Резание материалов

Резание материалов: физические основы процесса резания

2014-01-22T13:53:13Z

Резание материалов

Отечественная школа резания материалов, основоположники:

И.Я. Тиме – профессор петербургского университета (классификация стружек, основные закономерности и др.)

Я.Г. Усачёв – металлографический метод.

Основные задачи дисциплины «Резание материалов»:

· повышение точности и качества обработки;

· освоение обработки новых конструкционных материалов, в т.ч. высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов;

· изыскание новых износостойких, теплостойких инструментальных материалов;

· совершенствование конструкции режущих инструментов;

· совершенствование способов дробления и завивания стружки (для автоматических линий);

· изыскание новых составов СОТС и способов их подвода в зону резания;

· повышение производительности труда.

Место механической обработки в процессе изготовления детали

Рисунок 1

Обработка металлов резанием занимает 50 % рабочего времени. За последнее время наблюдается тенденция снижения трудоёмкости обработки резанием за счёт совершенствования заготовительных операций. Всё шире применяются литьё по выплавляемым моделям, порошковая металлургия, холодная высадка и другие заготовительные операции, обеспечивающие получение минимальных припусков на механическую обработку. Однако в силу больших преимуществ (высокая точность, производительность, качество обработанной поверхности и др.) обработка резанием ещё на долгие годы останется основным методом получения готовых деталей.

Структура дисциплины «Резание материалов»

Рисунок 2

Резание материалов: основные понятия

1.1 Поверхности заготовки

Рисунок 3

1 – обрабатываемая поверхность;

2 – поверхность резания (которой касается главное лезвие резца);

3 – обработанная поверхность заготовки.

1.2 Свободное и несвободное резание

Свободным называется процесс резания, в котором участвует лишь одно главное лезвие (одна режущая кромка).

Рисунок 4

Конструктивные и геометрические параметры резцов

Конструкция резца

Рисунок 5

Тело резца – служит для закрепления инструмента в резцедержателе и для базирования.

Головка резца – выполняет основную работу.

Передняя поверхность – та, по которой сходит стружка.

Главная задняя поверхность – обращена в сторону поверхности резания.

Вспомогательная задняя поверхность – обращена в сторону обработанной поверхности заготовки.

Главная режущая кромка – линия пересечения передней и главной задней поверхности.

Вспомогательная режущая кромка - это линия пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей. Она подчищает обработанную поверхность.

Вершина резца – точка пересечения главной и вспомогательной режущих кромок (точка касания с обработанной поверхности заготовки).

Геометрические параметры инструмента (в статике)

Примечание: все основные положения, относящиеся к геометрии резца, справедливы для любого другого лезвийного инструмента.

Координатные плоскости

Рисунок 6

Основная плоскость - образована направлением продольной и поперечной подач.

Плоскость резания (условно) – плоскость, проходящая через главное резание, перпендикулярно основной плоскости.

Секущие плоскости

I-I – главная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции главного лезвия на основную плоскость.

II-II – вспомогательная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательного лезвия на основную плоскость.

Рисунок 7

Главные углы резца (рассматриваются в главной секущей плоскости)

Рисунок 8

γ – передний угол, образованный передней поверхностью резца и плоскостью, проходящей через рассматриваемую точку главного лезвия параллельно основной плоскости.

α – задний угол, образованный задней поверхностью и плоскостью резания.

β – угол заострения – между передней и задней поверхностью.

δ – угол резания – между передней поверхностью и плоскостью резания.

α+γ+β=90⁰, δ+γ=90⁰, δ=90⁰-γ, γ=90⁰-δ

Вспомогательные углы резца

γ`, α` (определения аналогичны)

Углы в плане резца

ϕ – главный угол в плане, образованный проекцией главного лезвия на основную плоскость и направлением подачи резца.

ϕ` - вспомогательный угол в плане, образованный проекцией вспомогательного лезвия на основную плоскость и направлением противоположной подачи.

ε – угол при вершине резца, находящийся между проекциями главного и вспомогательного лезвий.

Рисунок 9

l - угол наклона главного лезвия, находится в плоскости резания между основной плоскостью и режущей кромкой.

l измеряется между главным лезвием и плоскостью, проходящей через вершину резца и параллельной основной плоскости.

λ<0, если вершина резца является наивысшей точкой главного лезвия и λ>0, когда вершина резца - наинизшая точка. Рисунок 10

λ=0, когда главное лезвие совпадает с основной плоскостью.

1.3.3 Изменение геометрии резца в кинематике

α_р=α-μ

γ_р=γ+μ

Рисунок 11

Плоскость резания в кинематике – это плоскость, проходящая через главное лезвие касательно к поверхности резания (в ней лежит вектор истинной результирующей скорости резания W).

Влияние установки резца на его геометрию

Рисунок 12

Для случая внутренней обработки отверстий, т.е. для растачивания, всё наоборот:

- при установке резца выше оси заготовки угол α увеличивается;

- γ уменьшается (отрицательный).

Рисунок 13

Установка резца на углы в плане ϕ и ϕ` осуществляется поворотом резцедержателя.

Назначение геометрических параметров инструмента

α – задний угол, предназначен для уменьшения сил трения задней поверхности инструмента о поверхность резания (чем больше α, тем меньше трение).

α=6-12⁰, большие значения берутся к обработке вязких материалов, склонных к упругому восстановлению.

γ – передний угол, влияет на условия образования стружки, на степень пластической деформации срезаемого слоя. Может принимать значения от -10⁰ до +20⁰. Для вязких материалов даётся угол ближе к 20⁰. При обработке твёрдых сплавов применяется отрицательный угол γ.

Рисунок 14 Рисунок 15

ϕ – главный угол в плане, оказывает влияние на шероховатость обработанной поверхности, а также на силы, действующие на заготовку со стороны резца.

При жёсткой системе СПИД стараются работать с меньшими углами ϕ, а именно: ϕ=30-40⁰.

При обработке нежёстких деталей принимается ϕ≈90⁰.

Рисунок 16

ϕ` - влияет на шероховатость обработанной поверхности, при его уменьшении шероховатость уменьшается. ϕ`= 10-15⁰.

λ – угол наклона главной режущей кромки, влияет на направление схода стружки, а также увеличивает прочность режущего клина.

λ<0 нельзя применять при обработке прерывистых поверхностей.

Если λ>0, то отделяемая стружка сходит в направлении обработанной поверхности детали – применяют при обработке материалов, имеющих литейную корку.

λ=10-30⁰.

Радиус при вершине резца служит для упрочнения вершины резца и для снижения класса шероховатости обработанной поверхности.

r=1-5 мм для быстрорежущих резцов;

r=0,2-3 мм для твердосплавного инструмента.

ϕ₀ – служит для упрочнения вершины резца, равен 15-20⁰ (для отрезных резцов – 30-40⁰).

1.3.6 Формы передней поверхности резца

Рисунок 17

а) плоская передняя поверхность – применяется при обработке хрупких материалов;

б) плоская поверхность с фаской – применяется для обработки любых материалов и когда имеется ударная нагрузка, f = 0,2-0,5 мм, γ=-(3-5)⁰;

в) радиусная – служит для завивания стружки.

l=2-2,5 мм, R=2l.

г) радиусная с фаской

Классификация резцов

а) по виду обработки:

- проходные;

- расточные;

- подрезные;

- прорезные;

- отрезные;

- канавочные;

- фасонные;

- галтельные;

- фасочные.

б) по направлению подачи:

- правые;

- левые («правило руки»).

Рисунок 18

в) по конструкции головки резца:

- прямые;

- отогнутые (определяются по большому пальцу руки);

- изогнутые – вверх или вперёд (здесь изгибается вся державка);

- оттянутые – вправо или влево (головка уже державки).

г) по методу крепления режущей части к державке:

- цельные;

- сварные (с целью экономии материала);

- сборные, с механическим креплением (режущая часть крепится к державке);

- с припаянными, приклеенными пластинами.

Рисунок 19

д) по виду операции:

- токарные;

- строгальные;

- долбёжные.

Рисунок 20

Элементы режима резания

Скорость резания

где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм;

n – частота вращения заготовки, об/мин.

· Подача S, мм/об;

· Глубина резания t - величина снимаемого припуска за один проход, всегда перпендикулярна к подаче.

Рисунок 21

Размеры сечения срезаемого слоя

Различают технологические и физические размеры срезаемого слоя.

S, t – технологические;

a, b – физические размеры срезаемого слоя.

Рисунок 22

Площадь сечения срезаемого слоя .

Инструментальные материалы

Характеристики:

- высокая твёрдость;

- высокая прочность;

- низкая хрупкость;

- высокая вязкость;

- малая чувствительность к циклическим изменениям t⁰;

- высокая теплостойкость;

- высокая износостойкость;

- низкая стоимость.

Углеродистые инструментальные стали

У10, У10А, У12 , У12А, У13, У13А

У – углеродистая инструментальная сталь;

10 – углерод в десятых долях %;

А – качественная.

Характеризуются низкой теплостойкостью, t_крит.=200-250⁰С,

s_изг.=300-320 кгс/мм².

1.6.2 Легированные инструментальные стали

ХВ5, 9ХС, ХВГ

Теплостойкость 250-300⁰С, HRC 63-65.

Из этих сталей изготавливают фасонные резцы, инструменты, метчики, плашки. Например, ХВГ применяется для изготовления протяжек.

Высоколегированные инструментальные стали (быстрорезы)

Р9, Р18, Р6М5

Содержат: углерод, хром, вольфрам, ванадий, молибден.

Р9 – плохо шлифуется,

Р18 – хорошо шлифуется, высокая теплостойкость, t_крит.=600⁰С,

s_изг.=290-310 кгс/мм², HRC 62-65.

К быстрорезам повышенной прочности относятся: Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р9К5, Р9К10.

Ванадиевая сталь – HRC 67-68, плохо шлифуется, t_крит.=625-635⁰.

Кобальтовая сталь - HRC 65-68, более прочная и хрупкая, t_крит.=640-670⁰.

Твёрдые сплавы

Получаются путём сбегания различных элементов карбидов Ti, V, Ta. Связующим веществом является кобальт (Co).

· Твёрдые сплавы могут быть однокарбидные, двухкарбидные и трёхкарбидные.

- Однокарбидные: ВК2, ВК3, ВК4 (встречается редко),ВК6, ВК8 (даны в порядке уменьшения режущих свойств, но прочность увеличивается).

В – карбиды вольфрама, К – кобальт.

ВК3М – структура мелкозернистая(высокая твёрдость),

ВК8В – структура крупнозернистая (высокая прочность),

ВК60М – особо мелкозернистая,

ВК60М – особо мелкозернистая, легированная хромом.

Применяются для обработки чугуна при высоких нагрузках и черновой обработки закалённой стали.

t_крит.=800⁰С, HRA 88-90, s_изг.=100-140 кгс/мм².

- Двухкарбидные (титановольфрамокобальтовые): Т5К10, Т15К6, Т30К4, Т14К8.

Т – карбиды титана, К – кобальт, остальное – вольфрам.

Т30К4 – применяется при чистовой обработке закалённой стали.

t_крит.=900-1000⁰С, HRA 89-92, s_изг.=95-120 кгс/мм².

- Трёхкарбидные типа ТТК: ТТ7К12, ТТ7К4.

Первая Т – титан, вторая Т – тантал, К – кобальт.

ТТ7 – показывает, что сумма титана и тантала – 7%.

По прочности занимают промежуточное положение.

Применяются, когда на режущий клин действует большая нагрузка.

t_крит.=900⁰С, HRA 88,5, s_изг.=150 кгс/мм².

· Твёрдые сплавы с покрытиями

Для увеличения износостойкости твёрдые сплавы покрывают тонким слоем карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов и других различных элементов (тантал, титан, молибден). Покрытие делают либо напылением, либо диффузионным способом.

· Безвольфрамовые твёрдые сплавы:

Основаны на Ni-Mo связке.

сплавы на основе карбидов титана и ниобия;

Марки ТМ1, ТМ3.

Титан и ниобий в ТМ1 – около 90%,

ТМ3 – 64% карбида титана и ниобия, всё остальное - Ni-Mo связка.

ТМ1 - HRA 91-92, s_изг.=80 кгс/мм²,

ТМ3 - s_изг.=120 кгс/мм².

На основе только карбидов титана: ТНМ-20, МНТ1-А2; на основе карбидов и нитритов титана.

КТН-16 – 16% никеля и молибдена, КТН–20 – 20% никеля и молибдена.

Минералокерамика

· ЦМ-332 – получают методом спекания, основой является окись алюминия Al₂O₃.

Спекают:

при температуре 1100⁰С за время 2 часа;

при температуре 1720-1760⁰С за 10-15 часов.

Делают в виде пластин.

HRA 91-93, t_крит.=1200⁰С, s_изг.=30-40 кгс/мм², s_сж. – превышает твёрдый сплав.

· Металлизированная металлокерамика (керметы)

Для увеличения прочности вводят добавки W, Ti, Mo. Износостойкость, твёрдость, теплостойкость снижаются, но несмотря на это эти сплав широко применяются при повышенных нагрузках, так как они имеют повышенную изгибную прочность.

Марки: В-3, ВОК-60, ВОК-63.

Применяются при обработке труднообрабатываемых материалов, причём закалённых. Можно обработать чугун.

1.6.6 Алмазы

Алмаз – кристаллический углерод, который встречается в природе (Якутское).

Получают искусственным путём пи высоком давлении в 200 тыс. атм. и высоких температурах – 24 тыс. градусов.

Достоинства:

1) алмаз – самое твёрдое в природе вещество, его микротвёрдость – 10000 кгс/мм², это в 7 раз выше микротвёрдости карбида вольфрама.

2) очень высокая теплопроводность;

3) очень малое (удельное) расширение (линейное);

4) низкий коэффициент трения;

5) самая высокая долговечность;

6) малая склонность к адгезии.

Адгезия – схватываемость двух материалов.

Недостатки:

низкий s_изг.=30 кгс/мм², s_сж.=200 кгс/мм²;

t_крит.=700⁰С (происходит графитизация алмаза);

низкая химическая устойчивость. При температуре 750⁰С происходит интенсивное растворение углерода в железе;

высокая стоимость (в 50 раз дороже твёрдых сплавов, алмаз применяется при обработке цветных материалов, стойкость высокая – несколько лет).

Синтетические сверхтвёрдые материалы

· кубический нитрид бора (КНБ) - кубическое соединение бора и азота.

Технология производства сходна с алмазами, t⁰ 1360-2000⁰C, давление 60-200 тыс. атм., s_изг.= до 100 кгс/мм², t_крит.=1200-1300⁰С.

Применяют при обработке закалённых сталей с твёрдостью до 50 единиц, показывает высокий класс шероховатости (1й-2й).

· поликристаллы (композиты)

- Композит-01 (эльбор-р), композит-02 (белбор) применяются для обработки закалённых сталей с HRC до 70 единиц.

- Композит-05 применяется для обработки чугунов.

- Композит-10 - гексанит-р (1972)– сверхтвёрдый инструментальный материал. Исходное сырьё – нитрид бора, спекается при сверхвысоком давлении. Применяется для чистовой обработки закалённой стали до 62 HRC. Можно использовать вместо шлифования.

V_рез.=50-300 м/мин.; подача S=0,02-0,2 мм/об; глубина резания t=0,1-0,5 мм.

Физические основы процесса резания

Теория процесса резания рассматривается на простейшем виде обработки – строгании. Схема операции показана на рисунке 23

Рисунок 23

Методы изучения зоны образования стружки

1. Визуальное наблюдение процесса деформации срезаемого слоя.

2. Метод ускоренной киносъёмки.

3. Метод координатной сетки (осуществляется в статике после фиксации зоны резания). По искажению сетки судят о деформации.

4. Поляризационно-оптический метод (осуществляют только на прозрачных образцах). В процессе резания наблюдается интерференционная картина упругих деформаций. По ней судят о деформации в зоне резания. Недостаток: нельзя проводить в металлах.

5. Рентгеноструктурный и механический метод.

Направляемый слой помещается в электролит. Снимается направление и образец выгибается наоборот. Рентгеноструктурный – наблюдение под рентген-аппаратом, образуется интерфереционная картина.

6. Металлографический метод (Усачёв). Основан на получении корня стружки с помощью специального приспособления (рис. 24).

Рисунок 24 – Приспособление для получения корней стружек

Типы стружек

При обработке резанием в различных условиях (геометрия инструмента, режим и т.д.) образуются различные виды стружек. Все их можно свести к 4 различным типам стружек (классификация И.А.Тиме). Стружка образуется в результате сильных деформаций срезаемого слоя.

Рисунок 25 – Типы стружек (классификация И.А. Тиме)

Стружка надлома получается при обработке хрупких материалов: чугуна, бронзы и т.д. Остальные – при обработке стали. При увеличении скорости, переднего угла, уменьшении подачи, твёрдости материала стружка изменяется от первого к последнему типу.

а) Элементная стружка.

Рисунок 26

Состоит из отдельных сильно деформированных, слабо связанных между собой элементов, примерно одинаковой геометрической формы и размеров. Она образуется при обработке твёрдых материалов на низких скоростях резания, при малых передних углах и больших толщинах срезаемого слоя. Резание осуществляется неравномерно. При резании образуются вибрации, что ухудшает чистоту обработанной поверхности. Длина контакта стружки с передней поверхностью невелика. Поэтому на передней поверхности вблизи главного лезвия концентрируются большие удельные нагрузки, требующие применения высокопрочных материалов. Износ инструмента происходит только по передней поверхности.

б) Суставчатая стружка.

Рисунок 27

Состоит из отдельных элементов в форме трапеции, которые деформированы по плоскости сдвига, а внутри элемент деформирован меньше.

Неравномерность нагрузки на инструмент ниже, так как элементы полностью не скалываются. Поэтому шероховатость ниже. Длина контакта стружки с передней поверхностью больше. Удельная нагрузка несколько ниже. Износ инструмента происходит как по передней, так и по задней поверхности.

в) Сливная стружка.

Рисунок 28

Представляет собой бесконечную ленту, сплошную, постоянную по величине. Контактная сторона стружки очень гладкая. А внешняя – B – имеет бархатистый вид. Имеет большую длину контакта с передней поверхностью резца. Сходит по передней поверхности с большей скоростью и изнашивает её наибольшим образом в месте максимального давления (в виде лунки). На передней поверхности образуется лунка. Изнашивается и задняя поверхность, но в меньшей степени. Нагрузка на резец самая плавная. Эта стружка самая опасная для работающего и окружающих.

г) Стружка надлома.

Образуется при резании хрупких материалов (чугун, бронза). Она состоит из отдельных частичек различной формы и материалов. Площадка контакта наименьшая. Удельные нагрузки максимальны. Нужно применять самый прочный твёрдый сплав. Процесс стружкообразования происходит за счёт упругих деформаций. Большая шероховатость получается за счёт выкрашивания.

Образование сливной стружки

Многочисленными исследованиями установлено, что сливная стружка образуется за счёт пластической деформации, которая имеет место в зоне резания перед режущим лезвием инструмента.

I – зона первичной пластической деформации;

У – зона упругих деформаций;

ОА – начало пластической деформации;

BO – конец пластической деформации;

II – зона вторичной пластической деформации

Рисунок 29

За счёт сил трения контактные слои стружки деформируются дополнительно. Зона АОВ непостоянна. Имеют значения размеры при малой скорости резания, при большой толщине срезаемого слоя и при большой вязкости обрабатываемого материала. С изменением указанных характеристик на противоположные зона I сужается. При условиях, близких к рабочим значениям, эта зона сужается до очень небольших размеров. И с практически допустимой погрешностью можно принять, что все пластические деформации происходят в условной плоскости сдвига, расположенной под углом сдвига b₁ к направлению вектора скорости резания. b₁ зависит от скорости резания.

Рисунок 30

С увеличением толщины среза срезаемого слоя угол сдвига также увеличивается.

Связь между углами b₁, w и g

Q – угол трения

V – скорость резания

Рисунок 31

С увеличением скорости резания сила трения F уменьшается. При этом происходит поворот равнодействующего вектора, т.е. уменьшается угол w, а угол b₁ – увеличивается.

С увеличением a - N увеличивается, F увеличивается незначительно, следовательно угол b₁ – увеличивается.

Влияние переднего угла g на b₁

При увеличении g угол b₁ увеличивается.

Рисунок 32

Сила сдвига и касательные напряжения в условной плоскости сдвига.

где b – ширина срезаемого слоя,

mn – длина поверхности сдвига.

Превращение срезаемого слоя в стружку происходит путём простого сдвига.

КК` - абсолютный сдвиг,

- относительный сдвиг.

При перемещении режущего клина из одного положения во второе осуществляется деформация простого сдвига в элементарном малом объёме ABCD, который превращается в A`BCD` в стружку.

Образование текстуры стружки и нароста

Рисунок 33

Текстура – это вытянутые в определённом направлении сдеформированные зёрна.

Y - угол наклона текстуры.

С увеличением пластической деформации срезаемого слоя угол Y уменьшается. В зоне трения текстура меняет своё направление (контактные слои стружки перемещаются по передней поверхности с меньшей скоростью), образуется так называемый «заторможенный слой». При некоторых условиях скорость контактного слоя может приравняться к нулю (когда силы трения и силы адгезии будут больше сил сопротивления внутреннему скольжению).

Если твёрдость материала застойной зоны за счёт явления наклёпа, упрочнения будет достаточно высока, то она превращается в нарост, который сам способен выполнять функции режущего инструмента. Твёрдость нароста в 2-3 раза больше твёрдости обрабатываемого материала.

Рисунок 34

Рисунок 35 – Схема строения нароста

Нарост имеет непостоянную форму и размеры. Его вершина постоянно обновляется путём срыва контактной стороной стружки обработанной поверхности и появлением вновь.

Основание нароста – постоянно и достаточно прочно удерживается на передней поверхности инструмента, прикрывая переднюю поверхность от изнашивания.

Влияние различных факторов на образование нароста

Скорость резания – из-за температуры оказывает сложное влияние.

Толщина срезаемого слоя.

Чем она больше, тем при меньших значениях скорости резания появляется и исчезает нарост. Это объясняется температурой резания.

Твёрдость и прочность обрабатываемого материала.

Чем она больше, тем при меньших значениях скорости резания возникает и исчезает нарост.

Чем труднее условия процесса резания, то есть чем больше толщина срезаемого слоя и прочность, чем меньше передний угол, тем при меньших значениях скорости резания появляется и исчезает нарост. Определяющим фактором является температура резания.

Рисунок 36

Положительные стороны нароста

а) Облегчается процесс резания.

С появлением нароста увеличивается фактический передний угол, следовательно, увеличивается угол сдвига b₁, поэтому:

Ø снижается степень пластической деформации (усадка стружки);

Ø уменьшаются: работа пластической деформации,

силы резания,

температура резания,

износ инструмента;

Ø облегчаются условия процесса образования стружки.

б) Нарост прикрывает от изнашивания площадки контакта стружки с передней поверхностью резца, прикрывает главную режущую кромку и заднюю поверхность инструмента.

Отрицательные стороны нароста

а) Вершина нароста часто срывается как стружкой, так поверхностью резания. Шероховатость обработанной поверхности резко ухудшается.

б) Силы резания непостоянны, возникают вибрации.

Таким образом, нарост полезен при черновой обработке материала и недопустим при чистовой.

Усадка стружки

При превращении срезаемого слоя в стружку за счёт пластических деформаций в зоне резания происходит изменение размеров и формы срезаемого слоя. Объём срезаемого слоя является постоянной величиной.

, отсюда .

Определение коэффициента усадки стружки

а) При строгании:

где a – толщина среза;

a_c – толщина стружки;

K_L – коэффициент усадки стружки.

Рисунок 37

б) При точении

где D – диаметр заготовки;

b – ширина паза;

n – число пазов;

L – ширина стружки.

в) Весовой метод

Вес снимаемого слоя:

Способ применяется при образовании элементной и суставчатой стружки.

Влияние различных факторов на коэффициент усадки стружки

а) С увеличением твёрдости и прочности обрабатываемого материала снижается коэффициент усадки стружки (К_с).

б) С увеличением скорости резания уменьшается коэффициент усадки стружки (К_с).

Рисунок 38

в) С увеличением толщины срезаемого слоя уменьшается коэффициент усадки стружки (К_с), так как β₁ увеличивается.

Рисунок 39 - Влияние толщины срезаемого слоя на К_с

г) С увеличением переднего угла γ усадка стружки снижается.

Увеличение угла γ приводит к повороту всех сил по часовой стрелке. Вследствие этого угол действия ω уменьшается, а угол сдвига β₁ увеличивается. Увеличение угла β₁снижает работу пластической деформации срезаемого слоя, так как площадь поверхности сдвига уменьшается, следовательно, уменьшается усадка стружки.

Рисунок 40

Чем больше γ, тем хуже условия для образования нароста. При γ=45⁰ нароста не образуется при любых скоростях.

д) С увеличением главного угла в плане ϕ усадка стружки снижается, так как увеличивается толщина срезаемого слоя.

е) Применение смазочно-охлаждающей жидкости снижает К_L за счёт уменьшения сил трения.

На высоких скоростях резания эффективность СОЖ снижается, так как высокая температура разрушает (испаряет) плёнку СОЖ.

Резание материалов: основные операции механической обработки

2014-01-22T14:03:11Z

Основные операции механической обработки

Точение

Черновое точение – 12 квалитет (13 - экономический).

Получистовое – 10…11 квалитет, R_z40…20

Чистовое – 7…9 квалитет (8…10 - экономический).

Рисунок 67 – Токарно-винторезный станок

Силы резания

Силы, действующие на переднюю и заднюю поверхности инструмента, дают равнодействующую Р.

Рисунок 68

Для удобства расчётов равнодействующую силу Р раскладывают на 3 составляющие, как показано на рисунке 69.

Рисунок 69

P_x – осевая составляющая;

P_y – радиальная составляющая;

P_z – тангенциальная составляющая.

P_x изгибает резец в горизонтальной плоскости, стремится вывернуть резец из резцедержателя и препятствует движению подачи резца. По ней рассчитывают механизм подачи станка.

P_y отжимает резец от заготовки, а её реакция – заготовку от резца. По ней рассчитывается жёсткость заготовки.

P_z – главная составляющая силы резания. Она изгибает резец в вертикальной плоскости, а реакция силы – препятствует вращению заготовки. По ней рассчитывают резец на изгиб, а также мощность привода главного движения станка.

P_z – в Н, V – в м/мин.

Между равнодействующими и её составляющими существует соотношение:

для стали 45, .

Влияние различных факторов на составляющие силы резания

(через усадку стружки)

Режимы резания:

Скорость резания – влияет на составляющие силы аналогично её влиянию на коэффициент усадки стружки.

Рисунок 70-а

при V₂ – максимальное наростообразование;

при V₃ – нарост исчезает,

при V₁ – начало образования нароста.

· Подача.

Поскольку имеет место снижение усадки стружки, то получается замедление роста составляющих силы резания.

Рисунок 70-б

· Глубина резания.

Поскольку усадка стружки при изменении глубины резания остаётся постоянной, то силы, действующие на резец, примерно пропорционально растут глубине резания.

Рисунок 70-в

Влияние геометрии

Рисунок 71

Рисунок 72

С увеличением f P_x увеличивается, P_y уменьшается, так как равнодействующая в горизонтальной плоскости поворачивается против часовой стрелки (направление всегда перпендикулярно режущей кромке).

Влияние радиуса сопряжения режущих лезвий.

С увеличением R f_ср. уменьшается.

Рисунок 73

· Влияние износа резца

В случае образования нароста износ резца не оказывает влияния на составляющие силы резания.

В случае отсутствия нароста износ задней поверхности увеличивает силу отжима заготовки P_y.

P_z практически не зависит от износа задней поверхности.

Износ по передней поверхности снижает силы, так как увеличивается g_л за счёт лунки.

Рисунок 74

· Влияние СОЖ

СОЖ уменьшает силы трения и на 10-15% уменьшает силы резания.

Измерение составляющих силы резания

Силы измеряются с помощью динамометров, которые бывают:

· однокомпонентные для измерения P_z;

· двухкомпонентыне для измерения P_z и P_x;

· трёхкомпонетные для измерения P_x, P_y, P_z;

· четырёхкомпонетные, для измерения P_x, P_y, P_z и М_кр.

- упруго-механической системы (до V=5 м/мин);

- гидравлической системы (доV=80 м/мин);

- упруго-электрической системы (скорости не ограничены).

Упругий элемент действует на датчик, который даёт сигнал на прибор через усилитель.

Рисунок 75

Формулы для определения составляющих сил резания:

, x>y

где C – постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки;

z,y,x – показатели, характеризующие степени влияния на силы резания.

В процессе резания возникают вибрации, которые приводят к изменению положения резца по отношению к заготовке и снижается стойкость режущего инструмента. Причины возникновения вибраций:

· Недостаточно жёсткая система СПИД;

· Неуравновешенность деталей узлов станка (при этом «бьют» шестерни, муфты, шкивы);

· Неравномерный припуск на обработку. Это выражается в биении заготовки.

Меры:

увеличить жёсткость системы СПИД, для этого применяют либо люнеты, либо виброгасители, представленные на рисунках 76, 77.

Рисунок 76 – Люнеты

Рисунок 77

Способы завивания и дробления стружки при токарной обработке

Для завивания стружки используется резец с канавкой на передней поверхности.

Рисунок 78

На станках-автоматах ломают стружку с помощью уступов, представляющих собой порожки. Уступы бывают неподвижные и регулируемые.

Неподвижные применяются при массовом производстве.

Уступ устанавливается за пределами площадки контакта, так как возникают дополнительные силы деформации и резания.

Рисунок 79

Кинематический способ – изменение толщины срезаемого слоя в процессе резания путём прерывистой подачи или наложения колебаний.

Рисунок 80 - Возможные Рисунок 81- Изменение

направления колебаний резца толщины срезаемого слоя

Назначение параметров режима резания при токарной обработке

Исходные данные:

1. рабочий чертёж детали;

2. рабочий чертёж заготовки;

3. механические свойства обрабатываемого материала;

4. паспортные данные станка, а именно

- мощность,

- наибольший крутящий момент, допускаемый станком,

- максимальное усилие подачи P_x_max,

- ряд чисел оборотов шпинделя,

- К.П.Д. станка,

- размеры посадочных мест инструмента.

Требуется назначить оптимальный режим резания.

I. Выбирают характеристику режущего инструмента

1. Геометрические параметры в зависимости от материала, от вида обработки, от жёсткости системы СПИД.

2. Материал режущего инструмента в зависимости от свойств обрабатываемого материала, от характера заготовки, состояния поверхностного слоя, от наличия корки, окалины.

3. Размер инструмента в зависимости от формы и от размеров посадочных мест на станке.

II. Назначают режимы резания

1. Устанавливают глубину резания t в зависимости от величины припуска, от обработки, от жёсткости системы СПИД.

Если припуск равен 1…3 мм, то t равна припуску, но если припуск больше, т.е. 4…6 мм, то припуск делится на 2 прохода, где снимается в предварительном проходе ¾ или 2/3 всего припуска, и окончательный, где снимается остальной припуск.

2. Подача s.

Выбирается в зависимости от требуемой шероховатости и мощности привода подач.

Выбранную подачу сравнивают с подачей на станке и берут ближайшую меньшую.

III. Критерий затупления

Выбирается в зависимости от:

· Вида обработки

· требуемой точности заготовки;

· заданной шероховатости;

· материала режущего инструмента.

IV. Период стойкости инструмента T

Выбирается в зависимости от:

· вида обработки;

· материала инструмента;

· качества обрабатываемой поверхности;

· допустимого износа;

· типа производства.

V. Вычисляется скорость резания V, допустимая режущим инструментом

VI. Рассчитать частоту вращения шпинделя станка

VII. Подобрать по станку ближайшее значение n_ст. (берут ближайшее большее, если не отличается от n_р больше, чем на 5%)

VIII. Вычисляется фактическая скорость резания

IX. Рассчитать P_z

X. Рассчитывается осевая составляющая P_x

XI. Рассчитывается подача по прочности сечения резца

XII. Проверяется подача по жёсткости сечения резца [4], стр.110

XIII. Проверяется подача по жёсткости обрабатываемой детали в связи со способом её крепления, [6], стр.384-388.

XIV. Проверяется подача по прочности пластинки твёрдого сплава, [6], стр.383

XV. Проверяется скорость резания по мощности привода главного движения

P_z – в Н.

XVI. Рассчитывается машинное время

где i – число проходов,

n – частота вращения.

Рисунок 82 – Элементы пути резца

Стойкость инструмента:

m>y>x

Необходимо брать t_max, так как она наименьшим образом влияет на температуру, а значит и на стойкость инструмента.

Таким образом, схему последовательности назначения параметров режима резания можно кратко представить так:

Глубина резания (t) – величина срезаемого слоя за один проход, измеренная в направлении 1 – обработанной поверхности.

Скорость резания (V) – величина перемещения точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу времени в процессе осуществления движения резца.

Подача (S) – величина перемещения режущей кромки относительно обработанной поверхности в единицу времени в направлении движения подачи.

Подача S бывает двух видов – в мм/мин. («минутная подача») и в мм/об. (просто «подача») Взаимосвязь между ними отражается зависимостью:

где n – частота вращения;

S_z – подача на зуб.

Средние значения скорости резания V для наружного точения, м/мин

Материал резца	Обрабатываемый материал	Вид обработки
Материал резца	Обрабатываемый материал	черновая	чистовая
Быстрорежущая сталь Р9, Р12, Р18	Сталь	20-30	35-45
Твёрдый сплав ВК8	Чугун	60-70	80-100
Твёрдый сплав Т15К6	Сталь	100-140	150-200

Строгание

Строганием обрабатываются плоские и фасонные поверхности, оно выполняется обычными резцами на строгальных станках.

Продольно-строгальные станки служат для обработки длинных поверхностей. Заготовка устанавливается на столе. Резцы устанавливают на суппорт станка, имеющего движение подачи заготовки перпендикулярно столу.

В поперечно-строгальных станках (рис. 83) главным движением является движение инструмента, закреплённого на ползуне. Заготовка устанавливается на столе, имеющем движение подачи в поперечном и вертикальном направлении. Применяется для обработки коротких поверхностей.

Точность обработки строганием – 7-13 квалитеты, шероховатость –

R_z 80…40.

Элементы режима резания

Рисунок 84

Если бы резец был прямой, то он портил бы обработанную поверхность, врезаясь глубже под нагрузкой.

S, мм/дв.х.

t – минимальное расстояние от обрабатываемой до обработанной поверхности.

5.2.2 Физические параметры срезаемого слоя

a – толщина срезаемого слоя – минимальное расстояние между двумя положениями режущей кромки, когда резец переместится на величину подачи.

b – ширина срезаемого слоя:

Площадь срезаемого слоя:

Особенности процесса строгания

1. Прерывистость процесса резания. Резцы делают изогнутыми.

2. Резец работает с ударом.

Преимущество: при обратном ходе происходит охлаждение инструмента.

Силы резания измеряются и рассчитывается аналогично операции точения.

Назначение режимов резания

1. По аналогии с точением выбирается глубина точения t.

2. Назначается подача.

3. Рассчитывается скорость резания.

4. Число двойных ходов

m – отношение скорости рабочего хода к скорости холостого хода.

5. Фактическая скорость резания определяется:

, м/мин.

6. Рассчитывается машинное время

где B – ширина заготовки,

y₁ – величина врезания,

y₂ – величина перебега.

, кВт.

Все остальные параметры вычисляются так же, как и при точении.

Долбление

Рисунок 85

Долбление служит для обработки как наружных, так и внутренних поверхностей заготовок различной конфигурации.

Процесс резания прерывистый, имеет те же особенности, режимы резания рассматриваются аналогично.

При обработке долблением достигаются 7-13 квалитеты точности, шероховатость R_z 80…40 мкм.

Сверление

Рисунок 86

Применяется для обработки отверстий как в сплошном материале, так и имеющих предварительные отверстия. Главное движение имеет шпиндель станка.

, м/мин,

, мм/об,

t всегда перпендикулярно подаче.

При обработке сверлением достижимы 11-12 квалитеты, R_a5…10 мкм.

Физические размеры сечения срезаемого слоя

Рисунок 87 – Сечение срезаемого слоя при сверлении и рассверливании

Конструкция сверла

Рисунок 88

Координатные плоскости и углы сверла

Основная плоскость – плоскость, проходящая через ось и рассматриваемую точку режущей кромки.

Плоскость резания – касательная к поверхности резания, проходящая через главное лезвие.

Передний угол g всегда рассматривается в нормальной секущей плоскости N-N.

Задний угол a рассматривается в плоскости, параллельной оси сверла.

Рисунок 89

Y – это угол между проекциями перемычки и главным лезвием на плоскость, перпендикулярную оси сверла.

Толщина сердцевины к хвостовику увеличивается, так как крутящий момент увеличивается.

Изменение геометрии сверла в кинематике

Рисунок 90

Изменение геометрии происходит потому, что чем ближе к центру от периферии, тем меньше скорость, тем больше угол m, так как подача имеет постоянную величину.

Угол g_з – уменьшается к центру, угол a_з – увеличивается.

Заточка сверла

Рисунок 91

Заточка нужна для увеличения угла a, для уменьшения сил действия на сверло. Кроме того, она увеличивает обратную конусность сверла для уменьшения защемления сверла в отверстии.

Способы уменьшения защемления сверла: делаются ступеньки на ленточке с целью увеличения f` и для сохранения диаметра отверстия после заточки.

Рисунок 92

Асимметричная заточка сверла служит для уменьшения защемления сверла в отверстии.

Рисунок 93

Данный способ нужно применять только для грубой обработки. Такой способ резко снижает защемление сверла. При сверлении очень затруднён выход стружки по спиральным канавкам. Чтобы избежать этого, на задней или передней поверхности сверла делаются стружкоразделительные канавки.

Рисунок 94

Особенности процесса сверления

1. Наличие поперечной режущей кромки, которая имеет большее отрицательное значение переднего угла, что затрудняет процесс резания.

2. Различная геометрия вдоль главного лезвия (от периферии к центру a увеличивается, а g уменьшается) – это причина различного коэффициента усадки стружки вдоль главного лезвия.

3. Вспомогательный задний угол на ленточке a₁=0, что способствует защемлению сверла.

4. Угол f₁ близок к 0, что также способствует защемлению сверла в отверстии.

5. Диаметр отверстия ограничен, следовательно, затруднён отвод тепла из зоны резания, отвод стружки, подвод СОЖ, недостаточна жёсткость и прочность сверла.

5.5 Зенкерование

Рисунок 95

Рисунок 96 – Элементы срезаемого слоя при зенкеровании

Цельные зенкеры делаются от 10 до 32 мм, насадные – от 25 до 80 мм.

2f=60…120⁰, w=10…30⁰, f₁=0,5-1⁰, g=10…18⁰, a=6…15⁰.

Зенкерованием можно достичь 8-9 квалитета точности, R_a 3,2…6,4 мкм.

а – конструкция зенкера, б – четырехперый цельный быстрорежущий зенкер, в – твердосплавный, г – насадной быстрорежущий, д – насадной твердосплавный, е – насадной со вставными ножами

Рисунок 97 – Виды зенкеров

Развёртывание отверстий

Рисунок 98 – Схема резания и размеры срезаемого слоя при развёртывании

Развёртывание применяется для окончательной обработки и отличается малым припуском – от 0,05 до 0,5 мм на сторону. Проводится на сверлильных и токарных станках. Развёртка – многозубый инструмент. Точность обработки – 5-7 квалитет (экономический – 6-8 квалитеты), шероховатость R_a 0,5…1,6 мкм.

Рисунок 99 – Конструкция развёртки

1 – направляющий конус;

2 – заборная часть;

3 – калибрующая часть;

4 – обратный конус;

5 – рабочая часть;

6 – шейка;

7 – хвостовик;

2ψ – угол конуса заборной части.

γ = 0…10⁰,

α = 6…15⁰,

ϕ =0,5…1,5⁰.

Для машинных развёрток ϕ=15⁰ для сталей,ϕ=5⁰ для чугуна, ϕ=30-45⁰ для твёрдосплавного инструмента.

Особенности процесса зенкерования и развёртывания

1. Отсутствие перемычки (меньше осевые силы, больше количество зубьев, перьев). Общая длина режущих кромок больше, следовательно выше производительность обработки.

2. Легче отвод стружки. Жёсткость и прочность значительно больше.

3. Улучшены условия теплоотвода.

Элементы режима резания

· Скорость резания

· Осевая подача – величина перемещения зенкера или развёртки за один оборот.

где n – частота вращения шпинделя, об/мин;

S_M – минутная подача.

· Глубина резания

- общая площадь снимаемого слоя.

5.6.3 Силы резания и крутящий момент при зенкеровании и развёртывании

1. Тангенциальная составляющая противодействует вращению инструмента.

2. Радиальная составляющая отсутствует, поскольку эти составляющие друг друга уравновешивают.

3. Осевая сила равна сумме всех сил, действующих на зубья. Она противодействует направлению подачи.

Развёртки изнашиваются аналогично свёрлам. Для развёрток берётся технологический критерий износа.

Фрезерование

Фреза – многозубый инструмент. Фрезы имеют самые разнообразные формы и размеры (цилиндрические, конические, угловые, дисковые и т.д.).

Точность обработки – 8-10 квалитеты, шероховатость Ra 1,6…6,4 мкм.

Основные типы фрез

1. Цилиндрическая

где m – коэффициент пропорциональности, , для мелкозубых фрез .

где ω=25-35⁰;

t_T – торцовый шаг;

t_o – осевой шаг.

γ=5-25⁰ в нормальной секущей плоскости,

α в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, α=15-20⁰.

2. Торцевая

α=12-15⁰,

λ=5-15⁰ для стали, λ=0-5⁰ для чугуна.

Рисунок 100

Фреза – многозубый инструмент, каждый зуб которого – это резец. Все определения для конструкции режущей части и геометрии те же. Производительность процесса фрезерования по сравнению со строганием выше по причине большего количества зубьев и отсутствия возвратно-поступательного движения (скорость резания выше).

Встречное и попутное фрезерование

Рисунок 101

При встречном фрезеровании направление подачи заготовки не совпадает с главным движением. При попутном – совпадает. Преимущества встречного фрезерования:

- при наличии твердой корки на заготовке зуб фрезы подрезает ее снизу, а не ударяется и не выкрашивается;

- не наблюдается подхватывания заготовки силами резания, при котором резко увеличивается S_z на величину зазора в паре винт-гайка цепи подач, поэтому можно работать даже на изношенном станке.

Недостатки:

- зуб фрезы не сразу врезается, а проскальзывает (а=0) поэтому наклепывает поверхность резания и сам изнашивается;

- стружка остается на передней поверхности и при врезании выкрашивает зуб фрезы.

При попутном фрезеровании все наоборот, поэтому на новом станке лучше применять метод попутного фрезерования, так как качество обработки выше.

