ساچمه زني (Shot Peening)

ساچمه زني (Shot Peening)ساچمه زني (Shot Peening) يک فرايند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ريز نسبتا کروي (ساچمه) تحت ضربات شديد قرار ميگيرد. هر گلوله ساچمه مانند يک چکش ضربه زني کوچک عمل کرده و در سطح قطعه يک گودي يا فرورفتگي ايجاد ميکند.براي تشکيل اين گودي بايد لايه سطحي فلز به نقطه تسليم کششي خود برسد تا تغيير فرم پلاستيک ايجاد شود. در لايه زيرين سطح٫ ذرات فشرده شده سعي ميکنند تا سطح را به حالت اوليه خود برگردانند که در نتيجه يک ناحيه نيم کروي از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاري شديدي قرار دارد٫ ايجاد ميگردد. با ادامه ساچمه زني و همپوشاني فرورفتگيهاي ناشي از برخورد ساچمه ها به سطح٫ يک لايه يکنواخت با تنش فشاري باقيمانده تشکيل ميشود. در دمش هوا، ساچمه فولادي توسط هواي فشرده با شتاب پرتاب مي شوند و از طريق نازل روي قطعه ريخته مي‌شوند. گاهي سرعت ساچمه ها به ۲۲۰ متر بر ثانيه نيز مي‌رسد. استفاده از سيستمهاي ساچمه زني دوار مدرن مي‌تواند سرعت جريان ساچمه ها را افزايش دهد. جريان انرژي در دمش هوا در مقايسه با ساچمه زني دوار تقريبا يک به ده (۱:۱۰) است و به عبارت ديگر هزينه‌هاي پرداخت سطحي قطعات با استفاده از چرخهاي پرتاب ساچمه کاهش مي يابد. اما در هر حال، امنيت فرايند بايد تضمين شود. بايد به حداکثر قابليت تکرار همه پارامترهاي دمش و پرتاب ساچمه از قبيل سرعت دمش، زمان دمش و سرعت جريان ساچمه و زاويه ضربه رسيد. امروزه پرتاب ساچمه ها با استفاده از چرخهاي دوار براي پرداخت دسته هاي بزرگ قطعات تحت تنش هاي بالا و متناوب بکار مي رود. کاربردهاي معمول آن عبارتند از: صنعت خودروسازي، ماشين سازي و از نقطه نظر ديگر طيف قطعاتي چون همه انواع فنر، محور بادامک، ميل لنگ، ميله هاي پيستون، چرخ دنده ها، ابزارهاي صنعت معدن کاري، قطعات متعادل‌كننده کشتي ها و هواپيماهاو.... ساچمه زني (Shot Peening) فرايندي معروف و در عين حال مهم است که نياز به معرفي و توسعه دارد. تميزکاري شيشه، سنگ و فلز يا مواد سخت ديگربه وسيله پرتاب ماسه توسط هواي فشرده انجام مي شود. "بنجامين تيلگهام" در سال ۱۸۷۱ اين فناوري را به ثبت رساند اما بعدها ساچمه‌زني بيشتر توسعه يافت. ◄ فرايند Stress-Peening :فرايند ديگري که لازم است در مورد آن توضيح داده شود، فرايند Stress-Peening يا اصطلاحا تنش زني با وجود يک تنش کششي قبلي است. در شرايطي که قطعات تنها در يک جهت تحت تنش قرار دارند، فرايند تنش زني بکار مي رود و در آن قطعاتي که تحت يک کشش قبلي قرار دارند ساچمه زني مي شوند. در طي اين فرايند، تنش فشاري دروني بسيار بيشتر از ساچمه زني معمولي ايجاد شده و در حقيقت درست تا حد سيلان تنش فشاري دروني ماده پيش مي رود. تنش زني، صرفه جويي بيشتر در وزن و افزايش عمرکاري را در پي دارد. اين افزايش عمر کاري در قطعات مختلف متفاوت مي باشد، مثلا براي چرخ دنده ها و فنرهاي مارپيچي بيش از ۱۰۰۰ درصد، درزهاي جوش ۲۰۰ درصد و براي ميله هاي تحت تنش پيچشي بين ۱۴۰ تا ۶۰۰ درصد است.