شات پینینگ

شات پینیگ پدیده ایست که بیشتر در بخش ایمنی و با هدف بهبود کیفی و افزایش طول عمر قطعات مطرح گردید . این فن آوری با تجربه کوبیده شدن ضربات چکش بر سطوح مسین به جهت بهبود کیفیت آنها آغاز و تا امروز ادامه یافته است . برای درک بهتر در نظر داشته باشید هنگامی که قطعه ای  در  ریخته گری، تراشکاری آهنگری حتی  نورد تولید می شود ولو در ایده آل ترین شرایط نیز روی سطح آن ترک ‏های فراوانی در مقیاس میکرو وجود خواهد داشت . در حالی که این ترک ها مهار نشود به مرور بزرگتر و با عث استهلاک قطعه ای خواهد شد که در معرض تکرار تنش برروی آن باشد .

فیلم یک

شات پینینگ یک فرآیند کارسرد است که در آن ساینده های ریز کروی با نواختن ضربه و بمباران سطح فلزات، بر روی آن اثرگذاری میکنند. در این فرایند قطعه در معرض یک جریان پاششی ساچمه قرار می گیرد. برخورد ساچمه باعث فشرده شدن لایه ی سطحی قطعه و در نتیجه ترمیم ترک های ریز سطحی می شود. براثر نواخته شدن این ضربات تنشهای زیرسطحی به نقطه تسلیم رسیده و سعی در بازگشت به حالت اولیه خود دارند، با ادامه ی این فشرده سازی خاصیت مقاومت به خستگی بهبود می یابد.

فیلم 2

فرایند شات پینینگ علاوه بر ترمیم ترک های ریز سطحی باعث ایجاد تنش فشاری پسماند در قطعه می شود. شات پینینگ نوعی چکش کاری ریز  با ساچمه های کاملا کروی و سختی خاص و کنترل شدید به شمار می رود . در این  فرآیند هر دانه ساینده در برخورد با قطعه به عنوان یک چکش کوچک عمل می کند و ایجاد یک فرورفتگی مینماید، که در  نهایت با مجموعه ای از این فرورفتگی ها مواجه میگردد. این تنش فشاری باعث خنثی شدن تنش کششی پسماندی که از فرایندهای قبلی (مانند سنگ زنی، تراشکاری، ریخته گری و دیگر فرایندهای فلزات) به جا مانده است می شود و در نتیجه مقاومت قطعه در برابر بارهای کششی را افزایش می دهد. با این تفاوت که برای تنوع بسیار بالاتری از قطعات و جنس ها قابل استفاده است.

فیلم 3

انواع پياده سازي فرآيند ساچمه کوبی (شات پینینگ )

1- ساچمه کوبی بادي: در این روش عامل پاشش ساینده دستگاههای ایر بلاست می باشند که هوای در جریان عامل کوبش ساینده به قطعه است .

فیلم با ایر بلاست 1یا 2

2- ساچمه زني سانتريفيوژ يا گريز از مرکز: دراین روش پرتاب ساینده فلزی توسط گردونه ،توربین یا سانتریفوژصورت می پذیرد .

فیلم شات بلاست

برخی مزایای شات پینینگ عبارت است از:

افزایش مقاومت خستگی- افزایش تنش تسلیم- جلوگیری از ایجاد ترک به علت ساییدگی- جلوگیری از پدیده ی تردی هیدروژنی- به تعویق انداختن خوردگی- امکان استفاده از فولادهای با استحکام بالا با کاهش تردی آن ها- روغن خور کردن سطح قطعه از طریق ایجاد الگوی سطح به صورت گودال های بسیار ریز و امکان قرار گرفتن روغن در گودال ها

عوامل تاثیر گذار در شات پینینگ

برخی از  مهمترین عوامل تاثیر گذار بر شات پینینگ عباتند از :

شکل ، جنس و سختی و ابعاد در ساچمه ها  کنترل فرایندی  و جهت دقیق پرتاب ساچمه و سرعت پرتاب همچنین  شدت و زمان پاشش و جاروب کردن یکدست سطح قطعه و در نهایت جنس قطعه

مواد ساینده

اندازه و نوع ساچمه : ساینده فلزی مورد استفاده در شات پینینگ میبایست از نوع فولادی پرکربن و یکدست کروی باشد، در غیر اینصورت عمل شات پینینگ با موفقیت انجام نخواهد شد. بعلاوه سایز ساچمه الزاماً باید کمتر از یک ششم کمترین ضخامت قطعه باشد و سختی نیز با توجه به سختی قطعه و عموماً در محدوده ی ۵۰-۵۸ راکول سی انتخاب می گردد.

