В термических цехах изделия от окалины очищают на виброабразивном, струйно-абразивном и дробемётном оборудовании. Виброабразивную обработку применяют для удаления заусенцев, окалины, ржавчины с деталей, масса которых не превышает 15 кг. При виброабразивной обработке детали, загружаемые в специальные вращающиеся или вибрирующие барабаны или колокола, подвергаются абразивному воздействию наполнителей (песка, стальной дроби, боя шлифовальных кругов и т. д.). Барабаны изготовляют цилиндрическими или многогранными. На рис. 1.5 приведена схема процесса виброабразивной обработки в шестигранном барабане.
В пространстве виброабразивного барабана можно выделить «мёртвую» зону 2, где детали практически не перемещаются относительно абразива, и активную зону 1, в которой происходит процесс очистки деталей. Увеличение частоты вращения барабана сопровождается интенсификацией процесса очистки, однако при этом значительно ухудшается качество поверхности очищаемых деталей, так как они начинают падать с большой высоты.
При виброабразивной обработке в барабан для поглощения масла, пыли и окалины вместе с деталями загружают древесные опилки, которые заменяются по мере загрязнения. Соотношение объёмов компонентов в барабане: детали - 80...85 %, опилки - 20...15 %. Частота вращения барабана 30...50 мин-1, время обработки 30...40 мин.
1.5. Схема процесса виброабразивной обработки деталей
Рис. 1.6. Принципиальная схема вибрационной установки
На рис. 1.6 представлена принципиальная схема вибрационной установки. Установка состоит из съемного контейнера 1, закрепляемого на платформе 2 с пружинами 3, привода 4 и дебалансного груза 5. При вращении вала привода дебалансные грузы обеспечивают вибрацию платформы с контейнером. В зависимости от формы и типоразмеров очищаемых деталей в качестве наполнителя применяют бой абразивных кругов, фарфоровую крошку, электрокорунд, звёздочки из отбелённого чугуна. Наибольший эффект достигается при использовании металлического наполнителя.
Различают виброабразивную и жидкостно-абразивную обработки. В последнем случае в 6арабан добавляют водные растворы щелочей или кислот с ингибиторами, либо погружают барабан целиком в ванну с соответствующими реагентами.
Наряду с виброабразивной применяют струйно-абразивную очистку деталей. При струйно-абразивной обработке рабочий материал (электрокорунд, кварцевый песок, дробь) вводится в струю газа или жидкости и направляется на очищаемую поверхность. В этом случае кинетическая энергия, сообщенная абразиву, расходуется на удаление загрязнений с поверхности обрабатываемых деталей.
На практике в пневматических пескоструйных или дробеструйных аппаратах применяют гравитационную и нагнетательные системы подачи песка (дроби).
Схема гравитационной системы приведена на рис 1.7 а
Песок или дробь из открытого бака 2 проходит через отверстие 3 в смесительную камеру 5 под действием силы тяжести, а также струи сжатого воздуха подаваемого через патрубок 1 и воздушное сопло 4, и выбрасывается через рабочее сопло 6 на очищаемые детали.
Рис. 1.7. Схемы аппаратов гравитационной (а) и нагнетательной (б) систем
Пескодробеструйный аппарат нагнетательной системы (рис. 1.7.б) имеет герметически закрытый бак 2, находящийся под давлением сжатого воздуха Песок (дробь) из воронки 1 через клапан 4 поступает в бак 2. В смесительную камеру 6 и рабочее сопло 7 песок из бака 2 поступает через отверстие 5 под действием сжатого воздуха, подаваемого через патрубок 3. Эффективность действия струи в нагнетательной системе выше, чем в других системах, так как воздух, поступающий в рабочее сопло, не разрежается, и поэтому скорость истечения струи из сопла выше. Недостатком системы является конструктивная сложность аппарата.
В зависимости от способа транспортировки деталей внутри струйно-абразивных установок их можно разделить на барабаны, вращающиеся и проходные столы, а также камеры периодического и непрерывного действия
В термических цехах очистка деталей от окалины осуществляется в дробеструйных установках преимущественно струей чугунной или стальной дроби, создаваемой сжатым воздухом давлением 0,5...0.6 МПа. По сравнению с очисткой песком очистка дробью диаметром 0,5...2,0 мм обеспечивает более чистую поверхность и большую производительность аппаратов при лучших условиях труда.
Рис. 1.8. Схема дробеструйного пневматического аппарата
Простейший однокамерный дробеструйный аппарат (рис. 1.8) представляет собой цилиндр 4, имеющий вверху воронку для дроби, герметически закрывающуюся крышкой 5. Внизу цилиндр заканчивается воронкой, отверстие из которой ведёт в смесительную камеру 2. Дробь подаётся поворотной заслонкой 3. В смесительную камеру через кран 1 подводится сжатый воздух, который захватывает дробь и транспортирует её по гибкому шлангу 7 через сопло 6 к поверхности деталей. Дробь находится под давлением сжатого воздуха вплоть до истечения из сопла, что повышает эффективность действия абразивной струи. В аппаратах описанной однокамерной конструкции сжатый воздух необходимо временно отключать при пополнении дробью.
Рис. 1.9. Сопла струйноабразивных аппаратов
Наиболее быстро изнашиваемой частью аппаратов струйно-абразивной обработки являются сопла, из которых с большой скоростью выбрасываются частицы абразивною материала. Сопла различной формы показаны на рис. 1.9.
Наиболее распространенные материалы для сопел (сталь и белый чугун) характеризуются низкой стойкостью (2...6 ч). Применение износостойких материалов (чугун марки «Нихард») повышает стойкость сопел до 30...70 ч, а использование металлокерамических сплавов (ВК-2, ВК-6, ВК 8) - до 200...250 ч.
