Меню Рубрики

Установка абразивно струйной резки

Струйно-абразивная обработка

Струйно-абразивной обработкой называется процесс полирования заготовок с помощью смеси жидкости и абразивных зерен, подаваемой на заготовку из сопла со скоростью 50 м/с и более. Применяется этот способ обработки для получения поверхностей шероховатостью Ra 0,16-0,125 мкм в местах, труднодоступных для других способов механической обработки. Струйно-абразивной обработке подвергаются и черновые заготовки для снятия окалины, очистки отливок. Для получения низкой шероховатости поверхности требуется предварительная механическая обработка не ниже Ra 2,5 мкм.

Рабочая смесь подается на обрабатываемую поверхность под давлением сжатого воздуха или при помощи насоса через форсунку, в которую поступает сжатый воздух, распыляющий жидкость по полируемой поверхности. Форсунка может наклоняться под нужным углом к обрабатываемой поверхности. Равномерность насыщенности жидкости абразивом поддерживается специальным смесителем.

Струйно-абразивная обработка применяется для заготовок сложной формы: при отделке профильных штампов, обработке форм для литья под давлением, сверл и другого многолезвийного инструмента, при очистке отливок, декоративной подготовке поверхностей под гальваническое покрытие.

В зависимости от вида обрабатываемого материала для струйно-абразивной обработки применяют шлифзерно, шлифпорошки или микрошлифпорошки из электрокорунда и карбида кремния. Для операций очистки обычно применяют шлифматериал зернистостями 40-10, для полирования — зернистостями М10-М5. Для обработки легких металлов иногда применяется гранулированный кварцевый песок. В связи с тем, что твердость и прочность кварцевого песка значительно меньше, чем электрокорунда, для достижения той же шероховатости его берут зернистостью на два-три порядка крупнее.

Рабочая жидкость обычно составляется из шлифматериала (массовое содержание 25-50%) и содовой эмульсии (массовое содержание 75-50%), так что плотность жидкости равняется приблизительно 2. Содержание в жидкости более 50% шлифматериала, допускаемое для шлифпорошков и микрошлифпорошков зернистостями 5-М7, для зернистости свыше 5 не рекомендуется. Излишняя концентрация абразивных зерен в жидкости вызывает удары их друг о друга, что снижает эффективность обработки. Для повышения коррозионной устойчивости в жидкость добавляют 0,5-1% нитрида натрия или другие ингибиторы.

Интенсивность струйно-абразивной обработки зависит от давления воздуха и скорости струи, от зернистости и концентрации абразива в жидкости, от направления струи и положения сопла относительно поверхности обработки, конструкции соплового устройства и свойств обрабатываемого материала. Чем больше давление воздуха и скорость струи, чем крупнее зернистость, тем больше кинетическая энергия удара зерна и выше интенсивность обработки. Для каждой зернистости абразива в жидкости существует оптимальное давление воздуха. Так, для зернистости М28-М20 давление воздуха составляет 6,4 МПа, для зернистости 12-10 — 0,5-0,8 МПа.

Отверстие сопла должно находиться примерно на расстоянии 5-100 мм от детали, а угол падения струи должен составлять 25-40 о . С увеличением угла сверх 45 о интенсивность обработки резко уменьшается. Она уменьшается также с увеличением расстояния обрабатываемой поверхности до сопла.

В результате струйно-абразивной обработки создается матовая поверхность без направленных следов обработки, прижогов и микротрещин с равномерно распределенными углублениями, способствующими лучшему удержанию смазки. Этот процесс повышает износостойкость, усталостную прочность и стойкость деталей против коррозии.

При обработке инструмента жидкостным полированием режущие кромки его упрочняются и стойкость возрастает.

источник

Аппарат пескоструйный: быстрая и эффективная абразивная обработка

В строительстве, различных отраслях промышленности, в авторемонтной и других областях широкое применение находят пескоструйные аппараты различных типов. Все об этом оборудовании, его классификации, конструкции и характеристиках, а также о правильном выборе и эксплуатации аппаратов — читайте в статье.

Что такое пескоструйный аппарат?

Аппарат пескоструйный (установка абразивоструйная, аппараты струйной абразивной очистки) — устройство для холодной абразивной обработки поверхностей изделий и строений из различных материалов струей сжатого воздуха со взвешенным в ней свободным абразивом (абразивными частицами).

Абразивоструйные установки имеют различное применение:

  • Очистка поверхности изделий из металлов, бетона и других материалов от старых лакокрасочных покрытий (ЛКП), коррозии и загрязнений перед грунтованием и окрашиванием;
  • Формирование на изделии шероховатой поверхности для улучшения адгезии с грунтами и иными покрытиями;
  • Устранение дефектов с поверхности металлических изделий после их ковки, штамповки и иной обработки;
  • Очистка от окалины поверхностей изделий после горячей обработки (ковки, штамповки);
  • Снятие усталостных напряжений и улучшение характеристик металлических изделий;
  • Повышение эстетических качеств изделий — получение текстурированных поверхностей, достижение матового эффекта и т.д.

Эти задачи решаются установками различного типа, поэтому для правильного выбора аппаратов следует разобраться в этом классе оборудования, его видах и конструктивных особенностях.