Протягивание

Протягиваются поверхности различной конфигурации, как внутренние, так и наружные.

Скорость резания при протягивании – 2-15 м/мин.

Точность обработки 6-9 квалитеты, шероховатость Ra 0,63…2,5 мкм.

Конструкция протяжки

Если длина протяжки не превышает 15 диаметров и протяжка работает на сжатие, то она называется прошивкой.

Рисунок 102

Рисунок 103

1 – хвостовик;

2 – шейка;

3 – направляющая часть;

4 – режущая часть;

5 – калибрующая часть;

6 – задний конец протяжки.

Рабочая часть протяжки изготавливается из сталей Р9, Р18, Р9Ф5, ХВГ (наименьшая способность деформироваться).

Геометрические параметры

Рисунок 104

Элементы режима резания

V_p – вдоль оси протяжки,

S_z – подача на зуб, разность высоты соседних зубьев режущей части,

a – равняется подаче на зуб S_z,

b - зависит от формы и конструкции протяжки, которая определяется обрабатываемой поверхностью,

На калибрующей части подъёма нет для улучшения класса шероховатости.

α=2…4⁰ на режущей части протяжки, α=1…2⁰ на калибрующей части.

Схемы протягивания

1. Профильная.

Рисунок 105

Получается наилучшее качество и точность обработки. Применяется редко из-за сложности изготовления зубьев протяжки.

2. Генераторная.

Рисунок 106

Точность и класс шероховатости ниже. Метод применяется широко, когда нет высоких требований к детали.

3. Прогрессивная (групповая).

Осуществляется по генераторной или профильной схеме.

Припуск между одинаковыми по высоте зубьями в группе разделяется по ширине. Снижаются силы резания, увеличивается стойкость.

Рисунок 107

Износ и стойкость протяжек

Износ по передней поверхности незначителен. Преимущественно изнашивается задняя поверхность протяжек. Для протяжки назначают технологический критерий изнашивания, так как протяжка является размерным инструментом. Величина изнашивания – до 0,2-0,3 мм, затем протяжка перетачивается. Температура резания является основным фактором, влияющим на изнашивание, так как при холостом ходе протяжка полностью охлаждается и скорости резания низкие. Очень мала толщина срезаемого слоя. Это основной фактор изнашивания.

S_z=0,02-0,2 мкм.

Рисунок 108

Процесс резания возможен при a>ρ.

Стойкость от 120 до 600 мин.

ρ – радиус округления режущей кромки.

Протяжка применяется только в крупносерийном и массовом производстве и как исключение в ремонтных цехах.

Силы резания при протягивании

Рисунок 109

На зуб протяжки действуют 2 составляющие P_z и P_y.

Тяговое усилие:

где L – длина протяжки:

;

K – отношение скорости холостого хода к рабочему;

g – количество одновременно протягиваемых деталей в блоке (например, кольца, шайбы).

Нарезание резьбы

Способы нарезания резьб:

1. лезвийными инструментами;

2. путём пластического деформирования металла (накатывание);

3. абразивными инструментами (резьбошлифование).

5.9.1 Нарезание резьб резцами

Производится на токарно-винторезных станках (достигается 5-6 степень точности).

Рисунок 110

За один оборот заготовки суппорт должен перемещаться на величину шага (хода) нарезаемой резьбы.

Ход многозаходной резьбы:

где К` - количество заходов;

P – шаг резьбы.

Крупные резьбы нарезают не за один проход, а за несколько.

Обе режущие кромки у резца будут главными (рис. 110-б). Вершина работает в тяжёлых условиях.

С целью уменьшения нагрузки на вершину резца осуществляется подача на врезание под углом, т.е. вдоль режущей кромки. В таких условиях левая кромка является главной, правая – вспомогательной (рис. 110-в).

Разбивка подачи на врезание при многопроходном нарезании резьбы осуществляется:

1. По равным площадям среза в каждом проходе.

2. По равным силам (с помощью динамометра).

3. По равным температурам резания.

Изменение геометрии резьбового резца в кинематике

Рисунок 111

α_л.п. – левого профиля,

α_п.п. – правого профиля,

μ – угол наклона нитки резьбы,

P – шаг резьбы.

5.9.3 Уравнивание кинематических задних углов на режущих кромках резьбового резца

Рисунок 112

Резьбовые гребёнки- многониточные резцы

С целью увеличения производительности применяют многозубые (многониточные) резцы (гребёнки) (рис. 113).

Рисунок 113

Резьбовые фрезы

Недостатки:

- огранка, класс шероховатости и точность ниже, но производительность выше, поэтому применяют в массовом производстве.

С целью дальнейшего увеличения производительности труда применяют многониточные фрезы. Но длина фрезы должна быть больше длины нарезаемой резьбы заготовки. Применяются в массовом производстве.

Рисунок 114 – Схема работы гребёнчатой резьбовой фрезы при нарезании внутренней резьбы

Вихревое нарезание резьбы

Рисунок 115 – Схема нарезания резьбы вращающимися резцами

Нарезание резьбы метчиками

Метчики служат для нарезания внутренних резьб.

Рисунок 116 – Метчики

5.9.8 Нарезание резьбы плашками

Плашки служат для нарезания наружных резьб.

Рисунок 117 – Геометрия плашки

Нарезание зубчатых колёс лезвийными инструментами

1. Методом копирования

2. Методом обката

По методу копирования:

- дисковые модульные фрезы (9-10 степень точности);

- пальцевые модульные фрезы (9-10 степень точности);

- зубодолбёжные головки (7-8 степень точности).

Рисунок 118

Недостаток: профиль зуба фрезы соответствует профилю впадины колеса (копия) того же модуля.

Зуборезные фрезы обычно поставляются в комплектах. Например, комплект из 8 фрез с одинаковым модулем имеет следующие числа зубьев:

- одна фреза №1 – z=16…18,

- вторая фреза №2 – z=19…22,

- третья фреза №3 – z=23…27 и т.д.

Иногда в комплекте бывает 28 фрез – для обработки особо точных колёс.

Преимущество: не надо специальных зуборезных станков, достаточно иметь универсально-фрезерный станок и делительную головку.

Пальцевые модульные фрезы используют для обработки шевронных колёс. Недостаток: низкая производительность.

Зубодолбёжные головки.

Резцы совершают главное возвратно-поступательное движение и в конце каждого холостого хода подаются на величину радиальной подачи до тех пор, пока не врежутся на полную глубину впадины нарезаемого колеса.

Производительность очень высокая, поэтому применяются в массовом производстве.

Метод обкатки

Реализуется с помощью зуборезных гребёнок, долбяков, парных резцов, червячных фрез.

Рисунок 119

Нарезание зубьев производится с помощью зуборезных гребёнок.

Самая высокая точность, так как просто изготовить рейку с прямолинейным профилем. Но производительность невысока.

Рисунок 120 – Схема зубодолбления

Зубодолбление с помощью долбяка применяется для увеличения производительности.

Рисунок 121

Долбяк представляет собой зубчатое колесо, изготовленное в виде режущего инструмента. В процессе обкатки после полного врезания на глубину впадины включается радиальная подача a. Процесс заканчивается, когда заготовка сделает 1 полный оборот после врезания долбяка.

Червячные фрезы:

Класс AAA – дают 5-6 степень точности,

класс АА – дают 7 степень точности,

класс А – даёт 8 степень точности.

Классы B, C, D – дают соответственно 9, 10 и 11 степени точности.

то есть за один оборот фрезы заготовка поворачивается на K зубьев.

S_в - в мм/об.заг.

Рисунок 122

Зубошлифование даёт 4-7 степень точности.

Зубострогание осуществляется парными резцами типа «Глиссон». Применяется для нарезания конических колёс на специальных зубострогальных станках. Главная режущая кромка – прямолинейная.

Рисунок 123

Шевингование – отделочная обработка зубчатых колёс.

Рисунок 124 – Зуб шевера

Абразивная обработка

Абразивный инструмент

Состав шлифовального круга: абразивный материал (зёрна) и связка.

Материалы абразивных зёрен:

- естественные или природные (алмазы, кварц, корунд, наждак, кремний, гранит);

- искусственные (электрокорунд, монокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, кубанит).

Алмаз

Из тонны руды получается 0,1-0,2 грамма природного чистого алмаза.

Корунд - минеральный состав из кристаллической окиси алюминия с примесями.

Электрокорунд

Бывает:

а) нормальный (содержит 87-97% Al₂O₃);

б) электрокорунд белый (ЭБ) – содержит 98-99% Al₂O₃;

в) электрокорунд хромистый (ЭХ) – содержит 97% Al₂O₃, 0,4-1,2% окиси хрома;

г) электрокорунд титанистый (ЭТ).

Карбид кремния (карборунд) – химическое соединение кремния с углеродом.

Получают в электрических печах. Имеет 2 разновидности:

а) кремний зелёный (КЗ), 3 марки: 62С, 63С, 64С. Содержит 97% карбида кремния, очень твёрдый и имеет повышенные режущие свойства.

б) кремний чёрный (КЧ), марки: 52С, 53С, 54С, 55С (по новому обозначению). Содержит 95% карбида кремния.

Карбид бора – химическое соединение бора с углеродом. Он обладает очень высокой твёрдостью, которая приближается к твёрдости алмазов.

Синтетические алмазы ГОСТ 9206-70.

АСO – марка искусственного алмаза.

АСР – σ_сж.=0,7-0,26 кг/мм², диаметр зерна 250-50 мкм.

АСВ – σ_сж.=1,3-0,4 кг/мм², диаметр зерна 315-60 мкм.

АСК – σ_сж.=2,7-0,9 кг/мм², диаметр зерна 400-80 мкм.

Кубический нитрид бора

2 марки:

1. Кубонит

- КО – шлифпорошки,

- КМ – микропорошки.

2. Эльбор.

Материал	Старое обозначение	Новое обозначение	Разновидность
Электрокорунд
1.нормальный	Э	1А	12А-16А
2. белый	ЭБ	2А	22А-25А
3. хромистый	ЭХ	3А	32А-34А
4. титанистый	ЭТ	3А	37А
Монокорунд	М	4А	43А-45А
Карбид кремния
1. чёрный	КЧ	5С	53С-55С
2. зелёный	КЗ	6С	60С-64С
Корунд природный	ε	9ε	-
Алмаз естественный	А	А	А, АМ, АN
Алмаз синтетический	АС	АС	АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, АСМ, АСN
Кубический нитрид бора	Л	Л	ЛО, ЛП

Связка шлифовальных кругов:

- органическая (вулканитовая, бакелитовая)

- неорганическая (керамическая, магнезиальная, силикатная).

Вулканитовая – состоит из каучука и серы (примерно 30% S). Она обладает высокой пластичностью, эластичностью, но очень боится влаги, особенно щёлочи.

Бакелитовая – состоит из искусственной смолы, которая готовится из карболовой кислоты и формалина. Круги имеют достаточную прочность и эластичность, допускают высокую окружную скорость.

Керамическая – получила самое широкое распространение. Её изготавливают из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца с добавкой талька, мела и жидкого стекла. Она не боится влаги, но боится ударов, изгибающих моментов и т.д.

Характеристики шлифовальных кругов

1 Зернистость

Определяется размерами зёрен по ГОСТ 3647-71. Они подразделяются на 28 номеров зернистости. Номер зернистости соответствует размеру зерна в мкм.

200-16 номера – «шлифовальные зёрна»,

12-3 номера – «шлифовальные порошки»,

М63-М14 – микропорошки,

М10-М5 – «тонкие микропорошки».

Чем больше поверхность контакта круга с обрабатываемой деталью, тем крупнее порошок.

2 Твёрдость шлифовального круга

Она характеризуется твёрдостью «связки».

Твёрдость абразивного инструмента – это способность связки удерживать зёрна от выкрашивания.

Слишком твёрдые шлифовальные круги быстро засаливаются. Подразделяются:

М – мягкие: М1, М2, М3;

СМ – средней мягкости: СМ1-СМ2;

С – редкие: С1, С2;

СТ – средне-твёрдые: СТ1-СТ3;

Т – твёрдые: Т1, Т2;

ВТ – весьма твёрдые: ВТ1, ВТ2;

ЧТ – чрезвычайно твёрдые: ЧТ1, ЧТ2.

С увеличением твёрдости обрабатываемого материала твёрдость круга уменьшается.

3 Структура шлифовальных кругов

Она характеризуется количественным состоянием в круге между зёрнами, связкой и порами.

Рисунок 125

Существует 12 номеров структуры:

0-3 (плотные),

4-6 (средней плотности),

7-12 (открытые).

С увеличением номера зернистости уменьшается склонность абразивного инструмента к ожогам и засаливаемости. Для увеличения производительности необходимо брать открытые структуры.

Маркировка шлифовальных кругов

На торце шлифовального круга краской наносятся условные обозначения круга.

Содержание маркировки:

1. завод-изготовитель;

2. типоразмер;

3. марка абразивного материала;

4. номер зернистости;

5. степень твёрдости;

6. вид связки;

7. рабочая окружная скорость (для кругов с диаметром 150 мм);

8. размеры круга;

9. класс дисбаланса;

10. номер маршрутного листа.

Круги для скоростного шлифования, то есть для V=50 м/с, должны иметь на торце красную полоску. Две полоски – для V=60м/с.

Последовательность:

- марка абразивного материала;

- номер зернистости;

- степень твёрдости;

- номер структуры;

- вид связки;

Пример маркировки:

КАЗ24А40С25К1

35 м/с 250x20x127 (DxHxd)

2 кл. 142

КАЗ – Касулинский абразивный завод,

24А – электрокорундовый белый,

40 – номер зернистости,

С2 – твёрдость (средняя),

5 – номер структуры,

К1 – вид связки (керамическая).

44А40С25К5

Пример обозначения алмазного круга:

ТЗАИ АСР100/80 100 Б156 2317 1973

ТЗАИ – Томилинский завод абразивного инструмента,

АСР100 – марка, 80 – зернистость,

100 – концентрация алмаза,

Б156 – бакелитовая связка,

2317 – номер круга,

1973 – год изготовления.

Пример обозначения эльборового круга:

ИЛО 12С2 100 7К 1215 1974

ИЛО – Ленинград,

12С2 – марка эльборового порошка,

100 – размер зерна,

7К – номер керамической структурной связки,

1215 – номер круга,

1974 – год изготовления.

Шлифование

Считается окончательной обработкой материалов. Однако эта операция имеет более широкое применение. Она применяется для обдирки, зачистки. Она довольно производительная.

Станки:

· круглошлифовальные (для наружных и внутренних поверхностей),

· плоскошлифовальные,

· бесцентровошлифовальные (для наружных и внутренних поверхностей),

· резьбошлифовальные, зубошлифовальные, хонинговальные – для отделочной обработки деталей.

Режущий инструмент – шкурки, шлифовальные круги, паста. Шлифовальный круг состоит из зёрен и связки, между которыми есть поры.

Виды шлифования

I. Наружное шлифование

1 Круглое (на круглошлифовальных станках)

V=20-80м/с, очень высокая; V_з – м/мин .

Рисунок 126

2 Глубинный способ

Рисунок 127

Более производителен, нежели предыдущий. Применяется для грубой обработки.

3 Плоское шлифование

Рисунок 128

4 Бесцентровое шлифование

Рисунок 129

Наиболее производителен.

Нож прижимает заготовку к ведущему кругу. Контакт заготовки и ведущего круга – линейный. Ведущий круг наклонён. Этот способ легко автоматизировать.

Можно шлифовать длинные прутки. Качество обработки ниже, нельзя выправить огранку, нельзя устранить дефект при шлифовании трубы, если отверстия несоосны.

II. Внутреннее шлифование

Обработка внутреннего отверстия ещё более затруднена, так как контакт больше, ограничены размеры круга, жёсткость при внутреннем шлифовании. За один проход снимаются тысячные доли мм.

Рисунок 130

Особенности шлифования

Отличается от обработки лезвийным инструментом.

I Большое количество режущих лезвий (зёрен)

Они самой неопределённой формы и снимают стружку в виде запятой.

Рисунок 131

II Большие усилия отжима

Лезвие является прерывистым. Глубина мала, толщина срезаемого слоя тоже мала. Больше усадка стружки, велика удельная работа.

Между зёрнами нет места для стружки, и она приваривается к поверхности. Происходит засаливание круга, и шлифования нет.

Связку делают такой, что при увеличении нагрузки зёрна выламываются, и происходит самозатачивание круга. Чем больше твёрдость обрабатываемого материала, тем мягче круги надо брать, чтобы лучше происходил процесс самозаточки.

III Происходит сильный нагрев шлифования (резания), температура равна 1200-1500⁰С.

IV Обрабатываемый слой находится в большом напряжении. На обрабатываемой поверхности остаются вдавливаемые зёрна. Шлифованные поверхности поэтому быстро изнашиваются в сопрягаемых деталях.

V Применяется СОЖ, которая уменьшает процесс засаливания.

VI Нужна частая правка

Стойкость – от 5 до 40 мин. Основной расход круга идёт в процессе правки – 60-90%.

Изнашивание шлифовальных кругов

Изнашивание происходит в виде выкрашивания зёрен. Оно осуществляется силами резания. Это изнашивание полезно, если оно не слишком интенсивное.

Слишком мягкие круги интенсивно изнашиваются, слишком твёрдые – засаливаются и требуют частой правки алмазным карандашом.

Рисунок 132 – Схема внутреннего шлифования

Рисунок 133 – Схема внутреннего планетарного шлифования

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

2013-10-20T15:42:23Z

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Классификация движений в металлорежущих станках. Схемы обработки резанием

Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке и т. д.

Движения рабочих органов станков подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.

За главное движение принимают движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи – движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают V, величину подачи – S.

Движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки. На схеме условно изображают обрабатываемую заготовку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инструмента относительно заготовки, а также движения резания . Инструмент показывают в положении, соответствующем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют другим цветом или утолщенными линиями. На схемах обработки показывают характер движений резания и их технологическое назначение, используя условные обозначения. Существуют подачи: продольная S_пр, поперечная S_п, вертикальная S_в круговая S_кр, окружная S_о и др. В процессе резания на заготовке различают обрабатываемую поверхность 7, обработанную поверхность 8 и поверхность резания 2 .

Методы формообразования поверхностей деталей машин

Пространственную форму детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки конструктор стремится использовать простые геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные. Геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей.

Например, для образования круговой цилиндрической поверхности прямую линию (образующую) перемещают по окружности (направляющей). При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых согласованы между собой. Движения резания являются формообразующими.

Механическая обработка заготовок деталей машин реализует четыре метода формообразования поверхностей:

1) Образование поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей обрабатываемой поверхности детали. Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

2) Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точки заготовки Движения резания формообразующие.

3) Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1 служит режущая кромка инструмента, а направляющая линия 2 поверхности касательная к ряду геометрических вспомогательных линий – траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи.

4) Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря согласованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния l он делает один полный оборот относительно своей оси вращения .

Режим резания и геометрия срезаемого слоя

При назначении режимов резания определяют скорость резания, подачу и глубину резания.

Скоростью резания V называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/с. Если главное движение вращательное (точение), то скорость резания, м/мин:

V=p D_заг n / 1000,

где D_заг – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Если главное движение возвратно-поступательное, а скорости рабочего и холостого ходов различны, то скорость резания, м/мин:

V=L m (k+1) / 1000,

где L – расчетная длина хода инструмента, мм; m – число двойных ходов инструмента в минуту; k – коэффициент, показывающий отношение скоростей рабочего и холостого ходов.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот, либо за один ход заготовки или инструмента. Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность мм/об – для точения и сверления; мм/дв. ход – для строгания и шлифования.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. Глубину резания задают на каждый рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм.

При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обработки:

t=(D_заг–d)/2,

где d – диаметр обработанной поверхности заготовки, мм.

Форму срезаемого слоя материала рассмотрим на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке.

Резец срезает с заготовки материал площадью поперечного сечения f_ABCD, называемой номинальной площадью поперечного сечения срезаемого слоя f_н, мм². Для резцов с прямолинейной режущей кромкой f_н = f_ABCD = t ^. S, мм².

Форма и размеры номинального сечения срезаемого слоя .материала зависят от S_пр и t, углов j и j₁ и формы режущей кромки. В процессе резания участвуют одновременно два движения, поэтому траекторией движения вершины резца относительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встретится с этой образующей цилиндрической поверхности только в точке В. Следовательно, не вся площадь поперечного сечения материала f_ABCD будет срезана с заготовки, а только часть ее, и на обработанной поверхности останутся микронеровности. Остаточное сечение срезаемого слоя f_о= f_аве. Действительное сечение срезаемого слоя материала f_д = f_вCDе будет меньше номинального f_н на величину площади осевого сечения микронеровностей.

Шероховатость – один из показателей качества поверхности – оценивается высотой, формой, направлением неровностей и другими параметрами. На шероховатость влияют режим резания, геометрия инструмента, вибрации, физико-механические свойства материала заготовки.

Элементы токарного проходного резца. Определение углов резца

Токарный прямой проходной резец имеет головку – рабочую часть I и тело – стержень II, который служит для закрепления резца в резцедержателе. Головка резца образуется при заточке и имеет следующие элементы: переднюю поверхность 1, по которой сходит стружка; главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную заднюю поверхность 5, обращенную к обработанной поверхности заготовки; главную режущую кромку 3 и вспомогательную 6; вершину 4. Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям.

Для определения углов, под которыми расположены поверхности рабочей части инструмента относительно друг друга, вводят координатные плоскости. Основная плоскость (ОП) – плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. Плоскость резания (ПР) проходит через главную режущую кромку резца, касательно к поверхности резания. Главная секущая плоскость (N – N) – плоскость, перпендикулярная к проекции главной режущей кромки на основную плоскость. Вспомогательная секущая плоскость (N₁ – N₁) – плоскость, перпендикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

Перечисленные элементы имеют и другие режущие инструменты. Кроме этих элементов, инструменты могут иметь переходную (дополнительную) режущую кромку, располагающуюся между главной и вспомогательной режущими кромками. В этом случае рабочая часть инструмента имеет переходную заднюю поверхность.

Геометрия инструмента и ее влияние на процесс резания и качество обработанной поверхности

Углы токарного резца определяют положение элементов рабочей части относительно координатных плоскостей и друг друга. Эти углы называют углами резца в статике. Углы инструмента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработки.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые рассматривают, исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается главное движение резания.

Главный передний угол g измеряют в главной секущей плоскости между следом передней поверхности и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний угол g оказывает большое влияние на процесс резания. С увеличением угла g уменьшается деформация срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются сила резания и расход мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заготовки повышается. Чрезмерное увеличение угла g приводит к снижению прочности главной режущей кромки, увеличению износа вследствие выкрашивания, ухудшению условий теплоотвода от режущей кромки.

При обработке деталей из хрупких и твердых материалов для повышения стойкости резца следует назначать меньшие значения угла g, иногда даже отрицательные. При обработке деталей из мягких и вязких материалов передний угол увеличивают.

Главный задний угол a измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной задней поверхности. Наличие угла a уменьшает трение между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхности.

Вспомогательный задний угол a₁ измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Наличие угла a₁ уменьшает трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки.

Главный угол в плане j – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи – оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхности. С уменьшением угла j шероховатость обработанной поверхности снижается. Одновременно увеличивается активная рабочая длина главной режущей кромки. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьшением угла j возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки и вызывающая ее повышенную деформацию. С уменьшением угла j возможно возникновение вибраций в процессе резания, снижающих качество обработанной поверхности.

Вспомогательный угол в плане j₁ – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла j₁ шероховатость обработанной поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.

Угол наклона главной режущей кромки l измеряют в плоскости, проходящей через главную режущую кромку резца перпендикулярно к основной плоскости, между главной режущей кромкой и линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости. С увеличением угла l качество обработанной поверхности ухудшается.

Углы g, a, j и j₁ могут изменяться вследствие погрешности установки резца Если при обтачивании цилиндрической поверхности вершину резца установить выше линии центров, то угол g увеличится, а угол a уменьшится, а при установке вершины резца ниже линии центров станка – наоборот. Если ось резца будет неперпендикулярна к линии центров станка, то это вызовет изменение углов j и j₁.

В процессе резания углы g и a резца меняются. Это можно объяснить тем, что меняется положение плоскости резания в пространстве вследствие вращения заготовки и поступательного движения резца, так как фактической поверхностью резания, к которой касательна плоскость резания, будет винтовая поверхность. При работе с большими подачами, а также при нарезании резьбы изменение углов g и a будет существенным, что необходимо учитывать при изготовлении резцов. Углы g и a в процессе резания могут оказаться переменными, что имеет место при обработке сложных поверхностей типа кулачков, лопаток турбин и т. п.

Физическая сущность процесса резания

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений, например, деформированием срезаемого слоя металла. Упрощенно процесс резания можно представить следующей схемой. В начальный момент процесса резания, когда движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной к траектории движения резца, возникают нормальные напряжения s_у, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, – касательные напряжения t_x. В точке приложения действующей силы значение t_x наибольшее. По мере удаления от точки А t_x уменьшается. Нормальные напряжения s_у вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия. Срезаемый слой металла находится под действием давления резца, касательных и нормальных напряжений.

Сложное упругонапряженное состояние металла приводит к пластической деформации, а рост ее – к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования АВС, причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т. е. скалывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки.

Условно считают, что сдвиговые деформации происходят по плоскости ОО, которую называют плоскостью сдвига. Она располагается примерно под углом q = 30 ⁰ к направлению движения резца. Угол q называют углом сдвига. Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение ее в пространстве было установлено русскими учеными И. А. Тиме и К. А. Зворыкиным. Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны АВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне АВС расположены деформированные и разрушенные кристаллы, сильно измельченные и вытянутые в цепочки в одном, вполне определенном направлении, совпадающем в направлением плоскости О₁О₁, которая с плоскостью сдвига составляет угол b .

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии инструмента, режима резания, условий обработки. В процессе резания заготовок из пластичных металлов и сталей средней твердости превалирует пластическая деформация. У хрупких металлов пластическая деформация практически отсутствует. Поэтому при резании деталей из хрупких металлов угол b близок к нулю, а при резании деталей из пластичных металлов b доходит до 30 ⁰, что свидетельствует о сложном внутреннем процессе деформирования кристаллов и формировании новой структуры. Знание законов пластического деформирования и явлений, сопровождающих процесс резания, позволяет повысить качество обработанных поверхностей деталей машин и их надежность.

При резании металлов образуется стружка сливная, скалывания или надлома. Сливная стружка, появляющаяся при резании пластичных металлов, представляет собой сплошную ленту с гладкой прирезцовой стороной. На внешней стороне ее видны слабые пилообразные зазубрины. Стружка скалывания, образующаяся при резании металлов средней твердости, представляет собой ленту с гладкой прирезцовой стороной, на внешней стороне – ярко выраженные зазубрины. Стружка надлома образуется при резании хрупких металлов и состоит из отдельных, не связанных между собой элементов. Вид образующейся стружки зависит от физико-механических свойств металла обрабатываемой детали, режима резания, геометрии режущего инструмента, применяемых в процессе резания смазочно-охлаждающих веществ.

Стружка, образующаяся в процессе резания, подвергается значительному пластическому деформированию, одним из проявлений которого является ее усадка. Усадка стружки состоит в том, что длина стружки оказывается меньше длины обработанной поверхности, а толщина – больше толщины срезанного слоя металла. Ширина стружки практически остается без изменений. Усадка стружки характеризуется коэффициентом усадки K. Чем пластичнее металл заготовки, тем больше величина коэффициента K усадки стружки. Величина усадки стружки зависит от физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима и условий резания, геометрии инструмента.

Силы резания

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы Р, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания V.

Работа, затрачиваемая на деформацию и разрушение материала заготовки (P×V), расходуется на упругое и пластическое деформирование металла, его разрушение, преодоление сил трения задних поверхностей инструмента о заготовку и стружки о переднюю поверхность инструмента.

В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент. Это силы упругого (Р_у1 и Р_у2) и пластического (.Р_п1 и Р_п2) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям резца .

Наличие нормальных сил обусловливает возникновение сил трения (T₁ и Т₂), направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Указанную систему сил приводят к равнодействующей силе резания:

Считают, что точка приложения силы R находится на рабочей части главной режущей кромки инструмента. Абсолютная величина, точка приложения и направление равнодействующей силы резания R в процессе обработки переменны. Это можно объяснить неоднородностью структуры металла заготовки, переменной поверхностной твердостью материала заготовки, непостоянством срезаемого слоя металла (наличие штамповочных и литейных уклонов и др.), изменением углов g и a в процессе резания. Для расчетов используют не равнодействующую силу резания, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям – координатным осям металлорежущего станка. Для токарно-винторезного станка: ось X – линия центров станка, ось Y – горизонтальная линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось Z – линия, перпендикулярная к плоскости XOY (рис. 1.7.1, б).

Вертикальная составляющая силы резания R действует в плоскости резания в направлении главного движения (по оси Z). По силе Р_z, определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости XOZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. Радиальная составляющая силы резания Р_y действует в плоскости XOY перпендикулярно к оси заготовки. По силе Р_y определяют величину упругого отжатия резца от заготовки и величину деформации изгиба заготовки в плоскости XOY. Осевая составляющая силы резания Р_x действует в плоскости XOY, вдоль оси заготовки. По силе Р_x рассчитывают механизм подачи станка, изгибающий момент, действующий на стержень резца.

Наростообразование при резании металлов

При обработке пластичных металлов резанием на передней поверхности инструмента образуется слой металла, который называют наростом. Это сильно деформированный металл, структура которого отличается от структур обрабатываемого металла и стружки.

Образование нароста объясняется тем, что геометрическая форма инструмента не идеальна с точки зрения обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между передней поверхностью инструмента и частицами срезанного слоя металла становятся больше сил внутреннего сцепления, и при наличии определенных температурных условий металл прочно оседает на передней поверхности инструмента.

В процессе обработки резанием размеры и форма нароста непрерывно меняются в результате действия сил трения между отходящей стружкой и внешней поверхностью нароста. Частицы нароста постоянно уносятся стружкой, увлекаются обработанной поверхностью заготовки, иногда нарост целиком срывается с передней поверхности инструмента и тут же вновь появляется. Объясняется это тем, что нарост находится под действием силы трения Т, сил сжатия P₁, и P₂ и силы растяжения Q. С изменением размеров нароста меняется соотношение действующих сил. Когда сумма сил P₁, P₂ и Q становится больше силы трения Т, то происходят разрушение и срыв нароста. Частота срывов нароста зависит от скорости резания и может достигать нескольких сотен в секунду.

Нарост существенно влияет на процесс резания и качество обработанной поверхности заготовки, так как при его наличии меняются условия стружкообразования.

Положительное влияние нароста заключается в том, что при наличии его меняется форма передней поверхности инструмента, что приводит к увеличению переднего угла, следовательно, к уменьшению силы резания. Вследствие высокой твердости нарост способен резать металл. Нарост удаляет центр давления стружки от режущей кромки, в результате чего уменьшается износ режущего инструмента по передней поверхности. Нарост улучшает теплоотвод от режущего инструмента.

Отрицательное влияние нароста заключается в том, что он увеличивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, при работе детали с сопрягаемой деталью вызывают повышенный износ пары. Вследствие изменения наростом геометрии режущего инструмента меняются размеры обрабатываемой поверхности в поперечных (диаметральных) сечениях по длине заготовки и обработанная поверхность получается волнистой. Вследствие изменения переднего угла инструмента изменяется сила резания, что вызывает вибрацию узлов станка и инструмента, а это, в свою очередь, ухудшает качество обработанной поверхности.

Следовательно, при грубой черновой обработке, когда возникают большие силы резания, снимается толстый слой металла и выделяется значительное количество теплоты, нарост положителен и, наоборот, при чистовой окончательной обработке нарост отрицателен, так как снижает качество обработанной поверхности.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого металла, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов. Наиболее интенсивно нарост образуется при обработке пластичных металлов. Считают, что наибольшее наростообразование при обработке пластичных металлов происходит при скоростях резания 18 – 30 м/мин, а при скоростях резания до 12 м/мин и более 50 м/мин нарост на режущем инструменте не образуется.

Исследование процесса наростообразования позволяет дать рекомендации по борьбе с ним в условиях чистовой обработки. Это изменение геометрии режущего инструмента и скорости резания, применение смазочно-охлаждающих жидкостей, тщательная доводка передней поверхности инструмента для снижения коэффициента трения между ней и отходящей стружкой.

Упрочнение при обработке резанием

Результатом упругой и пластической деформации материала обрабатываемой заготовки является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя. При рассмотрении процесса стружкообразования считают инструмент острым. Однако инструмент всегда имеет радиус округления режущей кромки r, равный при обычных методах заточки примерно 0,02 мм. Такой инструмент срезает с заготовки стружку при условии, что глубина резания t больше радиуса r. Тогда в стружку переходит часть срезаемого слоя металла, лежащая выше линии CD. Слой металла, соизмеримый с радиусом r и лежащий между линиями АВ и СD упругопластически деформируется. При работе инструмента значение радиуса r быстро растет вследствие затупления режущей кромки, и расстояние между линиями АВ и СD увеличивается.

Упрочнение металла обработанной поверхности заготовки проявляется в повышении ее поверхностной твердости. Твердость металла обработанной поверхности после обработки резанием может увеличиться в ~2 раза. Значение твердости может колебаться, так как значение пластической деформации и глубина ее зависят от физико-механических свойств металла обрабатываемой заготовки, геометрии режущего инструмента и режима резания.

После перемещения резца относительно обработанной поверхности происходит упругое восстановление поверхностного деформированного слоя на величину h_у – упругое последействие. В результате образуется контактная площадка шириной Н между обработанной поверхностью и вспомогательной задней поверхностью резца. Со стороны обработанной поверхности возникают силы нормального давления N и трения F. Чем больше значение упругой деформации, тем больше сила трения. Для уменьшения сил трения у режущего инструмента делают задние углы (a и a₁), значения которых зависят от степени упругой деформации металла заготовки.

Упругопластическое деформирование металла приводит к возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений, растяжения или сжатия. Напряжения растяжения снижают сопротивление усталости металла заготовки, так как приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое, развитие которых ускоряется действием корродирующей среды. Напряжения сжатия, напротив, повышают сопротивление усталости деталей. Неравномерная релаксация остаточных напряжений искажает геометрическую форму обработанных поверхностей, снижает точность их взаимного расположения и размеров. Релаксация напряжений, продолжающаяся в процессе эксплуатации машин, снижает их качество и надежность.

Следовательно, окончательную обработку поверхностей заготовок следует вести такими методами и в таких условиях, чтобы остаточные напряжения отсутствовали или были минимальными. Целесообразно, чтобы в поверхностном слое возникали напряжения сжатия. Напряжения можно снизить, применяя, например, электрохимическую обработку. Для получения в поверхностном слое напряжений сжатия можно рекомендовать обработку тонким пластическим деформированием, например, обкатку поверхностей заготовок стальным закаленным роликом или шариком.

Условно поверхностный слой обработанной заготовки можно разделить на три зоны (рис. 1.9.1, б): I – зона разрушенной структуры с измельченными зернами, резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; ее следует обязательно удалять при каждой последующей обработке поверхности заготовки; II – зона наклепанного металла; III – основной металл. В зависимости от физико-механических свойств металла обрабатываемой заготовки и режима резания глубина наклепанного слоя составляет несколько миллиметров при черновой обработке и сотые и тысячные доли миллиметра при чистовой обработке. Пластичные металлы подвергаются большему упрочнению, чем твердые.

Наклеп обработанной поверхности можно рассматривать как полезное явление, если возникают остаточные напряжения сжатия. Однако наклеп, полученный при черновой обработке, отрицательно влияет на процесс резания при чистовой обработке, когда срезаются тонкие стружки. В этом случае инструмент работает по поверхности с повышенной твердостью, что приводит к его быстрому затуплению, шероховатость поверхности увеличивается.

Тепловые явления процесса резания

Процесс резания сопровождается образованием теплоты. Количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, Дж/мин:

Q=P_z×V,

где P_z – вертикальная составляющая силы резания, Н; V – скорость резания, м/мин.

Теплота образуется в результате упругопластического деформирования в зоне стружкообразования, трения стружки о переднюю поверхность инструмента, трения задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки.

Тепловой баланс процесса резания можно представить следующим тождеством:

Q = Q_д+Q_п.п+Q_з.п= Q_с+ Q_заг+ Q_и+ Q_л,

где Q_д – количество теплоты, выделяемой при упругопластической деформации обрабатываемого материала, Дж; Q_п.п– количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность инструмента, Дж; Q_з.п– количество теплоты, выделяемой при трении задних поверхностей инструмента о заготовку, Дж; Q_с – количество теплоты, отводимой стружкой, Дж; Q_заг – количество теплоты, отводимой заготовкой, Дж; Q_и – количество теплоты, отводимой режущим инструментом, Дж; Q_л – количество теплоты, отводимой в окружающую среду (теплота лучеиспускания), Дж.

В зависимости от технологического метода и условий обработки стружкой отводится 25 – 85 % всей выделившейся теплоты; заготовкой 10 – 50 %; инструментом 2 – 8 %. Количественное распределение теплоты главным образом зависит от скорости резания .

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800 – 1000 ⁰С) вызывает структурные превращения в металле, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю режущих свойств. Нагрев, инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при повышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему заготовки в процессе обработки, и после охлаждения обработанной заготовки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности . Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструмента и заготовки или количество теплоты, переходящей в них .

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку ведут в условиях применения смазочно-охлаждающих сред. В зависимости от технологического метода обработки, физико-механических свойств материалов обрабатываемой заготовки и режущего инструмента, а также режима резания применяют различные смазочно-охлаждающие среды.

Жидкости: водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, растворы мыл; минеральные, животные и растительные масла; минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфофрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине; масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).

Газы и газообразные вещества: газы СО₂, ССl₄, N₂; пары поверхностно-активных веществ; распыленные жидкости (туман) и пены.

Твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума; мыльные порошки.

Чаще всего при обработке резанием применяют смазочно-охлаждающие жидкости. Обладая смазывающими свойствами, жидкости снижают трение стружки о переднюю поверхность инструмента и задних поверхностей инструмента о заготовку. Одновременно снижается работа деформирования. Общее количество теплоты, выделяющейся при резании, уменьшается. Смазочно-охлаждающие среды отводят теплоту во внешнюю среду от мест ее образования, охлаждая режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность заготовки. Смазывающее действие сред препятствует образованию налипов металла на поверхностях инструмента, в результате чего снижается шероховатость обработанных поверхностей заготовки. Применение смазочно-охлаждающих сред приводит к тому, что эффективная мощность резания уменьшается на 10 – 15 %; стойкость режущего инструмента возрастает, обработанные поверхности заготовок имеют меньшую шероховатость и большую точность, чем при обработке без применения смазочно-охлаждающих сред.

При черновой и получистовой обработке, когда требуется сильное охлаждающее действие среды, применяют водные эмульсии. Количество эмульсии, используемой в процессе резания, зависит от технологического метода обработки и режима резания и колеблется от 5 до 150 л/мин. Увеличивать количество подаваемой жидкости рекомендуют при работе инструментов, армированных пластинками твердого сплава, что способствует их равномерному охлаждению и предохраняет от растрескивания. При чистовой обработке, когда требуется получить высокое качество обработанной поверхности, используют масла. Для активизации смазочных материалов к ним добавляют активные вещества – фосфор, серу, хлор. Под влиянием высоких температур и давлений эти вещества образуют с металлом контактирующих поверхностей соединения, снижающие трение – фосфиды, хлориды, сульфиды. При обработке заготовок из хрупких металлов, когда образуется стружка надлома, в качестве охлаждающей среды применяют сжатый воздух, углекислоту.

Смазочно-охлаждающие среды по-разному подаются в зону резания. Наиболее распространена подача жидкости в зону резания через узкое сопло на переднюю поверхность инструмента под давлением 0,05 – 0,2 МПа. Более эффективно высоконапорное охлаждение. В этом случае жидкость подают тонкой струёй под давлением 1,5 – 2 МПа со стороны задних поверхностей инструмента: Весьма эффективным является охлаждение распыленными жидкостями – туманом, который подают со стороны задних поверхностей инструмента. В тех случаях, когда охлаждение режущего инструмента затруднено, используют подвод жидкости непосредственно в зону резания через полый режущий инструмент.

Трение, износ и стойкость инструмента

Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между его главной задней поверхностью и поверхностью резания заготовки вызывает износ режущего инструмента. В условиях сухого и полусухого трения преобладает абразивное изнашивание инструмента (твердые микрокомпоненты стружки и заготовки скоблят и царапают трущиеся слои инструмента). Высокие температуры и контактные давления также вызывают другие виды изнашивания: окислительное – окисление поверхностных слоев инструмента, а затем быстрое разрушение поверхностных оксидных пленок; адгезионное – вырывания частиц материала инструмента стружкой или материалом заготовки вследствие их молекулярного сцепления; термическое – структурные превращения в материале инструмента при его нагревании.

Рассмотрим общий характер износа режущего инструмента на примере токарного резца . При износе резца на передней поверхности образуется лунка шириной b, а на главной задней поверхности – ленточка шириной h. У инструментов из разных материалов и при разных режимах резания преобладает износ передней или главной задней поверхности. При одновременном износе по этим поверхностям образуется перемычка f.

Износ резца по главной задней поверхности в процессе обработки изменяет глубину резания, так как уменьшается вылет резца на величину u=l – l_u (рис. 1.11.1, б). Значение износа резца пропорционально времени обработки, поэтому по мере роста значения и глубина резания t уменьшается. Обработанная поверхность получается конусообразной с наибольшим диаметром D_u и наименьшим D.

Количественное выражение допустимого значения износа называют критерием износа. За критерий износа принимают в большинстве случаев износ инструмента по главной задней поверхности h. Для токарных резцов из быстрорежущей стали допустимый износ h = 1,5 – 2 мм, для резцов с пластинками твердого сплава h = 0,8 – 1 мм; с минералокерамическими пластинками h = 0,5 – 0,8 мм. Допустимому износу инструмента соответствует определенная его стойкость.

Под стойкостью инструмента Т понимают суммарное время (мин) его работы между переточками на определенном режиме резания. Стойкость токарных резцов, режущая часть которых изготовлена из разных инструментальных материалов, составляет 30 – 90 мин. Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материала инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента и условий обработки. Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания.

Так как величина m мала, то стойкость резцов резко падает даже при незначительном повышении скорости резания. Поэтому обработку следует вести на расчетной скорости. Это условие легко выполнимо на станках с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. На станках со ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя обработку ведут на ближайшей меньшей к расчетной частоте вращения заготовки. В данном случае при небольшом уменьшении скорости резания стойкость инструмента будет больше принятой. Это уменьшит время на смену затупившегося инструмента, но, как правило, не снизит производительность.

