Konvenčné alebo ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie

Porovnanie zrýchlenia média, obmedzení komory a prístupu, Almenových dokladov, pokrytia, kontroly média, kvalifikácie a sériovej výroby

Konvenčné aj ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie využíva nárazy pevných médií, médium sa však urýchľuje odlišnými spôsobmi. Konvenčné zariadenie smeruje na súčiastku pneumatický prúd alebo prúd z odstredivého metacieho kolesa. V ultrazvukovom systéme rozkmitáva vibrujúca sonotróda broky v uzavretej pracovnej komore. Tieto postupy majú odlišné konfigurácie zariadenia, podmienky prístupu, monitorované vstupy a kvalifikačné doklady; jeden nesmie nahradiť druhý bez technického a zmluvného schválenia.

Obrázok 1. Konvenčné systémy smerujú prúd vzduchu alebo kotúča; ultrazvukovo aktivované systémy prenášajú vibrácie cez sonotródu na brok obsiahnutý v komore na spracovanie.

Ako tieto dva procesy urýchľujú brok?

Pri guľôčkovaní vzduchom stlačený vzduch a tryska urýchľujú médium. Pri guľôčkovaní kotúčom dodáva kinetickú energiu riadené koleso. Geometria trysky alebo kolesa, tok média, vzdialenosť, uhol, pohyb dielu, expozícia a odraz definujú prúd privádzaný na povrch.

Pri ultrazvukovo aktivovanom guľôčkovaní vytvára ultrazvukový generátor, menič a sonotróda vysokofrekvenčné vibrácie. Sonotróda odovzdáva energiu voľným guľôčkam uzavretým v blízkosti súčiastky. Guľôčky sa opakovane pohybujú medzi sonotródou, stenami komory a súčiastkou. Geometria komory, reflektor alebo kryt, množstvo guľôčok, poloha súčiastky a čas spracovania sú preto neoddeliteľnými prvkami procesu.

Oblasť porovnávania	Konvenčné guľôčkovanie	Ultrazvukom aktivované guľôčkovanie
Ako sa brok urýchľuje	Stlačený vzduch cez trysku alebo odstredivé koleso vytvára smerovaný prúd	Ultrazvukom poháňaná sonotróda prenáša energiu na brok obsiahnutý v komore na spracovanie
Trajektórie guľôčok	Prevažne určené prúdom trysky alebo kolesa, pohybom dielu a odrazom	Opakované a čiastočne náhodné trajektórie v komore ovplyvnené komorou, reflektorom, súčiastkou a množstvom guľôčok
Typické vstupy procesu	Tlak alebo rýchlosť kolesa, prietok média, geometria trysky alebo kolesa, vzdialenosť, uhol, pohyb a expozícia	Frekvencia a amplitúda kvalifikovaného systému, konfigurácia sonotródy a komory, druh a množstvo guľôčok, poloha súčiastky a čas spracovania
Stratégia prístupu	Priama expozícia trysky, rúrky alebo kotúča s riadeným tieňovaním a odrazom	Uzavretý alebo ohraničený objem spracovania, ktorý umožňuje aktivovanému výstrelu dosiahnuť kvalifikované povrchy
Kontrola média	Typ, veľkosť, tvrdosť, tvar, kontaminácia, rozklad a prevádzková zmes	Typ, veľkosť, tvrdosť, tvar, množstvo, kontaminácia, opotrebovanie a pohyb v kvalifikovanej komore
Prijatie	Požadovaná intenzita, pokrytie, povrch, rozmery a záznamy podľa použitej špecifikácie	Požiadavky a doklady stanovené AMS2580A alebo iným predpísaným postupom ultrazvukového guľôčkovania, výkresom a prenesenými požiadavkami zákazníka

Tabuľka 1. Médium môže vyzerať podobne, ale jeho zrýchlenie, trajektória a konfigurácia procesu sú odlišné.

Aký je rozdiel medzi ultrazvukovým guľôčkovaním a ultrazvukovým rázovým spracovaním?

Tieto pojmy sa niekedy miešajú, čo môže viesť k nesprávnemu nákupnému alebo kvalifikačnému postupu. Ultrazvukom aktivované guľôčkovanie využíva voľné častice brokátu. Ultrazvukové rázové spracovanie, ultrazvukové guľôčkovanie a podobné metódy založené na nástrojoch môžu používať kolíky, ihly alebo tyče spojené so sonotródou a priamo aplikované na povrch, často pozdĺž zvarových pätiek alebo lokalizovaných dráh.

Obe skupiny dokážu plasticky deformovať kov, ale ich kontaktná mechanika, nástroje, upravená plocha, riadenie média alebo kolíkov a základ noriem nie sú automaticky ekvivalentné. Kontrolovaný výkres, špecifikácia procesu a schválenie dodávateľa by mali uvádzať presnú technológiu.