Аппарат пескоструйный 30 литров BIG RED

Аппарат пескоструйный 38л передвижной напорного типа пневматический ROCKFORCE

Аппарат пескоструйный 38л передвижной напорного типа пневматический ROCKFORCE

Аппарат пескоструйный 75л передвижной напорного типа пневматический ROCKFORCE

Типы, конструкция и особенности пескоструйных аппаратов

Аппараты холодной струйной абразивной очистки основаны на простом принципе: под действием сжатого воздуха абразивный материал (песок, дробь) разгоняется до высокой скорости, увеличивая свою кинетическую энергию; при ударе об обрабатываемое изделие частицы абразива за счет своей энергии деформируют и/или разрушают приповерхностный слой, чем достигается очистка изделия от ЛКП, загрязнений, окислов, коррозии и т.д. Одновременно происходит и разрушение поверхностного слоя самого изделия, в результате неравномерности этого процесса образуется шероховатая поверхность, пригодная для последующей обработки.

В зависимости от способа формирования струи аппараты делятся на три типа:

  • Нагнетательного действия;
  • Всасывающего действия (эжекторные);
  • Гравитационного действия.

Аппараты различного действия (или, как часто говорят — системы) имеют свои особенности и принцип работы, о чем сказано ниже.

Независимо от типа, абразивоструйные установки бывают двух типов по способу эксплуатации:

  • Стационарные — высокопроизводительные установки, питающиеся от мощного компрессора. Используются в различных сферах промышленности для обработки больших партий изделий и крупногабаритных конструкций;
  • Мобильные — передвижные аппараты малой и средней производительности, питающиеся как от стационарных, так и от передвижных компрессоров. Используются в различных отраслях промышленности и строительной отрасли, в авторемонтной сфере и т.д.

Установки струйной абразивной очистки могут работать с абразивами двух основных типов:

  • Песок — частицы малого размера;
  • Дробь — частицы размером до 2 мм и более.

К первой группе абразивов относится несколько материалов — чистый кварцевый песок различной зернистости, корунд, металлический песок. Ко второй группе абразивов относится металлическая дробь различных видов — стальная (литая, рубленая, колотая) и чугунная (литая и колотая). Абразивы различной зернистости и формы оказывают неодинаковое воздействие на обрабатываемую поверхность, что следует учитывать при их выборе и выполнении работы.

Общие замечания о конструкции и комплектации пескоструйных аппаратов

Установки струйной абразивной очистки — это комплекс оборудования, включающий в себя:

  • Пескоструйный аппарат с резервуаром для абразивного материала, затвором и фитингами для присоединения трубопроводов;
  • Воздушный компрессор со шлангом;
  • Абразивоструйный рукав, по которому подается струя воздуха с абразивом;
  • Абразивоструйное сопло (вместе с соплодержателем), формирующее направленную струю;
  • При необходимости — оборудование для дистанционного управления установкой;
  • Вспомогательное оборудование — манометры, рукоятки для переноски, шасси (колеса и штанги) и т.д.

Данный набор характерен для большинства аппаратов любой производительности и типов. Однако некоторые детали абразивоструйных установок различных типов имеют существенные отличия, о чем сказано ниже.

Нагнетательные пескоструйные аппараты

Пескоструйные аппараты нагнетательной системы делятся на две группы:

  • Однокамерные или периодического действия;
  • Двухкамерные или непрерывного действия.

При этом аппараты могут быть с емкостью для хранения абразива (питающей емкостью) и без нее. В первом случае абразив засыпается в емкость и в процессе эксплуатацию поступает в рабочую камеру (камеры), это позволяет производить работу без остановок или с небольшими остановками. Во втором случае абразивный материал заполняется непосредственно в рабочую камеру аппарата, поэтому при его выработке установку необходимо останавливать и вновь заполнять абразивом.

Наиболее простую конструкцию имеют однокамерные пескоструйные аппараты нагнетательной системы без емкости для хранения абразива. Основу аппарата составляет герметичный баллон, в верхней части которого предусмотрена лючок для заполнения абразивом, здесь же предусмотрен кран для стравливания повышенного давления и фитинг для подачи воздуха от компрессора. В нижней точке баллона установлен патрубок и затвор для песка или дроби. К затвору подводится трубопровод высокого давления (связан с верхним фитингом) и абразивоструйный рукав. Работает аппарат следующим образом: сжатый воздух поступает в баллон, повышая в нем давление, и к затвору — этим давлением абразивный материал через открытый затвор выдавливается в абразивоструйный шланг, где он разгоняется и выбрасывается через сопло.

Сложнее устроен однокамерный аппарат с емкостью для хранения абразивного материала. В данном аппарате над камерой располагается емкость для абразива, закрытая ситом и крышкой. Между рабочей камерой и емкостью находится обратный клапан, под который выходит труба подачи сжатого воздуха. Когда компрессор отключен, абразив ссыпается из емкости в рабочую камеру. При включении компрессора струя воздуха ударяет в клапан, закрывая его, камера герметизируется и далее процесс работы аналогичен описанному выше. При израсходовании абразива в камере компрессор краткосрочно выключается и после падения давления открывается обратный клапан — абразив из емкости ссыпается в камеру и далее процесс повторяется.

В двухкамерных пескоструйных аппаратах предусмотрена вторая камера и, соответственно, два обратных клапана. При израсходовании абразивного материала в одной из камер, в нее прекращается подача воздуха и происходит заполнение абразивом из питающей емкости — в это время работает вторая камера. Затем процесс повторяется для второй камеры, а вся установка работает непрерывно.

Нагнетательные аппараты имеют высокую производительность и создают высокоскоростную абразивную струю (до 50 м/с и более), поэтому сегодня они получили самое широкое распространение.

Всасывающие (эжекторные) пескоструйные аппараты

Основу всасывающего аппарата составляет резервуар для абразивного материала и специальное сопло — к нему подводится воздушная магистраль и абразивоструйный рукав. При этом в резервуаре больше нет никаких фитингов — только в его нижней точке предусмотрен затвор. При подаче сжатого воздуха сопло в абразивоструйном рукаве создается разрежение, за счет которого абразив всасывается из резервуара и поступает в сопло. Обычно во всасывающих аппаратах не требуется герметичности резервуара, поэтому в него можно добавлять абразив без остановки компрессора.

