Преимущества дробеструйной и дробеметной обработки
Обработку дробью используют для того, чтобы удалить с металлических изделий окалину, ржавчину, въевшуюся грязь, ЛКМ, масляные пятна, оксидные пленки и заодно подготовить изделие к сварке или нанесению защитных покрытий. Схема проста: частица с хорошим ускорением врезается в металл и отбивает загрязнения, а металлическая поверхность под воздействием абразивных частиц приобретает шероховатый рельеф, куда те же эмали хорошо ложатся и крепко держатся.
Твердые и достаточно разогнанные дробины могут не только удалять заусенцы после механической обработки деталей, но и упрочнять поверхность металла, благодаря чему растет его усталостная прочность и износостойкость.
Упомянем также про экологичность, поскольку очистка идет чисто механически, без применения химических реактивов.
Дробины разгоняют либо сжатым воздухом (дробеструй), либо центробежной силой, которую создает вращающийся ротор (дробемет). Между этими обработками есть технические различия, которые стоит учитывать.
Различия между дробеструйной и дробеметной обработкой
Технология дробеструйной обработки принципиально не отличается от пескоструйной: компрессор прогоняет через систему воздушно-абразивную смесь, которая, проходя через сопло, дополнительно ускоряется и фокусируется. Если в этом уравнении мы заменим песок на дробь (металлическую, керамическую или стеклянную) и увеличим диаметр сопла, то получим дробеструй, в котором сжатый воздух под давлением 5–7 атмосфер разгоняет дробь до 20–30 м/с. Преимущество дробеструйной обработки в гибкости: благодаря шлангу, оператор может добираться до труднодоступных мест и обрабатывать изделия сложных геометрических форм и произвольных размеров.
Дробеметная обработка построена по принципу центробежного насоса. Основа дробемета — лопаточное колесо, к оси которого подведен питатель с дробью. Крыльчатка подхватывает дробины, которые попадают в нее самотеком, разгоняет их и через неподвижное окно распределительной камеры выбрасывает на лопасти ротора. Под действием центробежной силы дробины скользят по лопаткам к периферии и веером вылетают наружу. Регулируя положение окна можно управлять размером факела и скоростью абразивных частиц.
Турбины разгоняют дробь до 60–100 м/с (до 360 км/ч). Механические дробемёты создают достаточно стабильный и однородный поток частиц, благодаря чему обработка деталей идет равномерно.
Дробеметы — очень производительные машины. Для сравнения, размеры пятна факела дроби условного дробемета составляют 150х800 мм, а расход дроби достигает 160 кг/мин (есть турбины, которые потребляют до тонны дроби в минуту). В то же время, условный дробеструйный аппарат выбрасывает на поверхность примерно 25 кг/мин абразивных материалов. А чем больше частиц ударяет по поверхности и чем выше их скорость, тем быстрее очищаются детали.
К недостаткам дробеметателей можно отнести износ лопаток, стационарность оборудования и непригодность для обработки изделий сложной формы.
Немного о дроби
Качество любой дробеметной обработки зависит от выбора абразива. Дробь может быть металлической, керамической, стеклянной и пластиковой.
Чугунная и стальная дробь используется для качественной очистки металла и поверхностного упрочнения деталей. Впрочем, она подходит не для всех металлов, например, для обработки алюминия нужны алюминиевые гранулы, иначе возникнет гальваническая коррозия.
Электрокорунд – сверхпрочный твердый абразивный материал из оксида алюминия, дает высокую скорость и качество обработки поверхности.
Стеклянный абразив используют для обработки высокоточных деталей и деталей из мягких сплавов.
Пластиковую дробь применяют для деликатной абразивной обработки мягких металлов, пластиковых деталей, стекла, деревянных поверхностей и керамики.
Дробь имеет два серьезных преимущества по сравнению с пескоструйной обработкой. Во-первых, ее можно использовать многократно, благодаря этому она является одним из наиболее эффективных и экономичных абразивных материалов. Во-вторых, обработка дробью упрочняет поверхность металлических изделий.
Суть «микронаклепа» или «микроковки» в том, что, когда дробь бомбардирует поверхность, металл локально уплотняется. Возникают сжимающие напряжения, растет микротвердость поверхности и усталостная прочность — это особенно хорошо работает для нагруженных деталей вроде зубчатых колес, коленчатых валов, шатунов. Также наклеп снимает пики напряжений вокруг концентраторов напряжений (канавок, отверстий, рисок и т.п.). Теоретически, усталостные трещины в зоне результирующих сжимающих напряжений не образуются вовсе, но, по крайней мере, они точно не так легко распространяются. В результате срок службы изделий заметно повышается.
Виды дробеструйных и дробеметных установок
На предприятиях обработка дробью часто используется для очистки однотипных деталей, поэтому установки промышленного типа оснащены несколькими дробеструйными аппаратами или дробеметами и работают в автоматическом режиме.
Во всех промышленных установках работают механизмы рециркуляции дроби: отработанный абразивный материал вместе с отходами очистки проваливается сквозь решетчатый пол камеры, собирается, проходит сепарацию от песка, окалины и прочих загрязнений и попадает обратно в бункер, обеспечивая непрерывную подачу абразива. Эффективность разделения может достигать 99%, то есть, количество сухого остатка в очищенной дроби менее 1%. Качественная сепарация важна, т.к. если в состав абразива попадает более 3% песка и пыли, то износ оборудования вырастает минимум на 30%.
Можно выделить 5 общих видов установок, которые могут быть оснащены как дробеструями, так и дробеметами: проходные, подвесные, барабанные, карусельные, туннельные.
