Kugelstrahlen von Federn – Basiswissen

Kugelstrahlen von Federn – Basiswissen
Schleuderradstrahlanlagen
Christoph Bär
Application Engineer Technologiezentrum Zürich
Helmut Steinmetz
Sales Manager Köln
2
22/06/2016
Wheelabrator – Ihr Partner für Lösungen in der Oberflächentechnologie
3
•
Technologien: Luft- und Schleuderstrahltechnologie, Kugelstrahl- und
Konservierungsanlagen, Gleitschleifen
•
Über 29500 installierte Maschinen rund um die Welt und für diverse Industrien,
inklusive:
Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Landwirtschaft, Gebäudebau, Chemie,
Tiefbau, Energiewirtschaft, Gießerei und Schmiede, Maschinenbau, Medizin,
Metallbearbeitung, Bahnbetrieb, Schiffbau, Transport und viele mehr
•
4 Technologiezentren und 2 TC “lites” mit beispielloser technischer Kompetenz, die
richtige Lösung für Ihre Anwendung zu liefern
Oberflächentechnologie im Überblick
4
Hauptfokus
Anforderungen an Schleuderrad-Strahlmaschinen beim Kugelstrahlprozess
•
Schleuderrad und dessen Funktionsweise
Unterschiede zwischen Batch-Verfahren und Durchlaufverfahren
• Muldenband Strahlmaschine
•
Durchlauf Strahlmaschine (z.B. Typ RDS)
Schleuderrad-Parameter und dessen Einflussfaktoren
• Verschleiss von Komponenten – Überwachung
•
5
Beeinflussung Einlaufstück-Einstellung
Schleuderrad
Tausendfach bewährt, hoch wirksam und effizient
Das Schleuderrad
Universal Schleuderrad (Direktantrieb, indirekt angetrieben)
7
•
Leistung: 22-55 kW
•
Durchsatz bis zu 630 kg
•
Abwurfgeschwindigkeit bis 85 m/s
Schleuderrad: Funktionsprinzip
Schaufel
Verteiler
Einlaufstück
Eigenschaften
8
•
Zwei-Scheiben-Rad
•
Speziell kompakte, einfache und robuste Konstruktion
•
Einfaches und präzises Einstellen des Strahlfächers
Schleuderrad: Funktionsprinzip
Zu beachten:
• Einlaufstückstellung gibt Position
des Hotspots vor (Strahlfächer)
• Abwurfradius r wird u.a. durch
Wurfschaufelgeometrie und
Strahlmittel (Dichte) bestimmt
• Keramisches Strahlmittel ergibt
einen anderen Winkel 
r

• Radialgeschwindigkeit
• Tangentialgeschwindigkeit
ergibt Abwurfgeschwindigkeit
Kraft-Sensor
(beweglich auf Kreisbahn)
+
9
Messung über 100°
Schleuderrad: Messprinzip / Berechnungen
10
Schleuderrad - Funktionsprinzip
1978
11
Schleuderrad - Funktionsprinzip
2012
Sicht auf Einlaufstück - Wurfschaufel
12
STM Kreislauf
Silo:
Befüllung 500 – 4000 kg (je nach Anlage)
Durchfluss Schleuderrad: 400kg/min (30kW; 80 m/s)
Strahlmittel:
Drahtschnitt 0.8mm 640HV
(mittlerer Korndurchmesser 0.71mm)
STM pro Wurfschaufel:
zirka 21g (1419 Körner)
(SRD Ø 500mm; 2300 U/min)
13
Batch-Verfahren
Einzelstrahlen
Batch-Verfahren / Durchlaufverfahren
Batch
Einzelstrahlen
Muldenband-Prinzip
Durchlaufverfahren mit Rotation der Bauteile
Chargen Beladung
Getaktetes Strahlen mit Rotation der Bauteile
15
Maschinen für Batch-Produktion (Muldenband)
Strahlraum mit Muldenband
Strahlmittelkreislauf (Rückführung des
Strahlmittels über Schnecke,
Becherwerk, Separation ins Silo)
GF-1984
16
Maschinen für Batch-Produktion (BB-Strahlmaschine)
Ventil-Federn – kugelgestrahlt in der
Muldenband-Strahlmaschine
17
Entleerung erfolgt vorzugsweise über
eine Vibrationsrinne
Maschinen für Batch-Produtkion
Vorteile:
•
Einfaches Handling (Batchverfahren)
•
günstigere Strahlmaschine (z.B. Vor- und Nachstrahlen)
Nachteile:
• Verhaken und Möglichkeit ins Schleuderrad zu gelangen
• Ungestrahlte Stellen durch Abdeckung
• Undefinierte Beaufschlagung
18
Verfestigungsstrahlen von Federn im Durchlaufverfahren
Rotations-Durchlauf-Strahlanlagen werden zum
prozesssicheren Verfestigungsstrahlen (Shot Peening) von
Spiralfedern (Aufhängungs-, Achs- und Ventilfedern) und
ähnlichen Teilen eingesetzt.
19
Verfestigungsstrahlen von Federn
Einzelne Werkstücke
werden auf horizontalen,
stetig drehenden Walzen
durch die Strahlzone
geführt.
Die Axialverschiebung
erfolgt über Mitnehmer,
die an einer umlaufenden
Transportkette angebracht
sind.
20
RDS Kugelstrahlanlagen: Strahlraum
Strahlraum mit
4 Schleuderrädern. Die
Federn durchlaufen die
Strahlzone auf horizontalen
Transportwalzen.