Читайте также:  Установка рации хонда срв

Пескоструйные аппараты данного типа обладают относительно низкой эффективностью и создают песчано-воздушную струю с малой скоростью, поэтому они получили относительно малое распространение.

Гравитационные (смешанные) пескоструйные аппараты

Данные аппараты являются разновидностью всасывающих аппаратов, отличаясь от них большей простотой. Основу конструкции составляет резервуар для абразивного материала, под которым находится смесительная камера, соединенная с абразивоструйным рукавом. В смесительную камеру аксиально (вдоль вертикальной оси) выходит и труба подачи сжатого воздуха от компрессора. В остальном установка аналогична описанным выше.

Работает гравитационный пескоструйный аппарат просто. Из резервуара абразивный материал под действием собственного веса поступает в смесительную камеру, где он потоком воздуха увлекается в рукав и далее к соплу. В отличие от всасывающего аппарата, данная установка не требует применения специального сопла, однако она создает струю с относительно малой энергией частиц — вследствие таких особенностей установки гравитационной системы обычно недороги и используются для выполнения несложных работ.

Вопросы выбора и эксплуатации пескоструйных аппаратов

Выбор пескоструйного аппарата необходимо делать в соответствии со спецификой работ и условий его эксплуатации. Для периодического использования с целью очистки небольших конструкций подходят мобильные установки малой емкости (до 50 литров) и производительности с рабочим давлением 6-7 атмосфер гравитационной или нагнетательной систем. Для регулярного выполнения работ необходимы установки большой емкости — до 200 литров и более — с рабочим давлением до 12 атмосфер. Причем здесь интересным решением может стать покупка аппарата всасывающей системой с системой рециркуляции абразива (с его повторным применением).

Большое значение имеет выбор и покупка сопутствующего оборудования, снаряжения и абразивного материала. В первую очередь, следует позаботиться о защитном снаряжении для пескоструйщика — работать можно только в специальной маске и костюме, причем при выполнении больших объемов работ необходимо обеспечить подачу чистого воздуха под шлем рабочего.

Выбор абразивных материалов выполняется в соответствии с материалом обрабатываемого изделия и желаемыми характеристиками финальной поверхности. Обычный песок используется для удаления ЛКП, ржавчины и загрязнений с получением поверхности малой шероховатости или с блеском. Литая дробь подходит для обработки поверхностей с однородной шероховатостью, а колотая дробь и песок с острыми частицами (корунд) применяются для достижения глубокой шероховатости. Абразив с удлиненным зерном (рубленая дробь и другие) используется для зачистки и частичной полировки поверхности. В соответствии с типом абразива нужно использовать затвор для дроби или песчаный затвор.

Наконец, необходимо определиться с типом и размером сопла. Внутренний размер сопла должен быть в 3-4 раза меньше внутреннего диаметра абразивоструйного рукава, в противном случае сопло быстро забивается. А от материала сопла зависит его долговечность: керамические сопла служат до 2 часов, чугунные — до 8, из карбида вольфрама — порядка 300 часов, а из карбида бора — свыше 750 часов. Однако более долговечные сопла и более дорогие.

Выбор сопел, абразивных материалов и режимов обработки следует делать в соответствии со справочниками и руководящими документами. А эксплуатация пескоструйного аппарата должна соответствовать инструкции производителя и правилам ТБ. Только в этом случае можно достичь надежного результата без лишних затрат.

От слаженной работы системы обогрева автомобиля зависит температура внутри его салона. Температурный режим влияет не только на комфорт его водителя и пассажиров, но и на способность оптимального управления транспортным средством. Ключевую роль в работе системы отопления играет кран отопителя, который позволит в нужный момент запустить или остановить работу соответствующей системы.

Многие взрослые не любят зиму, считая ее холодным, депрессивным временем года. Однако дети совсем другого мнения. Для них зима — это возможность поваляться в снегу, покататься на горках, т.е. весело провести время. И одним из лучших помощников для детей в их нескучном времяпровождении — это, например, всевозможные санки. Ассортимент рынка детских санок очень обширен. Рассмотрим некоторые виды из них.

Почувствовав дыхание зимы, все автомобилисты задумываются о замены сезонной резины. И очень многие из нас при покупке зимних шин встают перед трудным выбором — «шиповки» или «липучки»? Каждый тип шин имеет свои преимущества и недостатки, и отдать предпочтение чему-то одному бывает очень сложно. В этой статье мы попытаемся сделать этот непростой выбор.

Заливка в бак некачественного дизельного топлива может навредить мотору вплоть до полного его выхода из строя. Минимизировать или исключить негативные последствия заправки низкокачественным дизелем помогает специальная автохимия — присадки в дизтопливо, о которых подробно рассказано в данной статье.

Дважды в год все водители задаются одним вопросом — когда заменить сезонную резину? Весной все гадают, когда поставить летнюю резину, а осенью ищут момент, когда установить зимнюю, и очень часто водители допускают ошибку. О том, как выбрать оптимальное время для замены сезонной резины, и как не допустить ошибку в этом непростом деле — читайте в данной статье.

Отопители и предпусковые подогреватели немецкой компании Eberspächer — известные во всем мире устройства, повышающие комфорт и безопасность зимней эксплуатации техники. О продукции данного бренда, ее типах и основных характеристиках, а также о подборе отопителей и подогревателей — читайте в статье.

