sterowanie ik ontrola procesu kulowania - Metal Improvement ...

Layout 26.07.2005 13:37 Uhr Seite 45 

R O Z D Z I A ¸ D W U N A S T Y 

KONTROLOWANIE PROCESU 

Kontrolowany proces kulowania tym si´ ró˝ni od innych metod produkcyjnych, ˝e nie istniejà 

metody nieniszczàce pozwalajàce sprawdziç, czy proces ten zosta∏ przeprowadzony zgodnie 

z za∏o˝onà (i sprawdzonà) specyfikacjà. Takie techniki jak np. pomiar napr´˝eƒ w∏asnych metodà 

rentgenowskà wymagajà zniszczenia jednego elementu w celu dokonania pe∏nej analizy rozk∏adu 

napr´˝eƒ w∏asnych Êciskajàcych. 

W celu dobrania w∏aÊciwych parametrów kulowania dla ca∏ej partii obrabianych cz´Êci nale˝y ustaliç 

nast´pujàce czynniki: 

o Êrut (rodzaj i granulacja) 

o intensywnoÊç kulowaia 

o stopieƒ pokrycia 

o urzàdzenie do kulowania 

Obecnie MIC mo˝e sprostaç najwy˝szym wymaganiom dotyczàcym jakoÊci produktów 

w przemyÊle lotniczym i motoryzacyjnym. MIC posiada lub ubiega si´ o certyfikaty jakoÊci 

ISO 9002 i QS 9000. 

KONTOLA MEDIUM (ÂRUTU) 

Na rys. 12-1 przedstawiono dopuszczalne 

i niedopuszczalne kszta∏ty Êrutu do kulowania. Ârut 

Kszta∏ty dopuszczalne 

Kszta∏ty niedopuszczalne 

Rys. 12-1 Dopuszczalne 

i niedopuszczalne kszta∏ty Êrutu 

u˝ywany do 

kulowania musi 

mieç kszta∏t 

kulisty. JeÊli w 

czasie procesu 

nast´pujà 

p´knićia Êrutu 

to uszkodzony 

Êrut musi byç 

usuni´ty 

z obiegu w celu 

zabezpieczenia 

obrabianej powierzchni przed uszkodzeniami przez ostre 

kraw´dzie p´kni´tych Êrucin. Rys. 12-2A przedstawia 

wyglàd powierzchni kulowanej (powi´kszenie 100 X) 

z widocznymi uszkodzeniami powierzchni przez p´kni´te 

Êruciny. Na rys. 12-2B widoczna jest powierzchnia 

kulowana (powi´kszenie 100 X) Êrutem o dopuszczalnym 

kszta∏cie. 

Ârut dobrany do danego procesu kulowania musi mieç 

równomiernà, w przyj´tym przedziale tolerancji, graulacj´. 

Energia kinetyczna Êrutu jest funkcjà jego masy 

i pr´dkoÊci. Ârut o wi´kszej granulacji ma wi´kszà mas´ 

i energi´ uderzenia. JeÊli do kulowania u˝yte b´dà 

pomieszane partie Êrut o ró˝nej granulacji, wi´kszy Êrut 

b´dzie wytwarza∏ grubszà warstw´ z napr´˝eniami 

Êciskajàcymi. Wytworzona warstwa z napr´˝eniami 

Êciskajàcymi b´dzie nierównomierna co w rezultacie 

wp∏ynie na niespójne wyniki badaƒ zmćzeniowych. Na 

rys. 12-3A widoczny jest Êrutu o odpowiedniej granulacji 

i w∏aÊciwej charakterystyce kszta∏tu. Na rys. 12-3B widaç 

Êrutu o niew∏aÊciwej jakoÊci. 