Ktorý proces dokáže dosiahnuť zložitú geometriu?

Konvenčný systém prúdenia vzduchu dokáže nasmerovať trysku alebo hornú časť smerom k vnútornému polomeru, otvoru alebo dutine. Dosah závisí od veľkosti trysky, zorného poľa, odstupu, uhla, odrazu, maskovania, prietoku média a schopnosti odstraňovať brok. Koleso má širší prúd a môže byť vhodné pre prístupné výrobné geometrie, ale nie je zameniteľné s tryskou pre každý prvok.

Ultrazvuková komora môže vytvárať nárazy z viacerých smerov a môže byť užitočná pre lokalizované alebo uzavreté objemy spracovania. To však neeliminuje riziko prístupu. Súčiastka sa môže sama chrániť, upínací prípravok môže vytvárať mŕtve zóny, broky sa môžu zhromažďovať mimo prvku a úzky kanál môže zachytávať médium. Uzatvorenie komory a jej zotavenie po spracovaní sú bezpečnostné a kvalitatívne funkcie, nie údržbárske detaily.

Obrázok 2. Prístup, uzavretie komory, pohyb guľôčok, uloženie súčiastky a odstránenie média sa musia preukázať na skutočnej alebo reprezentatívnej geometrii.

Ktoré premenné musia byť kontrolované?

Technická otázka	Zváženie konvenčného postupu	Zváženie ultrazvukového postupu
Dá sa dosiahnuť každá požadovaná zóna?	Preukážte uhol prúdu, odstup, dráhu trysky alebo kolesa, tieňovanie a odraz	Preukážte prístup do komory, cirkuláciu výstrelu, mŕtve zóny, podopretie a uzavretie dielu
Je možné chrániť vylúčené prvky?	Kvalifikujte masky, zátky, prechody a odolnosť voči smerovanému prúdu	Kvalifikujte masky, zátky a tesnenia pre opakované nárazy z viacerých smerov
Je možné odstrániť výstrel?	Kontrolujte dutiny, otvory a orientáciu po smerovanej expozícii	Kontrolujte otvorenie komory, vytiahnutie dielu, vnútorné prvky a úplné vytiahnutie výstrelu
Je možné overiť intenzitu?	Použite kompletný Almenov rozsah, usporiadanie pásu a držiaka požadované riadiacou metódou	Použite iba metódu intenzity a usporiadanie testu definované riadiacou ultrazvukovou špecifikáciou a kvalifikovanou konfiguráciou
Je možné akceptovať pokrytie?	Skontrolujte každú požadovanú zónu podľa schválenej metódy a podmienok	Preukážte, že opakované nárazy do komory dosiahnu každú požadovanú zónu a použite schválenú metódu špecifickú pre danú metódu
Je možné reprodukovať produkciu?	Zablokujte zariadenie, médiá, upínací prípravok, pohyb, expozíciu a monitorované vstupné rozsahy	Zaistite nemennosť generátora, meniča, sonotródy, komory, množstva brokov, polohy súčiastky, času pôsobenia a monitorovaných rozsahov vstupných veličín

Tabuľka 2. Prístup a overenie musia byť preukázané pre zvolenú metódu, a nie odvodené z názvu procesu.

Pre konvenčný proces je tlak alebo rýchlosť kolesa iba jedným zo vstupov. Prietok a stav pracovného média, geometria trysky alebo kolesa, pohyb, expozícia a kompletné Almenovo nastavenie zostávajú nevyhnutnými kontrolami. Zhodný údaj o tlaku nedokazuje intenzitu ani pokrytie.

Pri ultrazvukovom procese rovnako nestačí iba menovitá frekvencia generátora. Identita meniča a sonotródy, amplitúda alebo iná predpísaná výstupná veličina, geometria komory, rozhrania, identita a náplň brokov, zaťaženie súčiastkami a trvanie môžu ovplyvniť populáciu nárazov. Kvalifikované zariadenie musí určovať, ktoré hodnoty sa monitorujú a ako sa zisťuje prerušenie.

Ako by sa mala špecifikovať a overovať intenzita?

Pre konvenčné guľôčkovanie by mal byť kompletný rozsah Almenovej intenzity a označenie pásu uvedený v riadiacom dokumente alebo formálne navrhnutý a schválený. Krivka nasýtenia určuje intenzitu pri špecifikovanom usporiadaní držiaka; jedna ľubovoľná expozícia alebo jedna hodnota tlaku nie je náhradou.