В гидравлических системах современных тракторов, строительной, дорожной и иной техники используется специальная жидкость — гидравлическое масло ВМГЗ. Все об этой жидкости, ее существующих видах, составе и характеристиках, а также о правильном выборе и замене масел типа ВМГЗ рассказано в этой статье.

источник

Гидроабразивная обработка

1. Физические особенности гидроабразивной обработки

Гидроабразивная обработка представляет собой процесс ударного воздействия на обрабатываемую поверхность высокоскоростной гидроабразивной струи. Удар частицы о поверхность приводит к возникновению кратера. Вытесненный из кратера материал течет в направлении движения частицы с образованием вала. Движение вала сопровождается возникновением внутренних напряжений, которые приводят к растрескиванию вытесняемого материала. При соударении частицы с поверхностью под прямым углом вал располагается вокруг кратера равномерно. При меньших углах атаки вал образуется по бокам кратера и по направлению движения частицы. Характер деформаций и форма вала зависят от формы частиц, угла ее соударения, а также от свойств материала частицы и обрабатываемой заготовки.

При ударе о поверхность остроугольной частицы наблюдается процесс микрорезания материала. Микрорезание производится только вершинами абразивных зерен. При ударе остроугольные частицы отделяют материал от поверхности заготовки. Процесс микрорезания становится возможным при напряжениях по линии скалывания, превышающих сопротивление материала срезу.

Износ материала заготовки одиночной частицей абразива определяется процессами стирания и резания. Стирание наблюдается при больших отрицательных передних углах резания. При положительных передних углах преобладает процесс резания.

Удаление материала при воздействии на обрабатываемую поверхность струи абразивных частиц происходит в результате взаимодействия нескольких одновременно протекающих процессов: соударение частиц между собой внутри набегающего потока; дробление отдельных частиц; экранирование обрабатываемой поверхности, отскакивающими от нее частицами; повреждение поверхностного слоя материала вследствие многократных ударов абразивными частицами.

Движение струи сопровождается бомбардировкой обрабатываемой поверхности абразивными частицами. Количество ударов абразивных частиц колеблется в зависимости от условий обработки от 2*10 6 до 25*10 6 в секунду.

2. Струйно-абразивная обработка поверхностей

Сущность данного способа заключается в воздействии высокоскоростной (30…70 м/с) суспензии на поверхность обрабатываемой заготовки.

Основными компонентами суспензии для гидроабразивной обработки являются рабочая жидкость (в основном вода) и абразивный материал. Особенность струйной гидроабразивной обработки состоит в сочетании процессов съема материала, смазки и охлаждении обрабатываемой поверхности.

Рабочая жидкость выполняет следующие функции: обеспечивает транспортировку абразивных частиц от расходной емкости до обрабатываемой поверхности; непрерывно очищает обрабатываемую поверхность, удаляя отработанные абразивные частицы и частички снятого материала; предотвращает образования пыли; является носителем поверхностно-активных веществ, создающих адсорбирующие слои полярных молекул и уменьшающих межатомные связи в поверхностном слое обрабатываемого материала и снижает, таким образом, твердость и сопротивляемость материала разрушению; регулирует тепловой режим в зоне обработки. Рабочая жидкость должна не только обеспечивать интенсивность обработки поверхности, но и предотвращать прилипание частиц снятого материала к обрабатываемой поверхности, а так же проявлять антикоррозионные свойства.

Состав рабочей жидкости подбирают в зависимости от исходного состояния обрабатываемой поверхности и требуемого качества обработки. Как правило, основным компонентом абразивной суспензии является вода. Недостатком воды является коррозия деталей после обработки. Для уменьшения коррозии в суспензию добавляют поверхностно активные вещества на основе сульфосоединений, которые оказывают пассивирующее действие на поверхность, повышают коррозионную стойкость заготовок.

Объемное содержание абразивных частиц в суспензии подбирается опытным путем. Рекомендуется объемная концентрация абразивных частиц в суспензии 20…30 %.

Абразивные частицы в процессе ударного взаимодействия с обрабатываемой поверхностью изнашиваются, их рабочие грани округляются, что приводит к снижению абразивной способности. При непрерывной обработке в зависимости от вида абразивного материала срок действия суспензии составляет 40…70 часов.

На рисунке 1 приведена схема струйно-абразивной установки. Насос 6 подает суспензию из бака 5 по трубопроводу 4 к струйному аппарату 3, который направляет струю суспензии на заготовку 2. Обработка происходит в герметичной камере 1, откуда суспензия стекает в бак 5. Для размешивания смеси в баке предусмотрено устройство 7 с отдельным приводом.

Установки для струйно-абразивной обработки работают как при низком (0,5…0,8 МПа), так и при высоком (4…10 МПа) давлениях. Высокое давление используются для интенсификации обработки грубых поверхностей заготовок. Увеличение давления сжатого воздуха приводит к повышению производительности. Так, увеличение давления от 3 до 6 МПа повышает скорость съема металла более, чем в 3 раза.

Скорость движения подачи на предварительных операциях составляет 0,5…2 м/мин, на окончательных операциях 0,15…0,20 м/мин. Скорость съема металла изменяется в пределах 10-30 мкм.

Шероховатость обработанной поверхности составляет Ra=1,7…0,7 мкм.

Рисунок 1 – Схема струйно-абразивной обработки

Производительность и качество струйной обработки поверхностей зависит от энергетических возможностей гидроабразивной струи, формируемой струйным аппаратом. Основными требованиями, предъявляемыми к струйным аппаратам, являются: обеспечение максимальной скорости струи при минимальном расходе энергоносителя и максимальном расходе гидроабразивной суспензии; обеспечение равномерного распределения абразивных частиц по сечению струи. Первое требование определяет производительность, а второе – качество обработки.