Rys. 12-2A Uszkodzenia 

spowodowane p´kni´tymi Êrucinami 

Rys. 12-2B Wyglàd powierzchni 

Rys. 12-3A Ârut o wysokiej jakoÊci 

Rys. 12-3B Ârut o z∏ej jakoÊci 

STEROWANIE I KONTROLA PROCESU KULOWANIA 

45




46 

W celu usunićia Êrutu niew∏aÊciwego (o zbyt ma∏ej i zbyt 

du˝ej Êrednicy) MIC stosuje system przesiewowy. System 

jest oparty na zró˝nicowanej pr´dkoÊci toczenia si´ Êrutu 

po powierzchniach obracajàcych si´ mis. Dzia∏anie 

separatora przedstawione jest na rys. 12-4. Ârut zostaje 

doprowadzony przewodem i wysypuje si´ na sto˝ek w górnej 

cz´Êci uk∏adu, a stacza si´ na wewn´trznà mis´. Ârut okràg∏y 

uzyskuje pr´dkoÊç dostatecznie du˝à, aby przedostaç si´ do 

zewn´trznej misy. Zebrany tu Êrut mo˝e byç ponownie u˝yty. Ârut 

po∏amany i wykruszenia Êrutu majà mniejszà pr´dkoÊç toczenia 

i pozostajà w misie wewn´trznej, z której sà usuwane. 

KONTROLA INTENSYWNOÂCI 

IntensywnoÊç kulowania jest miarà energii strumienia Êrutu. 

IntensywnoÊç jest jednym z podstawowych Êrodków, którego 

kontrola zapewnia powtarzalnoÊci procesu. Energia strumienia 

Êrutu jest bezpoÊrednio zwiàzana z napr´˝eniami wytworzonymi 

w kulowanej cz´Êci. IntensywnoÊç mo˝e byç podwy˝szona przez 

stosowanie Êrutu o wi´kszej granulacji i/lub przez zwi´kszenie 

pr´dkoÊci strumienia Êrutu. Inne zmienne, które nale˝y braç pod uwag´ przy kulowaniu, to kàt 

uderzenia Êrutu i media do kulowania. 

IntensywnoÊç jest mierzona przy u˝yciu p∏ytek Almena. P∏ytka Almena to p∏ytka wykonana ze 

spr´˝ynowej stali SAE1070, obrobionej cieplnie na twardoÊç 44-50 HRC, którà mocuje si´ 

w specjalnym uchwycie i kuluje tylko z jednej strony. Wywo∏ane kulowaniem napr´˝enia w∏asne 

Êciskajàce powodujà wygićie si´ p∏ytki w ∏uk, wypuk∏y w kierunku strony kulowanej (rys. 12-5). 

WysokoÊç ∏uku p∏ytki Almena jest funkcjà energii strumienia Êrutu i stanowi liczbowà miar´ 

intensywnoÊci. 

Istniejà trzy rodzaje p∏ytek Almena stosowane w zale˝noÊci od przyj´tych parametrów kulowania: 

o p∏ytki „N“- gruboÊç 0,79 mm, 

o p∏ytki „A“- gruboÊç 1,29 mm, 

o p∏ytki „C“- gruboÊç 2,39 mm. 

GruboÊci p∏ytek Almena 

WysokoÊç ∏uku 

P∏ytka po kulowaniu. Napr´˝enia 

w∏asne wywo∏ujà ugićie 

Rys. 12-5 P∏ytki Almena i przyrzàd Almena do pomiaru 

wysokoÊci ugićia 

Pomiar wysokoÊci ugićia 

przyrzàdem Almena. 

Rys. 12-4 Spiralny separator do 

klasyfikacji Êrutu 

Przy kulowaniu z wi´kszà 

intensywnoÊcià stosuje si´ 

p∏ytki grubsze. 

Oznaczenie intensywnoÊci 

Almena to pomierzona 

wysokoÊç ugićia mierzona 

przyrzàdem Almena) 

i symbol oznaczajàcy rodzaj 

p∏ytki, np. wysokoÊç ugićia 

0,30 mm uzyskanà na 

p∏ytce „A“ oznaczamy 

0,30A. 

Praktyczny zakres p∏ytki 

Almena typu „A“ wynosi 

0,10 –0,61 mm ale p∏ytk´ o 

wi´kszej gruboÊci powinno 

si´ zastosowaç gdy 

wysokoÊç ugićia osiàga 

wartoÊç 0,51 mm. 