به منظور افزايش مقاومت و دوام قطعه و اجتناب از ترک خوردگي تنشي(SCC)، بايد تمام سطوح بحراني و حساس کاملا ساچمه زني شوند. براي کنترل اين موضوع مي‌توان از عدسي با بزرگنمايي x۱۰ استفاده کرد يا مايع خاصي را روي سطح قطعه پاشيد يا رنگ کرد؛ در طي فرايند خشک کردن اين مايع به شکل الاستيک در آمده و تنها توسط شکست سطح کنده مي شود. براي کنترل اين موضوع که ايا تمام سطحي که بايد ساچمه زني شود، با فيلم نازک پوشيده شده است يا نه، مي توان از تابش پرتو فرابنفش استفاده کرد. ◄ يک دستگاه ساچمه زني معمولا‌ از اجزاء زير تشکيل شده است:چرخ دوار پرتاب کننده ساچمه، بخش جداکننده ساچمه که ساچمه هاي ساييده و فرسوده و خرد شده را از ساچمه هاي قابل استفاده جدا مي کند، و جمع کننده گرد و غبار که براي تکميل کار بخش قبلي ذرات ريز موجود در انبوه ساچمه ها را مي گيرد.براي رسيدن به شدت مورد نياز در ساچمه زني نيازمند اجزاء مناسب در دستگاه هستيم. اصل کار ساچمه زني با کمک چرخهاي دوار پرتاب کننده ساچمه بر مبناي استفاده از انرژي جنبشي بالاي ساچمه ها قرار دارد؛ اين انرژي از سرعت و جرم ساچمه ناشي مي شود. بنابراين عملکرد دستگاه ساچمه زني به مقدار زيادي به بازدهي چرخ هاي پرتاب بستگي دارد. معمولا اين چرخهاي دوار بصورت Patent بوده و در انحصار سازندگان اندک خود قرار دارند. استفاده از يک يا چند چرخ بر روي ماشين، مزيت هاي بيشماري را در پي دارد، مانند: ضربه با انرژي زياد، کنترل جهت و سطح پاشش، توان عملياتي بالاي ساچمه هاي ساينده، پاشش يکنواخت با شدت بهينه، و زمان مناسب پرداخت سطحي.◄ بهبود استحکام خستگي:مي دانيم که در فناوريهاي جديد پرداخت سطحي و عمليات مربوط به سطح، ساچمه زني از طريق پرتاب ساچمه بر روي قطعات با استفاده از چرخهاي بزرگ دوار جايگزين ديگر فرايندهاي گران قيمت و زمان بر شده است و امروزه به اثبات رسيده است که اين عمليات در جهت افزايش استحکام خستگي فنرها موثر است. اين فرايند هم از لحاظ زيست محيطي و هم از لحاظ اقتصادي مناسب بوده و همانطور که گفته شد امکان طراحي قطعات سبکتر و با هزينه کمتر را فراهم مي آورد.اين فرايند تاثير اندکي بر روي قطعات تحت تنشهاي پيچشي و فشاري غير متناوب (مستقيم) دارد، اما براي قطعاتي که تحت تنش هاي خمشي يا پيچشي متناوب قرار دارند، مثل شيرها، سيستمهاي تعليق، فنرهاي کلاچ، فنرهاي مارپيچي بسيار مناسب هستند.◄ چگونه خواص خستگي فنرها بهبود مي يابد؟در فرايندهاي ساچمه زني، به منظور دستيابي به توزيع موضعي تنشهاي فشاري و کششي، قبل از آنکه فنرها تحت هيچ تنشي قرار بگيرند ساچمه هاي ساينده روي سطح فنرها پاشيده مي شوند.ساچمه هاي ساينده که گاها با سرعت تا ۱۰۰ مايل بر ثانيه به سطح آنها برخورد مي کنند، باعث به وجود آمدن دندانه هاي کروي شکل دائمي برروي آنها مي شوند. سطح فلز زير سطوح ساچمه زني شده تغيير شکل مي يابند. موازنه نيروها تنشي فشاري را در فلز ايجاد مي کند. فرورفتگي ايجاد شده روي سطح بالايي مماسي و عمود بر سطح است. اما در لايه هاي زيرين کشش باعث تغيير شکل دائمي مي شود. در نتيجه فنرهاي ساچمه زني شده قبل از آنکه