Износ инструмента приводит не только к снижению точности размеров и геометрической формы обработанных поверхностей. Работа .затупившимся инструментом вызывает рост силы резания. Соответственно увеличиваются составляющие силы резания, что вызывает повышенную деформацию заготовки и инструмента и еще более снижает точность и изменяет форму обработанных поверхностей заготовок. Увеличиваются глубина наклепанного поверхностного слоя материала заготовки и силы трения между заготовкой и инструментом, что, в свою очередь, увеличивает теплообразование в процессе резания.

При обработке на настроенных станках износ инструмента приводит к рассеянию размеров обработанных поверхностей заготовок, что снижает качество сборки деталей в условиях взаимозаменяемости. Уменьшить влияние износа на точность обработки можно периодической подналадкой станка.

Влияние вибраций на качество обработки

При обработке заготовок на станках иногда возникают периодические колебательные движения (вибрации) элементов системы СПИД: станок – приспособление – инструмент – деталь. В этих условиях процесс резания теряет устойчивость.

Колебания инструмента снижают качество обработанной поверхности (шероховатость возрастает; появляется волнистость); усиливается динамический характер силы резания, а нагрузки на движущиеся детали станка возрастают в десятки раз особенно в условиях резонанса, когда частота собственных колебаний системы СПИД совпадает с частотой колебаний при обработке резанием. Стойкость инструмента, особенно с пластинками из твердых сплавов, при колебаниях резко падает. При наличии вибраций возникает шум, утомляюще действующий на людей.

При резании вынужденные колебания возникают под действием внешних периодических возмущающих сил вследствие прерывистости процесса резания, неуравновешенности вращающихся масс, погрешностей изготовления и сборки передач и ритмичности работы близко расположенных машин. Вынужденные колебания устраняют, уменьшая величину возмущающих сил и повышая жесткость станка.

Автоколебания (незатухающие самоподдерживающиеся) системы СПИД создаются силами, возникающими в процессе резания. Возмущающая сила создается и управляется процессом резания и после прекращения его исчезает. Причинами автоколебаний являются изменения сил резания, трение на рабочих поверхностях инструмента, площади поперечного сечения срезаемого слоя металла; образование наростов; упругие деформации заготовки и инструмента.

Автоколебания могут быть низкочастотными (f=50 – 500 Гц) и высокочастотными (f=800 – 6000 Гц). Первые вызывают на обработанной поверхности заготовки волнистость, вторые – мелкую рябь. Возникновение автоколебаний можно предупредить, изменяя режим резания и геометрию инструмента, правильно устанавливая заготовку и инструмент на станке, а также обрабатывая заготовки на больших скоростях резания.

Для уменьшения автоколебаний повышают жесткость технологической системы СПИД, главным образом станков и режущего инструмента; уменьшают массы колебательных систем, особенно массу обрабатываемой заготовки; применяют виброгасители. Для гашения автоколебаний используют динамические, упругие, гидравлические и другие вибросистемы.

Однако вибрации при обработке можно использовать так, чтобы они положительно влияли на процесс резания и качество обработанных поверхностей, в частности применять вибрационное резание труднообрабатываемых материалов. Сущность вибрационного резания состоит в том, что в процессе обработки создаются искусственные колебания инструмента с регулируемой частотой и заданной амплитудой в определенном направлении. Источниками искусственных колебаний служат механические вибраторы или высокочастотные генераторы. Частота колебаний 200 – 20000 Гц, амплитуда колебаний 0,02 – 0,002 мм. Выбор оптимальных амплитуд и частоты колебаний зависит от технологического метода обработки и режима резания. Колебания задают по направлению подачи или скорости резания.

Вибрационное резание по сравнению с обычным имеет следующие преимущества: обеспечивает устойчивое дробление стружки на отдельные элементы, снижает сопротивление металла деформированию и эффективную мощность резания. При вибрационном резании не образуются нарост на режущем инструменте и заусенцы на обработанной поверхности, однако в некоторых случаях стойкость инструмента несколько снижается.

Лезвийная обработка заготовок деталей машин резанием

2013-10-20T15:45:17Z

лезвийная обработка заготовок деталей машин резанием

Общая характеристика лезвийной механической обработки резанием

Обработка резанием – это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска в виде стружки.

Обработка резанием является универсальным методом размерной обработки. Метод позволяет обрабатывать поверхности деталей различной формы и размеров с высокой точностью из наиболее используемых конструкционных материалов. Он обладает малой энергоемкостью и высокой производительностью. Вследствие этого обработка резанием является основным, наиболее используемым в промышленности процессом размерной обработки деталей.

Резанием обрабатывают литые, кованые и полученные другими методами пластического деформирования заготовки, а также заготовки, полученные сваркой.

В зависимости от используемого типа инструмента способы механической обработки подразделяют на лезвийные и абразивные.

Отличительной особенностью лезвийных способов обработки является наличие у обрабатывающего инструмента острой режущей кромки (либо нескольких кромок) определенной геометрической формы.

Для абразивных способов обработки характерно наличие множества различным образом ориентированных режущих зерен абразивного инструмента, каждое из которых представляет собой микроклин.

Основными способами лезвийной обработки являются точение, сверление, фрезерование, строгание и протягивание. В основу классификации способов обработки заложен вид используемого инструмента и кинематика движений. Любой способ обработки включает два движения: главное – движение резания (обозначается V) – и вспомогательное –движение подачи (обозначается S). Главное движение обеспечивает съем металла, а вспомогательное – подачу в зону обработки следующего необработанного участка заготовки. Эти движения осуществляются за счет перемещения заготовки или инструмента.

В зависимости от точности размеров и шероховатости получаемой поверхности различают черновую и чистовую обработку резанием. Чистовая обработка характеризуется большей точностью размеров и меньшей шероховатостью поверхности по сравнению с черновой.

Любой лезвийный инструмент состоит из рабочей части, включающей режущие лезвия, образующие их поверхности, режущие кромки и крепежной части, предназначенной для установки и закрепления в рабочих органах станка.

Основным режущим элементом любого лезвийного инструмента является режущий клин определенной геометрической формы . Его твердость и прочность должны существенно превосходить твердость и прочность обрабатываемого материала, обеспечивая его режущие свойства. К инструменту прикладывается усилие резания P, равное силе сопротивления материала резанию, и сообщается перемещение относительно заготовки со скоростью V. Под действием приложенного усилия режущий клин врезается в заготовку и, разрушая обрабатываемый материал, срезает с поверхности заготовки стружку. В процессе образования стружки металл заготовки претерпевает упругопластическую деформацию, которая заканчивается разрушением и сопровождается рядом физико-химических процессов: трением, износом инструмента, выделением тепла, вибрациями и т. д. Выбор материала режущей части лезвийного инструмента и ее геометрической формы зависит от вида обрабатываемого конструкционного материала заготовки.

Основные углы заточки лезвийного инструмента

Режущий клин любого типа лезвийного инструмента может иметь несколько углов заточки, однако основными из них, оказывающими наибольшее влияние на процесс резания, являются передний g и задний a углы .

Они измеряются в одной плоскости, так называемой главной секущей, которая при точении проводится перпендикулярно проекции главной режущей кромки клина (той, что режет металл) на основную (горизонтальную) плоскость.

Передний g и задний a углы – это основные углы заточки режущих кромок у любого вида лезвийного инструмента. Передний угол g – это угол заточки передней поверхности.

Отличительной особенностью передней поверхности всегда является то, что по ней сходит стружка.

Задний угол a – угол заточки задней поверхности, которая вместе с передней поверхностью образует режущий клин резца (см. рис. 2.1.2), зуба сверла, фрезы, протяжки и т. д.

Геометрические параметры режущего инструмента оказывают существенное влияние на усилие резания, качество поверхности и износ инструмента. Так, с увеличением переднего угла g инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания, улучшается качество поверхности, но повышается износ инструмента. Наличие заднего угла a снижает трение инструмента о поверхность резания, уменьшая его износ, но чрезмерное его увеличение ослабляет режущую кромку, способствуя ее разрушению при ударных нагрузках.

Точение

Точение является основным способом обработки поверхностей тел вращения.

Процесс резания осуществляется на токарных станках при вращении обрабатываемой заготовки (главное движение, обозначается символом V) и перемещении резца (движение подачи, обозначается символом S).

Токарные резцы

В качестве режущего инструмента при точении используются токарные резцы.

По технологическому назначению различают резцы : проходные 1 – 3 для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей; подрезные 4 для обтачивания плоских торцовых поверхностей; расточные 5 и 6 для растачивания сквозных и глухих отверстий; отрезные 7 для разрезания заготовок; резьбовые для нарезания наружных 8 и внутренних резьб; фасонные круглые 9 и призматические 10 для обтачивания фасонных поверхностей; прорезные для обтачивания кольцевых канавок и др.

По характеру обработки различают резцы черновые, получистовые и чистовые. По форме рабочей части резцы делят на прямые 1, отогнутые 2, оттянутые 7. По направлению подачи резцы подразделяют на правые и левые . Правые работают с подачей справа налево, левые – слева направо. По способу изготовления различают резцы целые, с приваренной встык рабочей частью, с приваренной или припаянной пластинкой инструментального материала, со сменными пластинками режущего материала.

Для высокопроизводительного точения с большими подачами используют резцы с дополнительной режущей кромкой .

В промышленности применяют резцы с многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками . Когда одна из режущих кромок выходит из строя вследствие затупления, открепляют механический прижим пластинки и устанавливают в рабочее положение следующую кромку.

Основные операции точения

С помощью точения выполняют следующие основные операции:

1) Обтачивание – обработка наружных цилиндрических и конических поверхностей . Выполняется прямыми, отогнутыми или упорными проходными резцами с продольной подачей.

2) Растачивание – обработка внутренних поверхностей . Выполняется расточными резцами, закрепленными в резцедержателе станка, с продольной подачей. Гладкие сквозные отверстия растачивают проходными резцами, ступенчатые и глухие отверстия – упорными расточными резцами.

3) Подрезание – обработка торцевых поверхностей . Выполняется перед обтачиванием наружных поверхностей. Торцы подрезают подрезными резцами с поперечной подачей к центру или от центра заготовки. При подрезании от центра к периферии поверхность торца получается менее шероховатой.

4) Резьбонарезание – нарезание резьбы. Резьбу нарезают с продольной подачей резца S_пр. Форма режущих кромок резьбовых резцов определяется профилем и размерами поперечного сечения нарезаемых резьб.

5) Резка – разрезание заготовок на части . Выполняется отрезными резцами с поперечной подачей. При отрезке детали резцом с прямой главной режущей кромкой разрушается образующаяся шейка и приходится дополнительно подрезать торец готовой детали. При отрезке детали резцом с наклонной режущей кромкой торец получается чистым.

Кроме того, к токарным операциям относятся протачивание канавок и обтачивание фасонных поверхностей заготовок фасонными резцами или с помощью фасонных копиров.

Режим резания

Основные задачи резания – обеспечить наибольшую производительность и требуемое качество поверхности детали при наименьшей себестоимости обработки. Таким образом, необходимо найти такие режимы резания, при которых сочетание всех факторов, влияющих на стоимость обработки, обеспечит наивыгоднейшие условия обработки конкретной заготовки. Такие режимы называют оптимальными.

Обязательные элементы режима резания при любом виде лезвийной обработки следующие: глубина резания t, скорость резания V, скорость подачи S.

Рассмотрим элементы режима резания при точении .

1) Глубина резания t, [мм] – толщина слоя материала, срезаемая за один рабочий ход резца.

Это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. При точении цилиндрической поверхности глубина резания равна полуразности диаметров до и после обработки : t=(D–d)/2. При подрезке канавок и отрезке глубина резания равна ширине отрезного резца. Рекомендуется глубину резания назначать равной расчетному максимально возможному значению, способствующему получению поверхности требуемой формы и качества.

2) Скорость резания V, [м/мин] – расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в единицу времени.

Наибольшей скоростью при токарной обработке будет обладать точка с наибольшим радиусом цилиндрической или фасонной поверхности (на периферии заготовки). При частоте вращения заготовки n [об/мин], скорость резания будет равна V=p D n / 1000, где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм .

Скорость резания при точении назначается по эмпирической (выведенной экспериментально) зависимости:

Значения коэффициентов С, К и показателей степени x, y, m выбираются по таблицам из справочников (например, технолога-машиностроителя) в зависимости от конкретных условий резания: вида обработки (черновая либо чистовая), материала инструмента и заготовки, глубины резания t, геометрии инструмента, применения смазочно-охлаждающей жидкости и т. д.

В формулу входят также подача резца за один оборот заготовки S [мм/об], и стойкость резца T, [мин]. Стойкость резца T – это время его непрерывной работы до затупления, после чего резец необходимо перетачивать или заменять. Стойкость зависит в основном от вида инструментального материала.

3) Подача S, [мм/об] – при точении это путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки.

Назначается подача также по справочникам в зависимости от глубины резания и других условий резания. Обычно при точении S=(0,05...0,25)t.

Проверка элементов режима резания по мощности электродвигателя станка

Выполняется в следующей последовательности:

1) Вычисляется тангенциальная (вертикальная) составляющая усилия резания P_z, которая действует на резец в направлении движения резания .

Если обозначить символом R равнодействующую всех сил, действующих на резец , то P_z – главная составляющая силы резания, совпадающая по направлению со скоростью главного движения резания в вершине резца (тангенциальная); P_x – осевая составляющая силы резания, параллельная оси X главного вращательного движения резания; P_y – радиальная составляющая силы резания, направленная по радиусу главного вращательного движения резания в вершине резца перпендикулярно к оси заготовки.

Наибольшее значение из всех трех компонент имеет тангенциальная сила P_z, по которой могут быть определены крутящий момент на шпинделе станка и эффективная мощность резания (мощность, необходимая для осуществления процесса резания).

Компоненту P_z можно считать совпадающей по направлению с вектором скорости главного движения резания в вершине резца V.

2) Определяется эффективная мощность резания N_e, [кВт]. Это мощность, необходимая для вращения заготовки (она расходуется на деформирование и срезание с заготовки слоя металла). При точении цилиндрической поверхности

То есть мощность электродвигателя станка должна быть больше или равна эффективной мощности резания с учетом потерь в приводе (КПД можно принять равным h=0,75).

Если данное условие не выполняется, необходимо снизить число оборотов и скорость, подачу и глубину резания, либо вести обработку на более мощном станке.

Нормирование токарной операции

Производительность обработки Q при резании определяется числом деталей, изготовляемых в единицу времени:

Q=1/T_шт,

где T_шт – время изготовления одной детали.

T_шт равно

T_шт= T_o+ T_ин+ T_всп,

где T_o – основное (технологическое) время обработки, время, которое тратится непосредственно на обработку заготовки; T_ин – время подвода и отвода инструмента при обработке одной детали; T_всп – вспомогательное время установки и настройки инструмента.

Таким образом, производительность обработки резанием в первую очередь определяется основным временем T_o.

При токарной обработке основное технологическое время T_o определяется по формуле:

Расчетная длина обработки будет равна:

L=l+l₁+l₂,

где l – длина обрабатываемой поверхности заготовки; l₁ – длина врезки, l₁ =t (ctg j) + (1...3) мм; l₂ – длина выхода резца (перебег), l₂ = (1...3) мм.

Наибольшая производительность будет при обработке с максимальной глубиной резания, максимальной подачей и максимальной скоростью резания. Однако при увеличении производительности снижается качество поверхности и повышается износ инструмента. Поэтому при обработке резанием решается задача по установлению максимально допустимой производительности при сохранении требуемого качества поверхности и стойкости инструмента.

Технологические требования к конструкциям деталей, обрабатываемых точением

К конструкциям деталей, обрабатываемых точением, предъявляется ряд требований, обеспечивающих их технологичность при обработке. Технологичной является конструкция детали:

- масса которой уравновешена относительно оси вращения;

- отсутствуют нежесткие валы и втулки;

- в чертеже детали используются одинаковые радиусы скруглений;

- режущий инструмент имеет свободный вход и выход из материала заготовки;

- отсутствуют фасонные поверхности, требующие изготовления фасонных резцов;

- диаметры ступеней ступенчатых валов располагаются по возрастающей степени;

- участки вала или отверстия, имеющие один и тот же размер, но разный допуск, разделены кольцевой разделительной канавкой.

Сверление

Сверление – распространенный метод получения отверстий в сплошном материале.

Сверлением получают сквозные и несквозные (глухие) отверстия и обрабатывают предварительно полученные отверстия в целях увеличения их размеров, повышения точности и снижения шероховатости поверхности.

Сверление осуществляют при сочетании вращательного движения инструмента вокруг оси – главного движения и поступательного его движения вдоль оси – движения подачи. Оба движения на сверлильном станке сообщают инструменту.

Процесс резания при сверлении протекает в более сложных условиях, чем при точении. В процессе резания затруднены отвод стружки и подвод охлаждающей жидкости к режущим кромкам инструмента. При отводе стружки происходит трение ее о поверхность канавок сверла и сверла о поверхность отверстия. В результате повышаются деформация стружки и тепловыделение. На увеличение деформации стружки влияет изменение скорости резания вдоль режущей кромки от максимального значения на периферии сверла до нулевого значения у центра.

Режущий инструмент

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками.

1) Сверла по конструкции и назначению подразделяют на спиральные, центровочные и специальные. Наиболее распространенный для сверления и рассверливания инструмент – спиральное сверло , состоящее из рабочей части 6, шейки 2, хвостовика 4 и лапки 3.

Сверло спиральное служит для сверления отверстий в сплошном материале и рассверливания уже имеющихся отверстий.

В рабочей части сверла 6 различают режущую 1 и направляющую 5 части с винтовыми канавками. Шейка 2 соединяет рабочую часть сверла с хвостовиком. Хвостовик 4 необходим для установки сверла в шпинделе станка. Лапка 3 служит упором при выбивании сверла из отверстия шпинделя.

Сверло имеет две главные режущие кромки 11, образованные пересечением передних 10 и задних 7 поверхностей и выполняющие основную работу резания; поперечную режущую кромку 12 (перемычку) и две вспомогательные режущие кромки 9. На цилиндрической части сверла вдоль винтовой канавки расположены две узкие ленточки 8, обеспечивающие направление сверла при резании.

Вспомогательные режущие кромки снимают незначительное количество металла на поверхности уже полученного отверстия по мере углубления сверла, поскольку направляющая часть сверла выполнена с небольшой конусностью для предохранения от защемления сверла. Перемычка в основном не режет, а сминает и выдавливает металл, что приводит к увеличению усилия подачи. Ленточки служат для центрирования и направления сверла вдоль его оси.

Рекомендуемые геометрические параметры сверл приведены в справочной литературе.

2) Зенкерами обрабатывают отверстия в литых или штампованных заготовках, а также предварительно просверленные отверстия. Отличие зенкера от сверла в том, что у него отсутствует поперечная режущая кромка и он имеет не две, а три или четыре режущие кромки (зуба). Это обеспечивает получение более высокой производительности и чистоты по сравнению с рассверливанием. Режущая часть 1 выполняет основную работу резания. Калибрующая часть 5 служит для направления зенкера в отверстии и обеспечивает необходимую точность и шероховатость поверхности (2 – шейка, 3 – лапка, 4 – хвостовик, 6 – рабочая часть).

3) Развертками окончательно обрабатывают отверстия после сверления или зенкерования. По форме обрабатываемого отверстия различают цилиндрические и конические развертки. Развертки имеют 6 – 12 главных режущих кромок, расположенных на режущей части 1 с направляющим конусом. Калибрующая часть 2 направляет развертку в отверстии и обеспечивает высокую точность размера и малую шероховатость поверхности.

По конструкции крепления развертки делят на хвостовые и насадные.

4) Метчики применяют для нарезания внутренних резьб. Метчикпредставляет собой винт с прорезанными прямыми или винтовыми канавками, образующими режущие кромки. Рабочая часть метчика имеет режущую 1 и калибрующую 2 части. Профиль резьбы метчика должен соответствовать профилю нарезаемой резьбы. Метчик закрепляют в специальном патроне.

Протягивание

Протягивание – высокопроизводительный метод обработки внутренних и наружных поверхностей, обеспечивающий высокую точность формы и размеров обрабатываемой поверхности. Протягивают многолезвийным режущим инструментом – протяжкой – при его поступательном движении относительно неподвижной заготовки (главное движение).

Метод протягивания заключается в том, что каждый зуб протяжки срезает с обрабатываемой поверхности стружку небольшой толщины. Это возможно потому, что размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего. Обработанная поверхность характеризуется малой шероховатостью.

Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей машин резанием, так как в работе одновременно находится большое количество зубьев инструмента. Для некоторых видов отверстий, например шлицевых, протягивание является единственным методом формообразования.

Протяжки

При протягивании используется сложный дорогостоящий инструмент – протяжки. Они представляют собой сложный многолезвийный инструмент с необходимым числом зубьев, формообразующих периметр обрабатываемой поверхности с рядом последовательно выступающих одно над другим лезвий в направлении, перпендикулярном направлению скорости главного движения.

По характеру обрабатываемых поверхностей протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Внутренними протяжками обрабатывают различные замкнутые поверхности, а наружными – полузамкнутые и открытые поверхности различного профиля. Протягивание наружных поверхностей в ряде случаев успешно заменяет строгание, фрезерование и даже шлифование.

По форме различают круглые, шлицевые, шпоночные, многогранные и плоские протяжки. Из всех разновидностей чаще всего применяют протяжки для обработки круглых отверстий. Внутренняя круглая протяжка предназначена для протягивания цилиндрических отверстий после сверления, растачивания или зенкерования.

По конструкции зубьев протяжки бывают режущими, выглаживающими и деформирующими. В первом случае зубья имеют режущие кромки, в двух последних – скругленные, работающие по методу пластического деформирования. Различают также сборные протяжки со вставными ножами, оснащенными пластинками из твердого сплава.

Разновидность протяжки – прошивка – отличается отсутствием хвостовика и шейки и при обработке проталкивается через отверстие. Прошивка работает на сжатие, протяжка – на растяжение. Прошивкой обрабатываются короткие отверстия различного сечения.

Элементы круглой протяжки

Замковая часть (хвостовик) l₁ служит для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства станка; шейка l₂ – для соединения замковой части с передней направляющей частью; передняя направляющая часть l₃ вместе с направляющим конусом – для центрирования обрабатываемой заготовки в начале резания. Режущая часть l₄ состоит из режущих зубьев, высота которых последовательно увеличивается на толщину срезаемого слоя, и предназначена для срезания припуска. Калибруются часть l₅ состоит из калибрующих зубьев, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам последнего режущего зуба, и предназначена для придания обработанной поверхности окончательных размеров, необходимой точности и шероховатости. Задняя направляющая часть l₆ служит для направления и поддержания протяжки от провисания в момент выхода последних зубьев калибрующей части из отверстия. Для облегчения образования стружки на режущих зубьях выполняют стружкоделительные канавки.

Геометрия зуба протяжки

Передние и задние углы протяжки измеряют в плоскости, перпендикулярной к главной режущей кромке. Передний угол g выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол a – в зависимости от требуемой точности обработки.

Шаг режущих зубьев t_р протяжки определяют в зависимости от длины протягиваемой поверхности, при этом исходят из того, чтобы в резании участвовало не менее трех зубьев.

Виды поверхностей, обрабатываемых протягиванием

С помощью протягивания получают следующие виды поверхностей:

1) Цилиндрические отверстия протягивают круглыми протяжками после сверления, растачивания или зенкерования. Применяют также протягивание отверстий, полученных при литье и штамповке, без предварительной их обработки. Обычно длина отверстий не превышает трех диаметров.

Если торец отверстия в заготовке не обработан, то для ее установки применяют приспособления со сферической опорной поверхностью Заготовка в этом случае может самоустанавливаться (центрироваться) по оси протяжки. В тех случаях, когда после предыдущей обработки получен торец детали, перпендикулярный к оси протягиваемого отверстия, заготовка опирается на жесткую (неподвижную) поверхность.

2) Многогранные отверстия (треугольные, квадратные и т. п.) протягивают многогранными протяжками. Исходной поверхностью для протягивания служит круглое отверстие.

3) Шлицевые отверстия с различным профилем шлицев протягивают многошлицевыми протяжками, формирующими одновременно весь профиль отверстия. . Винтовые шлицы протягивают протяжкой, режущие зубья которой расположены по винтовой линии, с приспособлением, обеспечивающим дополнительное вращение протяжки или заготовки.

4) Шпоночные и другие пазы протягивают протяжками, форма зубьев которых в поперечном сечении соответствуют профилю протягиваемого паза. Шпоночные пазы протягивают плоской шпоночной протяжкой с применением специального приспособления – направляющей втулки 3. Вдоль всей втулки прорезают прямоугольный паз, который является направляющим для протяжки.

5) Наружные поверхности различной геометрической формы с прямолинейной образующей протягивают на вертикально-протяжных станках для наружного протягивания, а также на станках непрерывной обработки конвейерного типа.

На специальных протяжных станках можно обрабатывать наружные поверхности заготовок формы тел вращения плоскими и дисковыми протяжками. В обоих случаях заготовке сообщают круговую подачу. Плоская протяжка имеет главное движение – поступательное, а дисковая протяжка – вращательное вокруг своей оси.

Режим резания

Скорость резания при протягивании – это скорость поступательного движения V протяжки относительно заготовки. Скорость резания лимитируется условиями получения обработанной поверхности высокого качества и ограничивается технологическими возможностями протяжных станков. Обычно V = 8 – 15 м/мин.

Подача при протягивании как самостоятельное движение инструмента или заготовки отсутствует. За величину подачи S_z, определяющую толщину срезаемого слоя отдельным зубом протяжки, принимают подъем на зуб, т. е. разность размеров по высоте двух соседних зубьев протяжки.

S_z является одновременно и глубиной резания. Подача в основном зависит от обрабатываемого материала, конструкции протяжки и жесткости заготовки и составляет 0,01 – 0,2 мм/зуб. Оптимальные параметры режима резания выбирают из справочников.

Технологические требования к конструкциям деталей, обрабатываемых протягиванием

Технологичной является конструкция детали:

- у которой торец заготовки перпендикулярен оси отверстия со стороны входа и выхода протяжки, что исключает перекос протяжки при обработке;

- фасонные отверстия при протяжке должны иметь симметричную форму.

Строгание

Строгание применяется при обработке плоских и фасонных линейчатых поверхностей и различных канавок в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Главное движение V при строгании – возвратно-поступательное прямолинейное, а движение подачи S – шагообразное, направленное перпендикулярно главному движению .

Обработку выполняют на строгальных станках. Инструмент – строгальные резцы, конструкция которых сходна с конструкцией токарных резцов.

Процесс резания при строгании имеет прерывистый характер, и срезание стружки происходит только при встречном относительном движении резца и заготовки. Во время обратного (вспомогательного) хода резец работу не производит. Врезание резца в заготовку в начале каждого рабочего хода сопровождается ударом, за время холостого хода резец остывает, поэтому при строгании в большинстве случаев не применяются смазочно-охлаждающие жидкости. Ударные нагрузки и циклический характер нагрева существенно снижают стойкость резцов в сравнении с непрерывным резанием, поэтому строгание производят при умеренных скоростях резания. Головки и державки строгальных резцов выполняют более массивными, чем у токарных.

При строгании параметрами режима резания, так же как и при точении, являются скорость резанияV, подача S, и глубина резания t.

Технологические требования к конструкциям деталей, обрабатываемых строганием

Технологичной является конструкция детали:

- у которой форма поверхности представляет плоскость или сочетание плоскостей;

- обрабатываемые поверхности расположены в одной плоскости, что позволяет обрабатывать их за один проход;

- обрабатываемые поверхности заготовки расположены в параллельных плоскостях и имеют разделительные канавки для выхода резца;

- в углах пересечения обрабатываемых поверхностей предусмотрена разделительная канавка для выхода резца;

- пазы, обрабатываемые строганием, являются сквозными, обеспечивая свободный заход и выход резца.

Бластинг: основные элементы абразивоструйной системы

2013-10-20T16:10:26Z

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АБРАЗИВОСТРУЙНОЙ СИСТЕМЫ

Каждый элемент абразивоструйной системы играет важную роль в достижении успеха производственного процесса. Успех определяется максимальной продуктивностью при наивысшей степени безопасности.

Все элементы абразивоструйной системы представлены в Приложении 1: «Составляющие рабочего места абразивос-труйщика».

Основные элементы:

— воздушный компрессор соответствующей мощности, который применяется для обеспечения достаточного объёма сжатого воздуха;

— влагоотделитель и осушитель воздуха, который используются для предотвращения простоев из-за негативного воздействия воды;

— воздухопровод большого диаметра, с фитингами, не препятствующими потоку воздуха;

— абразивоструйный аппарат, устройство, ёмкость, клапаны и трубки которого обеспечивают высокую производительность;

— дозирующий клапан, спроектированный для создания стабильного однородного потока абразива;

— устройства дистанционного управления, которые используются для обеспечения безопасного и эффективного процесса;

— абразивоструйный рукав и муфты - устройства большого диаметра, применяемые для уменьшения потерь на трение;

— сопло, размер которого зависит от мощности компрессора с учётом резерва на износ сопла;

— средства индивидуальной защиты;

— регулятор давления и манометр, применяемый для настройки и контроля;

— сито и кожух, необходимые для защиты оборудования от мусора;

— оператор - опытный, знающий, обученный человек.

Абразивоструйный процесс - это прямой результат успешного взаимодействия всех этих элементов. Сбой в работе одного из элементов ухудшает производительность целой системы.

Дополнительные элементы:

Это элементы, добавляющие функциональность для различных случаев эксплуатации. Дополнительные элементы включают:

— технологическую подготовку производства, для поддержки и перемещения операторов на возвышенности;

— ограждение: для ограничения распространения пыли и абразива;

— оборудование для влажной абразивоструйной очистки, для снижения уровня пыли на очищаемой поверхности;

— оборудование с замкнутой системой, позволяющее сохранять весь абразив в рамках системы;

— контрольно-измерительное оборудование, необходимое для определения степени очистки и профиля поверхности;

— учебный материал, для приобретения эксплуатационных навыков;

— обучение нормам, для внедрения правил техники безопасности;

— поддержка ассоциации, для получения информации о технологических достижениях.

Сжатый воздух: источник энергии

В стандартной системе абразивоструйной очистки сжатый воздух используется для того, чтобы создать давление в абразивоструйном аппарате, подать абразив в сопло, обеспечить кругооборот воздуха для дыхания и привести в действие клапаны и вспомогательные устройства.

Объём выполненных работ прямо пропорционален объему и давлению воздуха в сопле.

Объем и давление

Мощность компрессора определяется давлением и объемом. Давление выражается в фунтах/дюйм². Объем воздуха выражается в кубических футах в минуту. В метрической системе объём выражается в м³/ч или м³ /мин, а давление - в атмосферах (смотрите «Таблицу по минимальному потреблению воздуха» в Приложении 5).

В большинстве пневматических инструментов используются пневматические клапаны и диафрагмы, периодически потребляющие сжатый воздух. Требования к компрессору при работе с абразивоструйным оборудованием намного серьёзнее, чем при использовании любых других пневматических инструментов. Только высокого давления воздуха недостаточно, так как абразивоструйная очистка требует постоянной подачи большого объема воздуха под высоким давлением.

Высокое давление - важный фактор, но это лишь половина уравнения энергии. Наряду с давлением должен быть и достаточный объем воздуха.

Компрессоры на 0,75 кВт, равно как и на 75 кВт, могут создать давление 7 бар, но только лишь производительный, мощный компрессор мощностью 75 кВт сможет произвести большой объем воздуха, необходимый для абразивоструйной очистки.

При давлении 7 бар компрессор на 0,75 кВт генерирует объём воздуха 0,11—0,12 м³/мин, а типичный компрессор мощностью в 75 кВт производит от 11,3 до 12,7 м³/мин при том же давлении. Такой большой объем воздуха позволит обеспечить необходимое для абразивоструйной очистки давление 7 бар.

При усилении давления увеличивается объем воздуха, выходящего из сопла. Если компрессор не вырабатывает необходимый для сопла объем воздуха, он никогда не достигнет необходимого давления.

Например, при давлении 7 бар через отверстие сопла диаметром 9,5 мм проходит 5,6 м³/мин воздуха. Для того чтобы сохранить давление 7 бар, компрессор должен производить как минимум 5,6 м³/мин воздуха. Компрессор, производящий 4,2 м³/мин воздуха, никогда не достигнет давления 7 бар, поскольку воздух из сопла будет выходить быстрее, чем производиться в компрессоре.

Незначительное понижение давления резко уменьшает производительность. В рассмотренном выше примере видно, что перегруженный компрессор может обеспечить давление только 4,9 бар, что снизит производительность работ на 45%.

Большинство подрядчиков производят абразивоструй-ную очистку металлоконструкций при давлении 7 бар. Стандартные абразивоструйные аппараты и их компоненты разработаны для эксплуатации при давлении до 8,8 бар. Хотя абразивоструйные рукава и другие компоненты могут быть рассчитаны на более высокое давление, давление в системе не должно превышать предела давления абразивоструйного аппарата.

Многие подрядчики перешли на стальную крошку и другие многоразовые абразивы. Производители аппаратов отреагировали на это внедрением новых стандартных абра-зивоструйных аппаратов давлением 10,5 бар. Повышенное давление позволяет системе сохранять достаточное давление в сопле и перемещать плотную стальную крошку через абразивоструйный рукав.

Примечание: некоторые абразивоструйные аппараты созданы для работы при давлении в 12 бар/1200 кПа (175psi); поэтому воздушные компрессоры и вспомогательное оборудование должны быть подобраны соответственно.

Для большинства применений абразивоструйной очистки давление в 6,3-7 бар (90-100 psi) в сочетании с твердым, острым абразивом стандартной фракции обеспечивает хорошую производительность и высокую степень очистки. При более высоком давлении и использовании прочной стальной крошки производительность (и значение мощности компрессора) становится ещё больше.

Для достижения необходимой степени очистки некоторые минеральные абразивы мелкой фракции требуют давление в 8,4-9,8 бар/840-980 кПа (120-140 psi). Для предельно острых абразивов, как, например, оксид алюминия, требуется давление в 4,9-5,6 бар/490-560 кПа (70-80 psi) в целях уменьшения степени проникновения в поверхность острых частиц абразива.

Потребность в давлении зависит от состояния поверхности, используемого абразива и необходимой степени обработки поверхности.

Типы компрессоров и выбор компрессора

Обычно для обеспечения высокого давления и большого объема воздуха требуется использование ротационного пластинчатого или ротационного винтового компрессора.

Внутри завода будет дешевле использовать и проводить техническое обслуживание электрических компрессоров. В полевых условиях, как правило, используются передвижные бензиновые и дизельные компрессоры.

Для абразивоструйной очистки не следует использовать устаревшие поршневые компрессоры. Поршневой компрессор включается только тогда, когда давление падает на 10-15 psi, а затем выключается, когда давление приходит в норму. Данные колебания давления влияют на скорость частиц и конечный результат. Кроме того, для поршневых компрессоров требуется большое количество масляной смазки, которая, попадая в воздуховод, загрязняет абразив и обрабатываемую поверхность.

В некоторых ротационных винтовых компрессорах для охлаждения винта впрыскивается масло. Если работа компрессора нарушена, некоторое количество масла попадает в воздуховод.

ВНИМАНИЕ

Компрессоры с масляной смазкой, подающие воздух в респираторы (шлемы с подачей воздуха, маски), должны быть оснащены затвором на случай высокой температуры, датчиком угарного газа, либо и тем, и другим. Смотрите раздел «Средства защиты оператора».

Безмасляные компрессоры имеют герметичные смазанные подшипники. Винты не охлаждаются маслом, поэтому они генерируют более горячий воздух.

Следует выбирать такой воздушный компрессор, который обеспечит высокое постоянное давление, подачу большого объема воздуха и будет устойчив к условиям проведения работ по очистке. Для абразивоструйной очистки лучшим вариантом являются безмасляные ротационные пластинчатые и винтовые компрессоры.

Следует выбирать компрессор, который сможет удовлетворить ваши текущие и прогнозируемые потребности для компенсации износа сопла. Компрессор - это основополагающий компонент системы абразивоструйной обработки. Не следует его эксплуатировать при максимальной нагрузке в течение долгого периода времени, поскольку это приводит к быстрому износу.

Для того чтобы определить необходимую мощность компрессора, нужно сложить потребность в воздухе для всего оборудования и прибавить 50% для резерва. Если есть вероятность использования сопла большего диаметра или пневматических инструментов, выбирайте такой компрессор, который сможет удовлетворить и эти потребности. Производитель компрессоров может порекомендовать вам оборудование с наиболее подходящими параметрами эксплуатации.

Компрессоры должны быть оснащены эффективными воздухозаборными фильтрами для удаления пыли, которая является причиной сильного износа механизмов.

Кроме того, компрессоры должны иметь отключающие устройства для избежания перегрева. Перегрев может повредить детали механизма, но, что более важно, он может стать причиной образования бесцветного смертельно опасного вещества без запаха - угарного газа (СО). Там, где компрессоры подают чистый воздух (для дыхания) в шлемы, угарный газ может стать причиной смерти оператора.

Очень важным для подачи воздуха в систему абразивоструйной обработки является размер и тип воздуховыпускно-го отверстия в компрессоре.

Для регулирования воздушного потока многие выпускные клапаны компрессоров имеют внутренние щелевые пробки, равные по размеру примерно половине отверстия клапана. Клапан размером в 1 дюйм (25 мм) обычно имеет воздушный проход размером в ^х/г дюйма (12,5 мм) - очень маленький для подачи воздуха в абразивоструйный аппарат.

Быстросъёмные муфты на шланге подачи воздуха также препятствуют потоку. Размер муфты относится к трубной резьбе, а не к внутреннему диаметру. Большинство муфт размером ³Д дюйма (19 мм) имеют внутренний диаметр размером ⁴/г дюйма (12,5 мм); а муфты размером в 1 дюйм (25 мм) обладают внутренним диаметром в ³/₄ дюйма (19 мм).

Не следует применять ограничительные воздушные клапаны или быстросъёмные муфты, за исключением случаев работы с малыми струйными аппаратами с низкой производительностью.

Наименьший внутренний диаметр воздуховыпускного отверстия компрессора должен в четыре и более раз превышать размер отверстия сопла. Для сопла размером в 3/8 дюйма (9,5 мм) должны использоваться фитинги ресивера компрессора, воздушные клапаны и воздушные муфты с внутренним диаметром, как минимум, в 1,5 дюйма (38 мм). Таблица, показанная выше, иллюстрирует минимальные внутренние диаметры соединительных устройств подачи воздуха, используемых со стандартными соплами.

Помните, что наименьшее отверстие в системе подачи воздуха регулирует количество воздуха, подаваемого в абразивоструйный аппарат.

Влага, масло и другие загрязнители

Вода и масло - злостные враги абразивоструйного оборудования. Они являются причиной того, что в абразиве образуются комки, которые засоряют дозирующий клапан, рукава и сопла. Если влага попадет на обрабатываемую поверхность, она может вызвать ржавление металла. Если же масло попадет на поверхность, оно может быть причиной вспучивания покрытия и, в конце концов, его разрушения.

Воздух вокруг нас содержит влагу. Когда окружающий воздух нагревается при сжатии, а затем охлаждается при расширении в ресивере, появляется влага. Теплый воздух содержит больше влаги, чем холодный, и высвобождается от нее, когда воздух сжат и охлажден. Влага появляется даже при сжатии холодного сухого воздуха.

Очевидно, что вся влага, образующаяся в ресивере и воздушном шланге, по- Д падает напрямую в абразивоструйный аппарат, где её впитывает абразив.

Вторая охлаждающая стадия протекает в воздушном шланге, соединяющем ресивер и абразивоструйный аппарат. Данное охлаждение вызывает конденсацию.

Все компрессоры образуют влагу, как побочный продукт сжатого воздуха. Некоторые компрессоры выделяют влагу и масло. В зависимости от относительной влажности воздуха окружающей среды существуют различные устройства для удаления масла и влаги. Поставщик вашего компрессора может помочь вам выбрать необходимое оборудование для сушки воздуха в зависимости от специфики применения и влажности воздуха в вашем регионе.

Влагоотделитель/фильтр, установленный в воздухоприём-нике абразивоструйного аппарата, удаляет воду и масло, которые конденсируются в воздухопроводе.

Коалесцирующие фильтры часто устанавливают в выходном отверстии компрессора, но также они могут находиться и во впускном отверстии абразивоструйного аппарата. Они улавливают некоторое количество водяных паров, образующих маленькие капельки.

Доохладители - это радиаторы, которые охлаждают воздух для конденсации влаги, затем поглощают её, пока она не попадёт в абразивоструйный аппарат. Их обычно устанавливают в выходное отверстие компрессора.

Осушители воздуха (как химические, так и охлаждающие) являются наиболее эффективным методом удаления влаги и масла. Они могут быть установлены где угодно между выходным отверстием компрессора и входным отверстием абразивоструйного аппарата. Идеальная схема включает в себя доохлади-тель в выходном отверстии компрессора и осушитель воздуха в линии, ведущей к абразивоструйному аппарату.

Сухой атмосферный воздух

Если окружающий воздух сухой и компрессор работает эффективно, влагоотделитель, установленный во входном отверстии абразивоструйного аппарата, сможет удалить всё, даже незначительное количество масла и воды из сжатого воздуха. Выбирайте влагоотделители, которые позволят создавать более чем достаточный поток воздуха. Маленькие аппараты могут ограничивать поток воздуха к абразивоструйному оборудованию.

Незначительная влажность

Если окружающий воздух незначительно влажен, установите коалесцирующие фильтры в воздухопроводе сразу же после влагоотделителя.

Умеренная влажность

Установите доохладитель рядом с выходным отверстием компрессора и влагоотделитель рядом с абразивоструйный

Высокая влажность

Установите охлаждающие или химические осушители воздуха. Охлаждающий осушитель охладит сжатый воздух, затем направит его через коалесцирующие, адсорбирующие и высушивающие фильтры, которые улавливают влагу, масло, пыль и другие загрязняющие вещества. Влагоотделитель, установленный во входном отверстии абразивоструйного аппарата, удаляет всю оставшуюся воду и масло.

Для применений, где контроль уровня влажности очень важен, необходимо устанавливать охлаждающие или химические осушители воздуха вне зависимости от уровня влажности окружающего воздуха. Сюда относится использование пластикового абразивного материала или натурального абразива, а также очистка поверхностей, где запрещаются любого рода загрязнения.

Выбор необходимой системы фильтрации зависит от климатических условий территории, где производится очистка. Даже в пустыне присутствуют влага, масло и другие загрязняющие вещества. Следует установить эффективные средства фильтрации сжатого воздуха для гарантии подачи в абразивный аппарат только чистого, сухого воздуха.