WartoÊç intensywnoÊci 

osiàgni´ta na p∏ytce typu „N“ stanowi ok. 1/3 wartoÊci na p∏ytce „A“, a intensywnoÊç osiàgni´ta na 

p∏ytce „C“ jest oko∏o trzy razy wi´ksza od wartoÊci z p∏ytki A (N~ 1/3A, C ~ 3A).


P∏ytki Almena sà mocowane do specjalnych uchwytów, 

które z kolei umieszczane sà w wytypowanych 

rejonach cz´Êci kulowanych (rys. 12-6). Rejony 

mocowania uchwytów z p∏ytkami powinny obejmowaç 

miejsca istotne zarówno pod wzgl´dem w∏aÊciwoÊci 

wytrzyma∏oÊciowych obrabianej cz´Êci jak i uzyskania 

w∏aÊciwego stopnia pokrycia. Pomierzona na p∏ytkach 

Almena intensywnoÊç jest dokumentowana przed 

rozpoczćiem kulowania serii wyrobów. Pozwala to 

stwierdziç, czy maszyna do kulowania jest nastawiona 

i dzia∏a zgodnie z za∏o˝onymi parametrami procesu. 

Instrukcja kontroli procesu kulowania powinna okreÊlaç 

cz´stotliwoÊç kontroli intensywnoÊci w jednostkach 

czasu lub iloÊci kulowanych cz´Êci, aby zapewniç ca∏ej 

partii kulowanych detali takie same warunki procesu. 

Nasycenie kulowanej powierzchni. WysokoÊç ugićia 

nie jest miarà intensywnoÊci, póki nie zostanie 

uzyskane odpowiednie nasycenie powierzchni. W celu 

okreÊlenia nasycenia powierzchni p∏ytki Almena nale˝y 

uzyskaç krzywà intensywnoÊci. W tym celu kuluje si´ 

seri´ p∏ytek Almena przy zachowaniu ustalonych, 

jednakowych parametrów, ale w innych cyklach 

czasowych. Pozwala to na narysowanie krzywej 

nasycenia podobnej do przedstawionej na rys. 12-7. 

Nasycenie jest okreÊlane jako najwczeÊniejszy punkt na 

krzywej, gdzie w wyniku podwojenia czasu ekspozycji 

uzyskuje si´ wzrost wartoÊci ugićia nie wy˝szy ni˝ 10%. 


Rys. 12-6 Blok Almena z p∏ytkà, umieszczone 

na cz´Êci przeznaczonej do kulowania. 

Rys. 12-7 Krzywa nasycenia 

Nale˝y jasno stwierdziç, ˝e nasycenie p∏ytki Almena i stopieƒ pokrycia elementu to nie to samo i ˝e 

nie muszà byç one osiàgni´te na kulowanej cz´Êci w tym samym czasie. Nasycenie jest miarà 

energii strumienia Êrutu. Stopieƒ pokrycia jest to stosunek powierzchni z wg∏´bieniami do ca∏ej 

powierzchni kulowanej i podawany jest w procentach. Stopieƒ pokrycia sprawdzany jest 

specjalnymi metodami kontroli stopnia pokrycia. Nasycenie jest okreÊlane na p∏ytce Almena 

o twardoÊci 44-50HRC. Je˝eli obrabiana cz´Êç jest wykonana z materia∏u o ni˝szej twardoÊci ni˝ 

p∏ytka Almena, pokrycie b´dzie uzyskane w krótszym czasie. W sytuacji odwrotnej, gdy obrabiana 

cz´Êç jest wykonana z materia∏u twardszego ni˝ p∏ytka Almena, b´dzie konieczny d∏u˝szy czas 

dzia∏ania strumieniem Êrutu, poniewa˝ wg∏´bienia powstajàce na twardszej powierzchni b´dà 

mniejsze. 

Krzywa saturacji ustala aktualnà intensywnoÊç dla konkretnych parametrów procesu, mierzonà 

w pewnych punktach na kulowanej cz´Êci, tak jak to przedstawiono na rys. 12-7. Aby ustaliç 

i utrzymaç w∏aÊciwy przebieg i rzetelnoÊç procesu, kulowanie musi byç przeprowadzone 

w sterowanych urzàdzeniach gdzie p∏ytka (lub p∏ytki) Almena i cz´Êci b´dà obrabiane w takich 

samych warunkach jak uprzednio ustalone. 

