Дробеструйная обработка бомбардирует поверхности контролируемым взрывом небольших круглых стальных сред для очистки, отслаивания покрытий, увеличения усталостной долговечности и изменения свойств поверхности. Но как именно струя воздуха под давлением с мельчайшими металлическими шариками вызывает столь резкие физические изменения?
Процесс основан на трех основных компонентах – абразивной среде, системе ускорения и сдерживании – организованных для выполнения таких задач, как удаление ржавчины, отделка сварных швов, снятие краски, придание шероховатости подложке и проковка металла. Давайте разберем этапы и физику, лежащую в основе этого универсального промышленного процесса, и узнаем больше о работе дробеструйной машины.
Основы дробеструйной обработки
Хотя оборудование для дробеструйной обработки выпускается во многих конфигурациях, основной процесс состоит из нескольких интегрированных этапов:
Загрузка компонента
Заготовки закрепляются в корпусе, например, в настольной дробеструйной машине, барабанной корзине или конвейерной ленте. Это надежно сдерживает хаос дробления.
Медиа ускорение
Система струйной обработки под давлением воздуха, высокоскоростное рабочее колесо или электромагнитный заряд разгоняют стальные среды до скоростей, превышающих 100 миль/ч. Это сохраняет кинетическую энергию.
Контролируемое столкновение
Поток среды фокусируется через сопла на подготовленную поверхность. Частицы резко ударяются о подложку, высвобождая энергию при ударе.
Пластическая деформация
В результате ударного воздействия происходит пластическая деформация поверхности посредством сжатия. Это изменяет шероховатость, текстуру, усталостную прочность, напряжения и т. д.
Среда и пылеулавливание
Использованные носители и мусор улавливаются, фильтруются и разделяются для восстановления носителей и утилизации пыли. Это обеспечивает эффективную переработку.
Теперь давайте подробнее рассмотрим основные этапы дробеструйной обработки и физические законы, лежащие в основе столь впечатляющих преобразований поверхности.
Свойства носителя имеют значение
Не все абразивы для струйной обработки одинаковы. Свойства среды сильно влияют на производительность и поверхностные эффекты. Дробеструйная обработка использует сферические металлические частицы размером от микро-мелких до больших диаметров:
- Углеродистая сталь широко распространена благодаря своей универсальности и стоимости.
- Нержавеющая сталь повышает устойчивость к коррозии
- Чугун для сложных работ по удалению
- Керамика/сплавы для деликатных поверхностей
Носитель должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать повторяющиеся удары, но при этом достаточно пластичным, чтобы деформироваться, а не разрушаться при контакте. Твердость варьируется от Роквелла C45 до 65 для стальной дроби. С увеличением твердости улучшается целостность дроби, но также возрастает риск повреждения подложки.
Размер дроби напрямую влияет на интенсивность взрыва. Более мелкие материалы прощают, а более крупные диаметры становятся довольно агрессивными. Типичные размеры:
- Микродробь от 010 до 045 дюйма для финишной обработки
- Стандартная дробь от 045 до 075 дюйма для очистки/зачистки
- Plus shot от 075 до 125 дюйма для удаления большого количества материала
Частицы должны оставаться сферическими после столкновений, в отличие от острых песчинок, которые врезаются в поверхности. Постоянный размер и форма обеспечивают предсказуемые схемы взрыва и пригодность к переработке.
При параметрах, настроенных на подложку, идеальная среда эффективно передает энергию на поверхность, не повреждая ее. Далее давайте рассмотрим ускорение этой среды до полезных скоростей.
Ускорение СМИ
В то время как формулы преобразуют входящий воздух в скорость среды, скорость выстрела является решающим фактором, определяющим интенсивность удара. Ускорение зависит от сжатого воздуха, центробежных колес или электромагнитных систем для продвижения среды:
- Воздушный удар: Воздушные пистолеты под давлением проталкивают среду через сопла, достигая 25–150 фунтов на кв. дюйм. Просты в эксплуатации и обслуживании.
- Колесная струя: Вращающиеся лопастные или крыльчатые колеса радиально разбрасывают среду с помощью центробежных сил со скоростью до 175 миль в час. Позволяет распределять струю.
- Магнитный взрыв: электромагнитные катушки электрически заряжают среду для ускорения магнитного поля, что позволяет точно контролировать скорость/расход.
Конструкция сопла также настраивает струю. Сопла Вентури направляют среду, достигая сверхзвуковых скоростей. Вращающиеся головки сметают среду по круговым схемам для большего покрытия поверхности. Каждый подход выполняет свою роль на основе таких факторов, как характеристики среды, геометрия компонента и желаемая скорость/схема.