Ресиверы и коллекторы

Компрессоры имеют воздухоприемные ресиверы, соответствующие производительности компрессора и применяемые для аккумуляции и охлаждения сжатого воздуха. Большинство ресиверов имеют промышленные фитинги и воздушные клапаны. Проверьте внутренний диаметр всех фитингов, воздушных клапанов и муфт для того, чтобы убедиться, что все они соответствуют объему воздуха, необходимого для подачи в сопло.

Вместимость стандартного ресивера считается удовлетворительной при расстояния между компрессором и абра-зивоструйным аппаратом не больше 30 метров. Если расстояние превышает 30 метров, особенно с соплами большого диаметра, используйте дополнительный ресивер.

В начале работы первый выброс воздуха создает давление в абразивоструйной аппарате и начинает движение потока воздуха к соплу. Маленький ресивер компрессора может быть недостаточен, чтобы быстро герметизировать аппарат и длинный воздухопровод. Установите дополнительный ресивер, соответствующий по размерам и оснащенный фитингами и клапанами большого диаметра, ближе к абразивоструй-ному аппарату для немедленной подачи сжатого воздуха.

ВНИМАНИЕ

Все ресиверы должны иметь дренажные клапаны, для того чтобы удалять накопившуюся воду, а также манометры и клапаны сброса давления, соответствующие правилам.

Воздушные коллекторы

Коллекторы позволяют подключать несколько воздушных шлангов. Многие коллекторы компрессоров оснащены Маленькими фитингами. Через эти фитинги воздух подаётся ^к шлемам и фильтрам (если подаваемый воздух относится ^к классу Д, воздух для дыхания) или к другому пневматическому оборудованию. При этом фитинги для соединений абразивоструйного аппарата должны быть подобраны так, чтобы обеспечить подачу необходимого объема воздуха. Проверьте, соответствуют ли размеры соединений ресивера и коллектора.

Всегда старайтесь, чтобы рукава, муфты и клапаны для прохождения воздуха были большого размера.

Коллекторы могут служить также своеобразным «воздушным банком», где два или более компрессоров подают воздух в центральную точку для его распределения на нескольких абразивоструйных аппаратах и к другим пневматическим устройствам. Данные коллекторы иногда называют «ресиверами». Внутренние диаметры входных и выходных отверстий коллектора должны быть такого размера, чтобы не ограничивать поток воздуха.

Примечание: На воздушном коллекторе с многочисленными входными и выходными отверстиями установите обратные клапаны на каждое выходное отверстие, для избежания утечки воздуха из абразивоструйного аппарата. Данная утечка может случиться тогда, когда внезапно возникающая сильная потребность воздуха в некоторых выходных отверстиях коллектора приводит к спаду давления в нем. Обратный поток может втянуть абразив из абразивоструйного аппарата в коллектор и компрессор, что вызовет серьезные повреждения. Обратные клапаны должны быть установлены на всех выходных отверстиях компрессора для избежания обратного потока воздуха, когда один компрессор создает меньшее давление, чем другие.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Перед тем как купить или арендовать компрессор, проинформируйте торгового представителя о том, что вы собираетесь использовать данный компрессор для абразивоструйной обработки. Торговый представитель должен обеспечить вас информацией по его установке, эксплуатации и техническому обслуживанию. Перед началом эксплуатации оборудования ознакомьтесь с инструкциями производителя и следуйте инструкции, предупреждениям и процедурам технического обслуживания.

Расположите компрессор там, куда не попадает пыль, образующаяся в процессе абразивоструйной очистки. Пыль, грязь и другие загрязняющие вещества, попадающие во входные отверстия компрессора, могут вызвать преждевременный износ.

ВНИМАНИЕ

Выхлопные газы содержат угарный газ. Если выхлопные газы попадут в воздухозаборное отверстие компрессора, то операторы, чьи средства защиты дыхания подсоединены к компрессору, могут погибнуть от вдыхания угарного газа. Смотрите раздел «Средства защиты оператора», где описаны меры по очистке воздуха.

Компрессор следует расположить так, чтобы выхлопные газы от транспортных средств не попадали в воздухозабор-ное отверстие. Не разрешайте транспорту парковаться рядом с компрессором. Собственные выхлопные газы компрессора следует направить в сторону от воздухозаборного отверстия, подсоединив металлическую трубу к месту выхода выхлопных газов.

Воздуховоды и соединения

Воздух лучше всего проходит через прямые твёрдые воздуховоды. Изменение направления и выступы мешают потоку воздуха. Металлические и пластиковые трубки подходящего размера, с соответствующими характеристиками по давлению и правильно собранные, могут передавать воздух без потерь на трение, что отличает их от резиновых трубок.

Некоторые подрядчики устанавливают жёсткие воздуховоды и фиксируют их в определённом месте. Это происходит при долговременном выполнении работ, например, при ремонте мостов, когда компрессоры устанавливаются с одной стороны, а струйное оборудование используется по всей длине моста.

На заводах и в других случаях, когда местоположение струйных аппаратов и компрессоров не изменяется, используются металлические воздуховоды.

Как при любом способе передачи воздуха, при расширении и охлаждении горячего сжатого воздуха в трубопроводах образуется конденсат. Для избавления от конденсата в последней вертикальной трубе перед фильтром абразивоструйной системы необходимо установить дренажный клапан. Со временем ржавчина и осадок из стальной трубы могут попасть в струйный аппарат. Для отделения влаги, масла и частиц нужно использовать качественные фильтры.

Если компрессор на заводе расположен в нескольких сотнях метров от оборудования, требуется проложить трубы большего размера с минимальным количеством отводов, чтобы предотвратить потери давления. Колена трубопроводов на 45 и 90 градусов могут привести к большей степени трения, чем плавные отводы. Если изгибов трубопровода не избежать, необходимо минимизировать трение и турбулентность посредством использования двух колен на 45 градусов, вместо одного на 90 градусов. Такие плавные отводы окажут меньшее воздействие на давление.

В случае, если твёрдые трубопроводы использовать нельзя, нужно инвестировать в высококачественные армированные резиновые воздуховоды. Внутренняя трубка должна быть из неопрена или подобного материала, для сопротивления вспучиванию от влаги и масла. Переплетённая армированная сетка обеспечивает сопротивление давлению и сохраняет круглую форму внутренней трубки. Внешняя трубка должна быть изготовлена из прочного материала для устойчивости к механическим воздействиям и неблагоприятным климатическим условиям.

Воздушный шланг должен быть как можно более коротким и не перегибаться. Даже правильно подобранный по размеру воздушный шланг теряет от двух до трёх фунтов давления воздуха на каждые 15 м. Всего лишь один отвод на 90 градусов даёт потерю давления от 5 до 6 фунтов. Когда нельзя избежать изгибов трубопровода, их необходимо сделать плавными. Шланг должен быть такой длины, которой достаточно для работ. Излишне длинный шланг будет завиваться, скручиваться и изгибаться, что приведёт к потере давления.

При покупке воздуховода необходимо выбирать модель с минимальной характеристикой рабочего давления, учитывая, что она должна быть равной или превышать рабочее давление струйного аппарата. Воздуховод имеет две характеристики: рабочее давление и давление разрыва. Разница между ними заключается в степени безопасности. Никогда не следует превышать характеристику рабочего давления шланга, трубы или элемента струйного аппарата. Для струйных аппаратов, работающих при более высоком давлении, существуют воздуховоды, рассчитанные на высокое давление.

Отношение диаметра к длине

Выбор воздуховода соответствующего размера позволит максимально эффективно использовать компрессор и струйный аппарат. Внутренний диаметр воздуховода должен соответствовать внутреннему диаметру всех фитингов, чтобы обеспечить ровный поток воздуха. Внутренний диаметр воздуховода должен быть, как минимум, в четыре раза больше отверстия сопла. Это относится к линиям подачи воздуха до 30 м.

Выбор размера воздушной линии крайне важен для оптимального использования мощности компрессора, что в целом влияет на работу струйного оборудования

Для получения информации об абсолютном минимальном диаметре воздуховода смотрите таблицу «Минимальный диаметр воздуховодов для компрессоров». Когда это возможно, диаметр воздушной линии должен быть больше, чем рекомендуемый минимум. Никогда диаметр воздуховода не будет слишком большим.

Минимальный диаметр воздуховодов для компрессоров

Сопло	Отверстие сопла	Минимальный внутренний диаметр воздуховода
3	3/16"(5 мм)	1"(25 мм)
4	1/4"(6,5 мм)	1"(25 мм)
5	5/16"(8 мм)	1-1/4"(32 мм)
6	3/8"(9,5 мм)	1-1/2"(38 мм)
7	7/16"(П мм)	2"(50 мм)
оо	1/2"(12,5 мм)	2"(50 мм)
10	5/8"(16 мм)	2-1/2"(64 мм)
12	3/4"(19мм)	3"(76 мм)

Когда длина воздуховода превышает 30 м, необходимо использовать шланг на один размер больше для всего расстояния передачи воздуха, за исключением отрезка, непосредственно примыкающего к струйному аппарату. Например, для струйного аппарата с соплом на 9,5 мм, находящегося на расстоянии 60 м от компрессора, требуется шланг длиной 45 м, диаметром 50 мм, а на последние 15 м до струйного аппарата - шланг диаметром 38 мм.

На некоторых объектах компрессоры должны располагаться далеко от струйного оборудования; между тем, линии подачи воздуха извиваются между препятствиями. В таких случаях необходимо использовать один шланг большого диаметра или несколько шлангов, подсоединённых к большому коллектору для поддержания потока воздуха. Для определения наилучшей конфигурации воздуховодов необходимо провести испытания.

Когда длина воздуховодов превышает 60 м, следует проверить давление воздуха в струйном аппарате для определения того, достаточен ли внутренний диаметр воздушного шланга. Давление проверяется при работе аппарата, а не когда он выключен.

Если стоит выбор между более длинным воздуховодом или абразивоструйным рукавом, струйный рукав следует оставить как можно короче.

Фитинги для воздуховода

Фитинги не должны препятствовать потоку воздуха и не иметь никаких преград внутри. Нельзя смешивать понятия внутреннего и внешнего диаметра. Под диаметром фитинга понимается диаметр резьбового соединения трубы или внутренний диаметр шланга, к которому он подсоединяется. Фитинг на 38 мм имеет внешний диаметр 38 мм, а внутренний диаметр - 32 мм или меньше, что определяет поток воздуха.

Внутренний диаметр определяет поток воздуха для всего абразивоструйного аппарата.

Обратите особое внимание на быстросъёмные фитинги и фитинги с накидной гайкой. Хотя муфты обеспечивают удобство, а накидная гайка предупреждает перекручивание шланга, внутренний проход может быть намного меньше, чем внешнее отверстие.

ВНИМАНИЕ

Предохранительные тросы необходимо устанавливать во всех местах соединения воздушного шланга, для предупреждения травм в случае расцепления фитингов. Для поддержания веса подвешенного шланга нужно использовать предохранительные тросы. Не надейтесь на прочность сцепления фитингов!

Абразивоструйные аппараты

Существует два типа абразивоструйного оборудования: работающее по принципу всасывания и по принципу давления. Обработка материалом, подаваемым по принципу всасывания, менее агрессивна, чем обработка материалом, выбрасываемым под давлением. Этот способ используется в абразивоструйных камерах и для деликатной обработки, например, для удаления дефектов окраски. Способ подачи материала под давлением иногда используется в абразивоструйных камерах, но чаще применяется в абразивоструйных помещениях или на открытом воздухе, для очистки сложных поверхностей и больших площадей.

Типы

Обработка по принципу всасывания

Работа аппарата по принципу всасывания иногда называется струйной обработкой по принципу Вентури. При этом способе абразивные частицы поступают из резервуара в распылительную камеру, а потом ускоряются и выбрасываются из сопла.

Система всасывания состоит из струйного аппарата, рукава для воздуха, рукава для абразива и резервуара для абразива. Сжатый воздух проходит через жиклёр в струйном аппарате для создания всасывающего эффекта. Благодаря этому всасывающему действию, абразив попадает по шлангу в аппарат, где он ускоряется и выбрасывается из сопла с воздухом.

Объём сжатого воздуха, требуемый для струйной обработки по принципу всасывания, определяется внутренним диаметром отверстия жиклёра в задней части струйного аппарата, а не внутренним диаметром сопла. Типичный размер жиклёра всасывающего аппарата составляет половину типичного размера отверстия сопла аппарата, работающего под давлением. Это означает, что потребление воздуха и ускорение частиц составит ^х/а от аналогичных значений, получаемых при работе под давлением.

Такая менее мощная струйная обработка подходит для лёгкой и средней очистки или для устранения дефектов окраски. Это удобный способ, когда ограничена подача воздуха, либо доступ к обрабатываемому изделию.

Струйная обработка по принципу всасывания используется для мягких, деликатных металлов, с целью мягкого снятия заусенцев, лёгкой дробеструйной обработки и удаления окалины без проникновения в металл. Среди таких металлов - алюминий, титан и магнезии, из которых изготавливаются детали для автомобилей и самолётов.

Обработка по принципу давления

Струйные аппараты известны под различными наименованиями: бак, генератор давления, резервуар и т. д. В этой книге речь идёт обо всех системах, которые содержат абразив для его распыления под давлением.

При распылении по принципу давления абразив подаётся в поток сжатого воздуха посредством дозирующего клапана, смонтированного под резервуаром высокого давления. Струйные системы, работающие по принципу давления, можно легко отличить от систем, работающих по принципу всасывания, по одному шлангу, подсоединённому к соплу. Воздух и абразив подаются по этому шлангу под высоким давлением и с высокой скоростью и выбрасываются из сопла со скоростью в четыре раза большей, чем у систем, построенных на всасывании.

Хотя струйный аппарат кажется лишь немного сложнее стального бака, тем не менее, он обладает элементами, которые свидетельствуют о больших различиях с точки зрения безопасности, удобства и эффективности. Плохо сконструированные струйные аппараты имеют недостатки, которые снижают поток воздуха и давление.

Изготовление струйных аппаратов

В США струйные аппараты и другие резервуары высокого давления должны соответствовать стандартам «Американского общества ассоциации инженеров-механиков» (ASME). ASME указывает тип стали и методы сварки, и уполномоченный ASME инспектор наблюдает за проведением гидростатического испытания каждого резервуара высокого давления, а после этого выдаёт сертификат соответствия. Металлическая табличка с номером сертификата прочно крепится на струйный аппарат. Во многих странах требования аналогичны, хотя технические условия могут отличаться.

Большинство струйных аппаратов рассчитано на рабочее давление от 8,8 до 10 бар. Если рабочее давление аппарата неизвестно, смотрите металлическую табличку с номером сертификата.

ВНИМАНИЕ

Запрещается эксплуатировать струйный аппарат без прочно закрепленной таблички с отштампованным номером сертификата. Запрещается превышать рабочее давление. Взрыв струйного аппарата под давлением воздуха может привести к серьёзным травмам или смерти.

Вогнутый верх и коническое дно

Хорошо сконструированный струйный аппарат обеспечивает ровный поток воздуха и абразива, а также прост в работе и обслуживании.

В полуэллиптическом вогнутом аппарате хранится абразив, который попадает в аппарат, когда он разгерметизирован.

Для того чтобы обеспечить свободный поток абразива в дозирующий клапан, расположенный внизу, аппараты в большинстве случаев имеют коническое дно на 35 градусов. Угол откоса стальной крошки и других распространённых абразивов - 32 градуса. Это естественный откос абразива, когда он насыпается в кучу. У пластика и сельскохозяйственных абразивных материалов угол откоса гораздо круче. Струйные аппараты, используемые для таких лёгких абразивов, должны иметь конус 60 градусов для обеспечения свободного потока.

Аппараты с плоским дном до конца не опустошаются. Абразив, находящийся внутри, в конце концов абсорбирует влагу и затвердеет на стенках резервуара и вокруг отверстия, что приводит к неровному потоку абразивного материала.

Все аппараты должны иметь достаточное окно для доступа, чтобы заменять детали и удалять посторонние материалы. Отверстие на дне и пружинный клапан на крышке должны быть легкодоступны. В небольших аппаратах обычно достаточно окна размером 150 на 200 мм для проведения обслуживания.

Герметизирующий клапан

Хорошо сконструированный аппарат автоматически герметизируется при помощи герметизирующего клапана, конической алюминиевой детали с износостойкой уретановой или неопреновой прокладкой. Когда воздух поступает в аппарат, внешняя гильза, расположенная на внутреннем воздуховоде, под давлением плотно прижимается к прорезиненной поверхности клапана.

При разгерметизации герметизирующий клапан сбрасывает давление, чтобы абразив из вогнутой верхней части или накопителя попал в аппарат.

Небольшой стальной «зонт» над клапаном снимает давление с абразива, хранящегося в вогнутой верхней части, что обеспечивает корректную герметизацию клапана.

Глушитель для выпускаемого воздуха

Струйные аппараты могут оборудоваться самоочищающимися выпускными глушителями. Глушитель снижает уровень шума выпускаемого воздуха при разгерметизации аппарата и улавливает выбрасываемые с воздухом абразивные частицы, что предотвращает получение травм. Выпускаемый воздух проходит через глушитель и, после полной разгерметизации аппарата, абразив можно безопасно извлечь из глушителя.

Трубки и фитинги

Особое внимание следует уделять внешним трубопроводам струйного аппарата, так как они оказывают влияние на эффективность оборудования. При любом размере трубок трение между движущимся воздухом и стенками трубки вызывает турбулентность, что приводит к потере давления. В аппаратах с высокой производительностью применяются трубки с большим диаметром для минимизации этих потерь. В аппаратах, рассчитанных на меньший объём и малую производительность, можно использовать трубки небольшого диаметра, потому что от них обычно не требуется высокая производительность.

Воздушный шланг, абразивоструйный рукав, воздушные трубки, воздушные клапаны и всё, что связано с подачей воздуха, должно быть С БОЛЬШИМ, ОЧЕНЬ БОЛЬШИМ ДИАМЕТРОМ!

В струйной системе воздух и материал проходит через трубки, клапаны, рукава, сопла и муфты, и все из них имеют цилиндрическую форму. Любое уменьшение диаметра этих цилиндрических изделий резко снижает скорость потока.

Диаметр в 1 дюйм = 25 мм.

При уменьшении диаметра наполовину, площадь уменьшится в четыре Раза. Диаметр в1/2 дюйма = 12,5 мм.

При внутреннем диаметре цилиндра 1 дюйм (25 мм), его площадь составит 0,8 кв. дюйма (51 см²). При внутреннем диаметре ^х/г дюйма (12,5 мм), площадь цилиндра составит 0,2 кв. дюйма (129 мм²). Уменьшение диаметра цилиндра наполовину приводит к уменьшению его площади на три четвёртых.

Приведённая ниже таблица служит в качестве информации и может быть неприменима для случаев, когда длинный рукав или другие препятствия мешают прохождению потока воздуха.

Сопло должно быть наименьшим отверстием между компрессором и обрабатываемой поверхностью. На расстоянии от струйного аппарата до сопла внутренние диаметры клапанов, трубок, фитингов, рукавов и муфт должны быть в три-четыре раза больше внутреннего диаметра сопла. Если оператору приходится работать на расстоянии более чем 100 футов от струйного аппарата, соотношение внутреннего диаметра рукава и сопла будет даже больше.

Внутренний диаметр трубки или клапана	Площадь*	Размеры сопла**
Дюймы	Метрическая система	Кв. дюйм	Дюймы	Метрическая система
1/2	12,5 мм	0,20	1/8	4 мм
3/4	19 мм	0,45	3/16	5 мм
1	25 мм	0,80	¼	6,5 мм
1-1/4	32 мм	1,2	5/16	8 мм
1-1/2	38 мм	1,8	3/8	9,5 мм
2	50 мм	3,2	7/16	11 мм
2	50 мм	3,2	72	12,5 мм
2-1/2	64 мм	4,9	5/8	16 мм
3	76 мм	7,1	3/4	19 мм

*Площадь, полученная из (л)г² и округлённая.

** Размер сопла на расстоянии 100 футов.

(трубки диаметром 1 /2" используются только в струйных аппаратах диаметром 10")

В струйных аппаратах объёмом более одного кубического фута (30 литров), внутренний диаметр трубок обычно составляет 25 мм или 32 мм.

Даже при большом внутреннем диаметре способ подсоединения рукавов и трубок будет влиять на поток воздуха. Каждое перекручивание и изгиб трубок снижает давление и объём подаваемого воздуха.

Совокупность всех этих факторов потери давления показывает, насколько сильным может быть снижение давления воздуха до того, как он достигнет сопла.

Если возможно, элементы, ограничивающие давление, следует заменить фитингами и клапанами, обеспечивающими свободное прохождение потока воздуха. В случае, когда необходимо использование обратных клапанов, следует устанавливать клапаны с внутренним диаметром немного больше, чем внутренний диаметр трубок. Это позволит избежать ограничений потока воздуха.

Примерные значения потери давления, вызванной обычными фитингами, при давлении 7 бар в трубке диаметром 25 мм

Фитинг	Потеря давления
Колено на 45°	1-1/2 psi	0,1 бар/10 кПа
Колено на 90°	3 psi	0,2 бар/21 кПа
Тройник	5 psi	0,3 бар/34 кПа
Поворотный обратный клапан	18 psi	1,2 бар/124 кПа

Линия подачи абразива в струйном аппарате должна быть Цельной, чтобы выступы в ней не препятствовали потоку воздуха. Для подсоединения к такой линии уплотняемые фитинги устанавливаются в местах соединения трубопровода.

В аппаратах, оснащённых резиновой линией подачи, шланг должен иметь плавные изгибы без перекручивания. Изношенные и повреждённые линии подачи следует заменять рукавами и фитингами, идентичными оригинальным.

Ввиду неизбежных изгибов и искривлений шланга потеря давления всегда будет иметь место. Для минимизации этих потерь необходимо следовать описанным выше рекомендациям.

Струйный аппарат с одним операторским постом должен терять не более 0,5—0,7 бар давления от точки входа воздуха до муфты выхода на дне аппарата.

На приточном отверстии воздуха следует встроить манометр. Потеря давления воздуха (без присутствия абразива в потоке) может быть замерена посредством игольного манометра, установленного в абразивоструйный рукав рядом с местом его подключения к аппарату.

Если разница составляет более 0,7 бар, следует изучить каждый компонент трубопровода, для выявления причин и замены элементов, ограничивающих поток воздуха, деталями соответствующего размера.

Эксплуатация струйного аппарата

При работе на струйном аппарате его внутреннее давление должно примерно совпадать с давлением во внешней трубной обвязке. При равном давлении сверху и снизу абразив подаётся через дозирующий клапан в поток воздуха благодаря гравитации. Гладкие стенки резервуара и его коническая основа делают этот эффект гравитации возможным.

Для обеспечения беспрепятственной подачи абразива после герметизации следует быстро сбалансировать давление внутри аппарата и во внешнем трубопроводе. Если баланс не достигается быстро, то более высокое давление во внешнем трубопроводе погонит абразивный материал обратно через дозирующий клапан в аппарат. При этом обратном движении абразива повреждаются клапаны и фитинги на дне аппарата. Со временем, ввиду обратного движения абразива, при каждом запуске и остановке дозирующий клапан и трубные соединения будут изнашиваться.

В хорошо сконструированном струйном аппарате выпускные отверстия во втулке пружинного клапана предупреждают обратный поток абразива, благодаря быстрой дисперсии поступающего в камеру воздуха, при этом давление выравнивается в течение 2—3 сек.

В пустом струйном аппарате уйдёт немного больше времени для выравнивания давления, ввиду большого объёма, который нужно заполнить воздухом. Аппараты с большим резервуаром и аппараты на несколько рабочих постов оборудуются нормально закрытыми дозирующими клапанами, которые не допускают возврата абразивного материала.

Лучше всего для проведения работ под ходит простой струйный аппарат с элементами соответствующего размера.

Выбор струйного аппарата

При покупке или аренде струйного аппарата обращайте внимание на то, чтобы трубная обвязка была простой, и её элементы имели соответствующий размер. Необычная трубная обвязка и сложный метод дозирования абразива обычно приводят к преждевременному износу и нестабильному потоку абразива.

При выборе струйного аппарата нужно исходить из таких характеристик, как ёмкость, мобильность и удобство для работ, которые планируется выполнять.

Ёмкость

От диаметра отверстия сопла зависит объём выполненной работы и количество абразива и воздуха, потребляемого в час (смотрите «Справочную таблицу по абразивоструйным аппаратам» в Приложениях 6—7).

Сопло на 12,5 мм позволяет очищать в четыре раза быстрее, чем сопло на 6,5 мм, и при его использовании потребляется в четыре раза больше абразива и воздуха.

Компрессор должен иметь достаточную мощность, чтобы обеспечивать необходимое количество воздуха для сопла и любых аксессуаров, а также иметь резерв по мощности для компенсации износа сопла.

Исходя из планируемых к использованию сопла и компрессора, следует выбирать абразивоструйный аппарат, способный обеспечить 20—30 минут стабильной работы.

Сначала нужно выбрать размер сопла, а потом посмотреть «Таблицу потребления воздуха и абразива» (Приложение 3). В столбике, где указано давление 7 бар (100 psi), можно определить количество абразива, потребляемого в час при заданном размере сопла, потом можно рассчитать минимальную мощность аппарата. Таблица включает только сравнительную информацию. Реальная скорость потребления будет варьироваться в зависимости от дозирования, качества сжатого воздуха, расположения шлангов и их длины, а также эффективности аппарата.

Например, при использовании сопла на 3/8 дюйма (9,5 мм) потребляется около 11 кубических футов (312 л) абразивного материала в час при давлении 7 бар (100 psi), поэтому для 30 минут работы объём струйного аппарата должен быть не менее 5,5 кубических футов (156 л). В данном случае следует выбирать аппарат, который сможет вместить не менее 6 кубических футов (176 л).

При износе сопла до 7/16 дюйма (11 мм) потребление абразива возрастёт до более чем 14 кубических футов в час (396 л) или 7 кубических футов (198 л) за полчаса, что сократит время работы аппарата до 20 минут на одну загрузку. При существенном сокращении времени работы следует проверить отверстие сопла на предмет износа.

Абразивоструйные аппараты со слишком маленькой загрузкой приведут к потере времени оператора на перезагрузку или ожидание, пока другие не перезагрузят аппарат. В слишком больших аппаратах тоже нет необходимости, потому что оператору в любом случае нужно будет останавливаться через 30 минут для перемещения к следующему месту работы. Для большей эффективности следует использовать негерметизированные контейнеры для хранения абразива, которые позволят автоматически заполнять аппарат во время перехода оператора к новому месту.

Вместимость аппарата определяется по весу, когда абразив имеет массу около 100 фунтов на кубический метр (1,5 кг/л), например, шлак. Ввиду всё большей разницы между типами абразивов и их плотностью, сейчас более точным будет расчёт аппаратов по объёму.

Аппарат на 6 кубических футов (200 л) вмещает около 600 фунтов (273 кг) шлака. В этом же аппарате поместится всего 340 фунтов (155 кг) лёгкого пластикового материала или 1 500 фунтов (682 кг) стальной крошки. Несмотря на разницу плотности этих абразивов, весь объём будет израсходован примерно за одинаковое количество времени.

(Смотрите Приложения 6—7 со «Справочными таблицами по абразивоструйным аппаратам»).

ВНИМАНИЕ

Запрещается передвигать струйный аппарат, содержащий абразивный материал. Даже физически сильный оператор не сможет справиться с весом наполненного абразивом аппарата, пришедшего в движение. Для перемещения пустого двухколёсного струйного аппарата следует применять механическое грузоподъёмное оборудование.

Мобильность

Струйные аппараты бывают мобильными и стационарными, с ёмкостью от 20 до 25 ООО литров. Если аппарат никогда не требуется перемещать, следует выбирать стационарную модель. Перемещаемые аппараты более функциональны, так как их можно установить там, где они необходимы, или использовать в одном месте.

Струйные аппараты можно разделить на четыре категории: маломощные, среднемощные, высокопроизводительные и аппараты большого насыпного объёма.

У маломощных аппаратов ёмкость от 15 до 30 л, трубки малого диаметра, короткий рукав и прямая втулка сопла. Эти аппараты имеют такую же мощность, что и большие, но используются для гораздо меньшего объёма работ. Благодаря лёгкому весу и портативности, они идеально подходят для очистки небольших участков сложной загрязнённой поверхности.

Среднемощные аппараты можно перевозить на небольшой грузовой машине, и они обладают высокой производительностью и ёмкостью: от 100 до 140 л. Как правило, они комплектуются трубками и рукавами на 25 мм, которые можно использовать с соплами Вентури на 5, 6,5 и 8 мм. Такие аппараты идеально подходят для работ, которые можно выполнить в течение 1—2 часов.

Высокопроизводительные аппараты - самые многофункциональные и популярные. Их ёмкость составляет 200 л и более. Они комплектуются стандартными трубками и рукавами размером 32 или 38 мм и соплами Вентури размером от 10 до 12,5 мм. Обычно используются подрядчиками по абразивоструйной очистке и на промышленных объектах и вмещают большой объём абразива для продолжительной безостановочной работы. Стационарные высокопроизводительные установки используются вместе с абразивоструйным помещениями и автоматическими шкафами. Портативные аппараты имеют два колеса.

Струйные аппараты большого насыпного объёма обеспечивают такие же результаты, что и высокопроизводительные аппараты, но вмещают больший объём абразивного материала - от 1 800 до 24 000 л. Такие аппараты обычно оснащены выходами для нескольких операторов. Особенно популярны портативные аппараты объёмом от 3 600 до 4 800 л и 2-4 выходами. Воздушные трубки и шланги подачи воздуха в аппаратах большой ёмкости должны быть достаточно большими для обеспечения всех рабочих выходов.

Портативные аппараты большой ёмкости могут быть оснащены только колёсами для перемещения по рабочей зоне, а также могут быть оборудованы тормозами, световыми сигналами, предохранительными решётками и другими устройствами, которые позволят буксировать их по автомобильным дорогам. Многие аппараты большой ёмкости можно буксировать с полной загрузкой абразивным материалом весом около 1,5 кг/л. Если такой аппарат заполнить колотой дробью, то есть опасность превышения значения полной массы перевозочного средства.

При выполнении большого объёма работ использование аппарата с большой ёмкостью позволит сэкономить средства. Насыпной абразив стоит меньше, чем упакованный в мешки, и время, затрачиваемое на загрузку абразива из мешков, непродуктивно.

Для быстрой загрузки абразивного материала в аппарат на рабочей площадке можно установить бункеры-накопители с достаточным количеством материала, чтобы заполнять струйные аппараты по нескольку раз. По необходимости в бункер посредством пневмопогрузчика загружается абразив.

Аппараты большой ёмкости часто используются на судоремонтных предприятиях и больших промышленных объектах, а также их предпочитают некоторые крупные подрядчики по абразивоструйным работам.

Существует неверное мнение о струйных аппаратах большой ёмкости. Эти аппараты не обеспечивают более мощную струю и не чистят быстрее, чем другие высокопроизводительные аппараты. Производительность можно повысить за счёт размера и количества используемых сопел. Во многих случаях более предпочтительны четыре многофункциональных аппарата малой ёмкости с бункерами-накопителями и другими устройствами, потому что отдельные аппараты могут быть остановлены для целей техобслуживания либо установлены в разных местах, что позволит уменьшить длину абразивоструйного рукава.

Ёмкость струйного аппарата следует выбирать, исходя из текущих и будущих работ. Более крупные аппараты, которые потребуются с развитием предприятия, стоят лишь на 5—10% дороже, чем менее крупные. Качественный аппарат прослужит 15—20 лет при соответствующем обслуживании, поэтому изначальная разница в цене минимальна; однако дополнительные трудозатраты по загрузке слишком маленького аппарата могут стать существенными.

Отличительные недостатки специальных аппаратов

Преимущества струйных аппаратов с большой ёмкостью включают: большой объём абразивного материала, несколько выходов для потребителей и обеспечение непрерывной работы. Однако эти характеристики связаны также и с недостатками.

Среди недостатков можно указать следующие: потребность в огромном объёме воздуха для работы нескольких сопел и затраты на отделение влаги из большого объёма воздуха. Для этих аппаратов требуются высокоэффективные осушители воздуха и дополнительные охладители, что ведёт к увеличению эксплуатационных расходов.

Струйный аппарат на 4 рабочих места с соплами на 9,5 мм потребляет 22 м³/мин. Трубки и муфты должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить этот объём (22 м³/мин), а также иметь запас на износ сопел, что приведёт к значительному увеличению потребления воздуха. Если отверстия всех четырёх сопел будут изношены до 11 мм, потребление воздуха возрастёт до 28,4 м³/мин.

Аппараты большой ёмкости обычно устанавливаются в Центральной части, а несколько абразивоструйных рукавов протягиваются к месту выполнения работ. В слишком длинных рукавах трение приводит к потере давления. В длинном перекрученном рукаве, как правило, наблюдается потеря давления 1,7 бар (25 psi).

Аппараты для непрерывной работы состоят из двух камер. При работе нижняя камера находится под давлением, а верхняя наполняется абразивом. Когда давление верхней камеры выравнивается с давлением нижней, абразив сыпется в нижнюю камеру - и всё это проходит без прерывания процесса струйной очистки. Непрерывная струйная очистка обеспечивает экономию трудозатрат и времени и чаще используется в автоматизированных системах, когда изделия обрабатываются непрерывно.

Недостатки аппаратов непрерывного цикла могут привести к нестабильному потоку воздуха, особенно это относится к системам с несколькими рабочими выходами. Ввиду необходимости герметизации и разгерметизации верхней камеры, а также подачи большого объёма воздуха в несколько сопел, поток воздуха и давление могут колебаться. Как следствие, появляются рывки абразивной струи, которые сказываются на рельефе очищаемой поверхности. Если подача воздуха находится на пределе или неадекватно фильтруется, это приведёт к ещё большим проблемам.

Некоторые аппараты большой ёмкости предлагаются с двумя камерами, что может привести к сложностям с подачей воздуха.

Для достижения наилучшего результата всё должно быть просто. Любое сложное устройство обычно приводит к обратному результату, который перевешивает преимущества.

Аксессуары

Сито и кожух

Сито защищает струйный аппарат от попадания в него бумажек, конфетных обёрток, окурков и другого мусора.

Источником бумажного мусора, как правило, служат мешки. Когда мешки открываются над аппаратом, небольшие кусочки бумаги попадают внутрь и засоряют выходное отверстие. В качестве сита следует использовать толстый перфорированный металлический лист с отверстиями не более 6,5 мм. Не стоит использовать проволочную сетку, потому что она не выдержит веса мешка с абразивом.

Когда аппарат не используется, его необходимо укрывать, чтобы не допустить попадания дождя и конденсата. Вода в аппарате приведёт к простою. Также в конце каждого дня следует опустошать аппарат, чтобы предотвратить закупоривание клапанов и рукава сырым абразивом ввиду образования конденсата.

Для защиты аппарата рекомендуется использовать прочную металлическую крышку, тяжёлый виниловый мешок или и то, и другое. Металлическая крышка не допустит попадания воды в аппарат, а с помощью мешка его можно укрыть сверху донизу для защиты от грязи и воды.

Регуляторы давления и манометры

Для настройки и слежения за давлением воздуха струйный аппарат необходимо оборудовать регулятором давления и манометром. При поддержке требуемого рабочего давления гарантируются оптимальные рабочие характеристики и обеспечивается работа аппарата без превышения предельного давления, составляющего, как правило, от 8,6 до 10 бар.

Примечание: Некоторые аппараты работают при давлении 12 бар, а некоторые — при меньшем давлении (7,6 бар, в Великобритании). Многие струйные аппараты имеют встроенные регуляторы давления.

Манометр показывает давление воздуха на выходе из компрессора, что является началом струйной системы. Игольный манометр показывает давление в сопле, который является концом этой системы. Давление на входе воздуха в струйном аппарате на 125 psi должно составлять от,110 до 120 фунтов (7,6—8,3 бар). Никогда не следует предполагать, что давление на входе воздуха в аппарат достаточно, так как потери давления, ввиду трения воздуха в шлангах и фитингах, в разных случаях могут варьироваться.

Манометр на входе воздуха в струйный аппарат позволяет быстро проверить давление, а регулятор - предотвратить нагнетание излишнего давления в аппарат в случае, если настройки компрессора завышены.

Если давление в сопле ниже 6,2—7 бар, а манометр на входе в аппарат всё равно показывает 7—8,6 бар, значит, давление в аппарате падает: в его трубной обвязке или, скорее всего, в абразивоструйном рукаве. Необходимо сравнить давление в рукаве рядом с соплом и рядом с выходом из аппарата. Если давление примерно одинаково, это означает, что с рукавом всё в порядке.

Если давление на входе воздуха в аппарат ниже, чем в компрессоре, то потеря давления происходит в воздуховоде или коллекторе.

Рекомендуется использовать регуляторы, предназначенные для высокого давления и большого объёма воздуха. Может потребоваться приобрести регулятор с большим диаметром резьбы и вставить в него втулку, чтобы он подошёл для установки на входе в аппарат. Запрещается настраивать регулятор на давление большее, чем одобренное рабочее давление аппарата.

Дозирующие клапаны для абразива

Абразив попадает в быстрый поток сжатого воздуха через дозирующий клапан благодаря гравитации. При недостаточном количестве абразивного материала образуется неровный рельеф, ввиду чего замедляется производительность и остаются незатронутые участки. Чрезмерно большое количество абразива приводит к столкновению частиц друг с другом, из-за чего они теряют энергию и происходит неравномерное распределение частиц. Также чрезмерное использование абразива приводит к высоким материальным и трудозатратам.

Дозирующие клапаны, подающие абразив под углом 90 градусов, вызывают турбулентность, которая приводит к нестабильному абразивному потоку, повышенному износу трубопровода и неравномерному смешиванию воздуха и абразива.

Подача абразива в поток воздуха под углом 45 градусов позволяет равномерно смешивать воздух и абразив. Это минимизирует турбулентность и приводит к однородному рельефу.

Посредством настройки дозирующего клапана можно получить максимум эффективности от каждой абразивной частицы.

Начните работу с закрытого дозирующего клапана. Нажмите рукоятку дистанционного управления, чтобы воздух начал выходить из сопла, потом потихоньку открывайте клапан.

Наблюдайте за смесью воздуха и абразива, выходящей из сопла. При правильной настройке, поток, выходящий из сопла, будет слегка окрашен. Опытные операторы могут по звуку определить стабильный поток абразива. При недостаточном количестве абразива звук будет очень высоким, при излишнем количестве - будет нестабильное пульсирующее звучание.

Излишняя насыщенность абразива замедляет производительность и приводит к бесполезному расходу материала. Чрезмерное количество абразива не приведёт к ускорению работ.

Характеристики дозирующего клапана

Хороший дозирующий клапан позволит производить точную настройку. Воздушные клапаны и другие клапаны, не предназначенные для абразивных материалов, будут быстро изнашиваться и негативно влиять на поток.

Качественные дозирующие клапаны изготовлены из износостойких внутренних материалов, находящихся в прочных корпусах. Клапан должен настраиваться просто и точно. Открываемая крышка позволит удалять посторонние материалы, которые засоряют клапан.

Конструктивное решение

Изначально дозирующие клапаны проектировались для использования только с одним видом абразивного материала.

Современные дозирующие клапаны могут использоваться со всеми видами абразивов, что добавляет функциональности струйным аппаратам.

Клапаны в базовой комплектации настраивают поток абразива вручную. С внедрением контроллера клапан стал отказобезопасным, нормально закрытым. Дополнительные функции позволяют оператору настраивать, открывать и закрывать поток абразива на расстоянии.

Дозирующие пластины клапана должны быть устойчивыми к износу и коррозии. Обычно одна пластина неподвижна, а другая настраивается. Настраиваемая пластина точно контролирует поток абразива посредством открывания и закрытия отверстия в неподвижной пластине.

Для открывания подпружиненного нормально закрытого дозирующего клапана и обеспечения потока абразива требуется сжатый воздух. Нормально закрытые клапаны более безопасны, потому что они немедленно прекращают поток абразива, если подача воздуха прекращается.

Нормально закрытые клапаны оснащены функциями дистанционного управления по сбрасыванию и удержанию давления, что позволяет оператору прервать поток абразива и дуть на поверхность только сжатым воздухом. Более подробно это описано в подразделе «Системы дистанционного управления».

Современные дозирующие клапаны можно настраивать посредством рычагов дистанционного управления на сопле. Это особенно полезно, когда абразив становится сырым и требуется моментально настроить поток.

Дистанционное управление

Струйный аппарат должен быть оборудован устройством дистанционного управления, которое позволит быстро остановить абразивную струю при отпускании рукоятки управления. Администрация OSHA (США) требует, чтобы устройства дистанционного управления были установлены на всех струйных аппаратах. В случае, если кто-то получил травму или погиб, ввиду отсутствия устройств дистанционного управления, подрядчик может быть оштрафован на значительную сумму, или понести другую ответственность.

Рукоятка управления должна быть размещена рядом с соплом, и оператор должен уметь ею пользоваться. Использование струйного аппарата без устройств дистанционного управления является очень опасным и может привести к серьёзным травмам или смерти оператора или других людей.

Помимо безопасности, устройства дистанционного управления обеспечивают существенную экономию сжатого воздуха и абразива. Если оператору приходится ждать, пока кто-нибудь не выключит аппарат, воздух и абразив будут тратиться впустую. Так же отказ от привлечения дополнительного рабочего позволит сэкономить на трудозатратах, поскольку один человек будет загружать абразив в несколько аппаратов или выполнять другую работу между пополнением резервуаров.

Принципы работы

При абразивоструйной очистке существует два принципа работы устройств дистанционного управления. Популярная система сброса давления позволяет разгерметизировать аппарат всякий раз при отпускании рукоятки дистанционного управления. Система удержания давления позволяет отключать подачу воздуха и абразива в сопло без разгерметизации аппарата. Каждая из них имеет свои преимущества для конкретных случаев применения.

Простые системы сброса давления широко используются в аппаратах, рассчитанных на одно рабочее место. При нажатии на рукоятку дистанционного управления в аппарате нагнетается давление, и можно начинать работу. При отпускании рукоятки подача воздуха в аппарат прекращается, что приводит к его разгерметизации. Абразивный материал из вогнутой верхней части аппарата или из расположенного сверху бункера-накопителя автоматически пересыпается в аппарат.

Системы удержания давления поддерживают давление воздуха в аппарате, даже когда струйные работы останавливаются. Аппарат, рассчитанный на несколько рабочих мест, позволяет оператору остановить работу, не влияя на работу других операторов. Наличие устройства удержания давления в двухкамерном аппарате обеспечивает перемещение абразива из верхней в нижнюю камеру без прерывания процесса струйной очистки.

Устройства удержания давления иногда устанавливаются на аппараты с одним соплом, если большое количество времени теряется на герметизацию и разгерметизацию ввиду частого включения и выключения аппарата.