21
RDS Kugelstrahlanlagen: Animation
22
RDS Kugelstrahlanlagen für Blattfedern
Stress Peening Anlage
für Blattfedern im
ungespannten und
vorgespannten Zustand.
Produktion im Einstrang,
Längsstrahlprinzip.
23
RDS Mini
Prozesssicher, wirtschaftlich, zuverlässig
Einzelne Werkstücke werden
auf horizontalen, stetig
drehenden Walzen durch die
Strahlzone geführt.
Die Axialverschiebung erfolgt
über Mitnehmer,
die an einer umlaufenden
Transportkette angebracht
sind.
24
RDS Mini: Transport durch den Strahlraum
Shot Peening Zone
mit Kettenförderer.
25
RDS Mini: Strahlraum Austragzone
26
RDS Mini: Strahlraum Austragzone
•
•
27
Strahlen einer Zugfeder
Mitnehmerfinger müssen modifiziert werden
RDS Mini
•
Prozesssicher bei kleinen und mittleren Federn
•
•
Kugelstrahlen von langen Federn ist machbar
Handhabung bei Be- und Entladung ist
komplexer
Feder 1100 mm
28
SRS-Twist Kugelstrahlanlagen
SRS Anlagen werden zum Kugelstrahlen von Teller- und
Kupplungsfedern eingesetzt.
• Maschine mit Drehtisch und bis zu 17 eingebauten
Satelliten; Antrieb mittels Schrittschaltgetriebe
• Robust gelagerte Satelliten mit Labyrinthdichtungen
führen die Werkstücke stetig rotierend durch die Strahlzone
• Präzise Positionierung der Satelliten ermöglicht Be- und
Entladen mit Roboter
29
Das Arbeitsprinzip
Hochleistungs-Kugelstrahlanlage,
Typ SRS zur Oberflächenverfestigung
von Kupplungsfedern und ähnlichen Teilen.
Die Anlage verfügt über eine
vollautomatische Be- und Entladestation.
Nach dem Strahlen der Werkstückoberseite
(Halbdurchlauf), werden die Teile
automatisch um 180° gedreht.
30
SRS-Twist Kugelstrahlanlagen
Teller und
Kupplungsfedern werden
im Umlaufverfahren
getaktet und nach halbem
Durchlauf mit einem
Roboter automatisch
gewendet.
Zykluszeit: 6-15 Sekunden
31
Batch-Verfahren / Durchlaufverfahren
Batch
Einzelstrahlen
Muldenband-Prinzip
Durchlaufverfahren
Bessere Ausnützung des Viel Strahlmittel fliegt am Bauteil vorbei
Strahlfächers
Strahlergebnis ungleich
Reproduziertes Strahlen
Warmstrahlen möglich
32
Spannungsstrahlsystem
• Strahlen im Durchsatz-Prinzip ist einfach und zuverlässig.
Es ermöglicht prozesssicheres Kugelstrahlen mit
Teileverfolgung und ist ideal geeignet für automatische
Produktionslinien mit kontinuierlichem Fluss der Werkstücke
ohne Zwischenpufferung.
• Automatische Systeme mit hoher Leistung und
Fertigungskonsistenz reduzieren die Produktionskosten.
• Einschränkungen vorhanden
33
SRS Spannungsstrahlsystem
34
Spannungsstrahlen
Einflussfaktoren:
• Geometrie der Feder
• Federnenden werden nicht gestrahlt
• Windungsabstand der Federn
• Strahlausnutzung ist verringert
35
Spezial-Anwendungen (Schleuderrad-Strahlen)
Strahlen von Zugfedern:
• Strahlversuche GF 1984
36
Schleuderrad-Parameter
Überwachung Strahlparameter
Einflussfaktoren auf das Strahlergebnis - Verschleiss an
Komponenten
Beeinflussung Einlaufstück-Einstellung
Anordnung von Almenblöcken: Einfluss auf das Messergebnis
• Almenwert
• Überdeckung
GF 1984
38
Verschleiss - Einfluss auf die Almenwerte
Gekrümmte Wurfschaufel
39
gerade Wurfschaufel
Verschleiss - Einfluss auf die Almenwerte
40
Einlaufstückverstellung
Verstellung Einlaufstück bewirkt:
• Verschiebung Hotspot
• Strahlrichtung bleibt
• Intensität ändert; Menge Strahlmittel
wird örtlich umverteilt
195°
205°
Einfluss auf die Feder?
215°
41
Testzentrum Schaffhausen und Metelen
Wheelabrator Testzentrum und Labor / CH-Schaffhausen
Unser Testzentrum am Standort Schaffhausen
rundet das Leistungsspektrum hinsichtlich
des Strahlprozesses im “Heavy Duty”-Bereich ab.
Als eines der wenigen Unternehmen in der
Branche ist Wheelabrator in der Lage, Qualität
und Reproduzierbarkeit der Strahlergebnisse
mittels Strahlversuchen zu gewährleisten.
43
Wheelabrator Testzentrum und Labor / D-Metelen
Unser Testzentrum am Standort
Metelen verfügt über ein
Röntgendiffratometer und kann
Eigenspannungsmessungen an
gestrahlten Bauteilen bei
Kundenversuchen durchführen
44
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Christoph Bär
Application Engineer @ TC Zürich
Helmut Steinmetz
Sales Manager @ Wheelabrator Köln