SAE opisuje AMS2580A ako pokrývajúci použitie ultrazvukovo aktivovaného guľôčkovania na vyvolanie tlakového zvyškového napätia na povrchoch kovových súčiastok. Na stanovenie príslušnej metódy intenzity, usporiadania skúšobného kusu alebo pásu a frekvencie overovania sa musí použiť jeho úplná revízia. Nepoužívajte opätovne konvenčný držiak, koreláciu alebo nastavenie stroja len preto, že oba postupy používajú guľôčkovanie.

Ako sa preukazuje pokrytie?

Pokrytie sa týka požadovaného povrchu súčiastky, nie Almenovho pásu. V konvenčnom smerovanom prúde musí expozičná dráha a pohyb súčiastky dosiahnuť všetky zóny ošetrenia bez úniku masky alebo tieňovania. V ultrazvukovej komore musia opakované náhodné alebo polonáhodné trajektórie stále dosiahnuť každú špecifikovanú zónu.

Osvetlenie, zväčšenie, stav povrchu, orientácia kontroly a prahová hodnota prijateľnosti musia byť definované schváleným postupom. Fluorescenčné alebo iné nepriame techniky vyžadujú pri použití kvalifikáciu a koreláciu. Na opravu neprístupnej zóny nemožno predpokladať predĺžený čas, ktorý môže zvýšiť drsnosť, deformáciu alebo poškodenie povrchu inde.

Ako sa porovnáva drsnosť povrchu a zvyškové napätie?

Oba procesy môžu zmeniť drsnosť, tvrdosť, tvárnenie za studena a zvyškové napätie. Výsledok závisí od materiálu a východiskového stavu, veľkosti, tvrdosti a tvaru brokov, energie nárazu, expozície, geometrie a následných operácií. Experimentálne štúdie ultrazvukovo aktivovaného guľôčkovania ukazujú, že pohyb brokov a parametre procesu môžu ovplyvniť drsnosť a odozvu zvyškových napätí, výsledky pre jednu zliatinu a skúšobné teleso však nemožno zovšeobecniť na inú súčiastku.

Ani slovo ultrazvuk, ani vysoká prevádzková frekvencia nezaručujú hlbší, hladší alebo odolnejší povrch voči únave. Požadovaný výsledok by mal byť overený na reprezentatívnom materiáli a geometrii prostredníctvom povrchových, rozmerových, zvyškových napätí alebo dokladov o únave, ako uvádza konštrukčná autorita.

Dá sa jeden procesný postup preniesť na iný stroj alebo inú súčiastku?

Žiadny predpis nemožno automaticky preniesť. Konvenčný proces závisí od zariadenia, dýzy alebo metacieho kolesa, okruhu média, prípravku, pohybu a pracovného priestoru. Ultrazvukový procesný postup závisí od generátora, meniča, sonotródy, komory, množstva brokov, uloženia súčiastky a rozhraní. Zmena ovplyvňujúca energiu nárazu, jej rozloženie, prístup alebo kritériá prijatia môže vyžadovať rekvalifikáciu.

Samotná geometrická podobnosť nestačí. Nový diel môže zaviesť mŕtvu zónu, dráhu odrazu, zmenený objem komory, odlišné zotavenie média alebo povrch, ktorého vstupný stav reaguje odlišne.

Obrázok 3. Vybraná metóda vyžaduje samostatné doklady o vývoji, kvalifikácii, monitorovaní výroby a čiastočnom prijatí.

Čo by sa malo zaznamenať vo výrobe?

Kontrolná fáza	Doklady, ktoré treba uchovať	Dôvod zastavenia alebo obmedzenia práce
Preskúmanie požiadaviek	Výkres, revízia, identita procesu, zóny, výnimky, médium, intenzita, pokrytie, povrch a hierarchia schvaľovania	Typ procesu je nejednoznačný, chýba špecifikácia alebo sú požiadavky v konflikte
Konfigurácia zariadenia	Stroj, generátor, ak je to relevantné, tryska alebo koleso alebo sonotróda, komora, upínací prípravok, masky, program a revízia	Neschválený súčiastky, poškodená sonotróda alebo maska, nesprávna komora alebo nekontrolovaný softvér
Médium	Šarža, špecifikácia, veľkosť, tvrdosť, tvar, kontaminácia, prevádzkový stav a množstvo, ak je to relevantné	Nesprávne médium, nadmerné rozloženie, kontaminácia alebo neoverená náplň komory
Overenie procesu	Požadovaná saturácia, intenzita, pokrytie a reprezentatívny prístup doklad	Neúspešné overenie, zmenené usporiadanie testu alebo neprístupná zóna spracovania
Vykonanie	Identita dielu, zaťaženie, poloha, expozícia, monitorované hodnoty, stav alarmu a prerušenia	Strata pohybu, ultrazvukového výstupu, prívodu alebo sledovateľnosti média
Uvoľnenie	Povrch, hranica, poškodenie, čistota, rozmery, uchovávané médiá a záznamy o zákazníkoch podľa uplatnenia	Nekrytá oblasť, zachytené médiá, otvorená nezhoda alebo neúplné doklady

Tabuľka 3. Uvoľnenie vyžaduje doklady pre skutočný diel, schválenú konfiguráciu a kompletný cyklus spracovania.