Система удержания давления в базовой комплектации не обеспечивает автоматического пополнения абразивным материалом. Для этого струйный аппарат необходимо вручную разгерметизировать. Однако существуют аксессуары, которые позволят автоматизировать процесс пополнения. Это могут быть простые ручные переключатели или электрические таймеры и индикаторы уровня.

Основные компоненты

Несмотря на разные принципы работы, системы сброса и удержания давления имеют некоторые общие компоненты, включая рукоятки управления и двойной шланг. Как система сброса, так и система удержания давления могут быть оснащены пневматической или электрической рукояткой управления.

Рукоятки дистанционного управления

Большинство дистанционно управляемых клапанов имеет пневматический привод, но среди способов активизации можно выбрать электрический и пневматический. Пневматические системы подходят для большинства случаев применения и обычно стоят дешевле электрических.

Пневматические рукоятки дистанционного управления хорошо работают на расстоянии до 30 м. Электрические рукоятки рекомендуются при работе на расстояния 45 м и более.

Пневматическая рукоятка

Рукоятки с пневматическим управлением просты в работе и обслуживании. Сжатый воздух проходит по одной части двойного шланга, и при нажатии рычага управления возвращается назад по другой, в результате чего активизируются клапаны на струйном аппарате. Когда рычаг отпущен, предохранительный фиксатор предотвращает непреднамеренное распыление. Любая из частей двойного шланга может быть подключена к любому фитингу на рукоятке управления, потому что отверстие контроля воздуха расположено в клапане подачи воздуха в аппарат. Этот важно, так как в этом случае снижается риск поломки из-за неправильного подключения двойного шланга.

Пневматическое устройство дистанционного управления при нормальных условиях реагирует в течение около 5 секунд, и время реакции увеличивается с расстоянием ввиду необходимости нагнетания давления на большем пространстве. На расстоянии более 30 м время реакции может удвоиться.

Электрическая рукоятка

Электрические устройства реагируют практически сразу, и время реакции не возрастает с увеличением расстояния. На больших расстояниях, более 90 м, следует использовать более тяжёлый электрический шнур, чтобы обеспечить правильное функционирование устройства дистанционного управления. Работа на расстоянии более 1 500 м нецелесообразна.

Электрические рукоятки управления работают аналогично пневматическим, за исключением того, что пневматические детали заменяются на герметизированный микропереключатель, а двойной шланг - на электрический шнур. В целях безопасности электрическая рукоятка управления работает на 12 В. Для более высокого напряжения могут использоваться панели управления, но они будут оборудованы понижающим трансформатором, чтобы подаваемое на электрическую рукоятку и шнур напряжение не превышало 12 В. Это защитит оператора от поражения электрическим током, что особенно важно, когда работа выполняется вблизи от воды и в ненастную погоду. Ещё одно преимущество заключается в том, что для низкого напряжения в качестве источника тока можно использовать аккумулятор компрессора.

К рукояткам управления следует относиться с особой внимательностью, потому что они используются для активизации устройства дистанционного управления. Ввиду установки рукоятки рядом с соплом на неё оказывается жёсткое воздействие, что приводит к её выходу из строя или быстрому износу. Функционирование рукоятки необходимо проверять и тестировать несколько раз в течение каждого рабочего дня. Убедитесь, что рычаг и фиксатор рычага работают правильно. Чтобы не допустить заклинивания движущихся частей, их следует очищать, а также необходимо часто менять резиновые кнопки и прокладки для предотвращения утечки воздуха и проникновения абразивного материала.

Системы дистанционного управления

Струйные аппараты обычно оснащаются двумя типами систем дистанционного управления - системой удержания давления и системой сброса давления.

Система сброса давления

В системе сброса давления используется два клапана: для начала работы и её остановки. Клапан на входе воздуха контролирует поток воздуха, поступающий в струйный аппарат и линию подачи, а клапан на выходе контролирует отработанный воздух. Оба работают на сжатом воздухе.

Клапан на входе воздуха нормально закрыт. Это означает, что он физически удерживается в закрытом состоянии посредством пружины. Клапан на выходе воздуха нормально открыт. Эти клапаны соединены влагостойким шлангом.

Воздух в пневматическую систему дистанционного управления проходит через отверстие точного размера, которое регулирует объём воздуха, поступающего в рукоятку управления. Это отверстие обеспечивает то, что рукоятка управления получит соответствующее количество воздуха для оптимального времени реагирования.

ВНИМАНИЕ

Запрещается изменять размер отверстия где-либо в системе дистанционного управления. Отверстие, которое слишком большое или слишком маленькое, может привести к непреднамеренному распылению абразива.

Воздух, поступающий обратно от рукоятки управления, создаёт давление в камере над поршнями клапанов впуска и выпуска воздуха, превышающее давление пружины. Это ведёт к открытию впускного клапана и закрытию выпускного клапана, в результате чего происходит герметизация аппарата и начинается работа.

При отпускании рукоятки управления сбрасывается давление воздуха на поршни клапанов, что приводит к разгерметизации аппарата.

Турбулентный поток, образующийся при разгерметизации, иногда захватывает абразивные частицы из струйного аппарата и выносит их через выпускной клапан. Устанавливаемый перед клапаном уловитель захватывает эти частицы, чтобы они его не повредили. Большинство уловителей оборудовано заменяемым ситом, которое нужно осматривать и чистить несколько раз в день.

Системы удержания давления

В системе удержания давления впускной клапан открывается вручную для создания давления в струйном аппарате. Два клапана, один во внешней трубной обвязке и один в дозирующем клапане, удерживаются пружинами в закрытом состоянии, пока сжатый воздух, поступающий от рукоятки, не откроет их. Эти нормально закрытые клапаны поддерживают давление в струйном аппарате, даже когда работы не выполняются.

При нажатии рукоятки оба клапана практически одновременно открываются, и поток воздуха и абразива поступает к соплу

Есть много вариантов исполнения систем сброса и удержания давления, но следует осторожно относиться к системам, в которых экономят на безопасности в угоду удобству работы и низкой стоимости.

Системы отсечения абразива

Благодаря функции отсечения абразива, оператор может закрыть дозирующий клапан посредством переключателя на рукоятке дистанционного управления, но при этом оставить поток сжатого воздуха. Систему отсечения абразива можно адаптировать для устройств дистанционного управления систем сброса и удержания давления.

Функция отсечения абразива позволяет оператору очищать поверхность сжатым воздухом и удалять отработанные абразивные частицы из труднодоступных мест и щелей. При использовании гидро-инжектора такая функция позволяет оператору смывать остатки абразива, а потом сушить поверхность. Это также удобно для очистки струйного рукава от абразива.

Примечание: поскольку некоторое количество абразива может оставаться в рукаве, все требования по технике безопасности также должны выполняться и при обдувании воздухом. Следует носить одобренные N10SHреспираторы и защитную одежду.

Шланги для дистанционного управления

Для функций дистанционного управления используются различные виды шлангов. При замене следует использовать шланги, указанные производителем, и подсоединять их в соответствии с инструкцией, приведённой в руководстве.

Большинство устройств дистанционного управления состоит из двух шлангов, скреплённых вместе. Рекомендуемые двойные шланги должны быть изготовлены из высококачественной неопреновой резины, которая не ухудшает своих свойств и не деформируется под воздействием влаги и масла. Внутренний диаметр должен быть одинаков по всей длине шланга для обеспечения беспрепятственного потока воздуха.

Двойные шланги диаметром 5 мм могут быть подключены к фитингам воздухозаборного клапана или рукоятки любой стороной. Благодаря этому не существует опасности неправильного подсоединения шланга, которая могла бы привести к непреднамеренному распылению абразивного материала.

Иногда используются сварочные шланги. При этом скрепляются два шланга различного диаметра и требуются фитинги двух разных размеров. В некоторых системах фитинги должны быть подсоединены определённым образом, указанным производителем, иначе устройство дистанционного управления не будет корректно работать. Как правило, сварочные шланги предназначены для использования с чистым сухим газом из баллона. Они могут не обладать необходимыми свойствами для устойчивости к влаге и маслу, которые присутствуют в сжатом воздухе, а также размер внутреннего диаметра на протяжении всего шланга может быть неодинаков. Сварочный шланг видно по окраске: одна сторона красная, а другая - зелёная.

Примечание: у неразборного двойного шланга одна сторона коричневая, а другая - жёлтая. В некоторых системах дистанционного управления существуют особые требования к подсоединению шланга. Чтобы не получить травму от непреднамеренного распыления абразива, перед подсоединением шланга дистанционного управления следует изучить инструкцию производителя.

Как при использовании электрической, так и пневматической рукоятки дистанционного управления, для активизации клапанов посредством привода (электрического тока или давления воздуха) необходимо осуществить цикл операцией.

Электрическая система управления

В большинстве систем дистанционного управления используется шнур на 12 В. Устойчивая к погодным воздействиям оболочка защищает провода от воды и грязи, чтобы не допустить короткое замыкание. Оно не представляет угрозу для здоровья человека, потому что в случае прерывания питания из распределительной коробки идёт сигнал на клапаны дистанционного управления об остановке работы. Однако процесс поиска места замыкания может принести неудобства и занять много времени, поэтому следует использовать шнуры, специально изготовленные для применения в суровых полевых условиях.

Техника безопасности при работе с дистанционным управлением

Струйный аппарат разгоняет абразивные частицы до скорости более 200 м/сек. Абразивные материалы на высокой скорости могут нанести травму или привести к смерти.

Ниже перечислены основные принципы по использованию дистанционного управления. Перед установкой или эксплуатацией системы следует ознакомиться с инструкцией по эксплуатации.

• Запрещается изменять, удалять или заменять любые оригинальные детали производителя. Это правило применимо даже к самым простым сменным частям.

• При осмотре, обслуживании и очистке каждого компонента системы следуйте инструкции по эксплуатации.

• Запрещается закреплять рычаг дистанционного управления на рукоятке и препятствовать его свободному движению. Это не позволит системе дистанционного управления служить в качестве меры обеспечения безопасности и может привести к серьёзной травме, если сопло упадёт.

• Необходимо осматривать и чистить фитинги шланга дистанционного управления перед подсоединением. Пыль и грязь в фитингах воспрепятствуют проходу воздуха в системе и приведут к появлению царапин на цилиндрических стенках клапана управления. Следует осторожно подсоединять фитинги, чтобы не повредить резьбу. Всегда используйте ключ, чтобы аккуратно затянуть фитинги.

Абразивоструйный рукав и муфты

Абразивоструйный рукав быстро изнашивается и рвётся ввиду режущего действия и высокой скорости абразива внутри, а также грубого обращения и разрушающего воздействия снаружи.

Муфты редко изнашиваются. Однако они могут ломаться от грубого обращения или могут быть раздавлены транспортными средствами.

Наилучшим способом снижения расходов и обеспечения высокой производительности является использование высококачественного рукава соответствующего размера, который предназначен для абразивоструйных работ и рассчитан на определённое давление. Муфты должны быть высокого качества и изготовлены специально для использования с абра-зивоструйным рукавом.

Абразивоструйный рукав

Высококачественный струйный рукав представляет собой толстую трубку из ненаполненного вулканизата на тканевой основе и защищенную прочным внешним покрытием. При абразивоструйных работах ненаполненный вулканизат противостоит износу лучше, чем стироловый бутадиеновый каучук, который является смесью углеродной сажи и резины и представляет собой недорогое сырьё для изготовления рукавов. Не рекомендуется использовать шланги, сделанные из переработанной резины, потому что они изнашиваются быстро и неравномерно.

Толщина внутренней трубки рукава в большинстве случаев составляет 6,3 мм. Супергибкие рукава, такие как шланг марки Supa, имеют толщину стенки внутренней трубки всего 5 мм. Зачастую от 3 до 4,5 м такого гибкого шланга используется в качестве последнего отрезка рукава, потому что он меньше весит и легче гнётся.

Строение рукава

Абразивные частицы, скользящие по внутренней поверхности рукава, создают статическое электричество. Статическая дуга, искрящая из сопла, не причинит вреда оператору, но может напугать его. Для предотвращения искр от статического электричества производители высококачественных рукавов обрабатывают внутреннюю поверхность трубки составом, рассеивающим статическое электричество.

При работе вблизи опасных паров, например, в нефтяном хранилище, искра представляет собой смертельную опасность. В условиях возможного присутствия взрывоопасных паров следует использовать рукава, рассеивающие статическое электричество, и подключить заземляющие кабели к аппарату и соплам.

Обшивка рукава изготовлена из плотно прилегающего вискозного волокна или нейлона, которые выдерживают давление воздуха изнутри и грубое обращение снаружи. При изготовлении, с помощью игл в обшивке прокалываются тысячи маленьких отверстий. Эти отверстия предотвращают образование пузырьков воздуха между обшивкой и трубкой ввиду утечек воздуха из внутренней трубки. Пузырьки воздуха обычно бывают там, где концы рукава неправильно обрезаны; они могут набухать и разрывать обшивку. Если появляются воздушные пузырьки, необходимо снять сцепление и заново обрезать рукав.

При установке муфту рукава следует обрезать под прямым углом, чтобы обеспечить плотное прилегание к фланцу муфты. При утечке абразива вокруг плохо отрезанного торца стенка муфты будет изнашиваться. Рукав следует положить в устройство для резки и как можно более плавно отрезать его пилой с мелкими зубцами. С помощью перочинного ножа и подобных инструментов нельзя будет сделать ровный, аккуратный срез.

Как и все шланги, абразивоструйный рукав рассчитан на определённое давление. Параметр давления отличается в зависимости от прочности рукава и производителя. Если давление при струйной обработке превышает обычные значения, для предотвращения разрыва следует использовать рукава и фитинги, специально изготовленные для повышенного давления (смотрите «Таблицу по типам абразивоструйных рукавов» в Приложении 4).

Диаметр рукава

Для эффективной передачи абразивных частиц с потоком воздуха от аппарата к соплу струйный рукав должен обладать достаточным внутренним диаметром и быть как можно короче.

Внутренний диаметр абразивоструйного рукава должен быть в 3-4 раза больше диаметра отверстия сопла.

В случае использования рукава с внутренним диаметром меньше, чем диаметр отверстия выхода абразива из аппарата, количество воздуха и абразива, поступающего к соплу, резко сократится. В струйном аппарате с трубной обвязкой диаметром 32 мм, а рукавом на 19 мм, пропускная способность снизится на 64%. Пропускная способность рукава будет в три раза меньше пропускной способности трубопровода аппарата. Это не создаст проблем, если сопло также меньше и соответствует размеру рукава. Если при маленьком диаметре рукава используется сопло с большим диаметром отверстия, то давление в сопле резко упадёт.

Для большинства типов абразивных материалов внутренний диаметр абразивоструйного рукава должен быть, по крайней мере, в три (а лучше четыре) раза больше размера отверстия сопла. Например, для сопла на 9,5 мм требуется рукав с минимальным внутренним диаметром 28,5 мм. Поскольку рукавов с таким диаметром не бывает, следует подсоединить рукав большего размера из имеющихся - 32 мм.

Примечание: В случае применения металлических абразивных материалов, таких как стальная или железная крошка, правило о том, что размер рукава должен быть больше в три-четыре раза размера отверстия сопла, не применяется. Стальная крошка в два с половиной раза тяжелее, чем обычные неметаллические абразивы. Когда длина рукава превышает 15 м, некоторые подрядные организации используют рукав немного меньшего внутреннего диаметра, чтобы обеспечить движение тяжёлых абразивных частиц с постоянной скоростью. Для поддержания давления в сопле с обычным диаметром отверстия и меньшим диаметром рукава, подрядчик должен перейти на компрессор с большей производительностью. При использовании металлических абразивов диаметр рукава определяется, исходя из объёма и давления воздуха, веса абразива, длины рукава и степени изгиба рукава.

При внутреннем диаметре рукава 32 мм трубопроводы в аппарате должны также быть не менее 32 мм.

При большем отверстии сопла становится сложно обеспечивать соотношение размеров рукава и сопла. При диаметре отверстия сопла 12,5 мм требуется минимальный диаметр рукава 38 мм. Оператору будет тяжело на протяжении целого дня держать такой большой рукав. Поэтому к самому соплу можно подсоединить короткий рукав на один размер меньше. Двухслойный рукав, например, рукав марки Supa производства Clemco, часто используется в качестве такого облегченного рукава.

Облегчённые рукава должны быть как можно более короткими, желательно от 3 до 4,5 м, но не более 7,6 м. Внутренний диаметр облегчённого рукава должен быть лишь на один размер меньше диаметра основного рукава.

Потеря внутреннего пространства при уменьшении диаметра рукава

При использовании облегчённого рукава с длинным основным рукавом следует подсоединять рукав с меньшим внутренним диаметром поэтапно, причём к соплу должен подсоединяться рукав с наименьшим диаметром. Например, если размер сопла составляет 12,5 мм, а длина рукава 38 м, то основной рукав на протяжении 30 м от аппарата должен быть внутренним диаметром 38 мм, а облегчённый рукав длиной 7,6 м перед соплом должен быть внутренним диаметром 32 мм. При очень длинном рукаве и/или использовании сопла размером 16 или 19 мм, большая часть рукава должна быть диаметром 50 мм с переходным отрезком длиной 7,6 м, диаметром 38 мм, подсоединённым к облегчённому шлангу длиной 7,6 м, диаметром 32 мм.

Примечание: При использовании сопел на 16 или 19 мм и/или необычно длинных рукавов трубная обвязка аппарата, клапаны и другие компоненты должны быть большого диаметра. Требования можно узнать у поставщика оборудования.

Не имеет смысла использовать облегчённый рукав диаметром меньше 32 мм, поскольку максимальное удобство работы можно обеспечить с помощью супергибкого рукава диаметром 32 мм марки Supa производства Clemco. Многие подрядчики согласны на более быстрый износ, если останутся такие преимущества, как большой диаметр, лёгкий вес и гибкость, которые имеют большее значение, чем более короткий срок службы рукава. Длина рукава марки Supa, как правило, составляет не стандартные 15 м, а от 4,5 до 7,6 м, что позволяет нести меньшие затраты при его замене. Рукав всегда следует обрезать под прямым углом и ровно.

Примечание: В США абразивоструйные рукава изготавливаются длиной 15 м. В метрической системе рукава бывают стандартной длины 20 и 40 м.

Внешний диаметр рукава имеет значение для подбора муфты.

Стандартный допуск внешнего диаметра плюс или минус 1,6 мм по всей длине. Высококачественный рукав имеет Допуск плюс или минус 0,8 мм на длину 460 мм от каждого конца рукава, при этом весь рукав находится в стандартных пределах допуска. Чем меньше допуск, тем плотнее подсоединяются муфты и соплодержатель, допуск которых также составляет 1,6 мм.

Типичное соотношение внешнего и внутреннего диаметра в обычных рукавах

Стандартный рукав	Рукав марки Supa
(2 оплётки и 4 слоя), дюймы	(малый вес, 2 слоя), дюймы
Внутренний	Внешний	Внутренний	Внешний
диаметр	диаметр	диаметр	диаметр
1/2	1-5/32
3/4	1-1/2		1-5/16
1	1-7/8	1	1-1/2
1-1/4	2-5/32	1-1/4	1-7/8
1-1/2	2-3/8

Если рукав изготовлен с отрицательным значением допуска и к нему крепится муфта, изготовленная с положительным значением допуска, то их соединение может быть ненадёжным и не обеспечит уплотнение. Любые утечки приведут к потере давления в сопле. Если утечки будут существенны, то, в результате, рукав и муфты могут быть чрезмерно изношены. Особенно важен аспект обеспечения безопасности. Большая утечка воздуха и абразива может привести к неожиданному выходу из строя концов рукава и муфт.

Потери на трение

При недостаточном диаметре рукава потеря давления - не единственная проблема. Чем меньше внутреннее пространство, тем больше износ. Абразивные частицы стремятся лететь по прямой линии. Когда поток сужается, частицы задевают резиновые стенки в точке сужения и начинают прыгать и скользить по всему шлангу. Это приводит к снижению давления, что называется потерей на трение.

Потеря давления является результатом следующих факторов: малый диаметр рукава, изгибы и повороты рукава, большая длина. При длине рукава более 30 м следует использовать рукав большего диаметра.

Изгибы рукава также приводят к потере на трение. Воздух и абразив следует направлять по прямой линии. Даже плавный поворот слегка увеличивает трение, но при нескольких резких поворотах и изгибах произойдёт заметное падение давления, и рукав будет быстро изнашиваться в местах изгибов.

При работе на многих объектах не обойтись без изгибов рукава, но если их сделать плавными, это позволит увеличить срок службы рукава и не допустить большого падения давления.

Никогда не приступайте к работе, если рукав свёрнут в спираль, поскольку это приведёт к его быстрому износу. Абразивоструйный рукав является самым часто заменяемым компонентом абразивоструйной системы. Это приводит к значительным затратам, поэтому на рукав следует потратить время, чтобы проверить соответствие его диаметра, длины, положения и соединений.

Осмотр и уход абразивоструйного рукава

Абразивоструйные рукава рекомендуется осматривать ежедневно. Повреждение может быть незаметно. Проверка проводится посредством сжатия рукава через промежутки 150 мм и нахождения места, где внутренние стенки касаются друг друга. Это будет означать, что рукав изношен. Изношенный рукав следует заменить немедленно. Если окажется, что трубка изношена в одном месте, то эту зону нужно вырезать и повторно соединить оставшиеся части рукава.

При обнаружении прокола в рукаве работа должна быть немедленно остановлена, и следует отремонтировать либо заменить рукав. Дырки в рукаве нельзя заклеивать липкой лентой. Этот способ ремонта недопустим. Дырка может быстро увеличиться, и произойдёт обрыв рукава.

На внешнюю оболочку рукава влияют погода, процессы старения, химические вещества и механическое воздействие. При обнаружении трещин, отслоений или других свидетельств разрушения следует заменить весь отрезок рукава. Оболочка даёт рукаву устойчивость к прорывам и сохраняет круглую форму резиновой трубки.

Концы рукава необходимо проверять ежедневно на предмет износа. Если конец обрезан не прямо и не ровно, муфту нужно снять, а рукав обрезать заново. Изношенный конец рукава даст утечку абразива, что приведёт к разрушению рукава и муфты.

В конце каждого рабочего дня следует перекрывать подачу абразива дозирующим клапаном и, крепко удерживая сопло, удалять остатки абразива из рукава, продувая его сжатым воздухом. В противном случае абразив может затвердеть от влаги и забить рукав.

Когда рукав не используется, он должен быть свёрнут в кольцо и храниться вдали от воды, масла и химических веществ во избежание загнивания.

Используйте рукав высокого качества и обеспечьте необходимый уход за ним. На него приходится вся нагрузка разрушительных сил абразивоструйного процесса. Недорогие рукава невысокого качества не обеспечат экономии. Они стоят меньше, но быстро изнашиваются. Если не обеспечивать необходимого контроля и ухода за рукавом, это может крайне негативно сказаться на производительности и бюджете.

Высокое качество абразивоструйного рукава быстро окупается.

Муфты

Муфты абразивоструйного рукава и соплодержатели могут быть изготовлены из сплава латуни, алюминиевого сплава и усиленного нейлона в разных конфигурациях. Как и рукава, муфты и соплодержатели должны быть устойчивы к суровым условиям работы на объектах.

Материал муфты

Муфты и соплодержатели следует выбирать исходя не из цены, а из их безопасности, а также в зависимости от условий работы на объекте. В случае выбора несоответствующего типа, они могут стать одними из наиболее часто заменяемых элементов.

Латунные изделия громоздки, тяжелы и дороги, но идеально подходят для грубого и жёсткого обращения. Однако латунь - мягкий металл, и поэтому она может сломаться при большой нагрузке, например, под грузовиком и автопогрузчиком.

Алюминий - лёгкий металл, но менее прочный и более ломкий, чем латунь и нейлон. Его следует использовать, когда рядом нет транспорта.

Нейлон обладает преимуществами лёгкого веса алюминия и прочностью латуни, а также размеры нейлоновых изделий имеют минимальный допуск благодаря технологии литья под давлением. Жёсткие допуски нейлоновых изделий обеспечивают то, что детали точно подходят друг другу.

Муфты из нейлона отливаются под давлением. Этот процесс обеспечивает точность размеров и однородность изделий. Все размеры нейлоновых изделий находятся в рамках жёстких допусков, поэтому они точно подходят друг другу. У нейлона есть «память формы», что позволяет ему изменяться при большой нагрузке, но быстро восстанавливать начальную форму.

Латунные и алюминиевые изделия отливаются в песчаные формы. Отливки, полученные в песчаных формах, требуют периодического обслуживания, чтобы соблюдать допустимые отклонения размера. Особую внимательность следует проявлять при соединении двух муфт, отлитых в песчаных формах, поскольку износ используемых для отливки форм может отличаться.

Конструктивные характеристики

Муфты абразивоструйного рукава оснащены двумя сцеплениями одинаковой формы, чтобы можно было плотно соединить муфты двух любых размеров. Муфты для рукавов диаметром 38 и 50 мм специально отлиты со сцеплениями большого размера, чтобы внутреннее отверстие муфты соответствовало большому внутреннему диаметру рукава.

Совместимые сцепления имеются на муфтах для рукавов внутренним диаметром от 12,5 до 38 мм. Однако не следует соединять различные марки муфт, потому что отливочные формы разных производителей имеют отличающиеся размеры.

Производители используют резьбовые муфты для подсоединения муфты рукава к аппарату и его трубопроводу. Эти муфты изготавливаются из трёх стандартных материалов и оснащены такими же сцеплениями.

При соединении двух муфт их уплотнения совмещаются и плотно сжимаются при повороте муфт в закрытое положение. Очень важно обеспечить сжатие уплотнений. В случае их износа произойдёт значительная потеря воздуха. Муфты могут быть изношены до такой степени, что сцепления больше не будут иметь достаточно материала и прочности для фиксации. Это приведёт к поломке муфты и разъединению рукава.

Внутренний диаметр большинства уплотнений муфт составляет 32 мм, чтобы не создавать препятствие воздуху, попадающему из одного рукава в другой. Как правило, для фиксации положения уплотнения имеют небольшой фланец, который попадает в углубление на муфте.

Втулки муфт имеют отлитые внутренние выступы: обычно круговые в латунных и алюминиевых муфтах и спиральные - в нейлоновых. Под давлением струйный рукав расширяется и прижимается к этим выступам, что обеспечивает воздухонепроницаемое уплотнение.

Установка муфты

При креплении муфты размер и тип используемых шурупов должны соответствовать рекомендациям производителя. Часто используются шурупы для дерева, резьба которых подходит для удержания резины, позволяя не разорвать и не порезать её. Длина шурупа должна быть достаточной, чтобы обеспечить прочность крепления, и при этом нельзя допускать проникновение шурупа во внутреннюю трубку. Если в трубке шурупом будет сделано отверстие, это помешает потоку воздуха и создаст опасность утечки абразива.

Чтобы обеспечить прочное крепление рукава к муфте, перед затягиванием шурупов в рукав нужно вставить деревянный штырь. Это предотвратит сплющивание стенки рукава.

Для обеспечения безопасности работ муфты абразивоструйного рукава имеют два отверстия на каждом фланце. При соединении муфт эти отверстия располагаются друг напротив друга, и в них можно вставить предохранительные штифты. Эти штифты препятствуют случайному разъединению муфт. Нейлоновые муфты оснащены встроенными стальными подпружиненными предохранительными штифтами. Когда нейлоновые муфты соединяются, штифты автоматически встают на место. Встроенные штифты не могут быть потеряны или неправильно расположены.

Предохранительный трос

Предохранительные тросы абразивоструйного рукава защищают операторов от травм в случае разъединения муфт. Трос состоит из коррозиеустойчивой стали в оплётке с подпружиненными концевыми петлями. Петли надеваются на муфты и обеспечивают натяжение, но не мешает выравниванию рукава. Кроме того, они не утяжеляют муфту, когда рукав используется в вертикальном положении.

При износе внутренней части рукава, шурупы, фиксирующие муфты, будут захватывать всё меньше материала. С другой стороны, муфты могут быть повреждены, что ослабит их сцепление. В случае разъединения рукавов предохранительный трос предотвратит биение рукава из стороны в сторону и возможность получения травм персоналом.

Для поддержания рукава в вертикальном положении не следует использовать верёвки. Верёвки не сохранят прямую линию рукава, что отрицательно скажется на потоке воздуха и абразива.

Техника безопасности

Обычно абразивоструйный рукав и муфты находятся под жёстким воздействием. Они должны быть устойчивыми к различным погодным условиям, высокому давлению, высокой скорости абразива, растяжению, волочению и падению, а также выдержать нагрузку в случае, если на них наступит человек или наедет транспорт.

Ниже перечислены некоторые общие мероприятия, которые нужно осуществлять для безопасной и эффективной работы. Также следует учитывать и другие федеральные, региональные и местные правила (смотрите Приложение 9 «Лист контроля производительности абразивоструйного аппарата»).

• Осматривайте муфты рукава на предмет износа и повреждения всякий раз перед использованием.

• Проверяйте соответствие муфт. Не соединяйте муфты различных марок, поскольку их сцепления могут не подходить друг другу.

• Используйте шурупы, предоставленные производителем муфты.

• Проверяйте сопло и уплотнение муфты перед каждым использованием. Меняйте их как можно чаще.

• Рукав нужно обрезать под прямым углом и ровно. При появлении признаков износа следует обрезать повреждённый участок.

• Убедитесь в том, что конец рукава плотно прилегает к фланцу муфты.

• Убедитесь в том, что соплодержатели и муфты подходят к рукаву по размеру. Не используйте их, если они крепятся не плотно.

• Ежедневно осматривайте рукав по всей длине. Изношенные места нужно отрезать.

• Замените рукав с повреждённой оболочкой.

• Никогда не используйте рукав или муфты, которые не изготовлены специально для абразивоструйных работ.

• Используйте рукав, рассеивающий статическое электричество.

• Диаметр рукава должен быть в 3-4 раза больше внутреннего диаметра сопла.

• Никогда не превышайте рабочее давление, на которое рассчитан рукав.

• На все муфты следует установить предохранительные штифты.

• На всех местах соединения муфт следует установить предохранительные тросы.

• Во избежание травм, в случае выхода рукава или муфты из строя, следует надевать специальную защитную одежду.

Абразивоструйные сопла

Целью всех элементов, по которым абразив проходит до попадания в сопло, является обеспечение стабильного потока абразивного материала при заданном давлении. Работа сопла показывает, насколько эффективно другими элементами были выполнены все требования к обеспечению потока абразива.

Сопло ускоряет абразиво-воздушный поток, в результате чего достигается хороший режущий эффект, который позволяет успешно выполнять любые задачи. Размер, тип и форма сопла помогают задать скорость выполнения работ и конечный результат. Выбор сопла, соответствующего конкретному случаю применения, позволит окупить вложения благодаря достижению высокой производительности.

Материал сопла

От материала напрямую зависит срок службы сопла, который имеет большое значение, поскольку не только определяет длительность его использования, но и влияет на потребление воздуха.

При износе отверстия сопла для поддержания заданного давления требуется больше воздуха. Для сопла с отверстием размером 9,5 мм при давлении 7 бар требуется объём воздуха около 5,5 м³/мин. При увеличении сопла на 1,5 мм потребность в воздухе возрастает до более 7,2 м³/мин, то есть на 25%.

По этой причине сопло следует заменять, когда его отверстие изнашивается на 1,5 мм.

Более важно то, что, помимо потери воздуха, износ сопла более чем на 1,5 мм может привести к травме в случае разрушения внутренней вставки.

Обычно сопла изготавливаются из чугуна, керамики, карбида вольфрама, карбида кремния и карбида бора.

Чугунные сопла встречаются редко, потому что они изнашиваются после 6-8 часов работы.

Керамические сопла используются с неагрессивными абразивами в маломощных аппаратах и камерах абразивоструйной очистки.

Карбидные сопла - на основе вольфрама, кремния и бора -наиболее популярны для большинства струйных применений благодаря их высокому сроку службы. Сравнение износа сопел, приведённое ниже, сделано с учётом работы на одноразовом абразивном материале. Реальный срок службы сопла зависит от типа используемого абразива и давления.

Карбид вольфрама - это твёрдый, тяжёлый материал, используемый в разных областях, где необходима устойчивость к износу. Карбид вольфрама изготавливается посредством спекания, во время которого цельнолитые вставки сопла отливаются в пресс-форме при экстремально высокой температуре и давлении. Однако из-за процесса спекания вставка получается хрупкой. Сопла из карбида вольфрама служат около 300 часов при работе с одноразовыми абразивными материалами.

Карбид кремния появился в результате исследований легковесных и прочных материалов для авиастроения и аэрокосмической отрасли. Сопло из карбида кремния весит на 42% меньше, чем аналогичное сопло из карбида вольфрама, благодаря чему его удобнее держать на протяжении долгого времени. При работе с одноразовыми абразивными материалами карбид кремния служит до 500 часов, что на 50—65% дольше, чем срок службы кар-бидвольфрамовых сопел.

Сопловые вставки из карбида бора служат дольше всех. Это особенно важно при использовании очень острых абразивов, таких, как оксид алюминия и карбид кремния. При работе с одноразовыми абразивами карбид бора служит до 1 ООО часов. Закупочная цена таких сопел в 2—3 раза выше, чем сопел из кремния и вольфрама, однако эксплуатационные расходы за час их работы меньше по сравнению с вольфрамовыми или кремниевыми соплами.

Некоторые материалы вставок сопла лучше подходят для определённых абразивов. Сопла из карбида бора используются для абразивов из оксида алюминия или карбида кремния. Бор лучше противостоит очень острым гранулам.

Для стальной крошки, стальной дроби или любых железных абразивов используются сопла из карбида вольфрама. Другие карбидные материалы крошатся при воздействии высокоплотных стальных абразивных частиц.

Все карбидные вставки сопел хрупкие. Для защиты они вставляются в рубашку из металла, уретана или того и другого.

Форма сопла

Большинство подрядчиков по абразивоструйным работам пользуется соплами с широким конусообразным входом и выходом с меньшим углом конуса, которые вместе формируют трубку Вентури. Длина трубки Вентури, углы входа и выхода и размер отверстия точно рассчитываются для обеспечения максимального ускорения абразива и воздуха.

Абразив поступает в сходящийся вход сопла, проходит через отверстие, а потом быстро расширяется в мощном потоке, вы ходящем через расходящийся выход. При давлении 7 бар скорость в конце сопла достигает 200 м/сек, практически скорости звука. Для сравнения, из прямого цилиндрического сопла абразив выходит со скоростью 97 м/сек.

При износе сопла Вентури более чем на 1,5 мм оно теряет свою форму и не может обеспечивать ускорение, как прежде. Сильно изношенное сопло Вентури приводит к потерям воздуха, и скорость абразива в нём и образуемый рельеф поверхности сравнимы с прямыми цилиндрическими соплами.

У хорошо сконструированных сопел Вентури точные размеры входа, прохода и выхода, что позволяет ускорять абразив и оставлять равномерный след на очищаемой поверхности без разброса частиц и без участков, обработанных чрезмерно интенсивно. В результате получается равномерно очищенная поверхность.

Из плохо сконструированных сопел Вентури, когда углы отверстий входа и выхода рассчитаны неточно, абразивные частицы сильно разлетаются, что приводит к тому, что многие участки остаются не обработанными. При наличии такого широко разбросанного следа приходится заново обрабатывать его края, на что затрачивается время и абразив.

При использовании чересчур больших сопел, которые оставляют необычно большой след, результат получается неудовлетворительным.

Форма канала сопла определяет его «рабочее пятно». Обычно сопла имеют прямое отверстие или узкое отверстие Вентури. Сопла с прямым отверстием (1) создают сжатое пятно для местной обработки или работы в дробеструйном кабинете, для очистки отдельных частей, обработки сварных швов, очистки перил, ступеней, решеток, или резки камня и других материалов.

Сопла Вентури (2) создают широкое пятно и увеличивают скорость абразивного потока на 100% при имеющемся давлении. Сопла Вентури наиболее эффективны, когда речь идет о высокой производительности при обработке больших поверхностей.

Длинные сопла Вентури (3) способствуют увеличению производительности примерно на 40% в сравнении с прямыми соплами, а потребление абразива уменьшается примерно на 40%.

Сопла двойные Вентури (4) представляют собой две совмещенные секции с зазором между ними и отверстиями для дополнительного забора воздуха. Выходное отверстие сопла более широкое, чем у стандартного образца. Обе модификации предназначены для увеличения размера «рабочего пятна» и минимизации уменьшения скорости абразивного потока.

Сопла с широкой горловиной (5) имеют широкую входную горловину и широкое расходящееся выходное отверстие. При соединении со шлангом такого же размера, производительность будет на 15% больше, чем у сопел с меньшей горловиной. Широкая горловина в сочетании с большим расходящимся выходным отверстием может использоваться при высоких давлениях, увеличивая «рабочее пятно» на 60% и уменьшая потребление абразива.

Отверстие и длина сопла

Размер отверстия сопла определяет объём потребления сжатого воздуха. Чем больше отверстие, тем выше производительность и потребление воздуха. Следует использовать сопло наибольшего размера, для которого компрессор сможет обеспечить подачу воздуха.

Для работы абразивоструйного аппарата требуется постоянный, стабильный поток воздуха под высоким давлением; для работы других пневматических инструментов такие требования к компрессору не предъявляются.

Компрессор должен обеспечивать подачу воздуха для абразивоструйных сопел, шлемов и других аксессуаров, а также иметь достаточный резерв для компенсации увеличения потребления воздуха при износе сопла, потерях на трение и потерях давления в разных частях системы (смотрите Приложение 5 — «Таблица по минимальному объёму воздуха»).

Влияние износа сопла на потребление воздуха

Приведённая информация дана с учётом потребления воздуха при давлении 7 бар (100 psi).

Компрессоры воздуха не производятся точно в соответствии с указанными значениями, поэтому следует использовать компрессор, значение мощности которого является наиболее близким, но, при этом, большим значения потребления.

Потеря давления по причине износа сопла, помех в шланге или проблем с компрессором приведёт к снижению производительности.

Большинство подрядчиков пользуются методом приближённого подсчёта, в соответствии с которым потеря давления на 0,07 бара приводит к снижению производительности на 1,5%.

При давлении 7 бар в случае его спада на 0,07 бара производительность снижается на 1,5%. При более низком давлении снижение производительности менее заметно, но также сказывается на затратах.

Поэтому падение давления на 0,7 бар приводит к снижению производительности около 15%. В результате этого появляется необходимость добавить более одного часа к обычному 8-часовому рабочему дню. Сжатый воздух является дорогостоящим, но дополнительные трудозатраты, задержка графика выполнения работ и перерасход средств, вызванные снижением производительности, быстро превысят стоимость более мощного компрессора. Когда ёмкость компрессора ограничена, падение давления будет очень сильным.

Хотя износ сопла может снизить давление и негативно повлиять на производительность, возможность сохранить давление при работе с соплом большего размера позволит заметно увеличить производительность и эффективность. Безусловно, все компоненты абразивоструйной системы должны быть соответствующего размера, чтобы обеспечить прохождение большего объёма воздуха и абразива.

Для иллюстрации правила подсчёта снижения производительности при падении давления обратимся к таблице со значениями сопла, приведённой в приложении.

Для работы с соплом размером 8 мм требуется объём воздуха 3,9 м³/мин при давлении 7 бар. При износе сопла на 1,5 мм оно становится эквивалентным соплу размером 9,5 мм, для которого требуется объём воздуха 5,5 м³/мин при давлении 7 бар. Если ваш компрессор может обеспечить только 3,9 м³/мин, то давление в сопле упадёт до 4,1—4,8 бар, что приведёт к снижению производительности на 50%. Сопла изнашиваются всегда, поэтому важно иметь адекватный резерв сжатого воздуха для поддержания высокого давления.

Длина сопла варьирует в зависимости от случая применения. Короткие цилиндрические сопла размером от 38 до 50 мм используются в абразивоструйных камерах и с маломощными аппаратами, а также в случаях, когда расстояние между соплом и поверхностью небольшое.

Короткие сопла Вентури длиной около 76 мм используются для большого объёма работы на малом расстоянии от поверхности: 300 мм - для стали, 460 мм - для бетона и других мягких поверхностей.

Длинные сопла Вентури могут быть от 100 до 230 мм. Чем длиннее сопло, тем больше диаметр отверстия. Длинные сопла Вентури позволяют осуществлять большой объём работ по очистке на любых поверхностях на расстоянии от 460 до 610 мм для трудноочищаемых поверхностей и от 760 до 915 мм - для рыхлого слоя краски и мягких поверхностей.

Давление в сопле

Поддержание адекватного давления в сопле имеет большое значение для обеспечения высокопроизводительной струйной очистки. Манометр на компрессоре показывает давление воздуха только в компрессоре. Он не показывает давление абразивной струи. Шланги, воздушные фильтры, струйный аппарат и другие компоненты между компрессором и соплом создают трение и приводят к потере давления.

Для точного определения давления в сопле нужно использовать игольный манометр. Этот простой инструмент состоит из подкожной иглы, вставленной в манометр.

Иглу следует вставить в струйный рукав под углом 45 градусов на расстоянии около 150 мм от соплодержателя. При этом конец иглы должен быть направлен к соплу. Иглу необходимо вставить так, чтобы её конец был в центре воздушного потока. Такой манометр зафиксирует реальное давление в сопле.

Например, при струйной обработке конструкционной стали обычно требуется давление в сопле от 7 до 7,6 бар. Однако на практике в полевых условиях подрядчики работают при давлении от 6,7 до 7 бар. В струйной системе с 15-метровым рукавом и 15-метровым воздушным шлангом ожидается, что падение давления составит от 0,7 до 1 бар.

Давление в сопле ниже 5,9 бар означает, что в системе что-то не в порядке. Проверьте давление в компрессоре, а потом проверьте, нет ли помех во всех шлангах и рукавах, влагоот-делителях и других элементах системы. Также следует проверить, не слишком ли изношено сопло.

Крепление сопла

Сопла бывают с рабочей резьбой, стандартной мелкой резьбой или фланцевые.

Рабочая резьба позволяет устанавливать или удалять сопло без инструмента. Широкая резьба с большим шагом предотвращает заедание при попадании пыли, грязи и абразивных частиц, а также обеспечивает более прочную фиксацию сопла.

Держатели

При абразивоструйной очистке обычно используются два типа соплодержателей: резьбовые нарукавные держатели и быстросъёмные муфтовые держатели.

Наиболее популярны резьбовые нарукавные сопло-держатели, которые прикрепляются к концу рукава так же, как муфты, а сопла закручиваются в них на резьбу.

Второй тип - быстросъёмные муфтовые соплодержатели, которые подсоединяются к рукаву на муфту.

Резьбовые соплодержатели бывают с рабочей и мелкой резьбой, мало весят и удобны в обращении.