Читайте также:  Установка прокладок впускного коллектора

В настоящее время наибольшее применение находят аппараты с принудительной насосной подачей суспензии в камеру смешения и последующим ее разгоном сжатым воздухом. Такие аппараты стабильно работают в широком диапазоне изменения давления воздуха и расхода суспензии, обеспечивают достаточно высокую производительность и качество обработки. Эффективность работы струйного аппарата определяется его геометрическими параметрами, основными из которых являются: размеры и соотношение площадей активного и смесительного сопел; расстояние между активным и смесительным соплами; длина сопел; угол сходимости смесительного сопла; размеры камеры смешения и др.

Разгон гидроабразивной суспензии осуществляется в смесительном сопле струйного аппарата. Длина сопла выбирается таким образом, чтобы обеспечить минимальные потери энергии при разгоне суспензии; равномерное поле скоростей на выходе из сопла и заданный угол распыла струи. Практически во всех конструкциях струйных аппаратов предусмотрено регулирование расстояния между выходным торцом активного сопла и входным торцом смесительного сопла.

Внутренняя поверхность смесительного сопла при работе струйного аппарата подвергается интенсивному абразивному воздействию. Поэтому материалы, из которых изготавливаются сопла, должны иметь повышенную износостойкость. Для изготовления сопел струйных аппаратов широко используются твердые сплавы и металлокерамика.

На рисунке 2 представлена конструкция струйного аппарата, позволяющая регулировать его геометрические параметры.

Рисунок 2 – Регулируемый струйный аппарат: 1- смесительное сопло; 2, 8, 10, 11- гайки; 3,4- корпусы; 5-активное сопло; 6-трубка; 9,12-штуцеры

На корпус 4, представляющий собой втулку с наружной резьбой, навертывается передний 3 и задний 7 корпусы. На переднем корпусе 3 гайкой 2 крепится смесительное сопло 1. В задний корпус 7 ввернута трубка 6, на конец которой навертывается активное сопло 5. Трубка в корпусе крепится гайкой 10. На нижнем конце трубки с помощью накидной гайки 11 крепится штуцер 12, по которому к струйному аппарату подводится сжатый воздух. К корпусу 7 накидной гайкой 8 присоединяется штуцер 9 для подвода суспензии.

Плоская гидроабразивная струя в отличие от осесимметричной обладает более широкими технологическими возможностями, особенно при обработке сложнопрофильных поверхностей. Применение струйных аппаратов, формирующих плоские гидроабразивные струи, позволяет значительно упростить схему обработки, обеспечить равномерный съем материала при стабильном получении заданных показателей поверхностного слоя обрабатываемой детали.

На рисунке 3 представлен многосопловый струйный аппарат, который формирует струю с равномерным по ширине профилем скорости за счет перекрытий, расположенных в ряд с определенным шагом струй круглого сечения.

Рисунок 3 – Многосопловый струйный аппарат: 1, 9 – штуцера; 2 – корпус; 3, 5 – соответственно смесительное и активное сопла; 4 – керамические вставки; 6 – распределительная камера; 7 – запорные устройства; 8 – крышка; 10 – гидроабразивные струи

Струйный аппарат состоит из корпуса 2 со штуцером 1, через который подается суспензия. В корпусе установлены секции активных 3 и смесительных 5 сопел. Секция активных сопел 5 имеет распределительную камеру 6, закрытую крышкой 8. На крышке установлены запорные устройства 7 активных сопел 5.

Струйный аппарат работает следующим образом. Воздух через штуцер 9 подается в распределительную камеру 6 и поступает в активные сопла 5, где разгоняется до звуковой скорости. Одновременно суспензия через штуцер 1 поступает к смесительным соплам 3, где происходит смешивание с потоком воздуха. Гидроабразивные струи 10, выходящие из смесительных сопел, имеют угол распыла β и пересекаются в плоскости Х-Х, за которой образуется сплошной гидроабразивный поток. В результате наложения и взаимодействия отдельных гидроабразивных струй происходит выравнивание полей скоростей внутри сплошного потока. На некотором расстоянии L от смесительных сопел, которое зависит от угла распыла струи, выходного диаметра смесительных сопел и расстояния между их осями, скорости внутри потока выравниваются настолько, что обеспечивается равномерный съем материала с обрабатываемой поверхности.

Для обработки поверхностей различных размеров без изменения положения струйного аппарата активные сопла имеют запорные устройства 7. Перекрывая доступ воздуха к части активных сопел, можно регулировать размеры зоны обработки, что расширяет технологические возможности струйного аппарата.

2.1 Применение струйно-абразивной обработки поверхностей

Практика показала, что многие ручные слесарно-зачистные, слесарно-полировальные операции могут быть успешно заменены высокоэффективной механизированной или автоматизированной струйной гидроабразивной обработкой. Этот метод обработки обладает высокими технологическими возможностями. Он может использоваться для различных видов обработки, например, для скругления острых кромок; полировки и шлифовки сложных поверхностей; удаление заусенцев и зачистки сварных швов; снятия со всей поверхности или локально дефектного слоя; подготовки поверхности под покрытие; снятия небольшого припуска; повышения качества поверхности; удаления оксидных пленок, нагара, различных повреждений с поверхностей изделий.

Особенностью струйно-абразивной обработки является активное использование воды, которая выполняет функции транспортирования абразивных частиц, демпфирования ударов частиц о поверхность изделия смазки и промывки. Применение воды позволяет избежать образования пыли при использовании очень мелких абразивных порошков. Для операции обезжиривания не требуется использование растворителей и других опасных веществ.

