوده و در انحصار سازندگان اندک خود قرار دارند. استفاده از یک یا چند چرخ بر روی ماشین، مزیت های بیشماری را در پی دارد، مانند: ضربه با انرژی زیاد، کنترل جهت و سطح پاشش، توان عملیاتی بالای ساچمه های ساینده، پاشش یکنواخت با شدت بهینه، و زمان مناسب پرداخت سطحی.
بهبود استحکام خستگی: می دانیم که در فناوریهای جدید پرداخت سطحی و عملیات مربوط به سطح، ساچمه زنی از طریق پرتاب ساچمه بر روی قطعات با استفاده از چرخهای بزرگ دوار جایگزین دیگر فرایندهای گران قیمت و زمان بر شده است و امروزه به اثبات رسیده است که این عملیات در جهت افزایش استحکام خستگی فنرها موثر است. این فرایند هم از لحاظ زیست محیطی و هم از لحاظ اقتصادی مناسب بوده و همانطور که گفته شد امکان طراحی قطعات سبکتر و با هزینه کمتر را فراهم می آورد.
این فرایند تاثیر اندکی بر روی قطعات تحت تنشهای پیچشی و فشاری غیر متناوب (مستقیم) دارد، اما برای قطعاتی که تحت تنش های خمشی یا پیچشی متناوب قرار دارند، مثل شیرها، سیستمهای تعلیق، فنرهای کلاچ، فنرهای مارپیچی بسیار مناسب هستند.
چگونه خواص خستگی فنرها بهبود می یابد؟ در فرایندهای ساچمه زنی، به منظور دستیابی به توزیع موضعی تنشهای فشاری و کششی، قبل از آنکه فنرها تحت هیچ تنشی قرار بگیرند ساچمه های ساینده روی سطح فنرها پاشیده می شوند.
ساچمه های ساینده که گاها با سرعت تا ۱۰۰ مایل بر ثانیه به سطح آنها برخورد می کنند، باعث به وجود آمدن دندانه های کروی شکل دائمی برروی آنها می شوند. سطح فلز زیر سطوح ساچمه زنی شده تغییر شکل می یابند. موازنه نیروها تنشی فشاری را در فلز ایجاد می کند. فرورفتگی ایجاد شده روی سطح بالایی مماسی و عمود بر سطح است. اما در لایه های زیرین کشش باعث تغییر شکل دائمی می شود. در نتیجه فنرهای ساچمه زنی شده قبل از آنکه در شرایط کاری واقعی قرار بگیرند، تحت تنشهای اولیه ای قرار می گیرند. تنشهایی که فنرها در طول عمر کاری خود آنها را تحمل می کنند، مشابه تنشهای اولیه ای هستند که در اثر ساچمه زنی در قطعه ایجاد می شوند. به ویژه در شرایطی که تنش کششی داریم، فشار سطحی که از قبل ایجاد شده، قله های کشش (تنشهای کششی ماکزیمم در سیکل خستگی) را کاهش می دهد و به این ترتیب استحکام خستگی فنر با ساچمه زنی افزایش می یابد.
منبع: Shot Peening Application by Metal Improvement Co
با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح٫ یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده تشکیل میشود.
این موضوع روشن است که معمولا ایجاد و رشد ترکها در ناحیه تحت فشار ممکن نیست. از طرف دیگر تقریبا تمام ترکهای ناشی از خستگی یا خوردگی تنشی از سطح یا نزدیک سطح آغاز میشوند. در نتیجه قطعاتی که ساچمه زنی شده اند٫ دارای عمر کاری بیشتری در اینگونه شرایط میباشند. مقدار تنش فشاری باقیمانده در قطعه در اثر ساچمه زنی حداقل برابر نصف مقدار استحکام کششی ماده میباشد.
در اغلب فرآیندهای شکست زمانبر٫ عامل اصلی شکست٫ تنشهای کششی میباشند. این تنشها میتواند ناشی از اعمال بار خارجی و یا تنشهای باقیمانده در اثر فرآیند ساخت (مانند جوشکاری٫ سنگ زنی و ...) باشد. تنش کششی تمایل دارد تا ذرات تشکیل دهنده قطعه را از هم دور کند و لذا میتواند باعث ایجاد ترک شود. تنش فشاری باعث فشرده شدن مرزدانه های سطحی شده و شروع ترک را بمدت قابل ملاحظه ای به تاخیر میاندازد. از طرف دیگر از آنجایی که رشد ترک در ناحیه تحت فشار بسیار آهسته تر میباشد٫ هرچه عمق سطح فشرده شده بیشتر باشد میزان مقاومت به ترک بیشتر خواهد بود.
ساچمه زنی معمولا برای کاهش اثر تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری در فلزات استحکام بالا٫ سازه های تحت بارهای سیکلی و دینامیک و همچنین جوشکاری های ترمیمی قطعات٫ خصوصا مواقعی که امکان تنشزدایی وجود ندارد کاربرد وسیعی دارد.