Быстросъёмные соплодержатели прикрепляются к любым рукавам, оснащённым совместимыми блокирующими муфтами. Они могут использоваться с соплами с рабочей резьбой, стандартной резьбой или фланцевыми соплами.

Быстросъёмные соплодержатели используются подрядчиками, у которых все рукава собраны с муфтами на обоих концах, поскольку в таком случае проще по необходимости добавлять и удалять рукава.

Какой бы не был метод крепления сопла, его впускное отверстие должно соответствовать размеру рукаву. Большинство подрядчиков используют сопла с впускным отверстием 25 или 32 мм. На самом деле, сопло на 32 мм позволяет чистить быстрее, чем сопло на 25 мм, при таком же размере выпускного отверстия. Несмотря на то, какой диаметр у впускного отверстия сопла, струйный рукав, подсоединённый к нему, должен иметь такой же диаметр.

Уплотнительные прокладки

Сопла являются дорогостоящим элементом, а уплотнительные прокладки - дешёвым. При изношенном уплотнении или, что хуже, отсутствии его, абразив с потоком воздуха будет разрушать рубашку сопла и соплодержатель.

Следует ежедневно проверять все прокладки и заменять их только прокладками соответствующего диаметра, чтобы обеспечить беспрепятственный поток из рукава в сопло.

Отсутствие хорошей резиновой прокладки приведёт к очень большим затратам.

Большая часть сопел разрушаются, ещё не выработав свой срок службы, в основном из-за халатного обращения. Твёрдость материала, которая помогает вставкам сопла противостоять абразивному потоку, также делает их хрупкими. Сопла нельзя бросать. Сопло может проработать ожидаемый срок, если с ним будут соответствующим образом обращаться.

Техника безопасности при работе с соплами

• При проведении работ сопло нужно направлять только на обрабатываемую поверхность. Абразивные частицы, вылетающие из сопла с большой скоростью, могут нанести серьёзную травму.

• Ежедневно следует измерять отверстие сопла. При износе сопла более чем на 1,5 мм его нужно заменить.

• Сопло и вставку следует осматривать ежедневно. При появлении трещин или глубоких выемок в рубашке или вставке сопла его нужно заменить.

• Проверьте резьбу сопла на предмет износа.

• Используйте уплотнения для сопла и заменяйте их в случае признаков износа.

Когда менять сопло

Чтобы определить время замены сопла, можно использовать сверло того же размера, что и внутренний диаметр сопла. Вставьте сверло в сопло. Если внутренний диаметр канала превышает размер сверла на 1,6—3,2 мм (1/16—1/8 in.), значит, время замены сопла настало. Износ сопла приводит к потере давления. Потеря давления приводит к снижению производительности на полтора процента на каждый фунт на квадратный дюйм потерянного давления воздуха.

Вы можете оценить состояние сопла визуально. Взгляните внутрь сопла на просвет. Любая шероховатость или эффект «апельсиновой корки» приводит к турбулентности, снижающей скорость абразива. Если при этом снижается давление и неравномерно наносится абразив, значит, настала пора заменить сопло. Оцените также внешний вид сопла. Вставка сопла изготовлена из твердосплавного материала, что обуславливает его хрупкость. Оболочка сопла предназначена для защиты хрупких вставок от повреждения при воздействии. Если оболочка сопла изношена, вероятно, вставка также изношена. Если вставка покрыта трещинами, даже толщиной в волос - сопло подлежит немедленной замене. Эксплуатация поврежденного сопла небезопасна.

Рекомендации

Во-первых, избегайте падения сопла или соударения с чем-либо, это приводит к выходу из строя сопла. Интенсивность работ может послужить причиной внутреннего повреждения сопла. Всегда осматривайте карбидовую вставку сопла перед каждым использованием. Эксплуатация сопла с поврежденной или сломанной вставкой недопустима.

Во-вторых, убедитесь, что используете сопло, подходящее для работы с абразивом, который вы желаете использовать.

В-третьих, всегда используйте новую прокладку, поставляемую с вашим соплом или соплодержателем. Прокладка герметизирует соединение между рукавом и соплом и предотвращает потери давления и изменение потока абразива. Осматривайте прокладку после каждых 10—20 часов использования и заменяйте по мере необходимости. Чтобы заменить прокладку, отвинтите сопло от держателя, удалите изношенную прокладку, замените новой, соберите в обратном порядке. Использование сопла без прокладки приводит к отмене гарантии изготовителя.

Четвертое: замените сопло, если внутренний диаметр превышает первоначальный на два размера.

Бластинг: средства защиты оператора, оборудование для абразивоструйной очистки

2013-10-20T16:13:01Z

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА

Выполнение работ по струйной очистке может быть очень опасным для плохо обученного и плохо оснащённого оператора. Струйный аппарат образует мощный поток острых частиц, которые, помимо очистки поверхности, создают облако токсичной пыли. Для предотвращения травм и заболеваний абсолютно необходимо использовать персональное защитное оборудование.

Нормы и правила

Во всём мире техника безопасности при абразивоструйных работах регулируется законодательством.

В США респираторы, такие, как шлемы с подачей воздуха и маски на лицо под давлением, должны пройти испытание и процедуру одобрения в департаментах OSHA, относящихся к Национальному институту безопасности и гигиены труда (NIOSH) и Администрации по безопасности и гигиене в шахтах (MSHA).

По вопросу действующих правил техники безопасности всегда нужно консультироваться с соответствующими местными органами.

Обученные и оснащенные подходящими и удобными средствами безопасности операторы абразивоструйного оборудования будут работать увереннее и эффективнее.

Риски, связанные с абразивоструйной обработкой

При проведении абразивоструйных работ источниками риска являются сжатый воздух под высоким давлением, вылетающие из сопла абразивные частицы, примеси в воздухе для дыхания, токсичная пыль от размельчённого абразивного материала и покрытия, громкий шум от сопла и двигателя компрессора; перекладины и оборудование, о которые можно получить травму на рабочем месте, а также другие факторы.

Техника безопасности на объекте не должна основываться исключительно на информации, приведённой в данной книге. В связи с изменением технологии следует использовать самые современные средства защиты и внимательно следовать руководству по их применению.

Пыль от удаляемого покрытия может содержать свинец, который очень опасен для оператора и других людей, находящихся вблизи. Зачастую обрабатываемые конструкции имеют несколько слоев неизвестных, потенциально токсичных покрытий. Поэтому находящиеся на объекте и рядом с ним люди должны носить разрешённые к применению респираторы.

Свинцовая пыль должна быть удалена с кожи и одежды перед приемом пищи или перерывом на отдых, а также до того, как работники покинут объект. При вдыхании или поглощении свинцовая пыль может привести к нарушениям работы головного мозга, бесплодию, повышению кровяного давления и другим заболеваниям.

Наиболее опасными для дыхательной системы являются мелкие, легко вдыхаемые частицы пыли. Они висят в воздухе, пока не осядут на землю или пока не будут удалены с объекта через вытяжные вентиляторы. Взвешенная пыль появляется при загрузке и выгрузке абразива, снимании одежды и других действиях до или после струйных работ. Хотя рабочие защищены шлемами с автономной подачей воздуха, они могут быть беззащитны перед опасным уровнем концентрации невидимой пыли, когда шлем снят.

Техника безопасности

Персоналу без средств защиты необходимо закрыть доступ в место проведения струйных работ и ближайшую зону. Размер зоны абразивоструйных работ определяется ответственными за технику безопасности при проведении мониторинга атмосферной пыли. Он зависит от погодных условий, влажности, направления и скорости ветра, состава абразивного материала, типа удаляемого покрытия и других факторов. Периодически требуется проводить исследование атмосферы и корректировать размер зоны.

В закрытых пространствах, таких как резервуары и помещения, весь персонал всегда должен носить разрешённые к применению средства защиты дыхания. Закрытые пространства необходимо вентилировать, чтобы обеспечить достаточный объём свежего воздуха и вытяжку пыли.

Не используйте кварцевый песок для струйных работ, особенно в закрытых помещениях, поскольку в результате его использования появляется вредная для здоровья пыль.

Работодатель должен предоставить защитную одежду и оборудование для удаления загрязнений и следить за их использованием. Также работодатели должны проводить обучение своих сотрудников, даже когда это означает чтение инструкций безграмотным рабочим и перевод руководств на иностранный язык.

Рис. 13. Защита дыхания операторов абразивоструйной очистки Шлемы с подачей воздуха

В области абразивоструйной обработки шлемы с подачей воздуха представляют собой респираторы с непрерывной подачей воздуха. На объектах, где концентрация токсичных веществ превышает уровень защиты, обеспечиваемой респиратором с непрерывной подачей воздуха, требуется, чтобы каждый оператор дополнительно использовал респиратор отрицательного давления (который крепится на лицо оператора внутри специального респиратора с подачей воздуха). Во избежание путаницы мы будем называть все респираторы «шлемами с подачей воздуха», или иногда просто «шлемами».

Шлем с подачей воздуха должен обеспечить оператора воздухом, пригодным для дыхания, защитить его лицо и голову от отскакивающих абразивных частиц и ударов, а также приглушать шум и не препятствовать обзору.

В соответствии с правилами OSHA уровень шума, создаваемый респиратором при максимальном потоке воздуха внутри шлема, не должен превышать 80 дб. Разрешённые к применению шлемы соответствуют правилам OSHA, но шумы на месте проведения работ, в основном, от сопел, обычно превышают разрешенный уровень, поэтому операторы должны носить средства защиты слуха, соответствующие окружающим условиям.

Экран шлема защищает лицо оператора от отскакивающих абразивных частиц. По требованиям NIOSH экран должен быть цельным и толщиной не менее 0,1 мм.

Большинство шлемов оснащены рамкой для вставки нескольких тонких расходных экранов, которые защищают толстый внутренний экран. Тонкие экраны имеют отрывной язычок и перфорированы по краям, что позволяет оператору оторвать самый верхний экран, когда он становится испорченным, и открыть новый.

Высококачественные экраны обеспечивают ясный обзор и удобство работы. По требованиям NIOSH все заменяемые компоненты шлема, включая экраны, должны быть идентичны оригиналам, указанным производителем. Экраны, которые вырезаны из листов прозрачного пластика, закупленных у местного поставщика, могут обладать плохим оптическим качеством. Это может вызвать головную боль и напряжение глаз, что сильно повлияет на работу оператора.

Нет логического обоснования экономии незначительных средств при покупке дешёвых пластиковых экранов. Они будут причиной дискомфорта оператора, снижения качества его работы, ухудшения отделки поверхности и прекращения действия гарантии производителя на защитный шлем.

Использование компонента шлема, не указанного производителем, приводит к прекращению действия разрешения NIOSH и гарантии производителя.

Шлем с широким и высоким экраном обеспечивает оператору хороший обзор. Это позволит ему лучше видеть возможные препятствия его движению. Шлемы, оборудованные респираторами отрицательного давления, обычно имеют малое окно обзора.

Когда подбородочный ремень шлема правильно отрегулирован, он хорошо держит шлем и позволяет поворачивать его вместе с головой оператора. Без подбородочного ремня может случиться так, что оператор повернёт голову и увидит боковую стенку шлема.

Накидка шлема защищает верхнюю часть тела оператора от отскакивающих абразивных частиц. Её требуется периодически чистить, часто осматривать и немедленно заменять в случае повреждения.

У многих накидок есть внутренний воротник из пористой эластичной ткани, который плотно облегает шею оператора. Он позволяет воздуху выходить с такой же интенсивностью, с какой он поступает из воздушной линии, сохраняя положительное давление в шлеме. Этот непрерывный поток воздуха препятствует попаданию пыли и абразива в шлем. Внутренние воротники можно извлекать для чистки или замены.

Износоустойчивая накидка защищает оператора от отскакивающих абразивных частиц и предотвращает попадание пыли и абразива под шлем и костюм. При признаках износа накидки её следует заменить, особенно при появлении дыр около мест подсоединения к шлему. В случае наличия дыр в этой зоне пыль может попасть в шлем. При покупке новой накидки убедитесь, что метод её крепления подходит вашему шлему.

Шланг подачи воздуха

Шланг подачи воздуха соединяет регулирующий пневмокла-пан с воздухозаборным отверстием шлема. Это гибкий шланг, поэтому он не будет мешать движениям головы. Запрещается переносить шлем, держа его за шланг. Это приводит к утечке сжатого воздуха и сокращению количества воздуха, подаваемого оператору. Некоторые шлемы оснащены ручкой или ремнём для переноса. Если шланг повреждён или даёт течь, то нужно его заменить точно таким же типом шланга того же производителя. Шланг подачи воздуха для шлема оснащён глушителем и сделан из звукопоглощающего материала, что снижает уровень шума от сжатого воздуха в шлеме.

Шланг для вдыхаемого воздуха

Шланг для вдыхаемого воздуха, по которому он поступает от воздушного фильтра до регулирующего пневмоклапана, должен соответствовать требованиям NIOSH по диаметру, прочности, составу и технологии производства. На таком шланге стоит маркировка NIOSH.

Примечание: в Европе цвет шланга для вдыхаемого воздуха - зелёный, чтобы отличить его от других воздушных шлангов.

Обычно регулирующий клапан для подачи воздуха в шлем настроен на объём от 0,2 до 0,4 м³/мин, как этого требует NIOSH. Такой поток воздуха обеспечивает положительное давление внутри шлема, которое не допускает проникновение пыли. Оператор может регулировать подачу воздуха в шлем в этих пределах, но не может полностью выключить воздух или превысить объём 0,4 м³/мин. Некоторые шлемы имеют пропускное отверстие неизменяемого сечения, которое обеспечивает необходимый поток воздуха, но не позволяет настраивать его.

Никогда не изменяйте конструкцию воздушного клапана и не заменяйте его любым другим типом клапанов! В этом случае будут нарушены условия выдачи разрешения NIOSH и потеряна гарантия производителя.

Специальные шлемы

Для работ при высокой концентрации свинцовой пыли следует выбирать респираторы, которые могут работать в режиме отрицательного давления. Такие респираторы включают отдельную маску для лица, которая находится под шлемом. Маска плотно прилегает к лицу оператора. Воздух для дыхания, подаваемый в шлем, попадает в маску и выходит через выдыхательный клапан. Маска находится под положительным давлением относительно окружающего воздуха. Положительное давление внутри маски не допускает проникновения свинцовой пыли.

Для эффективного использования респиратора, а также безопасности и удобства работы, необходимо соблюдать график технического обслуживания, приведённый в руководстве пользователя!

Даже при такой дополнительной защите операторы не должны без необходимости подвергаться воздействию высокой концентрации пыли. Если возможно, настройте вентиляцию так, чтобы быстро удалить пыль из места проведения работ.

В жёстких условиях работы может потребоваться более частое обслуживание, чем указано производителем.

Запрещается использовать респиратор без обучения его эксплуатации, уходу за ним и обслуживанию. Необученный персонал может нанести себе травму и испортить оборудование.

Клапан регулирования температуры воздуха в шлеме

Вместо стандартного регулирующего пневмоклапана возможно использование двух типов пневмоклапанов. Один тип позволяет подавать холодный воздух, другой - горячий или холодный.

Когда воздух снаружи тёплый, а сжатый воздух горячий, пневмоклапан позволяет почти на 30 градусов снизить температуру воздуха, попадающего в шлем. Пневмоклапан горячего/холодного воздуха направляет в шлем либо тёплый, либо холодный воздух. Такие клапаны позволяют контролировать температуру, но могут не обладать функцией регулирования объёма подаваемого воздуха.

Клапаны регулирования температуры не нагревают и не охлаждают воздух. Благодаря образованию вихревого потока, горячий сжатый воздух отделяется от холодного. Клапаны подачи холодного воздуха выпускают горячий воздух, а холодный направляют в шлем. Клапаны горячего/холодного воздуха могут быть настроены на подачу горячего или холодного воздуха в шлем.

Операторы работают более эффективно, когда температура подаваемого воздуха комфортна для них.

Клапаны регулирования температуры испытываются NIOSH и одобряются к использованию только с оригинальным шлемом производителя. Запрещается комбинировать различные марки клапанов и шлемов, поскольку в этом случае одобрение NIOSH будет аннулировано.

При использовании клапанов регулирования температуры потребление воздуха шлемом увеличивается до 0,6 м³/мин при давлении от 6,2 до 7 бар. Как и в случае со стандартными регулирующими пневмоклапанами, через клапаны регулирования температуры в шлем необходимо подавать не менее 0,2 м³/мин и не более 0,4 м³/мин, и оператор не должен иметь возможности полностью перекрывать подачу воздуха.

Воздушные насосы

Воздушные насосы имеют электрический привод, и в них не используется масло, благодаря чему не образуется угарный газ и масло не попадает в воздуховоды. Дизайн шлемов обеспечивает подачу воздуха от насосов под низким давлением. Как и в случае с компрессорами, воздушные насосы необходимо устанавливать там, где выхлопные газы или другие загрязняющие вещества не попадут в воздухозабор-ное отверстие. Насосы оснащены встроенными воздушными фильтрами на заборном и выпускном отверстиях, поэтому в дополнительных фильтрах необходимости нет. Большинство воздушных насосов при работе нагревается, поэтому они могут не подойти для использования в жарком климате.

Подача воздуха в шлем

Воздух, поступающий в шлем, должен быть чистым, сухим, не содержать загрязнений и подаваться под давлением и в объёмах, указанных NIOSH. Особое внимание следует обратить на источник воздуха, систему фильтрации и состав воздуха. Следует прочитать все инструкции, относящиеся к оборудованию, нагнетающему и передающему воздух для дыхания.

ВНИМАНИЕ

Ознакомьтесь и следуйте всем инструкциям, прилагаемым к респиратору. Невыполнение инструкций по установке, эксплуатации и обслуживанию может привести к серьёзным травмам и смерти!

Источники воздуха для дыхания варьируют от персональных баллонов с воздухом до больших компрессоров. Независимо от того, какой источник используется, воздух для дыхания должен удовлетворять жёстким стандартам.

Никогда не подсоединяйте шланг для воздуха дыхания к какому-либо источнику, предварительно не протестировав качество воздуха.

Воздух для дыхания должен удовлетворять минимуму требований класса D или выше, как более подробно описано в спецификации OSHA 42 САК 84.14,1. Требования к воздуху дыхания класса D включают:

Содержание кислорода........от19,5% до 23,5%.

Масло (конденсированное)... максимум 5 мг/м³.

Угарный газ...............................максимум 10 частей на миллион.

Углекислый газ........................максимум 1 ООО частей на миллион.

Воздух для дыхания не должен содержать концентрацию токсических веществ, которая сделает воздух небезопасным для дыхания.

Воздушные баллоны

Воздушный баллон со встроенным манометром используется для подачи воздуха для дыхания на удалённых участках или когда подрядчик желает получить дополнительную гарантию того, что воздух не будет содержать загрязнений. Баллоны должны закупаться у официального поставщика, который может подтвердить, что качество его товара соответствует спецификации класса D или выше.

При подаче воздуха для дыхания запрещается использовать кислородные баки. Воздух для дыхания содержит около 20% кислорода, но основную часть составляют азот и другие газы. При долгом воздействии высокая концентрация кислорода повреждает ткани лёгких и глаз.

Воздушные насосы

Электрические воздушные насосы, работающие без смазки, используются для подачи воздуха для дыхания в шлемы низкого давления (до 1 бара). Воздушные насосы обладают небольшим размером и весом, и их легко перемещать с места на место.

Воздушные насосы не сжимают воздух: они просто всасывают окружающий воздух и подают его по шлангу, поэтому сохраняется давление 1 бар.

Воздушные насосы не образуют угарный газ. Внутреннее покрытие воздушного насоса состоит из материала, уменьшающего трение, поэтому для него не требуется смазка. Смазка в компрессоре является основным источником образования угарного газа. Воздушные насосы оснащены встроенными фильтрами, и они не нуждаются в устройствах отключения при перегреве или проходных фильтрах. Насосы могут использоваться одним или несколькими операторами.

Масляные компрессоры

Некоторые подрядчики используют один компрессор, как для подачи вдыхаемого, так и рабочего воздуха. Обычно в компрессорах для смазки компонентов используется масло. Компрессоры, используемые для генерирования рабочего воздуха, описаны ранее. В данном разделе приведены требования к воздуху для дыхания.

В случае использования масляного компрессора для подачи вдыхаемого воздуха необходимо принять дополнительные меры предосторожности.

На многих масляных компрессорах присутствует табличка с указанием на то, что они не должны использоваться для подачи вдыхаемого воздуха.

По правилам OSHA требуются такие устройства, как датчик высокой температуры, датчик угарного газа или и то, и другое. Если установлен только датчик высокой температуры, следует проводить регулярный анализ воздуха, чтобы убедиться, что он удовлетворяет спецификации класса D и не содержит угарный газ. Необходимо установить соответствующие фильтры для улавливания частиц, масла и влаги.

Воздухозаборное отверстие компрессора должно быть расположено вдали от любых источников токсических газов и дыма, включая выхлопные газы и дым от сжигаемого мусора. Компрессоры и их компоненты должны обслуживаться в соответствии с графиком, рекомендуемым производителем.

ВНИМАНИЕ

Для подачи вдыхаемого воздуха запрещается использование поршневых масляных компрессоров. В этом случае возможно образование чрезмерно высокой концентрации угарного газа, что может привести к смерти!

Безмасляные компрессоры

Для подачи вдыхаемого воздуха под высоким давлением больше всего подходят компрессоры, для которых не требуется смазка. Они не образуют угарный газ, и в подаваемый воздух не попадает масло.

Существуют портативные и стационарные безмасляные компрессоры. Они могут подавать воздух в достаточном количестве для оператора и пневматического оборудования. Фильтры предварительной очистки и вторичные фильтры используются для удаления частиц и влаги.

Стационарные компрессоры часто имеют встроенные осушители воздуха, охладители или и то, и другое, чтобы обеспечить подачу чистого, сухого воздуха.

Безмасляные компрессоры стоят дороже, но их преимущества делают разницу в цене неощутимой.

Воздушные фильтры

Компрессоры, используемые для подачи воздуха в респираторы, должны быть соответствующего типа и обеспечивать воздух класса D. Также необходимо установить проходные фильтры для гарантии качества вдыхаемого воздуха. Фильтр удаляет масло, пары воды и частицы более 0,5 микрон. Применительно к воздуху для дыхания, запрещается использовать фильтры, которые не удовлетворяют этим требованиям.

Следует использовать фильтры с высокой пропускной способностью и эффективностью, специально спроектированные для систем подачи вдыхаемого воздуха. Патроны таких фильтров можно легко заменить.

Фильтр должен обладать высокой пропускной способностью, чтобы иметь возможность подавать достаточный объём воздуха во все респираторы, подсоединённые к нему.

Фильтр должен быть оснащён регулятором давления и манометром, чтобы не только регулировать давление воздуха, но и следить за тем, когда потребуется заменить картридж. Манометр укажет на снижение давления по мере наполнения патрона жидкостью и твёрдыми частицами.

Предохранительный клапан позволяет стравить воздух в случае превышения давления в фильтре.

Экономия от выбора маленького неэффективного фильтра будет иллюзорной. В таких фильтрах грязь, масло и вода приведут к забиванию воздушного прохода и разрушению звукопоглощающих материалов в респираторе. В результате этого, произойдёт уменьшение потока воздуха и появятся неприятные запахи.

Чистящая способность каждого воздушного фильтра ограничена. Старый, изношенный, плохо обслуживаемый компрессор будет производить большое количество загрязнителей. При высокой температуре и влажности сжатый воздух насыщен водяным паром, который конденсируется в воздуховодах и фильтре. Фильтры с малой пропускной способностью не смогут долгое время очищать воздух от большого объёма масла и влаги. Для того чтобы обеспечить эффективность фильтра, следует дополнительно установить фильтры предварительной очистки и расширительные бачки для отвода излишка жидкости.

При работе во влажных условиях необходимо установить осушители воздуха или доохладители. Обычно в стационарных системах струйной очистки есть станции подачи воздуха для дыхания, которые включают осушитель, доохладитель, ресивер воздуха, датчик угарного газа и патронные фильтры. При условии правильного обслуживания эти компоненты исключат возможность загрязнения вдыхаемого воздуха.

Датчики угарного газа и преобразователи

Компрессоры с масляной смазкой иногда приводят к образованию смертельного угарного газа без цвета и запаха. Для предотвращения вдыхания оператором угарного газа компрессор следует обслуживать не позднее указанного производителем срока и установить устройства отключения при перегреве и/или датчики угарного газа.

Если используется только датчик перегрева, то по правилам OSHA требуется проводить регулярный анализ воздуха на предмет угарного газа (OSHA 29 CFR 1910.134). Поскольку даже кратковременное воздействие высокой концентрации угарного газа (СО) может привести к смерти, рекомендуется установить устройство, которое даст оператору сигнал о превышении безопасного уровня концентрации СО.

Существует два способа защиты рабочих от угарного газа, которые основаны на совершенно разных технологиях. В первом случае осуществляется мониторинг подаваемого воздуха и подаётся сигнал тревоги, если концентрация угарного газа достигает неприемлемого уровня. Во втором - угарный газ преобразуется в углекислый газ.

Датчики

Устройства мониторинга/датчики угарного газа постоянно отбирают пробы воздуха для анализа на предмет присутствия угарного газа. Такие электрические системы измеряют концентрацию угарного газа в воздуховоде и подают сигнал тревоги, если газ превышает допустимый уровень, составляющий 10 частей на миллион (ррт). Стандартные системы подают громкий гудок, если концентрация СО превышает допустимый уровень. Такие системы используют 120 В переменного тока или 12 В постоянного.

Преобразователи

В преобразователях угарного газа используются химические вещества для превращения угарного газа (СО) в углекислый (С02). Дыхательная система человека воспринимает С02 намного лучше, чем СО. Предельно допустимая концентрация С02 составляет 1 ООО ррш, а СО - лишь 10 ррт. Эти электрические устройства включают сложную систему осушки воздуха и удаления влаги, чтобы химические реактивы оставались сухими.

Преобразователи СО имеют встроенные датчики, подобные тем, которыми оснащены устройства мониторинга СО. В случае срабатывания сигнализации следует проверить источник сжатого воздуха на предмет высокой концентрации угарного газа.

Защитная спецодежда и средства связи

Если оператор не защищен, то он может быть серьёзно травмирован абразивными частицами. В соответствии с правилами операторы должны носить брезентовые или кожаные перчатки, фартуки или эквивалентные им предметы одежды. Если оператор работает вблизи тяжёлых предметов, также потребуется защитная обувь.

Лёгкая одежда недостаточна для защиты оператора. Специальная защитная одежда оградит оператора от отскакивающих частиц и прямой кратковременной абразивной струи из сопла.

Высококачественные костюмы для абразивоструйной работы имеют кожаное покрытие на участках, подверженных отскакивающим абразивным частицам, - как правило, на рукавах и поясах, до щиколотки.

Грудь оператора обычно закрыта накидкой шлема. Задняя часть костюма, где требуется меньшая защита, изготавливается из более лёгкого материала, например, из хлопчатобумажной ткани. Для защиты от пыли и абразива костюм должен иметь кожаные либо эластичные ремни на запястьях и щиколотках, а также все застёжки должны быть прикрыты куском ткани.

Качественные костюмы для абразивоструйной очистки обладают такими характеристиками, как лёгкий вес, высокая прочность и хорошая защита. Обычно полностью кожаные или резиновые костюмы слишком жаркие и тяжёлые, что не позволит оператору работать долгое время.

В случае, когда долгий срок службы костюма не имеет большого значения, некоторые подрядчики используют лёгкие костюмы без кожаных накладок.

Средства связи

Раньше внимание оператора привлекали посредством выключения абразивоструйного аппарата. После этого оператору приходилось снимать шлем, чтобы услышать и ответить; возможно, при этом он не был защищен от токсичной пыли. Эта проблема усложняется, когда работы выполняются в резервуаре или другом закрытом пространстве.

Для обеспечения связи следует использовать специально спроектированные для абразивоструйных работ радиостанции, оснащённые аккумулятором. Стандартные переносные радиостанции не подойдут для этой цели, поскольку абразивоструйные работы часто проходят в шумных условиях в закрытых стальных конструкциях, иногда в окружении электрического оборудования, которое может создать помехи радиосигналу.

Радиостанции позволяют руководителю разговаривать с несколькими операторами в условиях шума до 115 децибел на расстоянии до 1,6 км.

Комплект для руководителя включает переносную радиостанцию, шумоизолирующие наушники и подвесной микрофон. Комплект оператора состоит из радиостанции, чехла для неё, ручного переключателя и блока микрофона с наушниками, который специально изготовлен для ношения под шлемом.

Руководитель работ может разговаривать с одним или несколькими операторами. Оператор отвечает, нажав локтем переключатель, подвешенный на ремень под накидку. Такой тип переключателя позволяет оператору общаться без помощи рук.

Радиостанции для абразивоструйных работ поставляются в надёжных лёгких корпусах. Большинство их них работают на ультравысоких частотах и оснащены аккумуляторами. Как правило, в комплект с радиостанцией входит зарядное устройство.

Использование устройств связи позволяет ускорить обучение новых специалистов и повысить производительность опытных операторов. Один человек может общаться с несколькими операторами, координировать их перемещение по рабочей зоне, указывать на пропущенные участки, объявлять перерывы, смену или предупреждать о надвигающемся ненастье.

Связь - это не просто удобство. Она обеспечивает безопасность, когда операторы не видят друг друга. Также операторы могут предупредить руководителя работ о каких-либо проблемах. Средства связи - удачное вложение средств, позволяющее экономить время и обеспечивать безопасность.

Правила использования личных средств защиты

Все, кто занимается абразивоструйной очисткой, должны изучить и применять технику безопасности, а также использовать соответствующие средства защиты.

Администрация по технике безопасности и гигиене труда не только указывает, какие средства защиты и каким образом должны использоваться, но и требует выполнения графика технического обслуживания, рекомендованного производителем, а также документального оформления порядка технического обслуживания.

ВНИМАНИЕ

Отказ от использования необходимых средств защиты, их неправильная эксплуатация или применение средств защиты, не прошедших технического обслуживания, может привести к серьёзным травмам и смерти.

Эффективность средств защиты напрямую зависит от качества их обслуживания. Например, заклеивание изношенного или пропускающего воздух шлема липкой плёнкой не является адекватным способом ремонта.

Администрация OSHA также указывает требования к качеству вдыхаемого воздуха, воздушным фильтрам, устройствам обнаружения посторонних газов, пневмоклапанам, фитингам и другим компонентам.

Шлемы с подачей воздуха одобрены для защиты органов дыхания в любых условиях, которые не представляют прямой угрозы для жизни, в которых содержание кислорода составляет не менее 19,5% и которые оператор может покинуть без помощи респиратора.

Один лишь респиратор с подачей воздуха не всегда достаточен для защиты. В зависимости от вентиляции, концентрация пыли от краски на свинцовой основе и других токсичных материалов может быть настолько большой, что защиты, обеспечиваемой стандартным шлемом, будет недостаточно. Когда это происходит, следует использовать шлем с подачей воздуха, который позволяет надеть под него лицевой респиратор отрицательного давления. Требования к предельно допустимой концентрации токсичных материалов часто меняются. Для получения уточнённой информации необходимо проконсультироваться со специалистом по технике безопасности.

Следует исследовать и идентифицировать все материалы, которые предстоит удалить с поверхности, а также любые другие загрязняющие вещества, присутствующие в рабочей зоне. После этого необходимо обеспечить соответствующими средствами защиты всех, кто имеет доступ в зону проведения работ по струйной очистке.

Помимо федеральных законов, должны выполняться региональные и местные требования, а также инструкции, имеющие силу на конкретной рабочей площадке. На работодателе лежит ответственность за выполнение всех требований по обеспечению безопасности перед началом проведения каких-либо работ. Независимо от действующих требований, работодатель имеет моральное обязательство по оснащению работников наилучшими средствами защиты.

Инструкции по работе со средствами защиты

Шлемы

• Используйте респираторы с подачей воздуха и следуйте регламенту их обслуживания.

• Перед подключением респиратора к источнику воздуха следует убедиться, что из него подаётся чистый сухой воздух для дыхания, соответствующий классу D.

• Никогда не бросайте и не оставляйте шлем в запылённых и грязных зонах. Перед снятием шлем и накидку следует обработать пылесосом.

• Храните очищенный шлем в пластиковом пакете в не-запылённой зоне.

• Необходимо проверять все компоненты на износ не реже одного раза в день. Накидки нужно заменять при обнаружении протёртых участков. Запрещается заклеивать липкой плёнкой дырки или протёртые участки.

• Внутренний воротник следует заменить, когда он потеряет форму.

• Шланг для вдыхаемого воздуха следует заменить при обнаружении его повреждения.

• Проверяйте герметичность всех соединений и состояние торцов, резинок и клапанов.

• Не реже одного раза в неделю протирайте внутреннюю поверхность шлема тёплой водой и мягким моющим средством. Накидку и внутренний воротник следует отстегнуть от шлема и помыть в тёплой воде и мягком моющем средстве.

• Если шлем пропускает воздух, то необходимо немедленно заменить раму экрана и уплотнение.

• Необходимо поддерживать запас защитных стекол и заменять их по мере износа.

Фильтры и воздуховоды

• Фильтрующие патроны необходимо менять в соответствии с графиком, рекомендованным производителем. Используйте патроны, рекомендуемые производителем, и устанавливайте их соответствующим образом.

• Ежедневно проверяйте воздуховоды и фитинги на предмет износа и утечек.

• Воздушные линии, по возможности, не должны иметь изгибов.

• Не прокладывайте линии подачи воздуха для дыхания там, где по ним может проехать грузовик.

• Если в подаваемом воздухе большая концентрация влаги или масла, в линию необходимо установить осушитель воздуха, чтобы не допустить попадание влаги и масла в фильтр.

Датчики и преобразователи

• Датчики и преобразователи следует калибровать в соответствии с инструкциями и графиком производителя. Только квалифицированному обученному персоналу разрешено обслуживать датчики и преобразователи.

• В случае срабатывания сигнала тревоги требуется остановить работы по очистке, покинуть рабочую зону и проверить источник сжатого воздуха. Запрещается возобновлять работы по очистке, пока не будет выявлена и исправлена причина срабатывания сигнала тревоги.

• Запрещается отключать сигналы тревоги или другие устройства обеспечения безопасности. Не начинайте работу на оборудовании, пока не будет проверена работоспособность всех сигнальных устройств.

Источники воздуха

• Следует проводить техническое обслуживание компрессора или воздушного насоса в соответствии с инструкциями и графиком производителя.

• Необходимо как можно чаще сливать воду из осушителя воздуха.

• Компрессоры и воздушные насосы следует располагать с наветренной стороны от транспортных средств, генераторов, баков для сжигания мусора и других источников токсичных газов и дыма.

• При использовании воздуха из баллонов убедитесь в том, что поставщик протестировал и сертифицировал воздух и его источник.

СПЕЦИАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АБРАЗИВОСТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ

Гидроабразивная очистка в сравнении с гидроструйной очисткой

Гидроабразивную очистку часто путают с гидроструйной (ее также называют водоструйной очисткой или очисткой с помощью жидкости).

Для гидроструйной обработки используются водяной насос и иногда абразив для более агрессивной очистки.

При обычной помывке создаётся относительно низкое давление и очистка происходит с помощью моющего порошка. В гидроструйных аппаратах высокого давления создаётся давление 1 370 бар; гидроструйные аппараты сверхвысокого давления работают при давлении 3 447 бар.

Гидроструйная очистка используется для бетона, штукатурки, кирпичных и каменных кладок. С помощью неё удаляется старая краска и плесень с деревянных поверхностей и солевые отложения с бортов кораблей. При более высоком давлении гидроструйная очистка позволяет удалить старую краску и коррозию со стали, хотя производительность при этом будет достаточно мала. Несмотря на высокое давление, вода никогда не сможет создать профиль на стальной поверхности.

Гидроструйная очистка с абразивом, подаваемым в водяной поток, создает неглубокий профиль, так как только незначительное количество абразива может попасть в водяной поток высокого давления.

При гидроабразивной очистке частицы абразива приводятся в движение с помощью сжатого воздуха и стандартного абразивоструйного аппарата, а небольшое количество воды подаётся в сопло для того, чтобы подавить пыль. Данный вид очистки является таким же эффективным, как и сухая абразивоструйная очистка.

Сопло современных гидроабразивных аппаратов оснащено регулятором, с помощью которого настраивается давление и объем воды. Его можно отрегулировать в зависимости от количества образуемой пыли.

При очистке металлоконструкций использование воды имеет дополнительные преимущества, так как вода позволяет смыть водорастворимые соли, хлориды и другие химикаты, то есть загрязнения, которые являются причиной ухудшения качества покрытия и которые не всегда можно удалить с помощью сухой абразивоструйной очистки.

Устройство для гидроабразивной очистки

К простейшим приспособлениям гидроабразивной очистки относится кольцевое приспособление, которое прикрепляется к наконечнику сопла. С помощью него струя воды направляется в воздушно-абразивный поток, выходящий из сопла. Обычно вода берётся из ближайшего водопроводного крана или закачивается из бака. Оператор контролирует объем воды посредством крана на сопле.

С помощью устройства для гидроабразивной очистки вода распыляется с внешней стороны потока абразива и воздуха, при этом его середина остаётся сухой. Данное устройство работает хорошо, когда давление воды достаточно для подавления мелкой пыли, но оно не всегда эффективно.

Гидроабразивные системы с впрыском

Для особо пыльных условий, таких, как например, удаление старой краски с бетонных поверхностей, гидроабразивный инжектор более эффективен, чем кольцевое приспособление. Установленный между соплодержателем и соплом, инжектор впрыскивает воду через отверстия под углом до того, как абразив попадает в сопло. Это позволяет хорошо намочить частицы абразива и более эффективно подавить пылеобразование.

Инжектор оснащен игольным клапаном для точного регулирования потока воды.

Для преодоления давления в рукаве вода в гидроабразивный инжектор подаётся с помощью насоса. Поскольку системы сами создают давление воды, её можно подавать из водопроводного крана или бака.

Обычно насос инжектора преобразует энергию сжатого воздуха в давление воды в соотношении 1 к 10. При давлении воздуха 7 бар давление воды составит 70 бар, что более чем достаточно, чтобы преодолеть давление воздуха в сопле и обеспечить стабильный поток воды.

Инжекторный насос не приводит к выбросу воды из сопла с высоким давлением. Давление воды моментально пропадает при выходе из инжекторных отверстий в сопле. При попадании воды в абразиво-воздушный поток она не создает помехи его ускорению.

При интенсивности подачи воды от 7,5 до 9,5 литров в минуту с металлической поверхности можно удалять сульфиды и хлориды. Максимальный расход инжектора составляет 15 литров в минуту.

Существует дополнительный прерыватель подачи абразива, который делает систему впрыска многофункциональной и эффективной. Оператор может остановить подачу абразива и использовать сжатый воздух и воду для того, чтобы промыть очищаемую поверхность. После этого, выключив воду, оператор может высушить поверхность с помощью сжатого воздуха. Во избежание износа инжектора его следует убирать, если в течение долгого времени проводится исключительно сухая абразивоструйная очистка.

ВНИМАНИЕ

При гидроабразивной очистке следует применять одобренные к использованию респираторы с подачей воздуха. Вдыхание загрязняющих веществ, сухих или сырых, опасно для органов дыхания.

Вакуумное оборудование для сбора абразива

Сбор абразива после абразивоструйной очистки — наиболее трудоемкая и напряженная часть любой работы. И с -пользование совков и веников является очень дорогостоящим по трудозатратам и времени. Большинство подрядчиков считает применение вакуумного оборудования необходимым при выполнении абразивоструйных работ.

Использование вакуумного оборудования более эффективно и экономично, чем ручной труд, особенно когда абразив собирается для повторного применения. Кроме того, большинство вакуумных аппаратов позволяют улавливать пыль, что помогает защищать органы дыхания рабочих и поддерживать окружающую атмосферу сравнительно чистой. С помощью вакуумных систем происходит сбор и перемещение абразива и пыли в контейнеры для хранения.

Большинство полевых систем сбора и возврата абразива используют шнековые конвейеры, ленточные конвейеры и ковшовые элеваторы. При этом абразив загружается в них вручную, и место работ вручную очищается от использованного абразива и пыли. Способ вакуумного сбора абразива более эффективен для большинства полевых систем.

Пневматические системы

В пневматических системах для сбора абразива, работающих на сжатом воздухе, воздух ускоряется через трубку Вентури (также называемую генератором вакуума) для создания высокого разряжения.

В данных вакуумных системах создаётся высокий вакуум, но используется малый объём воздуха. Ввиду этого, вакуумные системы с трубкой Вентури могут эффективно перемещать абразив в пределах от 8 до 45 м. Однако на расстоянии свыше 45 м мощность передачи резко падает.

Большинство вакуумных систем включает в себя генератор вакуума, накопитель, пылесборник, шланги и комплект устройств для сбора. Накопители обычно представляют собой специальные контейнеры, в которые собирается использованный абразив для утилизации или повторного использования в абразивоструйной аппарате.

Пневматические системы оснащены эффективными патронными пылесборниками или недорогими увлажняющими устройствами, в которых пыльный воздух проходит через резервуар с водой. Увлажняющие устройства лучше подходят для загрузки относительно чистого абразива, так как, если абразив очень пыльный, их пропускная способность резко падает.

Через патроны пылесборников пыль собирается в герметичные мешки, которые могут быть утилизированы без участия оператора. Там, где особенно важно обеспечить низкую концентрацию пыли, предлагается дополнительный высокоэффективный фильтр очистки воздуха от микрочастиц (НЕРА).

Комплект устройств для сбора абразива включает приспособление для сбора абразива, собранного в кучи, кисти для сбора с плоских поверхностей, щелевые насадки для труднодоступных мест и расширяющиеся насадки для тонких слоев пыли.

Загрузочный контейнер - очень удобное приспособление. Стандартное устройство сбора абразива встроено в дно загрузочного контейнера и может использоваться для переноса нового абразива в накопитель, находящийся сверху абразивоструйного аппарата. Абразив в мешке помещается на сито загрузочного контейнера, затем мешок разрезается и абразив высыпается в контейнер. С помощью вакуумного генератора абразив перегружается в накопитель. Данное вспомогательное устройство экономит время и значительно уменьшает нагрузку, связанную с подъёмом тяжелых мешков с абразивом на абразивоструйный аппарат.

Использование пневматических вакуумных систем даёт много преимуществ. Данные системы используют такой же сжатый воздух, как и абразивоструйные аппараты; таким образом, не требуется дополнительный источник питания. Они исключают необходимость привлекать персонал для уборки пыли. Отработанный абразив, пыль и отходы могут быть быстро собраны со всего участка, включая труднодоступные места, где невозможна ручная уборка. Многоразовый абразив повторно собирают, просеивают и загружают в накопитель. Отработанный абразив и загрязнители собираются в утилизационные контейнеры. Потенциально опасная пыль, появляющаяся при очистке рабочей площадки, улавливается для дальнейшей утилизации. Нагрузка, связанная с подъёмом абразива, может быть минимизирована. Для любой абразивоструйной установки следует рассмотреть возможность добавления пневматической вакуумной системы.