Технология струйно-абразивной обработки обеспечивает высокоэффективную очистку отливок из цветных сплавов, полученных литьем под давлением; удаление загрязнений с поверхностей.

Струйно-абразивный процесс достигает весомых преимуществ при обработке прессованных профилей, турбинных лопаток, сварных швов, матриц экструдерных прессов и многих других сложных деталей, для которых традиционная технология пескоструйной обработки не эффективна или не экологична.

Струйно-абразивная обработка обеспечивает матовую поверхность, идеальную для последующей полировки; облегчает последующее проведение дефектоскопии поверхности; устраняет повреждения краев изделия и эрозию основного слоя, минимизирует износ форм и увеличивает их долговечность.

Струйно-абразивная обработка также обеспечивает и другие значительные преимущества. Регулируя соотношение абразивных компонентов в суспензии можно выбирать различные режимы обработки от тонкого безразмерного хонингования до грубого шлифования и обдирки.

3. Гидроабразивная резка

3.1 Технологические основы гидроабразивной резки

По данным Международной ассоциации инженеров-технологов в мировой практике на мелкосерийное производство, единичное и среднесерийное производство приходиться 70-80 % общего объема выпуска изделий в машиностроении.

Сложность продукции машиностроительного производства за последние три десятилетия в среднем выросли в шесть раз. Из общего числа типоразмеров деталей производства наибольшая доля (более 2/3 общей номенклатуры изделий) приходится на плоские детали сложной конфигурации. Плоские детали сложного контура имеют значительное распространение (более 50 % номенклатуры), а их обработка составляет 20-30 % от общей стоимости механообработки. При месячной программе, измеряемой десятками и сотнями штук сложноконтурных плоских деталей, использование традиционных методов обработки становится экологически нецелесообразно. Выход из создавшегося положения заключается в использовании деталей из толстолистового проката, а для его обработки – резку гидроабразивной струей.

Процесс гидроабразивной резки иллюстрирует рисунок 4. От насоса сверхвысокого давления вода поступает в подводящий водовод 1 и фокусируется в отверстии сопла 2. Одновременно через подвод 3 в смесительную трубку 4 поступает абразивный порошок. Происходит смешивание струи воды, порошка и воздуха. Гидроабразивная струя направляется на поверхность обрабатываемого материала. В зоне резания образуется щель или сквозной паз. На выходе из паза разрушающая сила струи гасится водой, содержащейся в ванне 8.

Рисунок 4 – Схемы режущей головки (б) и траектории движения частиц в смесительной трубке (а): 1 – подводящий водовод; 2 – сопло; 3 – подвод абразива; 4 -смесительная трубка; 5 – кожух; 6 – режущая струя; 7 – разрезаемый материал; 8 – гасящий слой воды; 9 – смесительная камера

В сопло 2 вода поступает под давлением 300…600 МПа и фокусируется отверстием сопла до размера Ø 0,01…0,025 мм. Скорость истечения струи воды на выходе из сопла превышает в 3…4 раза скорость звука. Такая струя воды становится режущим инструментом. С добавлением частиц она способна разрезать практически все материалы. Сфокусированная водяная струя с абразивом постепенно и с постоянной скоростью вводится в заготовку и прорезает в ней узкую щель. Скорость струи по толщине реза вследствие трения о поверхность

реза замедляется – на входе в заготовку скорость максимальная, на выходе минимальна. Съем материала по толщине также разный. В результате образуется изогнутая фронтальная поверхность реза. Угол между неискаженной водяной струей и поверхностью резания постепенно увеличивается (рис. 5 а)

Рисунок 5 – Форма струи в направлении движения головки (а) и формы паза на входе (б) и на выходе (в) реза

Форма стенок реза по толщине также неодинакова: на входе стенки реза расположены вертикально; на выходе наклонно (рис. 5 б, в).

Частицы абразива в процессе перемещений взаимодействуют (соударяются) с поверхностью смесительной трубки и вызывают увеличение диаметра вследствие интенсивного износа. В результате на выходе трубки уменьшается давление струи и ее скорость.

Обычно сопла изготавливают из сапфира, рубина или твердого сплава. Срок службы сапфировых и рубиновых сопел составляет 60…100 ч, твердосплавных сопел 80…150 ч. Смесительные трубки изготавливают из сверхпрочных материалов, и их срок службы составляет 100…200 часов.

Основными технологическими параметрами процесса гидроабразивной резки являются скорость перемещения режущей головки, скорость и давление гидроабразивной струи, толщина обрабатываемого материала; концентрация и размеры абразивных частиц; свойства разрезаемого материала. При завышенной скорости перемещения режущей головки происходит отклонение от прямолинейности водно-абразивной струи; заметно проявляется ослабевание струи и, как следствие, возникновение конусности реза.

При выборе параметров режима резания задаются следующие исходные данные:

  • материал обрабатываемого изделия;
  • толщина реза;
  • состав и количество (расход) абразивного материала;
  • диаметры водяного и рабочего сопел;
  • давление воды на входе в рабочую головку;
  • требуемые показатели качества поверхностного слоя.

Назначаемой величиной является подача головки, которую часто называют скоростью резания. В таблице 5.1 приведены рекомендуемые скорости резания некоторых материалов.

