Низкопластичное выглаживание ( LPB ) холодным способом сжимает металл, чтобы обеспечить глубокие, стабильные поверхностные остаточные напряжения для улучшения устойчивости к повреждениям и продления усталостной долговечности металла ; смягчение поверхностных повреждений, включая фреттинг, коррозионную точечную коррозию , коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) и повреждение посторонними предметами (FOD). Улучшенные характеристики фреттинговой усталости и коррозии под напряжением были задокументированы даже при повышенных температурах, когда сжатие от других процессов улучшения металла: шлифование с низким напряжением (LSG) и т. д. ослабевает. Также было показано, что полученный глубокий слой остаточного напряжения сжатия улучшает характеристики многоцикловой усталости (HCF), малоцикловой усталости (LCF) и коррозионного растрескивания под напряжением (SCC). [1]
LPB — единственный известный метод улучшения металла, применяемый при непрерывном управлении замкнутым циклом процесса, который успешно применяется к турбинным двигателям, поршневым двигателям, пропеллерам, стареющим конструкциям самолетов, шасси, контейнерам для ядерных отходов, биомедицинским имплантатам, вооружению, фитнес-оборудованию и сварным соединениям. Типичные области применения включают компоненты на основе титана, железа, никеля и стали, которые показали улучшенную устойчивость к повреждениям, а также производительность HCF и LCF на порядок выше существующих процессов улучшения металла.
LPB, в отличие от традиционных инструментов для полировки, состоит из твердого колеса или фиксированного смазанного шарика, вдавливаемого в поверхность асимметричной заготовки с достаточной силой для деформации поверхностных слоев, обычно на токарном станке. Многократные проходы по заготовке, как правило, с возрастающей нагрузкой, производятся для улучшения качества поверхности и преднамеренной холодной обработки поверхности. Роликовая и шариковая полировка изучались в России и Японии и наиболее широко применялись в СССР в 1970-х годах и Восточной Европе.
LPB был дополнительно разработан и запатентован компанией Lambda Technologies в Цинциннати, штат Огайо, в 1996 году.
Базовый инструмент LPB представляет собой шар, колесо или другой подобный наконечник, поддерживаемый в сферическом гидростатическом подшипнике, удерживаемом в станке с ЧПУ или промышленном роботе, в зависимости от области применения. Непрерывный поток охлаждающей жидкости оказывает давление на подшипник инструмента LPB, чтобы поддерживать шарик. Шарик не контактирует с гнездом механического подшипника даже под нагрузкой. Шарик нагружается в нормальном состоянии на поверхность компонента с помощью гидравлического цилиндра, который находится в корпусе инструмента. LPB может выполняться совместно с операциями по формированию стружки в том же инструменте для обработки с ЧПУ.
Шарик катится по поверхности компонента по схеме, заданной в коде ЧПУ, как и в любой операции обработки. Траектория инструмента и приложенное нормальное давление предназначены для создания распределения остаточного напряжения сжатия. Форма распределения предназначена для противодействия приложенным напряжениям и оптимизации характеристик усталости и коррозии под напряжением. Поскольку к шару не прикладывается сдвиг, он может свободно катиться в любом направлении. Когда шар катится по компоненту, давление шара вызывает пластическую деформацию на поверхности материала под шаром. Поскольку основная часть материала ограничивает деформированную область, деформированная зона остается в сжатом состоянии после прохождения шара.
Температура холодной обработки, получаемая в результате этого процесса, обычно минимальна; она аналогична температуре холодной обработки, получаемой при лазерной наклепе , но намного меньше, чем при дробеструйной обработке , гравитационной наклепе или глубокой прокатке. Холодная обработка особенно важна, поскольку чем выше температура холодной обработки на поверхности компонента, тем более уязвимым к повышенным температурам и механической перегрузке будет этот компонент, и тем легче будет ослабевать полезное остаточное сжатие поверхности, что делает обработку бессмысленной. Другими словами, сильно наклепанный компонент не будет удерживать сжатие, если он вступит в контакт с экстремальным теплом, как двигатель, и будет столь же уязвим для повреждений без холодной обработки. Таким образом, LPB и лазерная наклепка выделяются в отрасли улучшения поверхности, поскольку оба являются термически стабильными при высоких температурах. Причина, по которой LPB обеспечивает такой низкий процент холодной обработки, заключается в вышеупомянутом управлении процессом с замкнутым циклом. Обычные процессы дробеструйной обработки имеют некоторые догадки о полном покрытии компонента и совсем не являются точными, в результате чего процедура выполняется несколько раз на одном компоненте, чтобы обеспечить адекватную холодную обработку. Например, дробеструйная обработка, чтобы убедиться, что каждая точка на компоненте обработана, обычно указывает на покрытие от 200% (2T) до 400% (4T). Это означает, что при 200% покрытии (2T) 5 или более ударов происходят в 84% мест, а при 400% покрытии (4T) это значительно больше. Одна из проблем заключается в том, что одна область будет подвергаться ударам несколько раз, в то время как область рядом может подвергаться ударам меньше раз, оставляя неравномерное сжатие на поверхности; в результате весь процесс становится нестабильным и легко «отменяется», как упоминалось выше. LPB требует только одного прохода инструмента и оставляет глубокое, ровное, стабильное сжимающее напряжение.
Процесс LPB может выполняться на месте в цехе или на месте с использованием роботов, что позволяет легко включить его в повседневные процедуры обслуживания и производства. Метод применяется в условиях непрерывного управления замкнутым циклом процесса (CLPC), создавая точность в пределах 0,1% и немедленно оповещая оператора и QA, если границы обработки превышены. Одной из проблем этого процесса является то, что для каждого приложения необходимо разрабатывать различные коды обработки ЧПУ, как и для других задач обработки. Другая потенциальная проблема заключается в том, что из-за ограничений по размерам может оказаться невозможным создать инструменты, необходимые для работы с определенными геометриями, хотя это пока не является проблемой.