فرایند Stress-Peening یا اصطلاحا تنش زنی با وجود یک تنش کششی قبلی است. در شرایطی که قطعات تنها در یک جهت تحت تنش قرار دارند، فرایند تنش زنی بکار می رود و در آن قطعاتی که تحت یک کشش قبلی قرار دارند ساچمه زنی می شوند. در طی این فرایند، تنش فشاری درونی بسیار بیشتر از ساچمه زنی معمولی ایجاد شده و در حقیقت درست تا حد سیلان تنش فشاری درونی ماده پیش می رود. تنش زنی، صرفه جویی بیشتر در وزن و افزایش عمرکاری را در پی دارد. این افزایش عمر کاری در قطعات مختلف متفاوت می باشد، مثلا برای چرخ دنده ها و فنرهای مارپیچی بیش از ۱۰۰۰ درصد، درزهای جوش ۲۰۰ درصد و برای میله های تحت تنش پیچشی بین ۱۴۰ تا ۶۰۰ درصد است.
به منظور افزایش مقاومت و دوام قطعه و اجتناب از ترک خوردگی تنشی(SCC)، باید تمام سطوح بحرانی و حساس کاملا ساچمه زنی شوند. برای کنترل این موضوع می‌توان از عدسی با بزرگنمایی x۱۰ استفاده کرد یا مایع خاصی را روی سطح قطعه پاشید یا رنگ کرد؛ در طی فرایند خشک کردن این مایع به شکل الاستیک در آمده و تنها توسط شکست سطح کنده می شود. برای کنترل این موضوع که آیا تمام سطحی که باید ساچمه زنی شود، با فیلم نازک پوشیده شده است یا نه، می توان از تابش پرتو فرابنفش استفاده کرد.
یک دستگاه ساچمه زنی معمولا از اجزاء زیر تشکیل شده است:
چرخ دوار پرتاب کننده ساچمه، بخش جداکننده ساچمه که ساچمه های ساییده و فرسوده و خرد شده را از ساچمه های قابل استفاده جدا می کند، و جمع کننده گرد و غبار که برای تکمیل کار بخش قبلی ذرات ریز موجود در انبوه ساچمه ها را می گیرد.
برای رسیدن به شدت مورد نیاز در ساچمه زنی نیازمند اجزاء مناسب در دستگاه هستیم. اصل کار ساچمه زنی با کمک چرخهای دوار پرتاب کننده ساچمه بر مبنای استفاده از انرژی جنبشی بالای ساچمه ها قرار دارد؛ این انرژی از سرعت و جرم ساچمه ناشی می شود. بنابراین عملکرد دستگاه ساچمه زنی به مقدار زیادی به بازدهی چرخ های پرتاب بستگی دارد. معمولا این چرخهای دوار بصورت Patent بوده و در انحصار سازندگان اندک خود قرار دارند. استفاده از یک یا چند چرخ بر روی ماشین، مزیت های بیشماری را در پی دارد، مانند: ضربه با انرژی زیاد، کنترل جهت و سطح پاشش، توان عملیاتی بالای ساچمه های ساینده، پاشش یکنواخت با شدت بهینه، و زمان مناسب پرداخت سطحی.
بهبود استحکام خستگی: می دانیم که در فناوریهای جدید پرداخت سطحی و عملیات مربوط به سطح، ساچمه زنی از طریق پرتاب ساچمه بر روی قطعات با استفاده از چرخهای بزرگ دوار جایگزین دیگر فرایندهای گران قیمت و زمان بر شده است و امروزه به اثبات رسیده است که این عملیات در جهت افزایش استحکام خستگی فنرها موثر است. این فرایند هم از لحاظ زیست محیطی و هم از لحاظ اقتصادی مناسب بوده و همانطور که گفته شد امکان طراحی قطعات سبکتر و با هزینه کمتر را فراهم می آورد.
این فرایند تاثیر اندکی بر روی قطعات تحت تنشهای پیچشی و فشاری غیر متناوب (مستقیم) دارد، اما برای قطعاتی که تحت تنش های خمشی یا پیچشی متناوب قرار دارند، مثل شیرها، سیستمهای تعلیق، فنرهای کلاچ، فنرهای مارپیچی بسیار مناسب هستند.
چگونه خواص خستگی فنرها بهبود می یابد؟ در فرایندهای ساچمه زنی، به منظور دستیابی به توزیع موضعی تنشهای فشاری و کششی، قبل از آنکه فنرها تحت هیچ تنشی قرار بگیرند ساچمه های ساینده روی سطح فنرها پاشیده می شوند.
ساچمه های ساینده که گاها با سرعت تا ۱۰۰ مایل بر ثانیه به سطح آنها برخورد می کنند، باعث به وجود آمدن دندانه های کروی شکل دائمی برروی آنها می شوند. سطح فلز زیر سطوح ساچمه زنی شده تغییر شکل می یابند. موازنه نیروها تنشی فشاری را در فلز ایجاد می کند. فرورفتگی ایجاد شده روی سطح بالایی مماسی و عمود بر سطح است. اما در لایه های زیرین کشش باعث تغییر شکل دائمی می شود. در نتیجه فنرهای ساچمه زنی شده قبل از آنکه در شرایط کاری واقعی قرار بگیرند، تحت تنشهای اولیه ای قرار می گیرند. تنشهایی که فنرها در طول عمر کاری خود آنها را تحمل می کنند، مشابه تنشهای اولیه ای هستند که در اثر ساچمه زنی در قطعه ایجاد می شوند. به ویژه در شرایطی که تنش کششی داریم، فشار سطحی که از قبل ایجاد شده، قله های کشش (تنشهای کششی ماکزیمم در سیکل خستگی) را کاهش می دهد و به این ترتیب استحکام خستگی فنر با ساچمه زنی افزایش می یابد.
منبع: Shot Peening Application by Metal Improvement Co
خوبی چو از حد بگذرد نادان خیال بد کند.
