Kugelstrahlen von Federn – Basiswissen
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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