Wikipedista:EliskaCI/Pískoviště

Plasma Shock Peening (PSP) je pokročilá technologie úpravy kovových povrchů. Jedná se o nový průmyslový obor (2023), proces povrchového inženýrství. Vysokorychlostní náraz vytváří na povrchu materiálu soustředěnou rázovou vlnu, která způsobuje plasticitu v povrchové vrstvě materiálu, čímž dochází k vytvoření příznivých tlakových zbytkových napětí. Hlavní využití PSP je v strojírenství. Tlaková zbytková napětí zvyšují odolnost kovů vůči povrchovým poruchám, jako jsou únavová pevnost, napěťová korozní trhlina, fretovací únava, opotřebení, kavitace a další. Ošetřením povrchového napětí se výrazně prodlužuje životnost kovových materiálů a díky možnosti integrace technologie do různých výrobních procesů má široké využití v oblasti pokročilých materiálových inženýrství. PSP má výhodu v podobě zvýšení provozní spolehlivosti, bezpečnosti a nepřímo i výrobní kapacity. Jeho použití může také předejít nákladným opravám při relativně nízkých dodatečných nákladech. V odvětví rázového kuličkování se již plně etablovala technologie laserového kuličkování – laserové kuličkování (LP) nebo laserové rázové kuličkování (LSP). PSP poskytuje plnohodnotné výsledky oproti LSP. Na rozdíl od LSP je generování rázové vlny v PSP založeno na jiném fyzikálním principu.

Historie

Objev a vývoj (2021–2024)

Technologie byla objevena v roce 2021 Ing. Jiřím Sonským, Ph.D., který je vedoucím Oddělení elektrotechniky a elektrofyziky při Ústavu termomechaniky Akademie věd České republiky (AV ČR).^[1] J. Sonský se zajímá o dynamiku elektrického oblouku a tepelné plazmy, pro které vyvinul průmyslově relevantní aplikaci – PSP. Jeho cílem bylo vyvinout inovativní a cenově dostupnější alternativu k LSP technologii. V roce 2021 vedení AV ČR uzavřelo licenční smlouvu na využití patentu se spin-off společností PSP Technologies Ltd. PSP Technologies vyvíjí generátor rázových vln a jeho cílem je úspěšné uvedení této technologie na trh s ambicí transformovat globální trh rázového kuličkování. PSP Technologies vstupuje do fáze komercializace své technologie v polovině roku 2024. Spolupracuje s univerzitami a výrobními technologickými společnostmi na doladění jejího použití. Prokázal silný potenciál své technologie v pilotním testovacím projektu v reálném prostředí v oblasti vysokotlakého lití hliníku.

Popis procesu

PSP je proces povrchového inženýrství založený na principu generování rázových vln s využitím jiného fyzikálního principu. PSP využívá přesně řízený plazmový výboj, který urychluje impaktor na vysoké rychlosti (přibližně 4 km/s). Vysokorychlostní impaktor vytváří na povrchu materiálu soustředěnou rázovou vlnu, která způsobuje plastickou deformaci povrchové vrstvy materiálu, což vede k vytvoření příznivých tlakových zbytkových napětí.

Generování plazmy: Elektrický výboj ionizuje plyn v generátoru rázových vln, čímž se vytváří horká plazma.
Urychlení částic: Plazma vytvořená pulzní explozí urychluje malé projektily umístěné na speciální fólii na vysokou rychlost 4 km/s pomocí elektromagnetické cívky.
Náraz na povrch: Mikroskopické plazmové částice dopadají na povrch materiálu.
Vytvoření tlakové vlny: Dopad těchto částic generuje tlakovou vlnu v materiálu, která se šíří do hloubky materiálu.
Plastická deformace: Tlaková vlna způsobuje plastickou deformaci povrchové vrstvy materiálu.
Indukce příznivých tlakových zbytkových napětí: Deformace vede k indukci příznivých tlakových zbytkových napětí. Ošetřený povrch materiálu je kompaktnější a hutnější.

Klíčové parametry

Výhoda studeného procesu: PSP pracuje při nízké teplotě, čímž minimalizuje riziko tepelného ovlivnění nebo změn vlastností materiálu v ošetřované oblasti.
Regulace energie: Maximální energie dodaná na jednotlivé místo je aktuálně přibližně 10 J. Tato hodnota je definována systémem CAM (Computer Aided Manufacturing), což umožňuje jemné doladění energie povrchu přenášené rázovou vlnou.
Přizpůsobení hloubky ošetření: Hloubka materiálu ovlivněná procesem je přímo závislá na dvou faktorech: velikosti bodu a předem definované energii bodu. Kontrolou těchto parametrů lze dosáhnout požadované úrovně povrchového zpevnění.
Přesné řízení účinků napětí: Počet překrývajících se „vrstev“ ovlivňuje hloubku zasažené materiálové zóny a velikost indukovaných tlakových napětí, což umožňuje přesné řízení účinku zpevnění.
Jednotnost a opakovatelnost: Plazmové rázové kuličkování poskytuje výjimečnou jednotnost a opakovatelnost při aplikaci bodů.
Zachování integrity materiálu: Proces je navržen tak, aby povrch obrobku zůstal neporušený, což eliminuje potřebu následných čisticích kroků a zefektivňuje celkový pracovní postup.

Přidané hodnoty

Nákladová efektivita: Služba aplikace PSP i samotné zařízení jsou navrženy tak, aby byly vysoce konkurenceschopné, a nabízejí výrazné úspory oproti tradičním řešením.
Zvýšená mobilita: Zařízení PSP je mobilní, což umožňuje přímé ošetření na pracovišti, maximalizuje efektivitu a minimalizuje prostoje. Není nutná složitá přeprava komponent.
Odpovědnost k životnímu prostředí: Minimalizací potřeby přepravy a potenciálním snížením frekvence výměny součástí přispívá technologie PSP ke snížení ekologické zátěže výrobních procesů.

Reference

↑ Institute of Thermomechanics of the CAS. www.it.cas.cz [online]. [cit. 2025-02-21]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2025-01-23. (anglicky)

Externí odkazy

<--! -->

[1] Institute of Thermomechanics of the CAS. www.it.cas.cz [online]. [cit. 2025-02-21]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2025-01-23. (anglicky)

[1]