Таблица 5.1 – Рекомендуемые значения параметров режима резания различных материалов

Максимальная скорость резки, м/мин
Давление 276 МПа
Соотношение диаметров водяного и выходного сопел, мм 0,254/0,762 0,457/1,50 0,33/,016
Расход воды (л/мин) 2,27 7,27 3,23
Расход абразива, кг/мин 0,4 1,13 0,45
Мощность, кВт 25 80 25
Толщина, мм 6,25 1,36 2,56 1,01
12,5 0,64 1,21 0,48
25 0,29 0,54 0,21
6,25 5,24 1,86 2,73
12,5 2,48 0,83 1,29
25 1,10 0,39 0,57
6,25 0,65 0,23 0,34
12,5 0,31 0,11 25 0,14 0,05 Стекло
6,25 3,70 1,32 12,5 1,76 0,62 25 0,78 0,28 Сталь среднеуглеродистая
6,25 0,77 0,27 12,5 0,36 0,13 25 0,16 0,06 Сталь нержавеющая
6,25 0,71 0,25 12,5 0,34 0,12 25 0,14 0,05 Титановый сплав (6Al4V)
6,25 0,93 0,33 12,5 0,44 0,16 25 0,20 0,07
Читайте также:  Установка пожарного шкафа в нишу

По мере увеличения давления в струе с одной стороны происходит увеличение глубины резания, с другой стороны ускоряется износ элементов режущей головки.

Для каждого вида и толщины обрабатываемого материала подбираются оптимальные значения давления и концентрации абразива и размера частиц.

Максимальное рабочее давление обычно составляет 300…320, 380, 415 или 600 МПа.

Оптимальная концентрация абразива зависит от вида материала, а также степени износа сопла.

При малой концентрации абразива эффективность гидроабразивной резки будет невысокой, а повышенная концентрация вызывает скопление абразива, которое вызывает затруднение его удаления из зоны резания. При этом понижается эффективность обработки.

Размер абразивных частиц составляет 10-30 % диаметра режущей струи для обеспечения ее эффективного воздействия и стабильного истечения. Обычно размер частиц составляет 150..250 мкм, и в ряде случаев 75..100 мкм, если допустимо получение поверхности реза с низкой шероховатостью.

3.2 Технологическое оборудование для гидроабразивной резки

Технологическое оборудование выполнено по модульному принципу. Модули соединяются между собой гибкими связями. Это позволяет легко осуществлять монтаж и демонтаж отдельных модулей на подвижные платформы, в том числе и на автомобильные, осуществлять транспортировку к объектам обработки. Мобильность установок способствует увеличению их загрузки.

Модулями являются: координатный стол 1; режущая головка 2; система подачи абразива 3; бак-отстойник 4; станция высокого давления 5; высоконапорная разводка 6; система водоподготовки 7; воздушный компрессор 8; система управления 9 (рис. 6). Дополнительно в состав установки могут входить устройства для предотвращения столкновений режущей головки с заготовкой, механическая система предварительного просверливания, ловушка струи воды, гасящая ее энергию и служащая для сбора отработанного абразива. Таким образом, установки обладают разной степенью универсальности и автоматизации. Они могут быть выполнены в виде роботизированных комплексов.

Рисунок 6 – Схема установки гидроабразивной резки: 1- координатный стол; 2 – режущая головка; 3 – система подачи абразива; 4 – бак-отстойник; 5 – станция высокого давления; 6 – высоконапорная установка; 7 – система водоподготовки; 8 – воздушный компрессор; 9 – система управления

Координатный стол предназначен для размещения обрабатываемого изделия и позиционирования режущей головки. Стол включает портал 1 (рис. 7), перемещающийся по осям Х, Y, Z. Вдоль портала по оси Y движется поперечная тележка 3, обеспечивающая подъем и опускание по оси Z вертикальной каретки 4. Режущая головка 5 имеет возможность вращения вокруг двух взаимно перпендикулярных осей.

Перемещение по каждой из осей осуществляется отдельным приводом. Положение головки определяется преобразователями координат или магнитной линейной системой.

Перемещение по осям ограничивается с помощью концевых датчиков. Опорные датчики гарантируют повторяемость перемещений на требуемую позицию даже при сбоях в системе электропитания.

Программное управление обеспечивает динамический наклон головки, что позволяет избежать конусности обрабатываемых поверхностей.

Под рабочей поверхностью стола находится уловитель остаточной энергии (ловушка струи). Как дополнительный вариант возможна установка оборудования для автоматической регулировки уровня воды, барботирования и откачки пульпы (шлама и использованных абразивных материалов) во внешний отстойный резервуар.

Рисунок 7 – Схема стола портального типа (а) и направления вращения режущей головки: 1 – продольные направляющие; 2 – портал; 3, 4 – соответственно поперечная и высотная каретки; 5 – режущая головка

Режущая головка осуществляет окончательное формирование высоконапорной тонкой струи как режущего инструмента со своими геометрическими и энергетическими параметрами. Конструктивные особенности струйной головки: взаиморасположение деталей, характер их соединения, контакт формируемой струи определяют качество и надежность головки. Существует множество конструкций струйных головок. Наиболее совершенными из них считаются конструкции со свободным вводом абразива в рабочую зону с минимальным нарушением их гидродинамических характеристик (рис. 8).

Основными геометрическими параметрами проточной части гидроабразивной головки являются: dₒ – выходной диаметр струеформирующего сопла; dв – диаметр отверстия водовода; d – диаметр отверстия коллиматора; D – диаметр камеры смешивания; L1 – длина камеры смешения; – длина коллиматора.

