Kuulapommitus : Komponentin väsymiseliniän pidentäminen kuulapommituksen avulla

Abstract

Tässä työssä tutkittiin kuulapommitusta. Tämä on konepajateollisuudessa käytössä oleva kylmämuokkausmenetelmä metallikomponentin väsymiseliniän pidentämiseksi. Prosessissa pienet pyöreät kuulat singotaan suurella nopeudella komponentin pintaan. Osumista syntyvät pienet lommot luovat pintaan puristusjännityskerroksen sekä sulkevat säröjä ja huokosia komponentin pinnasta. Käsittelyn lopputuloksena komponentti kestää aiempaa suuremman syklimäärän dynaamisessa, väsyttävässä kuormituksessa, koska nettojännitystasot komponentin pinnassa laskevat kohti puristusjännitystilaa ja särön eteneminen on tällöin hitaampaa. Tämä laskee komponentin vaurioitumistodennäköisyyttä väsyttävissä kuormitustilanteissa. Menetelmä on hyvin tunnettu auto- ja ilmailualan osia valmistavissa yrityksissä maailmalla ja löi itsensä läpi toisen maailmansodan jälkimainingeissa. Suomessa menetelmä ei kuitenkaan vaikuta olevan yleisesti kovin tunnettu. Toimeksiantajayritystä lukuun ottamatta joitain jousikomponenteille teollisessa mittakaavassa kuulapommituspalvelua tarjoavia yrityksiä on Suomessa löydettävissä. Työssä käsitellään ensin väsymisvaurioita ja niiden merkitystä koneensuunnittelussa yleisellä tasolla. Kun väsymisvauriot tunnetaan, siirrytään tutkimaan kuulapommitusta menetelmänä. Työssä myös luodaan yritykselle opinnäytetyösopimuksen mukaisia työkaluja prosessissa syntyvän tiedon hallintaan, prosessin markkinointiin sekä prosessista raportointiin.

In the thesis shot peening was studied. Shot peening is a cold working process used in the mechanical engineering industry to extend the fatigue lifespan of a metal component. In the process small spherical balls are propelled at high velocity to the component surface. Small dents made up by the impacts induce a layer of compressive stresses and close fractures and pores on the surface of the component. The outcome of the process is that the component lasts higher cycle rates under dynamic fatigue loads, mainly because total stress levels on the component surface are reduced towards compressive stress state and crack formation is slower. This reduces the probability of failure for the component under fatigue loads. The method is well known amongst companies producing parts for automobile and aviation sector around the world since the Second World War. In Finland the method seems to be not so well recognized on a general level. Apart from the thesis client some companies producing shot peening service for spring components can be found in Finland. In the thesis fatigue failures and their meaning in mechanical engineering were addressed first. As fatigue failures were familiar, shot peening as a process was studied. In accordance with the thesis contract, tools were created for the thesis client to manage data collected from the process, market the process and report on the process, too.