WysokoÊç ∏uku 

Czas ekspozycji 

Wzrost poni˝ej 10% 

Punkt nasycenia 


47




48 

KONTROLA STOPNIA POKRYCIA 

Ca∏kowite pokrycie powierzchni kulowanej cz´Êci jest 

bardzo wa˝ne i decyduje o w∏aÊciwoÊciach 

wytrzyma∏oÊciowych umacnianej cz´Êci. Stopieƒ pokrycia 

jest okreÊlany jako miara (w procentach) jednolitego 

i ca∏kowitego pokrycia wg∏´bieniami pierwotnej 

powierzchni obrabianej cz´Êci. Pokrycie nie powinno byç 

nigdy mniejsze ni˝ 100% poniewa˝ p´knićia 

zmćzeniowe i wynikajàce z korozji napr´˝eniowej mogà 

rozwinàç si´ w obszarze niekulowanym, w którym nie 

wytworzono napr´˝eƒ Êciskajàcych. Na rys. 12-8A 

przedstawiono powierzchni´ ca∏kowicie pokrytà 

odciskami Êrutu, a na rys. 12-8B powierzchni´ nie 

w pe∏ni pokulowanà. 

JeÊli w przyj´tych warunkach kulowania ustalono, ˝e 

pokrycie ma byç wi´ksze ni˝ 100%, np. 150%, 200%, to 

czas kulowania wg krzywej intensywnoÊci ustalonej dla 

100% musi byç podwy˝szony o ten wspó∏czynnik (dla 

200% czas ekspozycji musi byç dwukrotnie d∏u˝szy) 

Peenscan ® - metoda kontroli pokrycia. OkreÊlenie stopnia pokrycia mo˝e byç bardzo ∏atwe gdy 

kulowane sà materia∏y o niskiej twardoÊci i wg∏´bienia po kulowaniu sà dobrze widoczne. W takich 

warunkach u˝ycie szk∏a powi´kszajàcego 10 X jest zupe∏nie wystarczajàce. Jednak˝e w wielu 

przypadkach ustalenie stopnia pokrycia jest znacznie trudniejsze. Wewn´trzne powierzchnie 

otworów, niewielkie promienie przejÊç, bardzo twarde materia∏y i du˝e obszary powierzchni 

stwarzajà dodatkowe trudnoÊci w ustaleniu stopnia pokrycia. 

Metal Improvement Company opracowa∏o metod´ PEENSCAN ® , w której u˝ywa si´ penetrujàcego 

p∏ynu fluorescencyjnego DYESCAN ® w celu okreÊlenia stopnia pokrycia. 

PEENSCAN ® jest odpowiedni do kontroli równomiernoÊci stopnia pokrycia w utrudnionych 

warunkach kontroli. Jasnozielona farba nie jest widoczna w normalnym Êwietle. Pokryta nià cz´Êç 

musi byç kontrolowana w czarnym Êwietle UV. Przed kulowaniem sprawdza si´ równomiernoÊç 

pokrycia farbà obszaru przeznaczonego do kulowania. 

P∏yn DYESCAN ® mo˝e byç nak∏adany 

poprzez zanurzanie, malowanie 

p´dzlem czy napylanie na 

powierzchni´ badanej cz´Êci przed 

kulowaniem. Uderzenia Êrutu usuwajà 

fluorescencyjnà, elastycznà warstw´ 

w stopniu proporcjonalnym do 

rzeczywistego stopnia pokrycia. Gdy 

cz´Êç jest ponownie kontrolowana 

w Êwietle UV, nierównomierne 

pokrycie po kulowaniu jest doskonale 

widoczne. Parametry kulowania 

muszà byç wówczas zmienione tak, 

aby kontrola PEENSCAN ® 

potwierdzi∏a ca∏kowite pokrycie 

obrabianej powierzchni. 