مواد ساینده دیگری که در شات پینینگ کاربرد دارند عبارتند از کات وایر از نوع استوانه ای و گرد شده (کاندیشن )و در برخی موارد از مواد غیر فلزی  ماتتد گلس بید در ایربلاست نیز بهره می برند .

سختی سطح قطعه

نتیجه بهینه عملیات شات پینینگ بشدت به مشخصات خود قطعه مانند سطح و سختی آن وابسته است لذا بطور بهینه موادی که قابلیت انجام فرایند شات پینینگ را دارند عبارتند از:

فولادهای کربن دار- فولادهای استحکام بالا- چدن- آلیاژهای آلومینیوم- تیتانیوم- منیزیم

کنترل عملیات شات پینیگ

بطور کلی شات پینینگ در بخش ماشینی به سه عامل وابسته است

سرعت ساچمه کوبی

زمان ساچمه کوبی

فاصله میان نازل ساچمه کوب  و سطح قطعه

ساچمه زنی سالها است که مورد استفاده قرار می گیرد. اگرچه این صنایع کوچک بودند که در گذشته مزایای این روش کار سرد را مشخص ساختند ولی ساچمه زنی مدرن(شات پینینگ یا کوبش کنترل شده ساچمه )  از دهه ۱۹۳۰ گشترش یافته است. در سال ۱۹۴۵ جان  اتو آلمن روش اندازه گیری شدت آنرا ثبت تجاری  نمود.

بسیاری از متخصصین آقای آلمن را پدر ساچمه کوبی مدرن می دانند. او از یک تسمه فلزی، که امروزه تسمه آلمن(شکل راست) نامیده می شود، و یک سیستم اندازه گیری قوسی با نام امروزی گیج آلمن(شکل۳)چپ  برای اندازه گیری شدت برخورد ساچمه به قطعه بهره گرفت.

 تسمه آلمن بر روی یک بلوک تخت با ۴ پیچ محکم می شود. برای بررسی کیفیت عملیات شات پنینگ از تست آلمن استفاده می شود. (توضیحات تست آلمن در مقاله ی دیگری در بخش مقالات سایت جستجو نمائید) فرایند شات پینینگ با وجود اصول ساده و قابل فهم پیچیدگی های فراوانی دارد و در سال های اخیر بحث ها و پژوهش های فنی فراوانی در مورد آن انجام شده است که خارج از محدوده ی بحث این مطلب است.

 زمانیکه تسمه تحت فرایند ساچمه زنی قرار می گیرد، تنش فشاری بر روی سطح ساچمه ایجاد می شود. پس از برداشتن تسمه از روی بلوک، به دلیل عدم تحمل تنش اعمالی توسط این تسمه نازک، قوس بر می دارد. این قوس با گیج آلمن اندازه گیری می شود.  در ادامه با مراجعه به جداول و نمودارها می توان از صحت عملیات اطمینان حاصل نمود.

فیلم المن

متغير هاي متعددي روي ساچمه زني یا شات پیننیگ موثر هستند , شدت برخورد ساچمه ها به قطعه  Intensity ميزان پوشانندگي ساچمه ها يا Coverage ,اندازه ساچمه ها ,جنس ساچمه ها ,سختي ساچمه ها و سرعت ساچمه ها از متغير هاي اصلي هستند. دستگاه ساچمه زني نيز  بايدكاليبره شوند .مطابق استاندارد ترسيم منحني اشباع به كمك نوار هاي آلمن و ترسيم قوس آن در مقابل زمان ساچمه زني خصوصيات  يك دستگاه را مشخص ميكند.