Рисунок 8 – Схема конструкции гидроабразивной головки: 1- струеформирующее устройство; 2 – успокоитель; 3 – подводящий водовод; 4 – сопло; 5 – камера смешивания; 6 – переходник; 7 – коллиматор; 8 – корпус коллиматора; 9 – корпус головки

Существующие теоретические модели формирования абразивной струи базируются на представлении, что формирование гидроабразивной струи происходит только в коллиматоре головки. При этом с помощью уравнений гидродинамики описывается разгон смеси воздуха и абразивных частиц, как течение двух параллельных осесимметричных потоков воздушной струи и смеси воздуха с абразивными частицами. В соответствии с математической моделью формирования гидроабразивной струи параметры режущей головки подразделяются на три группы.

К первой группе относятся динамические и структурные характеристики струи высокого давления, влияющие на эффективность формирования гидроабразивной струи: диаметр сопла d0 и давление воды перед насадкой.

Вторая группа включает геометрические параметры проточной части гидроабразивного инструмента: диаметр D и длина L камеры смешивания и геометрические параметры коллиматора: диаметр d и длина L2 .

К третьей группе относятся параметры системы дозирования подачи абразива в камеру смешивания в условиях гравитационной подачи абразива в камеру смешивания или путем самовсасывания за счет разряжения.

Повышением эффективности существующих режущих головок является их модернизация путем охлаждения режущей струи распылением жидкого азота в камере смешивания (криогенная резка). В результате происходит охлаждение высоконапорной струи жидкости с испаряющимся азотом, образование в ней частиц льда, выполняющих роль абразивных зерен, и возникновение на поверхности сопла ледяной корки, защищающей сопло от интенсивного износа. Гидроабразивная головка с охлаждением представлена на рисунке 9.

Головка функционирует следующим образом.

По трубопроводу 4 через форсунку расположенную в патрубке 3, внутрь камеры 5 подается вода и распыляется жидкий азот. Происходит интенсивное охлаждение корпуса режущей головки 1 и циркулирующей воды. Эффективность охлаждения повышается за счет оребрения 14.

Одновременно по трубопроводу 7 через форсунку, расположенную в патрубке 6, внутрь камеры смешивания 9 также поступает распыленный жидкий азот. В результате происходит непосредственное охлаждение высоконапорной струи жидкости испаряющимся азотом и образование в нем частиц льда, а также происходит кристаллизация водяной пыли, образующейся в камере 9. Выход газа из камер предварительного и окончательного охлаждения осуществляется через патрубки 11,13.

Криогенная резка позволяет разрезать сверхтолстые и прочные материалы, недоступные другим видам резки. Криогенная резка является конкурентам для других высокотехнологичных видов резки: лазерной, плазменной, гидроабразивной.

Достоинствами криогенной резки являются возможность резки всех видов материалов, высокая скорость реза, практически отсутствие ограничений на толщину разрезаемого материала, высокое качество реза толстого материала, относительная безопасность процесса.

Рисунок 12 – Гидроабразивная головка с охлаждением: 1– корпус режущей головки; 2, 8 – корпуса устройств соответственно предварительного и окончательного охлаждения; 3, 6 – входные патрубки; 4, 7 – входные трубопроводы; 5 – камера предварительного охлаждения; 9 – смесительная камера; 10 – струя высокого давления; 11, 13 – выходные патрубки; 12 – сопло; 14 – оребрение

Станция высокого давления включает насосы прямого действия или мультипликаторного. Насосы прямого действия основаны на создании давления жидкости кривошипно-шатунными механизмами, приводимыми в действие электрическими двигателям. Насосы прямого действия могут надежно и стабильно работать на уровне давления до 400 МПа. Практика использования установок для гидроабразивной резки показала, что процесс резки устойчиво и стабильно осуществляется в диапазоне давления 270…340 МПа. Кроме того, насосы прямого действия обладают высоким КПД – до 95 %.

Насосы мультипликаторного действия способны создавать давление 400…600 МПа.

Давление в таких насосах поднимается ступенчато. На первой ступени первичное давление создается гидравлическим насосом. При этом используется гидравлическая жидкость, которая последовательно

поступает в левый и правый цилиндры мультипликатора. Площади цилиндров мультипликатора могут быть в 20 раз больше площади плунжеров мультипликатора. В результате давления воды, выталкиваемой плунжерами из каждого цилиндра в 20 раз выше первичного давления в гидравлическом насосе. Вода высокого давления последовательно из каждого цилиндра поступает в аттенюатор (аккумулятор), который сглаживает пульсации давления и обеспечивает ее непрерывный поток в режущую головку.

Разводка высокого давления используется для подачи воды от насоса высокого давления к режущей головке системой неподвижных и подвижных труб. Для обеспечения плотности соединений при движении портала и рабочей головки используются специальные шарниры, высокого давления или спиральные специальные конструкции.

Достоинства и недостатки гидроабразивной резки

Область применения гидроабразивной резки весьма обширна: высококачественные стали, цветные металлы, стекло, натуральный камень, керамика, материалы для авиационной и космической промышленности, пластмассы, комбинированные материалы и т. д. Гидроабразивной резкой можно разделять практически все материалы. При этом не возникает механических деформаций, поскольку воздействия струи составляет 1…100 Н, а температура в зоне реза не превышает 60…90 °С. Поэтому в материале отсутствуют термические напряжения. Исключается оплавление или пригорание кромок. Возможно обработка термочувствительных материалов. Обеспечивается экологическая чистота процесса, полное отсутствие вредных газовых выделений.

Гидроабразивная струя способна разрезать материалы, толщиной до 300 мм по сложному контору с высокой точностью. Возможна резка со скосом кромок. При резке возможны минимальные зазоры между деталями, что позволяет минимизировать расход обрабатываемого материала. Режущая головка обеспечивает перемещение абразивной струи в любом направлении. Поэтому возможно получение двухмерных плоских и трехмерных объемных изделий.

источник

Добавить комментарий