Rys. 12-9A 

Pokrycie metodà 

PEENSCAN ® 

przed kulowaniem 

Rys. 12-8A Widok powierzchni 

pokulowanej ca∏kowicie 

Rys. 12-8B Widok powierzchni 

nie w pe∏ni pokulowanej 

Rys. 12-9B 

Cz´Êciowe 

usunićie pokrycia 

PEENSCAN ® , 

Êwiadczàce 

o niepe∏nym 

pokryciu 

Na rys. 12-9A, 12-9B i 12-9C 

przedstawiono zasad´ procesu 

PEENSCAN ® . Przedstawione figury to 

komputerowa symulacja ∏opat turbiny 

gdzie kolor zielony reprezentuje widocznà w Êwietle UV blado - zielonà farb´. W miar´ usuwania 

farby pod wp∏ywem uderzeƒ Êrutu ods∏aniany jest materia∏ ∏opaty, a˝ do chwili gdy ca∏oÊç jest ju˝ 

koloru niebieskiego tzn. pokrycie po kulowaniu jest 100 %. 

Proces kontroli PEENSCAN ® jest bardziej wiarygodny ni˝ kontrola przy u˝yciu szk∏a 

powi´kszajàcego 10 X. 

Rys. 12-9C 

Pokrycie 

PEENSCAN ® 

usuni´te 

ca∏kowicie – 

powierzchnia 

w pe∏ni pokryta



AUTOMATYCZNE URZÑDZENIA DO KULOWANIA. 

OÊrodki MIC na ca∏ym Êwiecie wyposa˝one sà w podobne typy automatycznych urzàdzeƒ do 

kulowania. Tak wyposa˝ona sieç placówek pozwala na wydajne, ekonomiczne wykonanie obróbki 

w miejscu najbardziej korzystnym dla klienta, a tak˝e na powtórzenie procesu z zachowaniem 

za∏o˝onych parametrów w dowolnym miejscu na Êwiecie. 

MIC oferuje tak˝e kulowanie monitorowane komputerowo (CMSP). Kulowanie monitorowane 

komputerowo jest stosowane w przypadku cz´Êci, które wymagajà nie tylko standardowego 

Êwiadectwa kulowania lecz tak˝e dokumentu przeprowadzenia operacji kulowania zgodnie 

z normami AMS-S-13165, MIL-S-13165, AMS 2430 itp. Cz´Êci, które z za∏o˝enia muszà mieç 

wysokà wytrzyma∏oÊç zmćzeniowà, muszà podlegaç procesowi komputerowo kontrolowanego 

kulowania zgodnie z normà AMS 2432. 

MIC opracowa∏ urzàdzenia do monitorowania 

komputerowego, które mogà monitorowaç, 

sprawdzaç i dokumentowaç nast´pujàce 

parametry procesu kulowania: 

o ciÊnienie powietrza i iloÊç Êrutu, 

przep∏ywajàcego przez ka˝dà dysz´, 

o pr´dkoÊç ko∏a wirnika i iloÊç Êrutu 

podawanego na ka˝dy wirnik, 

o obroty i/ lub pr´dkoÊç przemieszczania si´ 

cz´Êci kulowanych, 

o przesuw dyszy, 

o ca∏kowity czas obróbki 

Parametry te sà stale monitorowane 

i porównywane z dopuszczalnà tolerancjà 

zapisanà w programie komputera. W przypadku 

niedopuszczalnych odst´pstw w procesie 

kulowania nast´puje natychmiastowe wy∏àczenie 

maszyny i zostaje zasygnalizowany rodzaj 

i zakres odst´pstwa. Maszyna nie b´dzie mog∏a 

byç uruchomiona jeÊli nie zostanà usuni´te 

nieprawid∏owoÊci. 