فیلم کاوریج

بسیاری از فرایندهای تولید مورد استفاده در صنایع گوناگون نظیر هوافضا، هواپیمایی، خودروسازی، انرژی و صنایع سنگین می توانند سبب ایجاد تنش های کششی بر روی قطعات شوند. تنش کششی باقیمانده بر روی سطح قطعه، محیطی مناسب برای  شروع ترک خوردگی یا خوردگی تنشی و کاهش عمر این قطعات می باشد.

پروسه ها ئی که موجب این پدیده می گردند عبارتند از:

نورد،دریل کاری، جوشکاری، سنگ زنی شدید، عملیات حرارتی، خمکاری، تراشکاری و شکل دهی.

 حال اگر قطعه مورد نظر تحت فشار یا تنش های تکراری برای مدت زمان طولانی قرار گیرد این ترک های ریز تو سعه و گسترش یافته و به یکباره مستهلک می گردند . این پدیده در گذشته بدفعات در تخریب جعبه دنده و قطعات ایمنی و تعلیق اتومبیل و بخصوص صنایع هواپیمائی که موجب سقوط آنها می گردید مشاهده شده بود .

اگر شدت و پوشش ساچمه زني کافي باشد ميتواند منجر به افزايش ۲۰ تا ۲۵ درصدي خواص خستگي قطعات گردد. همچنین     باعث کور شدن نوک ترکهاي سطحي در فرآيند جوش و توليد ميگردد .معمولاً ترکهاي جوش از سطح شروع وبعد در داخل فلز اشا عه پيدا ميکنند. بعلاوه  باعث تميز شدن و جدا شدن انواع ناخالصي هاي سطحي و اکسيدي شده که آماده براي فرآيند هاي بعدي سطحي مانند رنگ يا پرايمر ميباشد. ساچمه کوبی یا شات پینینگ  باعث افزایش مقاومت  در برابر ترك هاي ناشي از خوردگي تنشي SCC ميگردد.

مهمترین دلایل نیاز به شات پینینگ و راهکار ها

آخری فیلم

خوردگی وحفاظت از ان:

خوردگی دانه های  بافت فولادهای زنگ نزن استنیتی را توسط شات پینینگ میتوان پیش از عملیات حرارتی برطبق قوانین فیزیک به هم  رساند. دراین روش باانجام شدید شات پینینگ مرز میان دو حالت را به یکدیگر (با گوبیدن )نزدیک مینمایند . با حرارت ایجاد شده کاربیدها درمجاورت یکدیگر به هم متصل میگردند مانند خزش در هواپیما و در رفتگیها . شکل گیری این عمل درخلال تداوم عمل میباشد وبدینترتیب محافظت از خوردگی بعمل میاید

LEFT - Peened ~ ~ RIGHT – Unpeened

Corrosion حفاظت در برابر خوردگی

برداشته شدن لایه درهنگام خوردگی میتواند در امتداد یا بموازات مرز دانه های الومینیوم بدنه وپوسته بال هواپیما صورت پذیرد. حالت پوست پوست شدن درمحل این لایه ها در فرایند نورد علت اصلی خوردگی انها میباشد .خوردگی به اینصورت اغلب در کنار نقاط اتصال رخ داده که درز گیری عایق الکتریسیته ویا ابکاری کادمیوم یعنی نقاطی که دو فلز غیریکسان وجود دارد  میشکند؛ خوردگی لایه ای از حفره های ایجاد شده شروع وبه سمت کناره ها میرود ؛ البته در مواردی کمتر از این احتمال رویت بصورت تاول باشد /در چنین مواردی تشخیص خوردگی با روشهای غیر مخرب میسر است .

 درچنین مواردی شات پینینگ کنترل شده روشی موثربرای شناسایی و تعمیراسیب دیدگی لایه برداری میباشد سرویس معمول ودوره ای در چنین مواردی برای حذف این موارد از اتصالها چه ماسه و چه بصورت دیسک گردان ممانعت از خوردگی مینماید استفاده از این روش بین مهندسان ساخت وتعمیر هوا پیما باب میباشد بطوریکه بااستفاده از این روش امروزه میزان کمتری از ایندست مشکلات رویت شده .درحالیکه عمق این مسیله بیشتر باشد انگاه با تست غیر مخرب وروش پین اس ام  شناسایی سپس به جبران ان پرداخت .  

