Shot-peening: El proceso

El granallado de compresión (o shot-peening) es un procedimiento en frío ampliamente utilizado para aumentar la resistencia de los componentes metálicos que están sometidos a fuerte fatiga como álabes de compresor, ciertas piezas estructurales u otras piezas de transmisión. Todas las piezas metálicas sometidas a fatiga cíclica próxima a su límite elástico mejoran en sus prestaciones y resistencia tras un granallado de compresión.
El principio del granallado conocido desde hace siglos hoy es puesto en ejecución con procesos muy bien controlados y programables. Se trata de proyectar abrasivos (granalla metálica redonda, microesferas de vidrio o de cerámica) sobre las piezas con una gran velocidad y según parámetros totalmente controlados utilizando ya sea aire comprimido o la fuerza centrifuga liberada por una turbina.

La tensión de compresión impide la formación de pequeñas grietas

El procedimiento de granallado introduce una tensión de compresión en la superficie de las piezas tratadas. La tensión de compresión ayuda a la prevención de pequeñas grietas o estrías porque éstas no pueden propagarse en un medio que ha sido pretensado por granallado.
La tensión de compresión se efectúa con el impacto de cada bola que produce una pequeña impresión sobre la superficie.
Si la superficie ha sido marcada bajo esta impresión, el material ha sido comprimido.

Midiendo la eficacia

El granallado es a menudo utilizado para mejorar las prestaciones de las piezas críticas y / o de seguridad. Por ello es particularmente importante que la intensidad correcta de tensión haya sido aplicada. Esto es controlado gracias a la prueba Almen normalizada.
La probeta Almen fabricada de acero con tolerancias estrictas en dureza y en planitud es granallada sobre una sola cara. Los efectos de la compresión en superficie crean una deformación de la probeta. El arco generado es proporcional a la energía del tratamiento recibido y es medido con la ayuda de un comparador Almen.
El valor de la altura de arco varía según la velocidad y la masa de la granalla, es decir, por la energía producida por la proyección y absorbida por la probeta. El método de medida por difracción de un rayo X es un medio fiable y preciso de medir el valor de la tensión de superficie y por tanto del efecto del granallado.
Obtenemos esta medida comparando el ángulo de reflexión con relación al de incidencia del rayo X sobre la pieza. Esta variación depende del material y de la tensión generada al desgaste.

Mejor coeficiente de fricción, menos corrosión, más resistencia al desgaste

Además de alargar la vida útil al aumentar la resistencia a la fatiga, el procedimiento proporciona otras ventajas.

Rozamiento y arrastre - Las piezas que tienen una relación de movimiento entre ellas o en zonas de rozamiento o de deslizamiento pueden tener una rotura prematura debida a la transferencia microscópica de materia de una sobre la otra. El estado de la superficie después del granallado crea bolsillos de retención de lubrificante, lo que reduce también las superficies de contacto en las zonas de rozamiento o de fricción. El granallado tiene también un efecto de martilleo que endurece la superficie y le ayuda a resistir mejor al desgaste. Estas características combinadas permiten dar a sus piezas una mejor dureza, una resistencia más grande a los microarrastres y en consecuencia una eficacia más grande.

Aplicaciones típicas

Los beneficios del granallado han sido probados muchas veces, también sobre piezas que tienen que aportar un alto rendimiento en períodos cortos como las de motores de coche de carreras o bien sobre piezas críticas o de seguridad con tiempos más largos de vida útil como piezas de motor de aviones o estructurales.

La elección del proceso es esencial

La elección del procedimiento de granallado por aire comprimido o con turbinas es muy importante cuando se deben desarrollar nuevas piezas. Esta elección es compleja. Numerosos parámetros deben ser tomados en consideración tales como la medida de las piezas, su forma, su dureza, su materia y el proceso global de fabricación. La geometría de las piezas es también importante. Por ejemplo, si el radio es más pequeño que la proyección de la granalla, la zona no será tratada. Contornos afilados, agujeros ciegos, zonas escondidas son elementos que hay que tomar en consideración para tener una cobertura perfecta y evitar dañar las piezas.