- Установка проходного типа состоит из рабочей камеры, нескольких дробеметов и конвейера (либо подвеса), который протягивает заготовку от входа до выхода. В зависимости от размеров камеры и количества дробеструев, через нее можно прогонять как небольшие изделия, так и целые вагоны или контейнеры.
- Установка подвесного типа предназначена для обработки деталей, которые не подлежат кантованию, заготовок со сложной геометрией и изделий, боящиеся ударов. В рабочей камере заготовка подвешивают на вращающийся крюк и поворачивают вокруг вертикальной оси. Метатели расположены сверху и снизу и обрабатывают деталь со всех сторон. За один рабочий цикл можно очистить один крупный или несколько меньших предметов.
- Машина барабанного типа подходит для большого количества некрупных заготовок, которые не боятся соударений. Изделия загружают в цилиндрическую камеру и включают дробеметную установку. При вращении барабана детали сдвигаются и перемешиваются как вещи в стиральной машине, поэтому очистка дробью происходит со всех сторон.
- Установка карусельного типа (иначе, установка с поворотным столом) концептуально похожа на подвесную систему, заготовка так же вращается во время работы, подставляя потокам дроби все стороны поочередно. Этот вариант подходит для тех изделий, которым не нужна очистка опорной поверхности. Поворотные столы могут быть разделены на сегменты и позволяют обрабатывать сразу несколько деталей.
- Установка туннельного типа предназначена для очистки труб, металлического профиля или очистки листового проката. В частности, трубы при подаче закручивают, благодаря чему можно очистить всю поверхность за один проход. В состав туннельных установок могут входить узлы обеспыливания изделий, поэтому после них те же трубы сразу отправляют на окраску.
Есть и более специализированное оборудование. Например, мобильные установки дробеметной очистки. Они позволяют снимать загрязнения с ровных поверхностей: бетона, асфальта, камня и металла. Также они могут сделать поверхности более шероховатыми, чтобы повысить адгезию защитного покрытия или уменьшить скольжение обуви и шин.
Мобильные установки состоят из метателя дроби, механизма очистки абразива и тележки, поскольку во время работы их перемещают по поверхности вручную. Мобильные дробеметы могут быть даже ручными, масса в 10 кг вполне позволяет удерживать их на весу и обрабатывать стены.
Камеры для дробеструйных установок
Дробеструйная обработка суть аналог пескоструйной, но для того, чтобы дробь можно было использовать повторно, ее нужно собирать после использования. Поэтому частные мастерские или автосервисы используют ручные дробеструйные камеры. Оператор засовывает руки по плечо в цельные резиновые перчатки, и, наблюдая через смотровое окно, производит очистку с помощью дробеструйного пистолета.
Намного более серьезный вариант — это обитаемые дробеструйные камеры. Это помещения, где операторы используют специальные костюмы и шлемы, причем воздух для дыхания им подается по шлангам, как водолазам. В этих камерах можно обрабатывать детали любой сложности, вплоть до крупногабаритных. Внутрь заведены рукава с соплами подачи дроби, которыми дробеструйщики управляют вручную и, соответственно, могут добраться до любых участков изделия. Камеры оборудованы мощной вентиляционной системой, которая удаляет запыление, закрывающее оператору обзор.
Более продвинутым вариантом обитаемой камеры является роботизированная дробеструйная камера: сопло вокруг изделия перемещает робот-манипулятор с 6-8 степенями свободы, причем при давлении воздуха в 10 атмосфер и диаметре сопла 12-19 мм он работает гораздо быстрее живого оператора. Скорость и производительность этого варианта можно сравнить с показателями установок проходного типа, если не учитывать загрузку и выгрузку изделий.
Роботы увеличивают точность и скорость работ, обрабатывают поверхность качественно и равномерно, что особенно важно для упрочнения металлических деталей. Роботизация дробеструйной обработки дает еще много преимуществ, в том числе экономических, подробнее можно посмотреть тут:
Установки для влажной дробеструйной обработки
Это те же дробеструйные установки, но с водой, т.е. на поверхность заготовки направляется ускоренная сжатым воздухом 0,1-1,0 МПа струя суспензии, состоящей из воды и дроби, с концентрацией последней 20-30%.
Эта технология решает те же задачи, что и «сухая» дробеструйная обработка: очистка поверхности, изменение шероховатости и упрочнение металлической поверхности. Но есть отличия.
Гидродробеструйная обработка не разогревает поверхность при наклепе (при «сухом» упрочнении нагрев может достигать 600°С) и не изменяет геометрии обрабатываемой детали. Это метод финишной обработки, при котором ударное упрочнение становится более щадящим и равномерным, поверхность очищается бережнее, и микрорельеф становится более сглаженным. Микротвердость упрочненного слоя увеличивается на 30-35%, глубина модифицированного слоя составляет 200-300 мкм.
Производительность гидродробеструйной обработки в 1,5–2 раза ниже, чем у дробеструйной, но качество поверхности выше. Отсюда и ограничения: экономически не выгодно применять влажную дробеструйную обработку для очистки железнодорожных вагонов, крупных металлических конструкций, резервуаров и прочего. Но она оправдана в высокотехнологичных отраслях: изготовлении и ремонте газотурбинных двигателей, приборостроении, ракетно-космической отрасли и т.д.
Практические рекомендации по использованию дробеметных установок
Чтобы обеспечить должное качество очистки изделий, шероховатости поверхности, а также чтобы продлить ресурс обрабатывающего оборудования, рекомендуем:
— следить за скоростью вращения турбин,
— контролировать равномерность поступления дроби,
— использовать однородные и качественные абразивные материалы,
— допускать к обслуживанию оборудования только надлежаще подготовленного оператора,
— регулярно проводить техническое обслуживание дробеметной установки, своевременно заменять и ремонтировать изношенные узлы.