Rys.12-10A Sterowana komputerowo 

maszyna z lancà do kulowania otworów 

Po zakoƒczeniu operacji kontrolowanego 

kulowania mo˝e byç sporzàdzony wydruk 

z przebiegu procesu. Wszelkie przerwy 

w przebiegu procesu sà na nim 

udokumentowane. Przebieg procesu jest 

zachowany w archiwach jakoÊci w MIC i mo˝e 

byç udost´pniony do wglàdu. Na rys. 12-10A 

przedstawiona jest maszyna do procesu 

komputerowo kontrolowanego kulowania, 

stosowana do kulowania wewn´trznych otworów Rys. 12-10B Sterowana komputerowo 

cz´Êci dla przemys∏u lotniczego. Na rys. 12-10B 

widoczna jest maszyna wielodyszowa do procesu 

wielodyszowa maszyna do kulowania 

komputerowo kontrolowanego kulowania. Na obu zdjćiach widaç procesory komputera. 


49




50 

P r z y k ∏ a d z a s t o s o w a n i a 

KULOWANIE KONTROLOWANE KOMPUTEROWO 

PRZED¸U˚A ˚YWOTNOÂå TURBIN 

Znacznie wzros∏o zainteresowanie metodà kulowania kontrolowanego komputerowo, gdy FFA 

zezwoli∏o na podniesienie znamionowego przebiegu turbin z 700 do 1500 cykli pomi´dzy 

kolejnymi przeglàdami. Wyd∏u˝enie czasu mi´dzy kontrolami umo˝liwi∏o zastosowanie silników 

przeznaczonych do celów militarnych w urzàdzeniach cywilnych. 

W celu podniesienia niezawodnoÊci istniejàcych urzàdzeƒ producenci turbin zdecydowali si´ 

na zastosowanie kulowania tarcz wirników turbin i ch∏odnic p∏ytowych. Kulowanie 

kontrolowane komputerowo umo˝liwi∏o dokumentowanie parametrów kulowania najbardziej 

istotnych cz´Êci i zapewni∏o ich pe∏nà powtarzalnoÊç. [12.1] 

DOKUMENTACJA PROCESU KULOWANIA 

Na rys. 12-11 przedstawiono wa∏ek 

wielowpustowy zamocowany w dwóch 

∏o˝yskach. W wyniku z∏o˝onych 

obcià˝eƒ gi´tno - skrćajàcych, na 

zewn´trznych rowkach wpustowych 

i promieniach przejÊç mogà powstaç 

p´knićia zmćzeniowe. W celu 

zapobie˝enia tym uszkodzeniom wa∏ek 

taki powinien byç obrobiony 

w nast´pujàcy sposób: 

o strefa „A“ – musi byç kulowana, 

o strefa „B“ – mo˝e, ale nie musi byç 

kulowana, 

o strefa „C“ – musi byç 

zabezpieczona przed kulowaniem 

(os∏oni´ta). 

Instrukcja kulowania wa∏ka wielowpustowego: 

o kulowaç stref´ rowków wpustowych i przyleg∏ych promieni przejÊç (strefa „A“) przy u˝yciu Êrutu 

MI-110H z intensywnoÊcià 0,006“-0.009“A; 

o pokrycie strefy rowków wpustowych – minimum 100%, potwierdzone metodà kontrolnà 

PEENSCAN®; 

o kulowanie powierzchni wa∏ka o wi´kszej Êrednicy (strefa „B“) dopuszczalne, ale nie konieczne; 

o os∏oniç oba ∏o˝yska i Êrodkowà cz´Êç wa∏ka (strefa „C“); 

o kulowaç zgodnie ze specyfikacjà AMS-S-13165 

Je˝eli wymagane sà badania nieniszczàce to nale˝y je wykonaç przed kulowaniem. 

MIC ma ponad pi´çdziesićioletnie doÊwiadczenie w rozwiàzywaniu problemów wynikajàcych 

z procesu kulowania. MIC specjalizuje si´ w doborze granulacji Êrutu i innych parametrów 

kulowania w celu zapobiegania zmćzeniu i korozji. Lokalizacja placówek MIC na ca∏ym Êwiecie 

podana jest na tylnej ok∏adce niniejszej publikacji. 

LITERATURA: 

12.1 Internal Metal Improvement Co. Memo 

Rys 12-11 Schemat wa∏ka wielowpustowego - 

instrukcja dotyczàca kulowania

sterowanie ik ontrola procesu kulowania - Metal Improvement ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?