Рис. 1.10. Схема установки гидропескоочистки
Для изделий, изготовленных с большой точностью, а также имеющих резьбу, применяется
гидропескоочистка. Схема установки гидропескоочистки приведена на рис. 1.10.
Работа установки осуществляется следующим образом. В бункере 2 находится смесь воды с взвешенными частицами песка. Смесь специальным насосом 1 подается по гибкому шлангу в рабочую камеру 4 и распыляется через сопло 5 сжатым воздухом, подводимым по другому шлангу 6. Отработанная смесь сливается обратно в бункер, откуда вновь подаётся в сопло. Взвесь песка в воде образуется в результате вращения многолопастной мешалки 3. Избыток воды из сливного бака отводится через боковые карманы 7. Для очистки стальных изделий используют смесь из 30 % воды и 70 % песка, а для очистки чугунных —50…60 % воды и 40…50% песка.
В термических цехах используются также струйно-абразивные установки, работа которых основана на принципе эжектирования абразивной смеси (рис 1.11).
Установка работает следующим образом. В бункер 3 с мешалкой 2 заливают воду и засыпают абразив. При подаче сжатого воздуха в камере струйного аппарата б создаётся разрежение, благодаря которому абразивная смесь засасывается из бункера 3 по шлангу 4. В смесительной камере струйного аппарата гидроабразивная смесь, перемешиваясь со сжатым воздухом, получает дополнительную кинетическую энергию. Увлекаемая воздухом, жидкость с абразивными частицами вылетает из выходного сопла струйного аппарата, а отработанная смесь стекает обратно в бункер по трубе 1, и перемешивается мешалкой 2, после чего цикл повторяется. Очищаемые детали 7 подаются в камеру на тележке 5, оборудованной столом 8, которому сообщается вращение при помощи привода 9.
Рис. 1.11. Схема установки для струйно-абразивной обработки
Достоинством гидропескоочистки является почти полное отсутствие пылевыделения, а недостатком - необходимость применения специальных герметизированных аппаратов и введения дополнительных операций по коррозионной защите изделий.
В промышленности, кроме пневматических установок, широко используют дробемётные, позволяющие уменьшить расход энергии и обеспечить более высокую степень очистки. При дробемётной очистке поток дроби создается и направляется на деталь с помощью быстро вращающихся лопаток крыльчатки дробеметной головки. Принципиальная схема движения дроби в аппарате представлена на рис. 1.12.
Рис. 1.12. Принципиальная схема движения дроби в дробеметном аппарате
Дробь из бункера подаётся на вращающиеся лопатки нагнетателя 1 и выбрасывается в отверстия направляющей втулки 2. Дробь подхватывается внутренним краем лопатки 3, разгоняется до скорости 70…80 м/с и выбрасывается на очищаемую поверхность 4. Снаружи турбина закрывается металлическим кожухом, внутренняя поверхность которого обложена резиной. Дробемётные установки по способу транспортировки деталей при очистке аналогичны дробеструйным. Количество дробемётных турбин зависит от типа установки.
Для очистки окалины с поверхности поковок после отжига и нормализации рекомендуется использовать литую чугунную дробь диаметром 1,0.. 2,0 мм, для очистки деталей после закалки и отпуска - диаметром 0,5...1,2 мм. Наряду с литой чугунной может применяться литая или рубленая стальная дробь. Несмотря на большую стоимость приготовления, применение стальной дроби вполне целесообразно и экономично, потому что её расход намного меньше чугунной, а износ лопаток и сопел уменьшается в несколько раз.
Обычно увеличение стойкости лопаток достигается за счёт применения износостойких материалов, а также подбора их профиля, обеспечивающего более плавный вход дроби на поверхность лопатки.
В дробемётном аппарате конструкции фирмы «Vacu-Blast» (Англия) метательные лопатки заменены трубками из легированного чугуна, внутренняя рабочая поверхность которых облицована керамикой. Эти трубки по долговечности превосходят обычные лопатки в 10...20 раз; при этом почти вдвое возрастает интенсивность очистки изделия, за счёт уменьшения потерь скорости дроби на выходе из ротора.
Несмотря на ограниченную стойкость лопаток, дробемётный способ очистки имеет преимущества по сравнению с дробеструйным:
а) более высокая производительность;
б) меньший расход электроэнергии;
в) меньшая запылённость рабочего места;
г) возможность регулирования скорости вылета дроби за счёт изменения частоты вращения крыльчатки.
Недостатком этого способа является невозможность очистки глубоких внутренних отверстий деталей.
В термических и кузнечных цехах машиностроительных заводов в основном применяют центробежные дробемётные аппараты и конвейерные камеры непрерывного действия, выпускаемые заводом «Амурлитмаш». Более совершенными являются дробемётные аппараты фирмы «Metal Improvement» (США), выпускаемые с электронным устройством для регулирования частоты вращения ротора в диапазоне от 600 до 4000 об/мин. При этом скорость дроби меняется от 12 до 91 м/с, а производительность — от 150 до 1000 кг/мин. Аппарат снабжён приводом поворота распределительной втулки на угол до 90°, обеспечивающим изменение направления потока дроби, а также устройством для возвратно-поступательного движения ротора относительно обрабатываемой поверхности.
Обдувку стальной дробью применяют также и для упрочнения изделий. Эта обработка называется дробеструйным наклёпом. Сущность её заключается в том, что дробь, вылетая из сопла дробемёта с определённой скоростью и ударяясь о поверхность деталей, вызывает пластическую деформацию наружного слоя. При этом вследствие наклёпа на поверхности возрастает твёрдость и прочность; одновременно в поверхностном слое глубиной 0,15…0,30 мм возникают остаточные напряжения сжатия, что повышает сопротивление усталости и долговечность деталей.