Нагнетательные системы сбора

Для нагнетательных вакуумных систем сжатый воздух не требуется. Они используют нагнетательные вентиляторы, приводимые в движение электродвигателем или дизельным двигателем. Вентиляторы поддерживают стабильное статистическое давление для перемещения значительного объема воздуха на большое расстояние.

Объём воздуха, производимый нагнетательными вентиляторами, обычно составляет от 31 до 99 м³/мин при давлении 0,4 бар. Производительность варьирует от 13,6 метрических тонн в час, при длине шланга 15 м, до 2,7 метрических тонн в час при длине шланга 150 м.

Нагнетательные системы предпочтительны на судоремонтных площадках, нефтяных резервуарах и других объектах, где площадь сбора отработанного абразива достаточно большая. Данные системы особенно эффективны там, где вакуумный шланг проложен на большое расстояние в вертикальном и горизонтальном положениях. Вертикально проложенный шланг уменьшает эффект силы тяжести, которая воздействует на горизонтальный шланг. Другими словами, шланг длиной 120 метров с секциями, поочерёдно проложенными в вертикальном и горизонтальном положениях, позволяет собрать использованный абразив быстрее, чем шланг такой же длины, но проложенный только в горизонтальном положении. Как и для любых шлангов, резкие перегибы и беспорядочные повороты могут снизить скорость потока абразива.

Системы создают вакуум с помощью объемного ротационного нагнетателя, источником энергии для которого служит электродвигатель или дизельный двигатель. Циклонный сепаратор и пылесборник защищают нагнетательный вентилятор от воздействия абразивного порошка и пыли, которые могут повредить его ротор.

Контейнеры, установленные на стальных платформах и оборудованные воздушным шлюзом, позволяют нагнетательной системе загружать собранный абразив в грузовой автомобиль, резервуар или обратно в абразивоструйный аппарат, в то время как пыль направляется в утилизационные контейнеры - и все это происходит без прерывания процесса вакуумного сбора абразива. Данная система особенно выгодна для колотой дроби, благодаря возможности её многократного использования.

В такой системе колотая дробь может повторно использоваться сотни раз. Вакуумная система для сбора абразива имеет такие важные преимущества, как снижение трудозатрат, сбор отработанного абразива и мусора и защита окружающей среды.

Замкнутые системы (всасывание и создание давления)

На территориях, где запрещена открытая абразивоструйная очистка, используются замкнутые системы, чтобы ограничить попадание в воздух абразива, пыли и посторонних веществ, удаляемых при очистке. Абразив никогда не покидает замкнутую систему. Он ударяется об обрабатываемую поверхность, и после этого система немедленно улавливает пыль и использованный абразив. Данная контролируемая беспылевая абразивоструйная очистка всё же позволяет обеспечить приемлемую производительность.

В замкнутых системах следует применять абразивы многоразового использования, такие, как колотая дробь, пластиковые и стеклянные шарики. Абразивы одноразового использования обычно создают очень много пыли, которая забивает пылесборник.

Система, работающая по принципу всасывания

При использовании малопроизводительного оборудования, работающего по принципу всасывания, оператор держит абразивоструйную головку плотно к обрабатываемой поверхности и перемещает её по мере очищения. Оператор должен носить защитные очки или защитную маску, чтобы предохранить себя от случайного попадания частиц абразива. Если удаляемые покрытия содержат вредные вещества, оператор должен надеть одобренный к использованию защитный респиратор.

Такие устройства удобны при проведении лёгкой поверхностной очистки, они не загрязняют находящееся рядом оборудование, не доставляют неудобств персоналу и особенно полезны для использования в зонах, где образование пыли недопустимо. Базовая оснастка позволяет очищать плоскую гладкую поверхность. Благодаря различным насадкам, данное оборудование применяется для очистки поверхностей особой формы, например, внутренней и внешней сторон угла, а также в изгибах.

Приводом для абразивоструйной головки и вакуумной системы сбора, действующих по принципу Вентури, является сжатый воздух. Вакуумная система перемещает абразив и пыль через миниатюрный циклонный сепаратор. Абразив падает в маленький накопитель для повторного использования, в то время как пыль выдувается в мешок или контейнер.

Аппарат Educt-0-Matic имеет двухступенчатое пусковое устройство, которое позволяет запускать только процесс вакуумного сбора абразива, либо струйную очистку и сбор одновременно.

Большинство замкнутых струйных аппаратов всасывающего действия потребляют менее 2,8 м³ /мин сжатого воздуха при давлении 7 бар и оставляют след очистки размером 25 мм и меньше. Скорость очистки сильно варьирует в зависимости от состояния поверхности и используемого абразива.

Системы, работающие под давлением

Оснастка для более производительной замкнутой системы очистки, такая, как ССВ производства Clemco, подсоединяется к стандартному струйному аппарату, работающему под давлением, и вакуумной системе сбора абразива.

В типичной системе используется сопло диаметром 6,5 мм и тонкостенный рукав диаметром 32 мм для высокопроизводительной струйной очистки, а для сбора абразива подсоединяется рукав большего диаметра.

Рис. 16. Замкнутая система очистки

Колеса позволяют удерживать оснастку замкнутой системы на соответствующем расстоянии и дают возможность легко её перемещать по очищаемой поверхности. Толстая нейлоновая щётка вокруг оснастки не дает абразиву и пыли покинуть систему, но пропускает атмосферный воздух, необходимый для процесса вакуумного сбора. Колеса и щетка устанавливаются на гибкую резиновую основу, которая помогает плотно прижимать их к очищаемой поверхности при перемещении оператора.

На оснастку можно установить стандартную рукоятку дистанционного управления.

Большинство высокопроизводительных замкнутых систем состоят из стандартного абразивоструйного аппарата и пневматической вакуумной системы. Собранный абразив либо повторно используется, либо направляется в утилизационный контейнер.

Более детальное описание пневматических вакуумных систем смотри в подразделе «Вакуумное оборудование для сбора абразива».

Оператор запускает вакуумную систему, прижимает оснастку к очищаемой поверхности, затем начинает струйную очистку плавными и ровными движениями, не отпуская щетку от поверхности. Оператор видит след, оставляемый абразивоструйной головкой, и регулирует скорость перемещения по поверхности с целью достижения оптимальной очистки. Размер следа около 76 мм в диаметре. Сопло диаметром 6,5 мм потребляет 2,3 м³ /мин сжатого воздуха при давлении 7 бар, в то время как вакуум потребляет около 8,2 м³ /мин сжатого воздуха.

При использовании многоразовых абразивов замкнутая система позволяет производить безопасную высокопроизводительную струйную очистку и обеспечивает экономию трудозатрат и расходов на абразив. При внедрении замкнутой системы отпадает необходимость уборки абразива, не образуется пыль, и операторы не подвергаются воздействию токсических веществ.

Операторы не должны работать без средств защиты. Респираторы с подачей воздуха защищают оператора от вдыхания пыли. Плотные перчатки и спецодежда предотвратят получение серьезных травм в случае непреднамеренного распыления абразива в сторону от обрабатываемой поверхности.

Портативные системы рециркуляции стальной крошки

До недавнего времени для защиты мостов, водонапорных башен и других металлоконструкций, находящихся на открытом воздухе, использовались покрытия на основе свинца, который является дешёвой антикоррозийной добавкой.

После того, как была доказана токсичность свинца, частные компании, а также федеральные, региональные и местные органы власти стали заниматься удалением таких покрытий с принадлежащих им конструкций. Абразивоструйная очистка позволяет эффективно снять покрытие и обеспечить на поверхности насечку, которая необходима для нанесения современных покрытий. Свинцовая пыль, образуемая при абразивоструйной очистке, а также расходный абразивный материал, который перемешивается со свинцовой пылью, должны утилизироваться как опасные отходы. При использовании одноразовых абразивов необходимость утилизации большого объёма материала может привести к резкому удорожанию работ.

Системы рециркуляции стальной крошки позволяют подрядчику не только производить струйную очистку с помощью абразива, но и собирать и повторно использовать его. При этом контакт работников с пылью, содержащей свинец, будет минимален. Система с полным циклом включает один и более струйных аппаратов, резервуары для хранения, вакуумное оборудование для сбора материала, многоступенчатые устройства очистки абразива и высокоэффективные пылеуловители.

Пылеуловители в системе рециркуляции стальной крошки используются для улавливания пыли, образуемой при вакуумном сборе материала и при абразивной очистке. Обычно данные пылеуловители не обладают достаточной мощностью для вентиляции камеры.

Способность очистного устройства отделять пыль от абразива позволяет уменьшить концентрацию пыли, повторно использовать абразив, снизить затраты на утилизацию опасных материалов, ускорить возврат абразива в систему и даже повысить производительность оператора.

В большинстве высокопроизводительных систем рециркуляции для отделения пыли от стальной крошки требуется несколько этапов. Почти 80% пыли удаляется из абразивного материала во время вакуумного сбора. Загрязнённая крошка попадает в расширительную камеру, где сама крошка, мусор и камни падают вниз, а воздух

Рис. 17. Устройство очистки абразива

с пылью продолжает своё движение в пылеуловитель. Для того чтобы избежать перегрузки пылеуловителя, в некоторых системах этот поток направляется через циклонный сепаратор, в котором отделяется большая часть пыли. Только мелкая пыль попадает в пылеуловитель.

На дне расширительной камеры посредством клапанов образуется воздушный шлюз, через который загрязнённая крошка попадает на второй этап очистки.

На втором этапе очистки загрязнённый материал попадает во вращающийся барабан. Через одинаковые отверстия барабана проходит только стальная крошка и другие небольшие частицы, а камни и мусор посредством стальной спирали, находящейся внутри вращающегося барабана, выталкиваются в мусорный жёлоб и выходят наружу.

В некоторых системах рециркуляции после вращающегося барабана абразив попадает в магнитный сепаратор, в котором стальные абразивные частицы отделяются от сходных по размеру и плотности частиц щебня и свинца. Это единственный надежный способ отделения абразива от такого рода загрязнителей.

После этого стальная крошка попадает в систему воздушной сепарации и падает через каскад перегородок. Благодаря пластинам особой формы, абразив ровно распределяется по поверхности перегородки и образует однородный поток. Через этот абразивный поток проходит струя воздуха, которая уносит пыль и мелкие стальные частицы.

Над перегородками или под ними установлены вибрирующие сита. Сита не пропускают частицы большого размера, например, осколки ржавчины и деформированные частицы стальной крошки.

Очищенная стальная крошка засыпается в контейнер, где она хранится для повторного использования, перевозки или утилизации.

Сжатый воздух, подаваемый в систему рециркуляции стальной крошки, должен быть сухим. Большинство средних и больших систем оснащены встроенным оборудованием для осушки воздуха, мощность которого соответствует потребностям системы.

Не используйте системы рециркуляции, в которых абразивный материал перемещается посредством вакуума. Пиковая нагрузка модуля сбора материала приведёт к колебанию вакуума в других компонентах. В частности, снижается эффективность циклонного сепаратора, который защищает пылеуловитель от излишнего количества пыли. В таких системах при каждом цикле перемещения материала может происходить утечка пыли, что приведёт к загрязнению воздуха и территории рабочей зоны.

Особое внимание следует обращать на инструкцию производителя по транспортировке систем рециркуляции, загруженных стальной крошкой. Большой вес стальной крошки ухудшает устойчивость грузового автомобиля на дороге. Также стальная крошка уплотняется во время транспортировки. При этом она может засорить дозирующий клапан и трубки, и в начале работ поток абразива будет затруднён.

При принятии решения о закупке системы рециркуляции стальной крошки, помимо закупочной цены, следует учесть ежедневные эксплуатационные расходы. Система рециркуляции представляет собой крупное капиталовложение. Затраты на покупку или лизинг оборудования представляют собой фиксированные ежемесячные расходы, а расходы на эксплуатацию этого оборудования будут сильно варьировать в зависимости от количества часов в день, когда оно используется.

ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АБРАЗИВОСТРУЙНОЙ СИСТЕМЫ

Платформа для оператора

Для струйной очистки больших стальных конструкций подрядчики используют такие платформы, чтобы операторы и их оборудование можно было поднять на возвышенную позицию. В данном разделе использование и обслуживание платформ описывается в общих чертах. Перед тем, как использовать платформу, следует ознакомиться с инструкциями и правилами техники безопасности, предоставленными производителем и поставщиком.

Платформа должна обеспечивать безопасность абразивоструйных работ и иметь достаточно места для перемещения оператора. Несколько общих правил подходят для любого типа платформ.

• Никто не должен находиться под операторами во время работы. Если сопло или рукав упадут даже с небольшой высоты, то они могут убить или серьёзно травмировать человека.

• Оператору следует носить ремни безопасности или стропы, закреплённые к системе предупреждения падения. После того как хотя бы одно падение было предотвращено таким устройством, оно должно быть заменено, если нет возможности привлечь специалиста для его проверки и ремонта.

• Следует как можно чаще прерывать работу, чтобы подмести или сдуть абразив с горизонтальных поверхностей, потому что на рассыпанном абразиве оператору будет сложно обеспечить устойчивость.

• Рукава следует закрепить посредством предохранительных тросов или других средств, чтобы оператору не приходилось тащить тяжёлый рукав, и чтобы он не упал на находящихся внизу.

Строительные леса

Многие компании, занимающиеся абразивоструйной очисткой и окраской, используют строительные леса, изготовленные из стальных трубок и деревянного или алюминиевого настила. Они позволяют оператору перемещаться вдоль поверхности и обрабатывать большую зону.

Особые меры предосторожности следует соблюдать при проведении работ с использованием лесов. Шлем с подачей воздуха не обеспечивает полный обзор, поэтому настил должен быть сделан из широких и хорошо закреплённых досок. В соответствии с правилами и инструкциями производителя, следует устанавливать перила.

Механическое подъёмное оборудование

Большинство механических подъёмников представлены платформой или клетью, которые поднимаются посредством гидравлического оборудования. Некоторые подъёмники многофункциональны и позволяют достаточно быстро перемещать персонал вокруг обрабатываемой конструкции.

Среди механических подъёмников есть платформы-подъёмники, ножничные подъёмники и телескопические краны. Обычно механические подъёмники оборудованы поручнями.

Как правило, подъёмники не разрешается перемещать, когда на них находится персонал.

Будьте внимательны при выборе механического подъёмного оборудования. Некоторые модели не защищены от пыли и абразивных частиц, которые могут повредить гидравлику или выдвижную стрелу подъёмника. Ознакомьтесь с ограничениями по применению оборудования, на которые указывает производитель, и следуйте всем инструкциям по эксплуатации и технике безопасности.

Расположение абразивоструйного аппарата

Большинство платформ для операторов не выдержат дополнительный вес абразивоструйного аппарата, рукава и абразива. Аппарат следует установить на земле, как можно ближе к месту проведения работ.

При нахождении абразивоструйного рукава в вертикальном положении, даже при отсутствии изгибов, давление в сопле упадёт, особенно, когда длина рукава превышает 30 м. Потеря напора на трение будет усугубляться силой тяжести.

Для того чтобы предотвратить потерю давления, во-первых, компрессор нужно заменить на более мощный, если он работает на пределе своей мощности. Во-вторых, для подключения струйного аппарата к более мощному компрессору следует использовать воздушный шланг и фитинги большего диаметра. В обычных условиях для сопла диаметром 11 мм требуется шланг диаметром 38 мм, а для обеспечения давления при вертикальном положении длинного рукава требуется шланг диаметром 50 мм.

Также используйте абразивоструйный рукав и муфты на размер больше. Для сопла диаметром 11 мм обычно подходит рукав диаметром 32 мм, но при вертикальном положении рукава его диаметр должен быть 38 мм и более. Чем больше внутренний диаметр рукава, тем легче поток воздуха и абразива идёт вверх.

Последний сегмент рукава перед соплом может быть меньшего диаметра - 32 мм, для удобства работы оператора.

При необходимости работы на высоте более 60 м следует рассмотреть возможность использование оборудования, обеспечивающего более высокое давление. В этом случае обычные механические подъёмники не подойдут, и необходимо будет подобрать специальное оборудование и платформы для операторов.

При проведении работ на высоте запускать и останавливать струйную очистку можно только с помощью воздуха. В этом случае абразив не будет падать вниз и забивать рукав. Рукав сложно освободить от скопившегося в нём абразива, а после удаления из рукава абразив, как правило, не пригоден для дальнейшего использования.

Закрытые зоны

Существует несколько причин для создания закрытых зон при проведении абразивоструйных работ, помимо прочего включающих защиту окружающей среды и повышение производительности. Какой бы ни была причина их создания, они должны соответствовать требованиям по безопасности и защите окружающей среды.

Благодаря ограждению места абразивоструйных работ, предотвращается распространение пыли и загрязнение окружающей среды абразивом. Основными источниками опасной пыли являются покрытия, содержащие свинец или другие тяжёлые металлы, а также изоляция, которая включает асбест. Кроме того, опасность представляет пыль от песка и других абразивов, содержащих кристаллический кварц.

На открытом воздухе пыль от абразивоструйной очистки перемещается на большое расстояние и приводит к загрязнению почвы и воды, остаётся на машинах, домах и других объектах. Даже в небольшом количестве пыль может доставлять много неудобств тем, кто с ней соприкасается.

Тенты

Часто место проведения работ на открытом воздухе ограждается тяжёлым виниловым материалом или тканью. Эти тентовые ограждения позволяют операторам очищать и окрашивать изделия непосредственно перед установкой. Они сдерживают распространение загрязняющих веществ, уменьшают вредное воздействие на людей, защищают других от абразивной пыли, а также закрывают изделие от дождя.

Брезентовые палатки не подойдут для целей абразивоструйной очистки. Необходимо обеспечить достаточное освещение, герметичность, вентиляцию и возврат абразива в систему. Специально изготовленные тентовые ограждения имеют прозрачные виниловые потолки и окна для солнечного света и искусственного освещения от наружных источников.

Ограждение должно быть оборудовано вентиляционным отверстием и пылесборником. Требования OSHA (США) к полевым ограждениям аналогичны тем, что предъявляются к абразивоструйным помещениям.

Внимательно выбирайте системы возврата и утилизации абразива. При проведении долгосрочных работ может потребоваться автоматическая система возврата абразива, чтобы уменьшить трудозатраты на загрузку, разгрузку и утилизацию абразива. При краткосрочных работах для рециркуляции абразива используется вакуумное оборудование. Это позволяет резко сократить эксплуатационные расходы.

Брезентовые укрытия

Некоторые компании поставляют и устанавливают специальные брезентовые укрытия, которые частично закрывают большие конструкции и перемещаются вместе с оператором. Они не дают абразиву и пыли загрязнять окружающую среду. Укрытия широко используются при очистке мостов, зданий, резервуаров, судов и других больших конструкций.

Компании, которые поставляют эти приспособления, имеют большой опыт по их монтажу для обеспечения максимальной эффективности. Брезентовые укрытия особенно необходимы, когда при струйной очистке удаляется краска с содержанием свинца и других токсичных материалов. С помощью укрытия токсичная пыль улавливается в пылесбор-никах для последующей утилизации.

Данная новая технология позволяет подрядчикам удалять токсичную краску практически с любых конструкций без причинения вреда здоровью и окружающей среде.

Вентиляция

Пылесборники используются для вентиляции закрытых мест проведения работ, чтобы обеспечить безопасный уровень концентрации пыли. Требуется, чтобы в любой закрытой зоне проведения абразивоструйных работ было установлено вентиляционное оборудование, позволяющее осуществлять сбор пыли. Персонал, находящийся внутри таких зон, не должен подвергаться воздействию высокой концентрации вредной пыли.

Вытяжные вентиляторы должны улавливать пыль и обеспечивать соответствие местным нормам по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу.

Необходимая производительность вентилятора и количество фильтрующего материала зависят от размера и формы закрытой зоны и типа используемого абразива. Размер и расположение вентиляционных отверстий должны обеспечивать адекватный внутренний поток воздуха, особенно в месте нахождения операторов.

При правильной установке пылесборника через закрытую зону будет обеспечен достаточный поток воздуха, который обеспечит оператору обзор и безопасную концентрацию пыли, а фильтры пылесборника справятся с объёмом загрязняющих веществ, образуемых при струйной очистке.

Осушители

При высокой температуре и влажности образуется конденсат и окисляются открытые участки стальной поверхности, что приводит к прилипанию пыли. Это негативно сказывается на адгезии краски.

С помощью осушителей влажный горячий воздух в закрытой зоне становится прохладным и сухим. Помимо сохранения поверхности в сухом состоянии, осушители предотвращают увлажнение стальной крошки, что позволяет использовать её большее количество раз.

Может показаться, что слишком дорого покупать или арендовать осушитель, но экономия от использования стальной крошки вместо одноразового абразива обычно окупает затраты.

Оборудование для контроля поверхности

Покрытия не будут держаться долго, если поверхность подготовлена недостаточно хорошо.

Для проверки качества очистки стального субстрата существуют различные приспособления для тестирования и контроля поверхности. Крайне необходимо периодически проводить контроль поверхности, поскольку при осуществлении процесса абразивоструйной очистки на результат работ влияют самые разные факторы, среди них: качество и чистота абразива, эффективность струйной системы, опыт и навыки оператора, состояние поверхности. Также своё влияние оказывают температура, влажность, ветер и освещение.

Часто в проектной документации указывается требование о проведении контроля поверхности через определённые интервалы времени, чтобы документально зафиксировать качество её подготовки.

Для того чтобы подтвердить соответствие выполненных работ проектной документации, можно использовать устройства, описанные ниже.

Измерение чистоты поверхности

«Общество исследователей защитных покрытий» (SSPC) и «Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов» (NACE) разработали систему визуальной оценки для контроля чистоты поверхности.

Общество SSPC (США) издаёт буклет «Визуальные стандарты для оценки стали, очищенной посредством абразивоструйной очистки», в котором есть цветные фотографии степеней ржавчины и степеней очистки. Также буклет включает фото поверхности, очищенной до белого металла, с помощью различных металлических и неметаллических абразивов.

Более подробно это рассмотрено в подразделе «Подготовка поверхности».

Ассоциация NACE выпускает комплекты герметизированных стальных образцов для визуального сравнения с обрабатываемой поверхностью.

В Европе «Шведский институт стандартов» (SIS) выпускает книгу с цветными фотографиями, на которых представлены четыре степени ржавчины и степени очистки. Она также используется, как британский стандарт.

Стандарты постоянно пересматриваются и уточняются. Последнюю информацию о стандартах можно получить в SSPC, NACE, SIS или национальных контролирующих органах.

Измерение профиля поверхности

Для точного измерения профиля поверхности требуется микроскоп и лабораторное оборудование. Однако общепринятые методы измерения в полевых условиях обеспечивают достаточную точность для подтверждения того, насколько подготовка поверхности соответствует требованиям технических условий.

Далее рассмотрены общие методы измерения профиля поверхности. Для получения точных результатов необходимо ознакомиться и следовать инструкциям производителя.

Специальная плёнка наклеивается на обработанную поверхность, и на ней образуется отпечаток. После этого инспектор использует микрометр для измерения пиков и углублений профиля. Существуют два типа плёнки: Coarse - для измерения от 20 до 51 микрон, и X-Coarse - от 38 до 114 микрон.

Устройство с измерительным наконечником состоит из плоского индикатора с круговой шкалой и подпружиненного наконечника. Инспектор перемещает индикатор по поверхности, а наконечник измеряет и показывает на шкале значения пиков и углублений. Инспектор записывает их и рассчитывает среднее значение профиля.

Визуальные средства оценки являются самым простым и самым популярным методом оценки профиля. Для этого используются эталонная пластина и увеличитель с подсветкой. На пластине приведены пять видов профилей, которые сравниваются с обработанной поверхностью. Существует три типа пластин: для профиля, наносимого песком (от 12 до 100 микрон), стальной крошкой (от 37 до 138 микрон) и стальной дробью (от 50 до 138 микрон). Пластина удерживается в увеличителе с помощью магнита. Контролёр под увеличителем сравнивает эталонную пластину и обрабатываемую поверхность.

В системе визуальной оценки Международной организации стандартизации (ISO 8503) используется образец, состоящий из четырёх сегментов, на котором представлены разные виды профилей. ISO исходит из предположения, что профиль не может быть измерен точно, поскольку не существует способа, позволяющего обеспечить точное нанесение рельефа на поверхность. Поэтому они рассматривают только три вида профиля: мелкий, средний и грубый, которые представлены четырьмя сегментами образца.

На сегменте 1 нанесён профиль глубиной от 23 до 28 микрон; на сегменте 2 - от 35 до 45 микрон; на сегменте 3 - от 60 до 80 микрон, и на сегменте 4 - от 85 до 115 микрон.

Мелкий профиль соответствует сегментам 1 и 2; средний профиль - сегментам 2 и 3, а грубый профиль - сегментам 3 и 4. Этот простой метод оценки профиля всё больше используется во всём мире.

Многоцелевые измерительные устройства

Современные приборы для измерения параметров поверхности построены на основе последних разработок в области микропроцессорных электрооптических технологий. Данные приборы позволяют обнаруживать присутствие масла, жира и коррозии. С помощью них можно также точно измерить профиль поверхности и степень её очистки. Большинство ручных приборов, работающих от аккумулятора, мгновенно показывают полученные значения на жидкокристаллическом дисплее. С некоторых устройств данные можно сбрасывать на компьютер, для более подробного анализа состояния поверхности.

ОБУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Что нужно знать перед началом работ

Очевидно, что оператор является самым главным элементом неавтоматической системы абразивоструйной очистки. Самое современное оборудование не сможет использоваться полноценно, если оператор не будет обучен необходимым навыкам, не получит требующиеся знания, а также не будет аккуратен и осторожен при работе с ним. Инвестиции в обучение операторов до начала работ быстро окупятся благодаря повышению производительности и уменьшению риска несчастных случаев и получения травм.

Хотя абразивоструйные работы не рассматриваются как высокотехнологичные, наличие хороших навыков у оператора крайне необходимо. Очень часто поверхности приходилось перекрашивать за счёт подрядчика из-за их плохой подготовки при абразивоструйной очистке.

Без соответствующего обучения производительность операторов струйных систем будет неудовлетворительна, и они не обеспечат требуемое качество обработки поверхности. Что более важно, они могут серьёзно травмировать себя или других.

Благодаря обучению и накоплению опыта, результаты работ станут предсказуемыми и выгодными для подрядчика. Успех оператора, в конце концов, приведёт к успеху всей компании.

Для того чтобы стать по-настоящему опытными, операторы струйных аппаратов должны знать, какие поверхности они очищают, каких результатов требуется достичь, какая производительность должна при этом быть и как будет оцениваться их работа. Им следует изучить, как разные виды абразива, давление и объём воздуха влияют на степень очистки поверхности и её профиль. Помимо этого, они должны знать технику безопасности при работе с оборудованием и уметь поддерживать его в хорошем состоянии.

Производители и профессиональные организации проводят программы по обучению технологиям работы на специализированном оборудовании.

Производительность и качество обработки поверхности очень сильно зависят от знания технологии работ. Некоторые неопытные операторы держат рукав за полметра от сопла и машут им вперёд и назад. Другие двигают соплом по широкой дуге. Ни тот, ни другой метод не обеспечат однородной обработки поверхности.

Рис. 17. Расстояние до поверхности влияет на мощность очистки и размер факела распыла

Рис. 18. Угол атаки в зависимости от удаляемого покрытия

Как и в случае с окраской, при абразивоструйной очистке оператор должен плавно и с постоянной скоростью перемещать сопло, держа его перпендикулярно к поверхности. Сопло следует держать на таком расстоянии от поверхности, которое соответствует его отверстию и длине, и под таким углом, который требуется при удалении того или иного материала. Следы от абразивной струи должны слегка перекрывать друг друга. Такой подход гарантирует качественную очистку и достижение необходимого профиля на большинстве типов поверхности, включая сталь, бетон, дерево, пластик, алюминий и некоторые композитные материалы.

Для разработки эффективной технологии абразивоструйной очистки требуется определить расстояние до поверхности, угол наклона и скорость перемещения.

Операторы должны чётко представлять, какие загрязнители и покрытия они удаляют, и как поверхность должна выглядеть после проведения работ.

Для очистки конструкционной стали и нанесения глубокого профиля на поверхность, сопло следует держать под углом 80—90 градусов. При удалении толстого слоя краски, вязких покрытий и наслоившейся коррозии обработку нужно проводить под углом 35—45 градусов. Тонкий слой краски, отслаивающуюся краску и лёгкую ржавчину удаляют под углом 70—90 градусов.

Очистку поверхности от масла и жира с помощью растворителя нужно проводить перед абразивоструйной обработкой, чтобы растворитель не стал препятствием для адгезии краски. Следуйте инструкции производителя растворителя по использованию и технике безопасности.

Операторы должны быть обучены тому, как очищать проржавевшие отверстия, отверстия для болтового крепления, заклёпочные головки, сварку, внешние и внутренние углы и края. На плоской поверхности угол наклона, расстояние от поверхности и скорость перемещения сопла следует сохранять неизменными. Это позволит добиться однородной очистки и одинакового профиля поверхности и при этом сохранить высокую производительность. Опыт и практика помогут вам разработать свою методику работ для каждого типа поверхности.

Операторы абразивоструйных установок должны понимать, какой абразивной способностью и какими техническими характеристиками обладают разные типы абразивов. Опытный оператор может определить, насколько чист или пылен абразивный материал, насколько он крупный или мелкий, а также насколько у него острые или округлые частицы. Поскольку операторы непосредственно участвуют в процессе абразивоструйной очистки, они имеют хорошее представление о скорости очистки при использовании разных типов абразивов. Мнение оператора об эффективности абразива может быть очень ценным при анализе производительности.

Компетентность в абразивоструйном оборудовании

Операторы должны хорошо понимать, как работает абра-зивоструйное оборудование, и что произойдёт при изменении параметров источника сжатого воздуха. Как только они осознают значение давления и объёма воздуха, им будет легче понять работу системы абразивоструйной очистки.

Работодатель или руководитель работ должны убедиться в том, что все работники прочитали и поняли инструкции по работе с оборудованием, а также дать устные инструкции тем, кто не умеет читать.

Абразивоструйная установка - это пневматический инструмент с большим потреблением воздуха.

Операторы должны быть знакомы с конструкцией, установкой, эксплуатацией и обслуживанием всех элементов, начиная от компрессора и заканчивая соплом. Риски, связанные с абразивоструйной очисткой, будут минимальны, если операторы соответствующим образом защищены и соблюдают технику безопасности.

Любые инструкции и предупредительные наклейки не будут иметь смысла, если операторы не будут соблюдать эти инструкции и предупреждения.

Компетентность в средствах защиты

Операторы абразивоструйного оборудования должны содержать свои персональные защитные средства в наилучшем виде. В противном случае, это может стоить им жизни. Операторы должны иметь углублённые знания по уходу и обслуживанию всех компонентов системы подачи вдыхаемого воздуха. Правила по уходу включают следующее:

• Недопустимо вдыхать какую бы то ни было пыль - от удаляемых покрытий, от размельчённого абразива; пыль, которая образуется при загрузке и перегрузке абразива; и, особенно, это касается пыли, которая поднимается из-под ног при очистке места работ.

• Запомните, что самый большой вред дыхательной системе человека наносят невидимые частицы пыли.

• Во избежание повреждения дыхательной системы следует носить шлемы с подачей воздуха перед, во время и после проведения работ, пока не будет завершена уборка территории, а воздух проверен на наличие пыли.

• Необходимо регулярно чистить и обслуживать шлем.

• Следует сушить воздушные фильтры и заменять патроны в соответствии с инструкцией.

• Проверяйте шланг для вдыхаемого воздуха на предмет утечек.

• Датчики угарного газа нужно откалибровать в соответствии с инструкцией и графиком, указанным производителем. Датчики, используемые в полевых условиях, требуется калибровать более часто.

• При выполнении работ следует носить прочную одежду или специальный костюм для абразивоструйных работ, а также защитную обувь и кожаные перчатки, даже когда работа проходит в жаркой и влажной среде. Мягкая человеческая кожа не сможет защитить от острых абразивных частиц, разогнанных до большой скорости. В зону работ следует запретить доступ людям, не имеющим необходимых средств защиты.

Навыки и знания

Ниже перечислены некоторые навыки и знания, которыми должны обладать операторы абразивоструйного оборудования, а также мероприятия, которые они должны выполнить перед началом работ:

• Во время установки необходимо проверить всё оборудование и подобрать такие фитинги и другие компоненты, которые не воспрепятствуют потоку воздуха. Помните, что уменьшение давления на 0,07 бар приведёт к снижению производительности на 1,5%. Внутренний диаметр абразивоструйного рукава и фитингов должен быть в три-четыре раза больше диаметра отверстия сопла.

• До начала работы необходимо ознакомиться с инструкциями. Оператор должен уметь безопасно и эффективно устанавливать, эксплуатировать и обслуживать оборудование.

• Следует провести осмотр и тестирование устройств дистанционного управления без включения дозирующего клапана, с целью проверки времени реагирования на сигналы начала и остановки работ.

• Необходимо изучить, как настраивать дозирующий клапан, проложить рукав, осушить влагоотделитель и применять аксессуары, поставляемые вместе с аппаратом.

• Следует обращать внимание даже на простые вещи, которые влияют на производительность системы. Изношенные уплотнения, например, приводят к большой потере давления. При протекании фитингов происходят потери воздуха. Эти проблемы необходимо быстро обнаруживать и устранять.

Материалы для обучения

Ответственность работодателя

Исключительную ответственность за обеспечение безопасных условий труда для работников возложена на работодателей. Работодатели должны проводить обучение и обеспечивать персональным защитным оборудованием, а также внедрять эффективную программу по снижению рисков на рабочем месте. Работодатели должны внедрять жёсткие правила техники безопасности и защиты здоровья, а также обеспечивать выполнение инструкций производителей оборудования и материалов.

Некоторые работники рискуют своим и чужим здоровьем, когда намеренно не выполняют правила техники безопасности, поскольку находят их тягостными или ненужными. Такие работники могут обмотать нос и рот тряпкой, потому что шлемы им кажутся громоздкими. Работодатели обязаны внедрить эффективную программу по технике безопасности и реализовывать её посредством обучения работников и введения жёсткого дисциплинарного наказания для нарушителей.

Перед началом работ работодатели должны проанализировать все возможные риски. Для определения состава неизвестного материала, который требуется удалить посредством струйной очистки, следует провести лабораторное исследование. Стальные конструкции могут быть покрыты слоем краски, содержащей свинец или другие тяжёлые металлы. Некоторые покрытия могут включать даже асбест. Часто изоляция труб изготовлена из асбестового материала.

При абразивоструйной очистке эти токсины поднимутся в воздух в виде мелкой пыли.

Необходимо убедиться, что абразивный материал не содержит мышьяк, цианид или другие токсины. Эти вещества представляют опасность для оператора и других людей, находящихся рядом. Информация о веществах содержится в спецификации на материал.

Не подвергайтесь ненужному риску и следуйте предупреждениям и рекомендациям производителей оборудования и материалов.

Никогда не изменяйте и не заменяйте оригинальные компоненты и части оборудования. Работодатели, которые осуществляют или позволяют проводить несанкционированное изменение или замену, несут полную ответственность за работу оборудования. Производители никогда не дадут гарантию на оборудование, которое было изменено или использовано не по назначению.

Если работник не умеет читать или плохо читает, у работодателя должен быть квалифицированный специалист, который сможет подробно изложить руководства на всё оборудование, все предупредительные наклейки и бирки

Работодатель должен убедиться, что работники понимают смысл инструкций и предупреждений и осознают риски, связанные с их работой.

и добьётся того, что работник поймёт, как безопасно эксплуатировать и обслуживать оборудование.

Работодателям приходится проводить большую работу по обучению и оснащению работников, но, в конце концов, от этого выиграют все! Хорошо обученные работники становятся профессионалами, гордятся своей работой и чувствуют свою значимость. Работодатель выигрывает от увеличения производительности работника, что приносит большую прибыль.

Все, кто работает и обслуживает абразиво-струйное оборудование, должны прочитать и следовать всем инструкциям. Неполное понимание инструкций или неправильное обучение могут привести к серьёзным травмам и смерти.

Выполнение инструкций позволяет эффективно использовать оборудование и избежать простоев в работе.

Все руководства пользователя на оборудование, как правило, написаны в следующем формате: «Введение», «Установка», «Эксплуатация», «Обслуживание», «Ремонт» и «Запасные части». Использование такого общего формата позволяет пользователю быстрее найти нужную ему информацию.

Особое внимание следует обратить на предупреждения и другой выделенный текст.

«!» Это символ, предупреждающий об опасности. Он служит для предупреждения пользователя оборудования о возможности получения травмы. Следует выполнять все инструкции, которые приведены после данного символа, чтобы избежать риска получения травмы или смерти.

«CAUTION» — Когда данное слово используется без предупредительного символа, оно указывает на потенциально опасную ситуацию, которая, если её не предупредить, может привести к повреждению имущества.

«!CAUTION» — Предупредительное слово, используемое вместе с символом, указывает на потенциально опасную ситуацию, которая, если её не предупредить, может привести к незначительной травме или травме средней тяжести.

«!WARNING» — Используется для указания на потенциально опасную ситуацию, которая, если её не предупредить, может привести к смерти или тяжёлой травме.

«! DANGER» — Используется для указания на нависшую опасность, которая, если её не избежать, может привести к смерти или тяжёлой травме.

Руководства должны храниться вместе с оборудованием, чтобы операторы и руководители работ могли всегда их посмотреть. При лизинге оборудования инструкции в полном объёме должны быть предоставлены компанией, предоставляющей оборудование.

Другие материалы для обучения

Некоторые торговые организации предлагают программы обучения технологиям работы на абразивоструйном оборудовании. Если у вас нет возможности посетить учебный семинар, то можно использовать обучающие материалы, предлагаемые организациями, которые помогут провести обучение на предприятии.

Для составления плана обучения можно использовать данную книгу. Она включает схемы и таблицы, иллюстрирующие потребление воздуха и абразивных материалов, а также влияние износа сопла на производительность; требования к диаметру рукава и фитингов; описание техники безопасности и т. д.

«Общество исследователей защитных покрытий» (SSPC) предлагает комплект из четырёх обучающих видеокассет по работе на оборудовании для подготовки и окраски поверхности. Первая из них посвящена оборудованию для подготовки поверхности, которое, помимо гидроабразивных и абразивоструйных аппаратов, включает ручные и силовые инструменты, а также водоструйную очистку под высоким давлением.

Для проведения более эффективной обучающей программы следует показать реальные компоненты системы и при обсуждении позволить учащимся рассмотреть их более близко. На разрезах представлено внутреннее строение и конфигурация частей. Например, следует изготовить разрез муфты и абразивоструйного рукава, чтобы показать, что в случае правильной установки утечку и турбулентность в них можно предотвратить. Сборка и разборка компонентов под контролем инструктора даёт работнику практические навыки, которые пригодятся ему в дальнейшем. При демонстрации оборудования на практике можно обучить его профессиональному использованию.

Требования к оборудованию

Добросовестные производители изготавливают оборудование в соответствии со многими положениями и стандартами для получения высокого качества и обеспечения безопасности. Компании и их работники, которые используют абразивоструйное оборудование, также должны выполнять определённые требования.

Далее представлены ключевые положения, относящиеся к абразивоструйному оборудованию. Возможно, что потребуется выполнять и другие федеральные, региональные и местные положения.

Респираторы с подачей воздуха должны быть протестированы и одобрены департаментами.

Респираторы с подачей воздуха для абразивоструйных работ классифицируются как Тип С и СЕ. При испытании проверяются давление и объём воздуха, надёжность защиты лица и головы, уровень шума и защита от попадания пыли.

Использование неразрешённых респираторов с подачей воздуха, аксессуаров к ним или запчастей от других производителей, несмотря на то, разрешены они или нет, является грубым нарушением.

Необходимо подавать в респиратор оператора вдыхаемый воздух класса D. Работодатели должны обеспечить контроль за источником вдыхаемого воздуха. Если для подачи вдыхаемого воздуха используется компрессор, то он должен находиться в безупречном рабочем состоянии. Данная тема была подробно рассмотрена в разделе «Средства защиты оператора».

В соответствии с требованиями, любой абразивоструйный аппарат желательно оснащать устройствами дистанционного управления, независимо от его мощности, чтобы оператор мог запускать и останавливать аппарат, находясь на рабочем месте, и чтобы обеспечить автоматическое отключение при отпускании контрольной рукоятки. Устройства дистанционного управления крайне важны для предотвращения несчастных случаев. Ответственность за установку и уход за устройствами дистанционного управления возлагается на работодателей.

Абразивоструйные аппараты должны изготавливаться в соответствии со стандартами. Производитель должен изготавливать оборудование в соответствии со стандартами. Однако определенные требования предъявляются также и к владельцам оборудования. Над аппаратами запрещается проводить операции по сварке, сверлению, заточке и вносить другие изменения. Это приведёт к ослаблению сосуда высокого давления и аннулирует действие одобрения.

Бластинг: технологии и случаи применения, абразивные материалы

2013-10-20T16:06:35Z

ТЕХНОЛОГИЯ И СЛУЧАИ ПРИМЕНЕНИЯ

Технология

При абразивоструйной обработке абразивные частицы ускоряются из абразивоструйного аппарата при помощи энергии сжатого воздуха. Для того чтобы посредством абразивных частиц и сжатого воздуха обеспечить эффективную очистку, требуется профессиональное мастерство, высококлассное оборудование и контроль качества. Каждый элемент влияет на результат работы всей системы.

Даже несоответствие одного элемента ограничивает работу системы в целом.

Данная книга подчеркивает необходимость поддержания давления и объема подаваемого воздуха на всей установке.

Система абразивоструйной очистки состоит из трех основных компонентов: компрессор, струйный аппарат и абразив (смотрите Приложение 1: «Составляющие рабочего места абразивоструйщика»).

Компрессор должен создавать достаточное давление и объем воздуха для того, чтобы переместить абразив из абразивоструйного аппарата на обрабатываемую поверхность. Абразивный порошок засыпается в абразивоструйный аппарат и посредством дозирующего клапана подается в воздушный поток, на пути которого не должно быть препятствий. Желаемый результат обработки поверхности достигается посредством регулирования силы сжатого воздуха, воздействующей на абразив. Очистка напрямую зависит от того, насколько эффективно воздух движется из компрессора на очищаемую поверхность. Помеха хотя бы в одном элементе вызывает снижение продуктивности целой системы.

Подрядчики часто не рассматривают абразивоструйный аппарат как возможный источник ограничения подачи воздуха и потока абразива. Воздух под высоким давлением не может проходить через фитинги малого диаметра в таком же объеме, как при фитингах большого диаметра.

