Полировка низкой пластичности

Полировка с низкой пластичностью ( LPB ) — это метод улучшения металла, который обеспечивает глубокие, стабильные поверхностные сжимающие остаточные напряжения при небольшой холодной обработке для повышения устойчивости к повреждениям и продления усталостной долговечности металла . улучшение характеристик усталостной фреттинг- Было задокументировано коррозии и коррозии под напряжением даже при повышенных температурах, когда сжатие, возникающее в результате других процессов улучшения металла, ослабевает. Также было показано, что образующийся глубокий слой сжимающих остаточных напряжений улучшает характеристики многоцикловой усталости (HCF) и малоцикловой усталости (LCF).

История

В отличие от LPB, традиционные инструменты для полировки состоят из твердого круга или неподвижного смазанного шарика, вдавленного в поверхность асимметричной заготовки с достаточной силой, чтобы деформировать поверхностные слои, обычно на токарном станке. В ходе процесса выполняется несколько проходов по заготовкам, обычно при возрастающей нагрузке, для улучшения качества поверхности и преднамеренной холодной обработки поверхности. Роликовое и шаровое дорнирование изучалось в России и Японии, наиболее широко применялось в СССР в 1970-х годах. Для увеличения усталостной долговечности, особенно в Восточной Европе, используются различные методы полировки. Задокументировано улучшение показателей HCF, коррозионной усталости и SCC, при этом повышение усталостной прочности связано с улучшенной отделкой, развитием сжимающего поверхностного слоя и повышенным пределом текучести наклепанной поверхности.

LPB был разработан и запатентован компанией Lambda Technologies в Цинциннати, штат Огайо, в 1996 году. С тех пор LPB разрабатывался для сжатия широкого спектра материалов с целью уменьшения повреждений поверхности, включая истирание, точечную коррозию , коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) и повреждение от посторонних предметов (FOD) и используется для помощи в ежедневных операциях MRO. На сегодняшний день LPB является единственным методом улучшения металлов, применяемым под непрерывным контролем процесса с обратной связью, и успешно применяется для газотурбинных двигателей, поршневых двигателей, винтов, стареющих авиационных конструкций, шасси, контейнеров для ядерных отходов, биомедицинских имплантатов, вооружения, тренажеры и сварные соединения. В приложениях использовались компоненты на основе титана, железа, никеля и стали, и они показали улучшенную устойчивость к повреждениям, а также характеристики многоцикловой и малоцикловой усталости на порядок.

Как это работает

Базовый инструмент LPB представляет собой шарик, колесо или другой аналогичный наконечник, закрепленный в сферическом гидростатическом подшипнике . Инструмент можно удерживать на любом станке с ЧПУ или в промышленных роботах, в зависимости от применения. Охлаждающая жидкость станка используется для создания давления в подшипнике с помощью непрерывного потока жидкости, поддерживающей шарик. Шарик не касается посадочного места механического подшипника даже под нагрузкой. Шарик в нормальном состоянии подгружается к поверхности детали с помощью гидроцилиндра, находящегося в корпусе инструмента. LPB может выполняться в сочетании со стружкообработкой на одном и том же обрабатывающем станке с ЧПУ.

Шарик катится по поверхности детали по шаблону, определенному в коде ЧПУ, как и при любой операции обработки. Траектория инструмента и приложенное нормальное давление рассчитаны на распределение сжимающего остаточного напряжения. Форма распределения предназначена для противодействия приложенным напряжениям и оптимизации характеристик усталости и коррозии под напряжением. Поскольку к шару не применяется сдвиг, он может свободно катиться в любом направлении. Когда шарик катится по детали, давление шарика вызывает пластическую деформацию поверхности материала под шариком. Поскольку большая часть материала ограничивает деформированную область, деформированная зона остается в сжатом состоянии после прохождения мяча.

Преимущества

Процесс LPB включает в себя уникальный и запатентованный способ анализа, проектирования и испытаний металлических компонентов с целью разработки уникальной обработки металла, необходимой для повышения производительности и снижения усталости металла, SCC и отказов от коррозионной усталости . Lambda модифицирует процесс и инструменты для каждого компонента, чтобы обеспечить наилучшие результаты и гарантировать, что устройство достигнет каждого дюйма компонента. Было показано, что при такой настройке и системе управления процессом с замкнутым контуром LPB обеспечивает максимальное сжатие 12 мм, хотя среднее значение составляет около 1-7+ мм. Было даже показано, что LPB способен производить сжатие по всей толщине лопастей и лопаток, значительно повышая их устойчивость к повреждениям более чем в 10 раз, эффективно уменьшая большинство ППП и снижая требования к проверкам. Во время этого процесса материал не удаляется, даже при устранении коррозионных повреждений. LPB сглаживает неровности поверхности во время обработки, оставляя улучшенную, почти зеркальную поверхность, которая намного лучше выглядит и лучше защищена, чем даже новый компонент.