Metal fatigue خستگی فلزات

نمودار زیر مقایسه استحکام خستگی فلز با استحکام کششی نهایی برای دونمونه صاف وبریده  بدون انجام شات پینینگ  میباشدکه برای فلزات معمول درحالت بهینه خستگی داده ها شلمل 30 راکول سی سختی وفشار 700 مگا پاسکال میباشد . دراین حالت به خاطر خواص مواد قطعه در نقطه فاق خاصیت استحکام  وجلای خود را از دست میدهند گرچه خستگی وتنش کششی در شات پینینگ تغییر مینماید برای مثال در 52 راکول سی و 1240 مگا پاسکال خاصیت بهبود مقاومت به خستگی افزایش میابد . خستگی برای نمونه های بریده تابع استحکام کششی برای قطعات پین شده ونشده است درمحدوده فولاد میباشد .                      

                       اثر خستگی برطول عمر درفرایند تولید .                       

فرایند تولید تاثیر پذیر از بسیار از خواص ومسایل مفید ومضر از خستگی میباشد که برخی ازانها عبارتند از :

در سمت مضر سنگ زنی /ماشینکاری و جوشکاری میتواند بستر ساز تنش وترک وخستگی باشدکه منجر به تضعیف استحکام سطح در مرز دانه (ای سی ام) ونیز میتواند سطحی سخت سخت وترد وشکننده را ترک( ای دی ام )مانند بکاری است . در سمت سودمند نیز فهرستی از فرایند های بهبود طول عمر خستگی فلزات که سبب القا فشار است  میبینیم . که متنوعترین انها شات پینینگ است زیرا زمینه ساز بالاترین تحمل استرس فشاری  قابل تنظیم است .                  

نمودار زیر ارایه کننده گرافی است که رابطه بین استرس و تعدادسیکل  شکست میباشد . منحنی فوق مبنایی برای انواع مختلف سنگ زنی است.برپایه  اس بر ان میباشد  . پایین نمودار سخت کار میباشد که سخت کردن ملایم را نمایش میدهدواستحکام خستگی فلز از 60000 پی اس ای است .که نشان ازسرعت بالا در وضعیت برش است .یا کاهش مصرف بالاست دراین حالت مقدار زیادی از تنش کششی سطح زمینه تولید ترک خستگی میگردد .وبالعکس در 45000 پی اس ای همانطور که مشخص است استحکام خستگی کاهش میابد بدینترتیب مشخص میگردد که این نمونه فراتر از حتی پایه پین سختکاری سطحی بالا نموده .نتیجه اینکه سختکاری با 80000 مگا پاسکال باعث افزایش استحکام میباشد .

باتوجه به مطالب فوق مزایایی براین روش حاصل که عبارتند از :

شات پیتینگ مارا قادر به افزایش تنش برای رسیدن به طول عمر بیشتر یعنی بهبود مقاومت به خستگی است .

 سطح استرس با شات پینینگ محفوظ میماند  .

ساچمه زنی اجازه می دهد طیف بیشتری از عملیات ساخت قابل قبول، با فراهم آوردن یک سطح استرس سازگار فشاری برای مبارزه با خستگی فلز است.

شات پین فرمینگ   

Shot peen forming

شات پین فرمینگ در دمای اتاق صورت میگیرد؛ ساچمه های ریز کروی سطح قطعه را زیر بارمیبرد. هردانه از ساچمه نقش یک چکش کوچک را بازی میکند دراین حال سطح رویی تغییر شکل پلاستیکی وزیر سطح الاستیک خواهد بودودر مرزبین ایندو موجب تنش فشاری باقیمانده خواهد شد برایند تنشهای فشاری وکششی موجب پیدایش انحنا درسطح    خواهد شد که ایده ال برای ایجاد اشکال با پانل های بزرگ که دران شعاع خم معقول ؛ بزرگ وبدون تغییرات پین وپاشش است.وبهترین پیشنهاد برای ایجاد انحنا دردر محدوده الاستیکی فلزدر محدوده تغییرات ناگهانی پین  است.