در شرايط کاري واقعي قرار بگيرند، تحت تنشهاي اوليه اي قرار مي گيرند. تنشهايي که فنرها در طول عمر کاري خود آنها را تحمل مي کنند، مشابه تنشهاي اوليه اي هستند که در اثر ساچمه زني در قطعه ايجاد مي شوند. به ويژه در شرايطي که تنش کششي داريم، فشار سطحي که از قبل ايجاد شده، قله هاي کشش (تنشهاي کششي ماکزيمم در سيکل خستگي) را کاهش مي دهد و به اين ترتيب استحکام خستگي فنر با ساچمه زني افزايش مي يابد.◄ اتوماسيون خطوط ريخته گري:در صنايع ريخته گري امروز، مدرنيته کردن فرايند تمامکاري و پرداخت سطحي قطعات ريختگي، به دليل تراکم بالاي نيروي کار و هزينه بالايي که براي تميزکاري قطعه صرف مي شود، از اهميت بالايي برخوردار است. فرايند تمامکاري و پرداخت سطحي قطعات ريختگي شامل مراحل زير مي باشد:ساچمه زني، سنگ زني، بريدن لبه‌هاي زائد، فرزکاري، مته کاري و تست کيفيت.هنگام طراحي سيستمهاي پيشرفته تمامکاري در ريخته گري، موارد زير بايد در نظر گرفته شوند:◄ زمان تميزکاريجريان مواد درون خط :در کارگاه يا کارخانه ريخته گري، بايد جريان مواد متناسب با نيازمنديهاي انواع توليدات مختلف (مثلا آهن، آلومينيم، سري قطعات کوچک يا بزرگ) باشد و اين مسئله منجر به بروز تنگناها و مشکلاتي در هنگام مراحل مختلف تمامکاري قطعات ريختگي مي شود. کيفيت تمامکاري:کيفيت تمامکاري امروزه با دقت بالا بدست مي ايد و اگر دقت کار در حين انجام مراحل متغير باشد (مانند حالتي که تميزکاري بطور دستي انجام مي‌شود)، کنترل کيفيت دچار مشکل مي شود.زبازيافت برگشتي ها:براي برگرداندن مقادير بالاي برگشتي ها به فرايند ذوب، قطعه برگشتي نبايد برنده و داراي لبه هاي نوک تيز باشد. در ماشينکاري مکانيکي، ميزان تراشه هاي توليد شده مي تواند بسيار راحتتر از تميزکاري دستي کاهش پيدا کند.◄ انعطاف پذيري:تغييرات سريع امروزه در برنامه ها و طراحي‌هاي خطوط توليد و زمانهاي کوتاه توليد نيازمند تغييرات سريع در ميان محصولات مختلف است.رتبه نيروي انساني: براي کاهش هزينه ها و بهبود شرايط کارگران معمولا کارخانه ها مايل به کم نگه داشتن نيروي کار خود هستند. ارزش و اعتبار کارگران نزد خودشان هم بالا مي رود وقتي بدانند بعنوان اپراتور در کارخانه استخدام شده اند نه بعنوان تميزکننده!عمق اتوماسيون: يعني درجه بهم پيوستگي و اجراي مراحل مختلف هر فرايند در کل عمليات. همه مراحل ماشينکاري ترکيب شده و بطور مستقيم توسط انواع روشهاي ترابري و نگهداري به هم مرتبط مي شوند. هنگامي که روشها و تکنيکها در عمليات خودکار، انتخاب شد هم تنوع محصول و هم مراحل دستي باقيمانده بايد بطور دقيق ترکيب شوند.ضوابط و معيارهاي لازم عبارتند از: ميزان توليد، پيچيدگي عملياتهاي انجام شده روي هر قطعه، ميزان استفاده از هر کدام از اجزاء خط توليد، پيچيدگي وظايف و در نتيجه خطرهايي که بخاطر عدم شايستگي اپراتور بوجود مي ايد. امکانات ساختماني درون کارخانه، محدوديت در سرمايه گذاري، ترکيب اجزاء موجود کارخانه و تطبيق اجزاء.در هنگام تعيين نيازها، موارد فوق بايد با دقت در نظر گرفته شوند.