Холодная обработка

Холодная обработка, производимая в результате этого процесса, обычно минимальна, аналогична холодной обработке, выполняемой при лазерной упрочнке , всего несколько процентов, но намного меньше, чем при дробеструйной обработке , гравитационной обработке или глубокой прокатке. Холодная обработка особенно важна, поскольку чем выше степень холодной обработки поверхности компонента, тем более уязвимым к повышенным температурам и механическим перегрузкам будет этот компонент и тем легче ослабится полезное остаточное сжатие поверхности, что сделает обработку бессмысленной. Другими словами, компонент, подвергшийся сильному холодному воздействию, не выдержит компрессию, если он вступит в контакт с сильным нагревом, например двигатель, и будет так же уязвим, как и при запуске. Таким образом, LPB и лазерная наклейка выделяются в отрасли улучшения поверхности, поскольку они оба термически стабильны при высоких температурах. Причина, по которой LPB производит такой низкий процент холодных работ, заключается в вышеупомянутом управлении процессом с обратной связью. Обычные процессы дробеструйной обработки требуют некоторых догадок и совсем неточны, в результате чего процедуру приходится выполнять несколько раз для одного компонента. Например, дробеструйная обработка, чтобы гарантировать обработку каждого места на компоненте, обычно предусматривает покрытие от 200% (2T) до 400% (4T). Это значит, что при 200% охвате (2Т) 5 и более ударов происходят в 84% локаций, а при 400% охвате (4Т) — значительно больше. Проблема в том, что одна область будет подвергаться ударам несколько раз, тогда как область рядом с ней будет поражена меньше раз, в результате чего сжатие на поверхности будет неравномерным. Это неравномерное сжатие приводит к тому, что весь процесс легко «отменяется», как упоминалось выше. LPB требует только одного прохода инструмента и оставляет глубокое, равномерное и полезное сжимающее напряжение.

Процесс LPB может выполняться на месте в цехе или на месте на самолете с использованием роботов, что позволяет легко включить его в повседневные процедуры обслуживания и производства. Этот метод применяется при непрерывном управлении процессом с обратной связью (CLPC), обеспечивая точность в пределах 0,1% и немедленно предупреждая оператора и отдел контроля качества в случае превышения границ обработки. Ограничением этого процесса является то, что для каждого приложения необходимо разрабатывать разные коды обработки ЧПУ, как и для любой другой задачи обработки. Другая проблема заключается в том, что из-за ограничений размеров может оказаться невозможным создать инструменты, необходимые для работы с определенной геометрией, хотя это пока не является проблемой.

См. также

Коррозионная усталость
Терпимость к повреждениям
БЫТЬ
раздражение
Высокочастотная ударная обработка, дополнительная обработка сварных переходов
Лазерная обработка
Усталость металла
Пининг
Остаточное напряжение
Дробеструйная обработка
Коррозионное растрескивание под напряжением
Ультразвуковая ударная обработка

Ссылки

Берес, В. «Глава 5 – Обработка поверхности, устойчивая к FOD/HCF». НАТО/Отан. Получено 11 декабря 2008 г. с ftp://ftp.rta.nato.int/PubFullText/RTO/TR/RTO-TR-AVT-094/TR-AVT-094-05.pdf . Здесь содержится отличное сравнение нескольких видов обработки поверхности.
Точные технологии. «Полировка низкой пластичности». Получено 11 декабря 2008 г. с http://www.exac.com/products/hip/emerging-technologies/low-plasticity-burnishing .
Джуммара, К., Зонкер, Х. «Улучшение усталостной реакции соединений аэрокосмических конструкций». Alcoa Inc., Технический центр Alcoa, Питтсбург, Пенсильвания. Представлено на слушаниях ICAF 2005 в Гамбурге, Германия.
Джаяраман Н., Преви П. «Примерные исследования по смягчению последствий FOD, фреттинг-усталости, коррозионной усталости и повреждений SCC путем полировки с низкой пластичностью в авиационных конструкционных сплавах». Представлено для программы структурной целостности ВВС США. Мемфис, Теннесси. 2005.
Лямбда Технологии. «Примечания по применению LPB: старение самолетов». Получено 20 октября 2008 г. с http://www.lambdatechs.com/html/documents/Aa_pp.pdf .
Мигала Т., Джейкобс Т. «Полировка с низкой пластичностью: доступное и эффективное средство улучшения поверхности». Получено 11 декабря 2008 г. с http://www.surfaceenhancement.com/techpapers/729.pdf .
НАСА. «Разрабатывается улучшенный метод улучшения поверхности металлических материалов». Получено 29 октября 2008 г. из [1] .
НАСА: Исследовательский центр Джона Гленна. «Усталостный срок службы и устойчивость к повреждениям увеличиваются при относительно низких затратах». Получено 11 декабря 2008 г. с http://www.techbriefs.com/index.php?option=com_staticxt&staticfile=Briefs/Aug02/LEW17188.html .
Преви П., Равиндранат Р., Шепард М., Габб Т. «Примеры улучшения усталостного срока службы с помощью полировки с низкой пластичностью в газотурбинных двигателях». Представлен в июне 2003 г. на выставке ASME Turbo Expo. Атланта, Джорджия.