Роль абразивоструйного аппарата состоит в том, чтобы равномерно дозировать абразив в воздушный поток. Иногда подрядчики монтируют фитинги, ограничивающие поток воздуха и дозирующие клапаны, которые сокращают воздушный поток наполовину, а в итоге не могут понять, почему производительность снизилась. Данной проблемы можно избежать, выбрав струйный аппарат с трубками, фитингами и клапанами большого диаметра и подсоединив его к шлангу для подачи сжатого воздуха и соплу также большего диаметра.

Другой очень важный элемент в системе абразивоструйной очистки - это абразив. В конечном итоге, очистка поверхности зависит именно от используемого абразива. Выбирайте абразив соответствующей формы, размера, твердости, плотности и состава. Подрядчики, выбирающие неподходящий абразив, рискуют получить перерасход средств, нарушение окрасочного слоя и дорогостоящую повторную обработку.

При обработке поверхности следует тщательно подбирать абразивный материал и размер его частиц для того, чтобы обеспечить наилучший результат по скорости очистки и экономической эффективности работ.

Самый лучший воздушный компрессор и абразивоструйный аппарат не смогут компенсировать неправильный выбор абразива (смотрите раздел «Абразивные материалы», где описаны рекомендации по выбору абразива).

Известная поговорка гласит: «Где тонко, там и рвется», - и ее можно применить к выбору абразивоструйного оборудования. Качество и производительность ключевых элементов влияет на эффективность системы в целом.

Большинство элементов системы абразивоструйной очистки имеют цилиндрическую форму. Даже небольшое изменение диаметра данных элементов влечёт за собой уменьшение объема воздуха, проходящего сквозь них, в геометрической прогрессии.

Даже при выборе компрессора и абразивоструйного аппарата необходимой мощности и соответствующего абразива, требуется мастерство и профессионализм оператора для того, чтобы система работала максимально продуктивно.

Применение

Абразивоструйная очистка делится на три составляющих: подготовка поверхности, очистка и отделка поверхности, а так же дробеструйное упрочнение.

Подготовка поверхности

При очистке ненужные материалы удаляются, и поверхность становится подготовленной для нанесения покрытий.

При помощи абразивоструйной очистки с металлических конструкций удаляют старую краску, ржавчину и другие загрязнения. Кроме того, при струйной очистке удаляется вторичная окалина, которая образуется на новой стали.

Угловатые частицы абразива придают шероховатость поверхности и создают профиль, или насечку. Большинство производителей красок указывают, каким должен быть профиль, чтобы обеспечить эффективное нанесение их продукции. Более подробно профиль поверхности будет обсуждаться далее.

Подрядчики очищают кирпичную кладку перед нанесением шпатлевки или краски. Абразивоструйная очистка наружной штукатурки и кирпича позволяет удалять старую краску, плесень, копоть, красящие вещества и даже граффити, оставляя при этом идеальную поверхность для нанесения покрытия.

Подрядчики очищают преднапряженные железобетонные панели, монолитные бетонные стены, колонны и другие конструкции из бетона для того, чтобы удалить остаточный цемент, следы строительной опалубки, выцветшие участки и обнажить бетон.

Кроме обработки стали и каменной кладки, при помощи абразивоструйной очистки можно снять верхние слои краски с деревянных домов и лодок. Со стекловолокна с помощью данной очистки обычно удаляют верхний слой гелевого покрытия для того, чтобы сделать видимыми пузырьки воздуха. При абразивоструйной очистке алюминия, титана, магния и других металлов удаляют коррозию и, в зависимости от выбранного абразива и давления, наносят профиль.

Новые, более мягкие виды абразива (включая пластик и пшеничный крахмал), а также специальное абразивоструй-ное оборудование с низким давлением используются для сухого способа удаления покрытий с современных композиционных материалов. Это позволяет компаниям очищать самолеты, вертолеты, автомобили, грузовики и лодки без использования абразивоструйной обработки, которая может нарушить структуру поверхности. Кроме того, переход на сухой способ очистки верхних слоев исключает возможность воздействия на рабочих токсических химических веществ, используемых при очистке, и исключает расходы, связанные с утилизацией опасных отходов.

Перечень возможностей абразивоструйной очистки кажется бесконечным. Каждый день сотни компаний при

бегают к помощи абразивоструйной очистки для того, чтобы решить проблемы долговременной очистки и подготовки поверхности. Поскольку в промышленности регулярно изобретаются новые материалы и возникает потребность в обработке новых поверхностей, производителям абразивоструйной техники и материалов приходится непрерывно совершенствовать свои технологии и оборудование.

Очистка поверхности и отделочная обработка

Очистка поверхности и отделочная обработка значительно отличаются от процесса подготовки поверхности. Отличие заключается в том, что ожидаемый результат состоит в совершенствовании внешнего вида продукции и его полезности, а не просто в его подготовке к нанесению покрытий или к сборке. Очистка поверхности включает в себя удаление загрязняющих веществ и окалины. Отделочная обработка поверхности включает удаление заусенцев с отлитых изделий, а также совершенствование внешнего вида продукции.

Абразивоструйная очистка с использованием стеклянных или керамических шариков в качестве абразивного материала позволяет создавать матовую поверхность и рельеф на мягких металлах.

На многих литейных предприятиях абразивоструйная очистка используется для удаления заусенцев с отлитых изделий с целью улучшения их функциональности и эстетического вида.

В большинстве случаев при абразивоструйной очистке выявляются микротрещины и дефекты в металлах. Это особенно важно для предприятий, занимающихся ремонтом и модернизацией шасси самолетов.

Мягкие материалы, такие, как резина и пластик, обычно изготавливаются с помощью специальных форм, после которых на них остаются неровности. Абразивоструйная очистка легко удаляет такие неровности, в результате чего получается гладкая однородная поверхность.

Абразивоструйная очистка широко применяется в отраслях промышленности, использующих повышенную температуру для закалки металлов. Высокие температуры могут обесцвечивать изделия. Абразивоструйная обработка позволяет удалять выцветшие участки и окалину с изделий, подвергшихся воздействию высоких температур.

Кроме того, абразивоструйная очистка может улучшить внешний вид продукции благодаря удалению различных пятен, отложений, коррозии и следов инструмента. При этом некоторые абразивные материалы позволяют делать внешний вид поверхности более однородным.

При высокой температуре образуется нагар и отложения отработанного масла на многих автомобильных деталях. Электродвигатели часто засоряются перегретыми изоляционными материалами и расплавленными слоями статора. В большинстве случаев сохранение исходных размеров данных деталей является критичным. Абразивоструйная обработка с помощью пластиковых абразивных материалов, стеклянных шариков или натурального абразива удаляет загрязняющие вещества и обеспечивает желаемый результат.

Дробеструйное упрочнение

При изготовлении металлического изделия, для придания ему определённой формы, производители должны совершать множество действий, а именно: отливать, резать, сгибать, штамповать, прокатывать или сваривать металлы. Иногда все эти процессы вызывают на металлах остаточное напряжение, которое, если от него вовремя не избавиться, может стать причиной поломки изделий.

Дробеструйное упрочнение увеличивает прочность и долговечность деталей посредством их обработки абразивными материалами, имеющими сферическую форму и разогнанными до высокой скорости. К ним относятся: стальная дробь, керамическая дробь, стеклянные шарики и др.

Дробеструйное упрочнение создает эффект, похожий на удар по поверхности молотком. Отличием данного процесса является только то, что при упрочнении образуются более маленькие углубления и удары являются одинаковыми по интенсивности. Данная «бомбардировка» частицами абразива создает равномерно спрессованную поверхность, распределяя напряжение по всей площади поверхности и, тем самым, уменьшая вероятность ломкости металлов.

Дробеструйное упрочнение - это точная наука, требующая строгого соблюдения технических условий по твёрдости абразивного материала, продолжительности очистки, углу наклона сопла и необходимому давлению. Чрезмерное или недостаточное упрочнение детали может быть причиной преждевременного разрушения.

Упрочнение широко используется в автомобильной и авиационной промышленностях. Производители шестерней используют упрочнение для удаления заусенцев и острых граней и для того, чтобы зубья шестерней были более крепкими. Производители пружин используют упрочнение для снятия напряжения.

При дробеструйном упрочнении литых и штампованных металлических изделий очищается поверхность, выявляются дефекты и улучшается внешний вид. Упрочнение деталей с резьбой позволяет удалить заусенцы, острые грани и одновременно увеличить удерживающую способность резьбы. Упрочнение часто используется с безвоздушным оборудованием для удаления вторичной окалины с новой стали.

Технические условия по подготовке поверхности

Производители лакокрасочных материалов давно поняли важность подготовки поверхности для успешного использования их покрытий. Несоответствующая очистка стальной поверхности может стать причиной преждевременного разрушения покрытия. Именно поэтому производители лакокрасочной продукции детально излагают требования по подготовке поверхности перед нанесением их продукции. Кроме того, при отказе выполнять данные требования гарантия на качество покрытия может быть аннулирована.

Требования к подготовке стальной поверхности включают в себя два важных параметра: профиль поверхности и степень очистки.

Профиль поверхности

Производители лакокрасочных материалов и профессиональные организации испытывают лакокрасочные покрытия, применяя их при различных профилях поверхности и условиях окружающей среды. В результате исследований обнаружено что для гарантированной адгезии и абсолютной защиты субстрата перед нанесением покрытия требуется обеспечить соответствующий профиль. Насечка обеспечивает прочное однородное сцепление между поверхностью и покрытием.

Частицы абразивного материала образуют на стальной поверхности крошечные пики и углубления. Глубина профиля зависит от размера, типа и твердости абразива, давления воздуха, расстояния и угла наклона сопла к очищаемой поверхности.

Когда профиль превышает допустимый уровень, то пики проявляются над поверхностью покрытия, приводя к его разрушению.

При увеличении слоя лакокрасочного покрытия для выравнивания глубокого профиля увеличивается себестоимость выполняемой работы. Более детальное описание профилей, образованных при использовании различных абразивов, изложено в разделе «Абразивные материалы».

Профиль выражается в милах, микронах и миллиметрах.

1 мил =1/1 ООО дюйма.

25 микрон = 1 мил.

25,4 миллиметра = 1 дюйм.

39 мил = 1 миллиметр.

В Соединенных Штатах Америки обозначение в милах используют как единицу измерения толщины покрытия и профиля поверхности. Обычно в спецификации указана средняя высота профиля. Например, средний профиль в 2 мила (50 микрон) может включать в себя профили от 1 мила (25 микрон) до 3 мил (75 микрон). Данная классификация профилей вполне приемлема, т. к. нет практического метода производства абразивных частиц одинакового размера.

Отклонения в давлении воздуха, расстоянии до поверхности или в угле наклона сопла также влияют на глубину профиля. Уменьшенное давление воздуха или увеличенное расстояние сопла от обрабатываемой поверхности является причиной небольшого размера профиля. При большом угле отклонения сопла будет лишь поверхностная обработка субстрата без отчетливых пиков и углублений. Для абразивоструйной обработки стали угол наклона сопла к поверхности должен быть 80-90 градусов.

Для определения глубины профиля поверхности используйте специальные измерительные приборы для того, чтобы документально подтвердить соответствие данного профиля заданному. Тщательный контроль глубины профиля поверхности поможет избежать дорогостоящей вторичной обработки.

Степени очистки

Требования к качеству подготовки металлической поверхности перед операциями окрашивания, нанесения металлизационных покрытий устанавливает ГОСТ 9.402-80 «Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей перед окрашиванием». В ГОСТе выделяются четыре степени очистки поверхности черных металлов от окалины и продуктов коррозии:

1 - при осмотре с 6-кратным увеличением окалина и ржавчина не обнаруживаются;

2 - при осмотре невооруженным глазом не обнаруживаются окалина, ржавчина, пригар, остатки формовочной смеси и другие неметаллические слои;

3 - не более чем на 5% поверхности имеются пятна и полосы плотно сцепленной окалины и литейная корка, видимые невооруженным глазом. На любом из участков поверхности изделия окалиной занято не более 10% площади пластины 25x25мм;

4 - с поверхности удалены ржавчина и отслаивающаяся окалина.

Этим степеням подготовки поверхности в основном соответствуют степени Sa3, Sa 2 ½, Sa 2, Sa1, устанавливаемые международным стандартом ISO 8501-1: 1988: «Подготовка стальной основы перед нанесением красок и подобных покрытий. Визуальная оценка чистоты поверхности. Степени коррозии и степени подготовки непокрытой стальной основы после полного удаления прежних покрытий».

Организация SSPC («Исследователи защитных покрытий») (США) установила пять степеней очистки при абразивоструйной обработке, классифицирующихся от полного удаления всех загрязняющих веществ до удаления только остаточных материалов с обрабатываемой поверхности. К данным пяти степеням очистки относятся: очистка до «белого металла», очистка до «почти белого металла», коммерческая очистка, промышленная очистка, поверхностная очистка. Данные стандарты могут быть пересмотрены и исправлены. Но, несмотря на все это, они используются, как основные принципы. Для более подробного описания каждого из них можно обратиться к «Визуальным стандартам очистки стали с помощью абразивоструйной обработки».

Очистка до «белого металла» - это очистка, видимая без увеличения. Очищенная поверхность до «белого металла» представляет собой поверхность, с которой удалены все видимые загрязнения, а именно: ржавчина, вторичная окалина, краска и посторонние включения. Обычно данная степень очистки требуется при нанесении сложных покрытий (цин-косодержащие краски) на поверхности, подвергающиеся агрессивному воздействию коррозионной среды - химические установки, морские буровые установки и мосты над водой с повышенным содержанием соли.

Очистка до «почти белого металла» - это очистка, видимая без увеличения. Это поверхность, свободная от всех типов видимых загрязнений (ржавчины, вторичной окалины, краски и посторонних веществ). Данный вид очистки похож на очистку до «белого металла». Единственное отличие заключается в том, что на очищаемой поверхности допустимо не более 5% загрязнений. Данный вид очистки применяется при использовании высокоэффективных покрытий на стальной поверхности, подвергающейся воздействию жесткой среды и интенсивному использованию.

Коммерческая очистка - это очистка, видимая без увеличения. Поверхность очищается от видимых нефтепродуктов, смазочных материалов, пыли, окалины, грязи, вторичной окалины, продуктов коррозии и посторонних веществ. При данной очистке на поверхности может остаться не более 33% загрязненных участков, полос, обесцвечивания поверхности от пятен ржавчины, вторичной окалины и старых покрытий. Для большинства применений используются стандартные покрытия.

Промышленная очистка - это очистка, видимая без увеличения. Поверхность освобождается от всех видимых нефтепродуктов, смазочных материалов, пыли и грязи. Однако допускается до 10% плотно прилипшей вторичной окалины, ржавчины и остатков покрытия, если они равномерно распределены. Оставшаяся часть поверхности может содержать следы загрязнений, полосы и обесцвечивания, вызванные пятнами ржавчины, вторичной окалины или старого покрытия.

Поверхностная очистка - видимая без увеличения. Поверхность, обработанная таким образом, может содержать плотно прилипшие остатки вторичной окалины, ржавчины или старого покрытия. Нет необходимости обнажать пятна металла, если субстрат состоит из неповрежденного покрытия. Данный метод приемлем для поверхностей, не подверженных воздействию суровых условий окружающей среды или там, где не ожидается длительный срок службы покрытия.

Там, где требуется коммерческая или поверхностная очистка, следует убедиться в том, что новое покрытие совместимо со старым. Несовместимые покрытия могут вызвать окалину или отслаивание.

Организация SSPC предлагает серию фотографий, которые иллюстрируют четыре существующих состояния стальной поверхности и степени очистки каждой. К существующим состояниям относятся: вторичная окалина, вторичная окалина и ржавчина, полная коррозия и коррозия с образованием углублений.

Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов (NACE) предлагает набор герметизированных металлических купонов, которые служат в качестве образцов степеней очистки.

Печатное издание Шведского Института Стандартов (SIS) наглядных компараторов широко используется в Европе. Данные о степенях очистки и стандарты профессиональных организаций показаны в следующей таблице:

Степень очистки	Стандарт SSPC	Стандарт NACE	Стандарт SIS (ISO 8501)
очистка до «белого металла»	SSPC-SP 5	NACE No.l	SA-3
очистка до «почти белого металла»	SSPC-SP 10	NACE No.2	SA-2 Vi
коммерческая очистка	SSPC-SP 6	NACE No.3	SA-2
промышленная очистка	SSPC-SP 14	NACE No.8	SA-1-1/2
поверхностная очистка	SSPC-SP 7	NACE No.4	SA-1

Термины «белый металл» или «почти белый металл» иногда создают путаницу между подрядчиками и инспекторами. Очищенная стальная поверхность - всегда серого цвета, а не белого. При очистке абразивом, имеющим светлую окраску, у поверхности может появиться белый оттенок. Абразив черного цвета обычно создает темный оттенок поверхности.

Неопытный инспектор может ошибочно забраковать работу, так как поверхность не «белая». До проведения очистки обязательно проинформируйте ревизора, каким абразивом вы планируете очищать, и спросите его, будет ли это влиять на оценку степени очистки поверхности.

В дополнение к обучению технике безопасности операторы абразивоструйного оборудования должны быть проинструктированы по стандартам подготовки поверхности. Причем, не только для того, чтобы успешно пройти контроль, а, прежде всего, для того, чтобы гарантировать, что покрытие будет нанесено на качественно подготовленную поверхность. Используйте дополнительную информацию, предоставленную организациями, указанными в разделе «Справочные материалы» в конце данной книги.

АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Абразивные материалы приводятся в движение благодаря компрессору, хранятся и дозируются посредством струйного аппарата, перемещаются по рукаву и разгоняются с помощью сопла. Все элементы важны, но именно абразивы являются основным инструментом при выполнении работ.

Выбор соответствующего абразива крайне важен для получения желаемой отделки в течение выделенного времени и в рамках бюджета. В случае использования неподходящего абразивного материала можно получить некачественную отделку, что помешает выполнению всех работ и приведёт к необходимости дорогостоящей повторной обработки.

Во многих случаях причиной некачественно нанесённого покрытия является использование неподходящего абразивного материала. Самое лучшее оборудование не сможет компенсировать применение абразива, который не предназначен для выполнения данного вида работ.

Используйте высококачественные абразивные материалы, предназначенные для струйной обработки. Материалы, добытые с берегов рек или каменоломен (если они не были соответствующим образом промыты, просеяны и фракционированы), приведут к неприемлемому результату (смотрите Приложение 2 с «Таблицей сравнения абразивных материалов».

Свойства абразивных материалов

Существует три вида абразивных материалов: природного происхождения, производственного и из побочных продуктов.

К природным абразивам относятся минеральные, такие как песок, кремень, гранат, цирконий и другие минералы.

Произведённые абразивы изготавливаются специально для струйной обработки. Среди них: колотая дробь и дробь литая, пластик, пшеничный крахмал, стеклянные шарики, оксид алюминия, карбид кремния и другие.

Абразивоструйные материалы на основе побочных продуктов являются результатом производственных процессов. Среди них - шлак, получаемый при выплавке металла или при производстве электроэнергии, а также материалы из продукции сельского хозяйства, используемой в пищевой индустрии.

В прошлом при проведении струйной очистки на открытом воздухе стремились использовать дешёвые абразивные материалы, такие, как песок. Однако нельзя использовать абразивы, которые содержат более одного процента свободного кварца. Кварцевая пыль может привести к серьёзным заболеваниям органов дыхания и летальному исходу. По возможности, следует применять рекуперируемый абразив. Рекуперируемые абразивные материалы, как правило, содержат меньше свободного кварца и не образуют большого количества пыли.

Для снижения затрат на абразивные материалы следует выбирать прочный, подходящий для многократного использования, абразивный материал. Сегодня такие средства, как абразивоструйные аппараты с замкнутым циклом, вакуумное оборудование для сбора материала и портативные средства ограничения распространения материала помогают обеспечить эффективную регенерацию.

Размер

Размер гранул абразивоструйного материала имеет огромное значение для достижения равномерного рельефа и обеспечения желаемой текстуры поверхности. Производители абразивных материалов используют несколько совершенно различающихся систем для описания размера своей продукции.

Дробь и другие сферические материалы измеряются в тысячных долях дюйма, и размер выражается целыми числами. Некоторые производители для описания размера продукции используют числа, которые могут и не относиться к номеру сита (меша).

Обычно остроугольные абразивы и стеклянные шарики измеряются в соответствии с системой мер, относящейся к ситу, и выражаются в «номере сита» или «микронах». Под номером сита (мешем) понимается количество отверстий на дюйм в сите; в микронах выражается размер просеиваемых частиц. Поэтому, чем больше номер сита, тем меньше гранулы и, чем больше микрон, тем больше гранулы.

Например, через отверстия в сите номер 20 проходят частицы размером 850 микрон и менее, а через сито номер 40 проходят частицы размером 425 микрон. Поэтому большая часть гранул в абразивном материале с номером сита 20/40 будет иметь размер между 850 и 425 микрон, и лишь небольшая часть - немного больше или меньше. Никакая из систем рассеивания абразивных материалов не будет абсолютно точной, но производители, следящие за качеством продукции, обеспечивают 95% гранул в заявленных пределах.

Соответствие заявленному размеру приобретает первостепенную значимость, когда производитель покрытия требует заданный профиль. Гранулы превышающего размера врезаются слишком глубоко, и над поверхностью остаются высокие пики. Это приводит к появлению ржавчины. В случае нанесения более толстого слоя краски, чтобы закрыть высокие пики, происходит потеря времени и средств.

Гранулы меньше заданного размера и пыль снижают производительность, не очищают поверхность и не дают поверхности требуемую насечку.

Для получения желаемой обработки нужно выбирать соответствующую фракцию гранул. Крупные гранулы используются для удаления нескольких слоев краски, сильной коррозии или остатков цементного раствора и оставляют глубокий профиль. С помощью гранул среднего размера удаляются поверхностная ржавчина, неплотная краска или тонкий слой прокатной окалины. Небольшие гранулы образуют неглубокий профиль и идеальны для струйной обработки тонких металлических изделий, дерева, пластика и других чувствительных поверхностей.

Крупные гранулы не всегда чистят быстрее, чем маленькие. Хотя они и врезаются в поверхность глубже, при очистке абразивными материалами крупной фракции о квадратный сантиметр площади ударяется меньше частиц, и поэтому некоторые зоны поверхности будут не обработаны. Перед началом работы необходимо провести тестирование абразивов разной фракции на небольших участках поверхности. После этого измеряется профиль для определения того, какой из них больше соответствует техническому заданию.

При использовании рекуперируемых материалов рабочий объём необходимо регулярно пополнять для обеспечения соответствующей обработки и оптимальной производительности. Новый абразивный материал наносит однородный рельеф, но с каждым рабочим и регенерационным циклом частицы становятся меньше. Если оставить данный процесс без контроля, то уменьшение размера частиц приведёт к уменьшению глубины профиля и замедлению скорости очистки.

Для того чтобы этого не произошло, оператор должен проводить мониторинг качества обработки поверхности и периодически добавлять рассчитанное количество нового абразивного материала. Размер гранул полученной рабочей смеси будет средним между размерами нового и использованного абразива. Никогда не пытайтесь повторно использовать одноразовые абразивные материалы. Такие материалы разбиваются в пыль после первого цикла.

Для гарантии равномерной обработки поверхности необходимо следить за рабочей смесью. Это имеет ключевое значение при дробеструйной обработке в автомобиле- и авиастроении и при подготовке поверхности для сложных покрытий.

Форма

Разная форма абразивных материалов приводит к разному профилю поверхности. Частицы остроугольных абразивов имеют неправильную форму, с гранями и острыми краями, что позволяет удалять покрытия и оставлять чёткие пики и углубления. При работе с округлыми частицами образуются ямки. Некоторые округлые материалы продолговаты по своей форме и оставляют удлинённые вмятины.

Виды остроугольных абразивных материалов сильно отличаются друг от друга: некоторые имеют более угловатую форму, чем другие. Например, песок бывает круглый, продолговатый и угловатый. Морской и речной песок - более округлый или продолговатый, ввиду эрозионного воздействия воды. Песок из карьеров - угловатый и обладает режущим действием.

Остроугольные абразивы лучше подходят для удаления толстых слоев краски и коррозии. Округлые материалы более эффективны для удаления прокатной окалины и лёгких загрязнений. Они используются для дробеструйного упрочнения с целью снятия напряжения поверхности. При упрочнении образуется одинаково спрессованная поверхность, что усиливает пружины и другие металлы, подверженные напряжению.

Плотность

Плотность - это отношение массы к объёму. Например, песок весит около 1,5 кг/л, колотая дробь - около 3,8 кг/л, скорлупа грецких орехов - всего 0,7 кг/л.

Плотность абразивного материала менее важна, чем другие его характеристики, кроме случаев, когда плотность материалов, сходных по другим параметрам, сильно отличается. Чем более плотный материал, тем больше энергии каждая частица передаёт поверхности. Разница плотности песка и шлака существенна и составляет 2,0 кг/л, разница между шлаком и колотой дробью достаточно значима - 2,4 кг/л. При прочих равных условиях более плотные частицы делают более глубокий профиль, что не всегда может быть желательно. Более плотные частицы эффективнее удаляют стойкие или твёрдые покрытия.

Твёрдость

Воздействие абразивного материала на обрабатываемую поверхность определяется его твёрдостью. Если абразив твёрже субстрата, то он оставит профиль на поверхности. Если он мягче поверхности, но твёрже покрытия, то он удаляет покрытие. Если он мягче покрытия, то он очищает грязь с поверхности без удаления покрытия.

Твёрдость абразивного материала измеряется по шкале Мооса (за исключением стальных абразивов). По данной шкале степень твёрдости определяется значениями от 1 до 10. При этом 1 означает, что материал мягкий как тальк, а 10 - твёрдый, как алмаз. Наиболее распространенные абразивные материалы варьируются по твёрдости - от мягких натуральных материалов до сверхтвёрдого карбида кремния.

Стальная крошка и дробь измеряются в Роквеллах по шкале С (и обозначаются Rc). Как правило, стальные абразивы и дробь варьируются от мягких, со значением 35 Rc, до твёрдых — 65 Rc.

Твёрдые абразивы эффективнее в сложных случаях - при удалении ржавчины и прокатной окалины, а мягкие

абразивы больше подходят для очистки или снятия покрытий.

Ломкость

Под ломкостью понимается хрупкость абразивных материалов, или их способность крошиться на мелкие части при ударе о поверхность. Чем больше ломкость абразива, тем меньшее количество раз он может быть использован повторно и тем больше он производит пыли.

Ввиду присутствия кварца в составе песка, он обладает большой ломкостью и никогда не допускает повторного использования. При первом использовании более 70% песка превращается в пыль. Песок, который содержит кварц в свободном виде, образует опасные для здоровья кварцевые частицы. Люди, не защищенные от кварцевой пыли, могут быть подвержены очень болезненному, зачастую приводящему к летальному исходу заболеванию - силикозу.

Большая часть изготавливаемых или являющихся побочным продуктом абразивов может быть повторно использована ограниченное число раз. Это же касается и некоторых природных абразивов, таких как гранатовая крошка и кремень. Шлак от никелевого и медного производств разбивается на годные к повторному использованию более мелкие частицы. Стальная крошка очень устойчива и может пройти 200 и более циклов.

Возможность рекуперации зависит от многих переменных, включая давлениевоздуха.твёрдостьповерхностииэф-фективность оборудования. Степень ломкости, указанная в «Таблице сравнения абразивных материалов» в Приложе-нии2,приведенатолькодляцелей сравнения. Более точную информацию о возможности повторного использования необходимо запросить у поставщика абразивных материалов.

Наиболее распространённые струйные абразивы

Песок широко используется благодаря своей доступности, эффективности и низкой стоимости. Основным недостатком песка является его пылеобразование.

Всего лишь после первого цикла большая часть песка превращается в пыль. При струйной обработке кварцевым песком образуется мелкая кристаллическая кварцевая пыль, которая присутствует в воздухе на протяжении долгого времени и, как было доказано, представляет серьёзную угрозу для здоровья при её вдыхании.

Запрещается проводить обработку песком или любым другим абразивом, который содержит более 1% кварца в свободном виде.

Администрация по безопасности и гигиене труда (OSHA) требует выполнения федеральных правил, в соответствии с которыми ограничивается воздействие кварца в кристаллической форме на работников (OSHA 2206, General Industry Standards Part 1910, Subpart Z, Paragraph 1910.1000).

Администрация OSHA требует, чтобы все операторы струйных аппаратов и другие лица вблизи места проведения работ были одеты в исправные, одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха во время и после проведения работ по струйной очистке, пока окружающий воздух не будет протестирован и очищен от взвешенных частиц.

В различных частях России имеются залежи минерального песка (ставролит, оливин и т. д.), циркония и подобных материалов. Они, как правило, изготавливаются с более мелкой фракцией. Благодаря высокой плотности, около 2 кг/л, и прочности, они идеально подходят для очистки новой и слегка ржавой поверхности (соответствует степени загрязнения В по стандарту ISO 8501-3). Большая часть видов минерального песка содержит кварц в свободном виде, то есть кварц, который высвобождается из частиц песка во время струйной обработки. Если содержание кварца в свободном виде превышает 1%, абразив не следует использовать для струйной очистки.

Гранатовая крошка и кремень являются очень твёрдыми и острыми материалами, которые хорошо подходят для удаления твёрдых поверхностных материалов и оставляют глубокий профиль. Оба материала могут быть возвращены в систему, просеяны и использованы заново. Гранат содержит лишь незначительное количество кварца в свободном виде, однако кремень обладает очень высоким содержанием кварца в свободном виде - 90% и более, поэтому никогда не должен использоваться для струйной обработки. У граната насыпная плотность составляет 2,1 кг/л.

Абразивные материалы на основе побочных продуктов, такие как шлак и некоторые натуральные материалы, получаются в результате процесса, не имеющего отношения к обработке поверхности, но доказали свою высокую эффективность при применении в качестве материала для струйной очистки.

Шлаки получают из двух основных источников - при плавке металла (шлак никеля и меди) и работе котельных на электростанциях (шлак угля). Шлаки стали больше использоваться ввиду своих исключительных чистящих характеристик, доступности, низкому содержанию кварца (менее 1%), широкому диапазону фракций и относительно низкой стоимости.

Твёрдые угловатые частицы шлаков развивают большую скорость и обладают повышенной разрезающей способностью, благодаря чему их можно применять для широкого спектра задач. В некоторых случаях даже требуется уменьшение давления в сопле, чтобы предотвратить застревание частиц в стали.

Абразивы из шлаков характеризует относительно высокая ломкость, что приводит к образованию пыли и ограничивает возможность их повторного использования. Перед проведением работ шлак нужно проверять на присутствие загрязнителей.

Купрошлак - это продукт, получаемый из гранулированных шлаков медеплавильного производства. В различных отраслях промышленности купрошлак знают под различными наименованиями. Это — минеральная дробь, шлифзерно, купершлак. Купрошлак — наиболее распространенный вид абразива на сегодняшний момент. Существует аналогичный абразив, изготавливаемый из гранулированных шлаков никелевого производства — никелынлак, его отличает более высокая твердость, а в остальном он схож с купрошлаком.

Основное преимущество купрошлака в сравнении с другими абразивными материалами — отношение цены к качеству очищаемой поверхности. Гранулы купрошлака имеют высокую твердость (6,5 по шкале Мооса) и острую угловатую форму, что позволяет достичь степени очистки Sa 3 (чистый металл без включений ржавчины и старых покрытий). Купрошлак хорошо профилирует поверхность (насечка 20—140 мкм), что благоприятно сказывается на адгезии. Купрошлак предназначен для удаления старых покрытий, окалины и ржавчины с металлических, кирпичных, бетонных, каменных поверхностей перед нанесением защитного покрытия, для удаления старых покрытий,

разрушенных и размороженных участков при ремонте, а также перед окраской.

Работа с купрошлаком не наносит вреда ни здоровью людей, ни состоянию окружающей среды. Данный абразив не запрещен к использованию экологическими и санитарными органами даже на территории населенных пунктов. Абразив не содержит кварц в чистой форме, что предохраняет от силикоза, профессионального заболевания абра-зивоструйщиков.

Фракционный состав гранул купрошлака колеблется в пределах 0,1—3,5 мм.

Купрошлак имеет высокую удельную массу. Так как удельная плотность частиц купрошлака выше по сравнению с большинством абразивных материалов, то и кинетическая энергия удара частиц о поверхность больше. Рекуперация абразива может достигать пяти раз, но при этом размер частиц будет уменьшаться, а количество примесей будет увеличиваться, что приводит к снижению качества чистки. Более мелкая фракция купрошлака подойдет для очистки мягких металлов, таких, как алюминий. Купрошлак наиболее востребован при агрессивных видах очистки, для профилирования и удаления глубокой коррозии, для повседневной очистки.

Обработка поверхностей купрошлаком может осуществляться как привычным абразивоструйным методом, так и гидроабразивным (подача воды в абразивную струю через специальное сопло), или пламенно-абразивным методом.

Существует несколько видов натуральных абразивных материалов. Скорлупа грецкого ореха и сердцевина кукурузного початка - одни из самых популярных материалов. Натуральные абразивы лёгкие (0,6кг/л) и мягкие (значение 3 по шкале Мооса). При использовании со специальным оборудованием и при внимательном отношении к методике, с помощью натуральных материалов, можно удалять краску с дерева, пластика, тонкостенных металлов и других твёрдых поверхностей. Эти материалы используются для очистки электромоторов без повреждения статора и изоляции проводов.

Среди изготавливаемых абразивов можно отметить стальную крошку и дробь, оксид алюминия, карбид кремния, пластик, стеклянные шарики и другие.

Существует три основных вида металлических абразивов: из стали, ковкого железа и отбелённого чугуна. Из каждого из них делают дробь и крошку. Стальной абразив используется намного чаще, чем другие, потому что он выдерживает 200 и более циклов. Абразив из отбелённого чугуна рекуперируется от 50 до 100 раз, а ковкое железо немного больше.

Твёрдость металлического абразива измеряется по шкале «С» Роквелла (Rc), и чем больше значение, тем твёрже. Твёрдость стали варьируется от 35 Rc до 65 Rc; ковкого железа - от 28 Rc до 40 Rc; отбелённого чугуна - от 57 до 68 Rc.

Отбелённый чугун и ковкое железо стоят меньше, чем сталь, и используются, когда много абразивного материала утрачивается в процессе загрузки и разгрузки изделий. Кроме того, железо является более ломким и разбивается на угловатые частицы, благодаря чему его воздействие становится более интенсивным, чем стали.

Стальные частицы деформируются при ударе и пригодны до тех пор, пока частицы не станут слишком маленькими для использования. Чтобы обеспечить необходимый профиль, требуется периодически добавлять новый абразив.

Фракции металлического абразива стандартизированы в соответствии с техническим условиями «Общества инженеров-автомобилистов» (SAE). Фракции крошки обозначаются от G-10 (2,0/1,7 мм) до G-120 (0,125/0,075 мм), при этом фракция G-10 наиболее крупная. Фракции дроби варьируются от S-70 (0,125/0,180 мм) до S-780 (1,7/2,0 мм), при этом S-780 наиболее крупная фракция.

Карбид кремния является самым твёрдым, острым и наиболее дорогим абразивным материалом на рынке. Его значение твёрдости по шкале Мооса составляет 8,5. Он используется при удалении нагара с закалённых изделий после термообработки, когда требуется глубокое режущее действие.

Оксид алюминия уступает по остроте только карбиду кремния. Он часто применяется для работы с очень сложными покрытиями. Поскольку это дорогостоящий материал, его используют в закрытых струйных камерах, обеспечивающих возможность рециркуляции. Ввиду высокой плотности (1,8 кг/литр) и твёрдости (8 единиц по шкале Мооса) оксид алюминия является наиболее агрессивным из всех распространённых абразивных материалов.

В аэрокосмической и авиастроительной отраслях для очистки и снятия заусенцев с титана, магнезия и других сложных металлов используется оксид алюминия без каких-либо примесей, чтобы предотвратить загрязнение железосодержащими материалами. Стандартный абразив на основе оксида алюминия используется для обработки алюминия, латуни, чугунных и стальных отливок с целью быстрого удаления заусенцев и одновременно очистки поверхности. Чтобы обеспечить глубокую очистку и получить матовую отделку поверхности, с оксидом алюминия смешивают другие абразивы.

Гранулы оксида алюминия бывает мелкие и очень крупные. Его можно использовать повторно несколько раз, в зависимости от того, на каком струйном оборудовании проводятся работы - основанном на давлении, или работающем по принципу всасывания. Износ компонентов оборудования, которые соприкасаются с разогнанным до высокой скорости оксидом алюминия, происходит быстрее. Для продления срока службы оборудования при работе с оксидом алюминия необходимо использовать сопла из карбида бора и обшить корпус аппарата резиновым экраном.

Стеклянные шарики позволяют удалять большую часть загрязнителей, не влияя при этом на допустимое отклонение размеров поверхности. Они используются для полировки и иногда для упрочнения поверхности, чтобы снять её напряжение.

Стеклянные шарики изготавливаются из натриевого стекла без примесей свинца и кварца. Их сферическая форма идеально подходит для работ по упрочнению. Твердость составляет 5,5 по шкале Мооса. Однако ввиду высокой ломкости необходимо использовать низкое давление в сопле, что продлит срок службы материала. При излишне высоком давлении произойдёт преждевременное разрушение стеклянных шариков, а увеличения производительности не будет. Давление воздуха для стеклянных шариков в струйных системах, работающих по принципу всасывания, обычно настраивается от 4 до 5,5 бар, а в системах под давлением - от 2,8 до 4,1 бар.

Фракции стеклянных шариков варьируются от номера сита 12/14 (1,68/1,41 мм) до 170/325 (0,088/0,044 мм) (MIL SPEC-G-9954A: размеры от 1 до 13). Равномерная отделка поверхности достигается за счёт обновления рабочей смеси.

В автомобилестроении, авиастроении и литейной промышленности использование стеклянных шариков позволяет сохранить размеры обрабатываемых частей. Благодаря высокой чистоте стеклянных шариков, предотвращается загрязнение нержавеющей стали, алюминия и других мягких металлов. Они особенно эффективны при удалении заусенцев, облоя, окалины от термообработки, стирания следов от инструмента и придания эстетического вида любым металлам. Упрочнение посредством стеклянных шариков снижает возможность возникновения трещин и снимает напряжение поверхности изделий, которые подвержены высокой эксплуатационной нагрузке.

Пластиковые материалы хорошо подходят для удаления краски и ржавчины без повреждения поверхности. Остроугольный и эластичный материал эффективен при удалении загрязнений с тонкостенных изделий и некоторых высокотехнологичных композитных материалов без их повреждения. Пластиковые материалы выступают в качестве альтернативы химической обработке, зачистке шлифовальной шкуркой и другой ручной обработке, что позволяет применять их там, где раньше не могли и подумать о струйной очистке абразивными материалами.

Пластиковые абразивные материалы изготавливаются из разных типов смол. Твёрдость материала зависит от типа смолы и составляет от 3 до 4 по шкале Мооса. Фракционный состав варьируется от номера сита 12/16 (1,7/1,18 мм) до 40/60 (0,425/0,250 мм).

Очистка струйным оборудованием тонкостенного металла от краски должна осуществляться при низком давлении, от 1,4 до 2,8 бар. В струйных системах, работающих по принципу всасывания, давление воздуха может быть выше. При низком давлении материал служит дольше, до Ю—12 циклов.

Для работы с пластиковым материалом требуется специальное оборудование. Ввиду низкой плотности пластика, 0,9 кг/ ^л> и остроугольной формы он обладает очень крутым углом ^откоса. В струйных аппаратах и резервуарах наклон конуса должен быть не менее 60 градусов. Коническое дно аппарата требуется покрыть эпоксидной смолой, чтобы обеспечить скольжение материала и, что не менее важно, предотвратить появление коррозии в стальном резервуаре аппарата, поскольку ржавчина может загрязнить материал. Сжатый воздух должен быть максимально сухим, потому что влага снижает сыпучесть абразива.

Среди возможных случаев применения пластикового абразива - снятие краски с тонкостенных металлов, стекловолокна, некоторых композитных материалов и даже деревянных изделий. Пластик широко используется для очистки грузовиков, автобусов, автомобилей, самолётов и лодок, а также в электронной промышленности для обработки печатных плат. Пластик идеально подходит для очистки литейных форм.

Пенистый абразивный материал - это пористый материал из водосодержащих полиуретановых частиц с открытыми порами, который может включать абразивные частицы. С помощью мягкого пенистого материала можно удалять сажу с обоев и счищать масло или жирные пятна с двигателей или гидравлических систем.

Пористый материал, включающий абразивные частицы, расплющивается при ударе, и абразивная частица выходит наружу. При отскоке от поверхности пена захватывает часть удаляемого материала, что снижает запылённость. Такие более агрессивные пенистые материалы могут использоваться для удаления покрытий с бетона, стали.

Ввиду того, что пенистые материалы часто используются в слегка влажном состоянии, требуется специальное оборудование для выброса, возврата и обновления частиц. Также необходимо оборудование для выпаривания и концентрации жидких отходов.

Риски, связанные с абразивными материалами

Пыль всегда опасна для дыхания, даже когда струйный материал не является токсичным!

Пыль всегда опасна для дыхания. Даже когда струйный материал не является токсичным, пыль от удаляемых покрытий может быть токсичной. В зоне проведения работ невидимые частицы пыли присутствуют в воздухе и взлетают при порыве ветра и движении. Поэтому весь персонал в зоне проведения работ должен всегда носить одобренные NIOSH респираторы с подачей воздуха, несмотря на то, ведутся ли работы по струйной очистке, или нет.

Никогда не проводите струйную обработку материалом, который содержит более 1 % кварца в свободном виде!

Самым опасным из известных респираторных заболеваний, связанных с абразивоструйной очисткой, является силикоз. Болезнь развивается вследствие хронического вдыхания мелких кварцевых частиц, которые остаются в лёгких. Эти частицы нельзя убрать с помощью откашливания. Они накапливаются, и образуются шрамы, которые препятствуют получению лёгкими достаточного количества кислорода. Поражённому болезнью человеку становится трудно дышать, и он легко поддаётся инфекции или туберкулёзу. В тяжёлых случаях заболевание приводит к смерти.

При струйной обработке самым распространённым источником кварца в свободном виде является кристаллический кварцевый песок. Другие минералы и некоторые абразивы из побочных продуктов содержат кварц в свободном виде. Некоторые абразивы содержат такие токсичные материалы, как мышьяк, цианид и тяжёлые металлы. Вдыхание этих токсинов приведёт к смертельному заболеванию.

Для определения угрозы здоровью необходимо обратиться к подготавливаемой производителем «Спецификации по безопасности материалов». Категорически не рекомендуется использование любого абразива, содержащего кварц или другой токсичный материал.