◄ مدلهاي طرح بندي نيازمنديهاي فرايندهاي مختلف :سلولهاي مجزا: راه حل سلولي به شکل ايجاد سلولهاي مجزا به مفهوم اهميت بالاي تخصص گرايي به همان اندازه اهميت انجام مراحل کار مي باشد؛ اما به دليل داشتن انبار موقت قطعات و جابجايي و حمل و نقل دروني به تلاش و مديريت بيشتري نياز دارد. استفاده از چنين سلولهايي امکان تغيير سريع در هر مرحله از فرايند را در يک شرايط ثابت فراهم مي آورد. مفاهيم استانداردسازي و طبقه بندي به راحتي وارد شده و طراحي هاي جديد در خط توليد تسهيل مي شود. مراحل مختلف ساخت همراه، با زمان کوتاه اصلاح و تغيير و تضمين قابل استفاده بودن سلول حذف شده، مي تواند اضافه يا کم شود. تعداد سلولها بدون آنکه تغييري در طراحي کل کارخانه بوجود ايد، مي توانند اضافه شوند و خروجي را افزايش دهند. هنگامي که يک محصول اصلاح شود و تغييراتي در آن داده شود و يا تعداد قطعات محصول کاهش يابد، مي توان يک سلول از خط برداشت يا مکان نصب آن را عوض کرد.طراحي سلولها همراه با محافظت کامل و کنترل دقيق، آنها را تبديل به نقاط عطف کارخانه که به راحتي قابل تعويض هستند، مي نمايد. استفاده از روبوت نيز در اين سلولها امکان پذير است. پر و خالي کردن اين سلولها توسط سيستمهايي با صفحه چرخان و متحرک انجام مي شود.در اين سيستم ماشينکاري و کنترل در يک زمان انجام شده و کل سيکل کوتاه تر مي شود. هزينه قطعات به دليل حذف تکنولوژي چندگانه حمل بار کاهش مي يابد. در ضمن ايمني کارگر نيز با استفاده از تجهيزات ايمن و پيشرفته (حصارهاي ايمني و پرده هاي ايمني در مقابل نور) تامين مي شود.حجم برگشتي ها به دليل ماشينکاري کم شده و تراشه ها و برگشتي هاي قابل استفاده از هم جدا مي شوند. دقت ماشينکاري توسط روباتهاي صنعتي تامين مي شود.در هر سلول کارهاي متنوعي مي تواند انجام شود که به نوع قطعه بستگي دارد. اين سلولها، بهترين سيستم براي ترکيب چندين مرحله از کار براي محصولات مشابه است. مخصوصا سلولهاي ريخته گري در قالب تحت فشار معمولا ساختمان پايه يکساني دارند و قادر خواهند بود براي توليد تقريبا همه قطعات در يک دسته ابعاد يکسان انعطاف‌پذيري داشته باشند. انعطاف پذيري بوسيله کنترل با کمک روباتها و مهارت کارگران به دست مي ايد. جمع کردن چندين مرحله از کار در يک سلول فوايد زير را دارد:▪ استفاده بهتر از امکانات موجود▪ موقعيت سلول در جهت بهبود زمان سيکل است.▪ تغييرات سريعتر براي انواع محصولات مشابه، تنوع در استفاده از مراحل کاري را در پي دارد.▪ترکيب مراحل تست و کنترل با تمامکاري و کنترل بهتر قطعه.▪فضاي کاري کمتر▪کاهش حمل و نقلهاي مياني با ماشينکاري مستقيم در سلولهاي ساخت و توليد.انتخاب مراحلي که بايد ترکيب شوند، بسته به خواسته مشتري و احتياجات داخلي او انجام مي شود.روباتهاي صنعتي: هر دو روبات يک قطعه ريختگي را بلند کرده و به مرحله بعدي منتقل مي کند.در کل بايد اذعان داشت که با اتوماسيون و خودکار کردن خطوط ريخته گري و استفاده از روباتهاي صنعتي، هر گونه تغيير در خط توليد، نقل و انتقال برگشتي‌ها، خارج کردن قطعات تمام کاري شده، تست نفوذ هوا و عمليات مختلف چون فرزکاري آسانتر انجام مي شود