Aké informácie patria do RFQ?

Riadený výkres, revízia, identita dielu a hierarchia špecifikácií.
Explicitný názov procesu: konvenčné guľôčkovanie vzduchom alebo guľôčkovanie metacím kolesom alebo ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie.
Materiál, tepelné spracovanie, tvrdosť, predchádzajúce operácie a vstupný povrch.
Zóny spracovania, vylúčenia a prechodu plus vnútorné prvky a požiadavky na odstraňovanie médií.
Kompletné požiadavky na intenzitu a usporiadanie testu, pokrytie a limity médií podľa riadiacej metódy.
Kritériá povrchu, poškodenia, drsnosti, rozmerov, čistoty a zadržaných médií.
Požiadavky na kvalifikáciu, schválenie dodávateľa, prvý výrobok, záznamy a riadenie zmien.
Veľkosť dielu, hmotnosť, štruktúra dávok, ročný dopyt, balenie a cieľový dátum.

Často kladené otázky

Čo je ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie?

Je to proces guľôčkovania, pri ktorom ultrazvukový systém prenáša vibrácie cez sonotródu na brok obsiahnutý v komore na spracovanie. Opakované nárazy guľôčkovania plasticky namáhajú povrch a môžu vyvolať tlakové zvyškové napätie pri kvalifikovanej metóde.

Je ultrazvukové guľôčkovanie to isté ako ultrazvukové rázové spracovanie?

Nie. Ultrazvukové rázové spracovanie bežne používa ihly alebo čapy poháňané ultrazvukovým nástrojom v priamom kontakte s obrobkom. Ultrazvukom aktivované guľôčkovanie používa voľné guľôčkovanie. Výkres a špecifikácia musia identifikovať zamýšľaný proces.

Je ultrazvukové guľôčkovanie lepšie pre každý vnútorný prvok?

Nie. Komora môže podporovať viacsmerové nárazy, ale mŕtve zóny, úzke priechody, masky, podpora dielov a zotavenie média môžu zostať obmedzujúce. Prístup musí byť kvalifikovaný na základe skutočnej alebo reprezentatívnej geometrie.

Používa ultrazvukové guľôčkovanie Almenovu intenzitu?

Používajte iba definíciu intenzity, pás a testovacie usporiadanie požadované riadiacou ultrazvukovou špecifikáciou. Konvenčný držiak alebo korelácia stroja sa nesmie prenášať bez technického oprávnenia a kvalifikácie.

Zaručuje ošetrenie komorou plné pokrytie?

Nie. Pohyb guľôčok môžu ovplyvniť geometria súčiastky, množstvo guľôčok, stav sonotródy, steny komory, masky a čas spracovania. Pokrytie sa musí preukázať v každej požadovanej zóne schválenou metódou.

Môže sa rovnaká špecifikácia média použiť v oboch procesoch?

Iba vtedy, keď to riadiace dokumenty umožňujú a celé médium je vhodné pre kvalifikované zariadenie. Typ média, veľkosť, tvrdosť, tvar, množstvo a prevádzkové podmienky zostávajú procesnými premennými.

Dá sa konvenčné guľôčkovanie nahradiť ultrazvukovým guľôčkovaním?

Nie bez formálneho povolenia. AMS2430 alebo AMS2432 a AMS2580A opisujú rôzne postupy. Zmena vyžaduje kontrolu výkresu, schválenie zdroja, kvalifikáciu, doklady o komponentoch a požiadavky zákazníka.

Ponúka SP Center ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie?

SP Center sa špecializuje na konvenčné guľôčkovanie. Môžeme preskúmať požiadavky a uskutočniteľnosť nášho konvenčného procesu; tento článok nepredstavuje ponuku služieb ultrazvukového guľôčkovania.

Kľúčové poznatky

Oba postupy používajú guľôčky, ale urýchľujú a rozdeľujú ich odlišným spôsobom.
Ultrazvukovo aktivované guľôčkovanie nie je to isté ako priame ultrazvukové ošetrenie nárazom.
Komora, sonotróda, vsádzka a prezentácia dielu sú kvalifikovanou konfiguráciou procesu.
Doklady o Almenovej intenzite a stupni pokrytia musia zodpovedať zvolenému rozhodujúcemu postupu.
Ani hodnota tlaku, ani ultrazvuková frekvencia nedokazujú samotný výsledok komponentu.
Nahradenie alebo prenos vyžaduje formálne preskúmanie a doklady špecifické pre aplikáciu.