Настройка скорости и схем струи обеспечивает контроль над интенсивностью воздействия на рабочую поверхность. Но для получения полезных эффектов требуется нечто большее, чем просто беспорядочное распыление…
Направление взрыва
Помимо ускорения, медиа должны ударяться о поверхности под оптимальным углом. Медиакамеры фиксируют ход взрывных работ в Норфолке.
Прямой удар под углом 90 градусов обеспечивает максимальную передачу кинетической энергии. Скользящие углы перенаправляют большую часть силы, минимизируя эффекты. Расстояние распыления еще больше снижает интенсивность по мере снижения скорости.
Типы сопел, размер, схемы распыления, скорость перемещения и положение позволяют точно настроить угол падения и покрытие поверхности. Контролируемый, равномерный контакт струи обеспечивает тщательную обработку.
С заданными параметрами поток медиа направляет сырую кинетическую энергию к подготовленной поверхности. Но почему эта невидимая сила производит такие видимые изменения поверхности?
Использование кинетической энергии посредством пластической деформации
Кинетическая энергия зависит от массы и квадрата скорости. Более быстрые, тяжелые среды содержат экспоненциально больше энергии для воздействия на заготовку. При ударе эта энергия передается в поверхность через пластическую деформацию.
Податливая стальная подложка сжимается под действием мгновенных нагрузок. Но упругое восстановление после прогиба дроби оставляет после себя остаточные напряжения сжатия – слой наклепа.
Эта контролируемая пластическая деформация изменяет свойства поверхности, избегая повреждений. Более низкие интенсивности вызывают полезное сжатие. Более агрессивная струйная обработка приводит к локальным вмятинам, а затем к окончательному разрыву поверхности или внедрению.
Настройка параметров дробеструйной обработки позволяет добиться желаемого уровня пластичности — достаточного для деформации неровностей поверхности при очистке, дроблении, сглаживании и т. д. без ущерба для основного материала.
Теперь, когда мы разобрались со свойствами среды, системами ускорения, углами падения и эффектами деформации, давайте рассмотрим популярные конфигурации оборудования.
Распространенные системы дробеструйной обработки
Хотя физика остается прежней, оборудование и среда для дробеструйной обработки могут существенно различаться. Вот некоторые из наиболее распространенных типов машин:
Настольные дробеструйные машины
Детали неподвижно располагаются на внутреннем поворотном столе. Дробеструйные сопла вращаются вокруг компонентов или ручные сопла выборочно обрабатывают области. Корпус содержит пыль и среду. Простой, гибкий и ручной.
Оборудование для дробеструйной обработки
Вращающаяся барабанная корзина опрокидывает детали, подвергая все стороны воздействию струйной обработки. Идеально подходит для небольших компонентов, требующих покрытия на 360 градусов. Полностью автоматизированный процесс.
Дробеструйные машины для ленточных конвейеров
Непрерывные конвейеры пропускают крупные компоненты, такие как кузова автомобилей, через стационарные зоны дробления для высокой производительности. Моторизованные конвейеры автоматизируют процесс.
Портативные бластеры
Автономные мобильные установки доставляют взрывные работы на место для полевых работ на конструкциях и оборудовании. Позволяет проводить струйную очистку там, где стационарные системы невозможны.
Дробеструйные машины для кабинетов
Шкафы для перчаток с отверстиями для рук позволяют проводить ручную струйную очистку сложных компонентов. Полностью изолируют оператора и удерживают среду/пыль. Часто используются с более тонкими средами.
Автоматизированные системы способствуют стабильности и высокой производительности. Но ручная струйная обработка обеспечивает избирательность и точность для точных применений.
Инновации в дробеструйной обработке
Хотя базовая наука остается неизменной, новые машины повышают производительность и безопасность за счет таких особенностей, как:
- Программируемые многоосевые манипуляторы и роботы охватывают сложные геометрии
- Системы мониторинга для измерения интенсивности и обнаружения недостатков
- Интеллектуальные датчики уровня и использования носителя
- Эргономичные прорезиненные шкафы для снижения шума
- Интегрированные пылеуловители с картриджной фильтрацией
- ПЛК-управление с сенсорными экранами HMI для простого программирования
- Переносные колесные/воздушные системы струйной обработки для использования на месте
Благодаря интеграции с программируемыми средствами управления процессом и идеальным типом/размером абразивного материала для конкретной области применения современные дробеструйные аппараты обеспечивают непревзойденную стабильность и безопасность.
Заключение
Хотя дробеструйная обработка — это старый промышленный процесс, оптимизация с использованием точных свойств абразива, контролируемого ускорения и удара, а также автоматизированного управления делает его более производительным и эффективным, чем когда-либо.
Независимо от того, является ли конечной целью удаление прокатной окалины, выравнивание сварных швов, удаление покрытий, очистка от коррозии или продление усталостной долговечности, современные дробеструйные системы обеспечивают повторяемую, настраиваемую интенсивность, адаптированную к каждому применению.