Granallado de conformado

El granallado de conformado es una variante del granallado de compresión. La forma de las alas de los aviones por la presión o repliegue pueden introducir tensiones responsables de la propagación de pequeñas grietas. Dado que el shot-peening aporta una tensión de compresión, es posible conformar componentes finos como alas de avión, simplemente utilizando la técnica de granallado..Esta solución permite obtener componentes con la correcta forma que además tienen la compresión inherente en ambas caras que previene la iniciación de pequeñas grietas.

Corregir las deformaciones sin comprometer la calidad o eficiencia.

De la misma manera que es posible perfilar las piezas con el granallado, también es posible corregir deformaciones sin generar tensiones no deseadas. Piezas mecanizadas de material sólido y fina sección (por ejemplo secciones de la estructura del ala de algunos aviones) son especialmente susceptibles de deformación, por muy buena que sea la calidad de la fabricación. Es posible corregir o aplanar de forma precisa generando tensiones de compresión que compensan las tensiones que originalmente provocarían deformación.

Wheelabrator Group lanza una nueva generación de máquinas de shot peening (granallado de compresión) para el tratamiento de discos de reactores.

El Centro Tecnológico de Wheelabrator Group de Charleville (Francia), está especializado en el desarrollo y fabricación de máquinas de shot-peening y de chorreado por aire comprimido para las industrias aeronáutica y espacial. La gama, principalmente de máquinas CNC y sistemas robotizados, ofrece soluciones innovadoras y de gran éxito para los distintos tratamientos de la superficie requeridos en la fabricación y mantenimiento de los componentes aeronáuticos (piezas de motor, tren de aterrizaje, elementos estructurales y paneles de alas).

La nueva máquina de peening Sisson Lehmann MP 1800, desarrollada en estrecha colaboración con los OEM del sector aeronáutico, está destinada al shot-peening de los discos de reactores de motores a reacción. La operación, que garantiza la alta calidad de las piezas, consiste en introducir elevadas tensiones de compresión en la superficie de los componentes mediante un chorreado de alta intensidad, para aumentar la resistencia a la fatiga.

Nueve ejes sincronizados de precisión facilitan el tratamiento simultáneo de las superficies internas y externas de los rotores de los motores a reacción. La instalación consiste en un robot poliarticulado de seis ejes que maneja cuatro boquillas de chorreado y un regulador de dos ejes equipado con una boquilla de peening y una precisa mesa giratoria numérica.

Dos generadores de presión automáticos expulsan el material, del que continuamente se calibran el tamaño y la forma. Para garantizar este proceso, todas las boquillas de alimentación incluyen un conjunto de dispositivos de alta precisión para regular el flujo de chorreado y la presión del aire, así como para medir el flujo de aire. Además de estos sistemas, una unidad de control integrada calibra automáticamente el flujo de las boquillas con una precisión constante.

La programación de las trayectorias del robot se realiza en desconexión, con diseños CAD en 3D de los componentes y del robot. Este método optimiza los tiempos de inmovilización de la máquina y garantiza su precisión. La programación de la máquina ha sido desarrollada especialmente para su aplicación y hace que su funcionamiento sea flexible mediante robots especializados. Todo el sistema está controlado por una estación de supervisión (PC) de fácil manejo, lo que garantiza el funcionamiento de las funciones de pilotaje y la asistencia técnica. Asimismo, la estación revisa el proceso permanentemente: registro de las acciones, seguimiento del procedimiento, estadísticas de estabilidad, informe de calidad y seguimiento de la producción.

Tras 12 meses de producción, esta máquina ha pasado con éxito el programa de calificación más exigente, y ha entrado a formar parte de la prestigiosa serie Sisson Lehmann MP de Wheelabrator Group (Machine de Précontrainte).