شات پینینگ نیاز مبرمی است درمواردی از قبیل نورد؛ کشش وپیچش در فلزات اصولا دراین موارد مناسب برای پنلهای بزرگی است درعملیات نیاز به کنترل ندارد این عمل مناسب برای خطوطی پیوسته  که نیاز مند قالبی یکسان است میباشد

ازآنجاییکه شات پینینگ وتوسعه وموارد مربوط به ان دراین موارد پرهزینه بوده بنظر میرسد عملیات به گونه ای طراحی واجرا شده که هر دوخواسته فرم گیری و شات پینینگ همزمان انجام گیرد برخلاف پینینگ که ماهیتی کششی دارد این روش ماهیتی فشاری داشته وانجام ان با روش پاشش گلوله های مرده است

CASE SM

فرایند کیس اس ام

یک فرایند دو مرحله ای که در مهندسی سطح شیمی برای برخی فلزات تعمیم یافته شامل لرزاندن قطعه تاحد معین درگیر نمودن با ساینده ها  ازبین بردن ترکها وزواید وآغشتگی به نوعی مایع روغنی درخلال عملیات ودرپایان عملیات بعد از دستیابی به سطح ایزوتروپیک شات پینینگ ازنوع میکرو شات پینینگ  انجام میپذیرد . بدینترتیب با دستیابی به سطحی با دندانه(زبری) کوچک ویکسان بعد از عملیات دارای قطعه ای با عمر مناسب هستیم .  

شات تشکیل peen اغلب موثر در توسعه انحنا از نورد، کشش یا پیچش از فلز است. زین پشت اشکال نیز دست یافتنی است. از آنجا که آن یک فرایند dieless، به ضرب گلوله کشته peen تشکیل مجاز مواد را کاهش می دهد از پیرایش و توسعه پر هزینه و زمان ساخت برای ساخت قالبها سخت را از بین می برد. شات peen فرآیند تشکیل نیز انعطاف پذیر برای تغییرات در طراحی، که ممکن است پس از طراحی اولیه رخ می دهد. فلزی شرکت بهبود می تواند از تغییرات انحنای تنظیم شات peen روند تشکیل کند. قطعات تشکیل شده بود به ضرب گلوله کشته نمایشگاه تشکیل peen افزایش مقاومت در برابر به خستگی خمشی خم. بر خلاف بسیاری از روش های دیگر تشکیل، تمام سطح تنش با شات peen تشکیل یک ماهیت فشاری ایجاد می شود. اگر چه شات peen تشکیل شده قطعه معمولا نیاز به ساچمه زنی در یک طرف تنها، در نتیجه باعث می شود هر دو طرف به استرس فشاری است. تنش های فشاری در خدمت مانع ترک خوردگی تنشی و به منظور بهبود مقاومت در برابر خستگی است. برخی از قطعه کار باید peened بیش از همه قبل از و یا پس از شات peen تشکیل برای بهبود بیشتر خوردگی خستگی و استرس ترک خوردگی مقاومت به ضرب گلوله کشته شده است. ساچمه کوبی  از بخش های که سرد شده توسط فرآیندهای دیگر تشکیل غلبه کششی سطح مضر بر این فرآیندهای دیگر تشکیل شده است.

در حال حاضر فرآیند شات پینیگ بطور گسترده ای درصنایع حمل ونقل، هوا فضا، خودروسازی، لکوموتیو وکشتی سازی (خصوصاً در بخش ساخت چرخ دنده ها)، شافتها، سوپاپ، بادامک، میل بادامک و… توسعه یافته است. برخی دیگر از قطعاتی که برای افزایش عمر کاری تحت عملیات شات پینینگ قرار می گیرند، عبارتند از:

  • میل لنگ
  • میل بادامک
  • ارابه فرود هواپیما
  • رینگ و دنده هرزگرد
  • دنده خاردار
  • دیسک های کمپرسور
  • دیسک های توربین
  • شاتون یا دسته پیستون
  • چرخ های هواپیما
  • فنرهای پیچشی
  • فنرهای تیغه ای

 کارخانه ذوب فلزات اکبری افتخار دارد که از نخستین تولید کنندگان این مواد ساینده در سطح کشور و اولین برگزار کننده سمینارهای شات پینینگ در کارخانجات معتبر ساخت قطعات خودرو باشد .