Современные требования к обработке
Экология и качество
В настоящее время существенно возросли требования к качеству поверхности изделий и деталей, а также к экологической чистоте производственных процессов. Одним из способов, позволяющих объединить качество, экологическую чистоту, экономическую эффективность при струйной обработке поверхности является гидроабразивный метод очистки/обработки (ГАО). Это факт.
Он привлекателен широким спектром решаемых задач, высокой степенью автоматизации, хорошей повторяемостью результатов и возможностью корректировки параметров гидроабразивной струи. Технология ГАО эффективно внедрена в военно-промышленном комплексе США, в машиностроении и авиации развитых стран Европы.
Почему именно ГАО? Ответ прост: там, где другие методы не справляются или вредят экологии, гидроабразив работает безупречно.
Принцип работы ГАО
Механизм воздействия
Наибольший эффект гидроабразивная очистка привносит там, где необходимо очистить поверхность от окалины, ржавчины, убрать различные загрязнения и получить максимальную чистоту поверхности, подготовить поверхность с наивысшим качеством под нанесение покрытия, провести финишную обработку сложного контура, снизить шероховатость, при этом сохраняя экологическую чистоту окружающего пространства.
Процесс струйной гидроабразивной обработки заключается в направлении струи суспензии, состоящей из воды и частиц абразивных материалов, на обрабатываемую поверхность. Суспензия разгоняется сжатым воздухом до скорости 150–200 м/сек. В результате такой обработки образуются чистые матовые поверхности без направленных рисок.
Наличие жидкой фазы значительно изменяет характер протекания процесса взаимодействия абразивных частиц с поверхностью. Струйную ГАО можно рассматривать как эрозионно-коррозионный процесс. Ее особенность состоит в сочетании процесса съема материала и процесса смазки и охлаждения обрабатываемой поверхности, которые осуществляются одновременно и непрерывно.
Обработка происходит не просто в среде рабочей жидкости, а в струе, имеющей большую скорость и соударяющейся с обрабатываемой поверхностью. Звучит убедительно, правда?
Функции рабочей жидкости
Рабочая жидкость несколько снижает скорость абразивных частиц при струйной ГАО, однако она выполняет ряд функций:
- обеспечивает транспортировку абразивных частиц материала от расходной емкости до обрабатываемой поверхности;
- непрерывно очищает обрабатываемую поверхность, удаляя отработавшие абразивные частицы и частички снятого материала;
- исключает образование пыли, является носителем поверхностно-активных веществ, создающих адсорбирующие слои полярных молекул и уменьшающих межатомные связи в поверхностном слое обрабатываемого материала, что снижает твердость и сопротивляемость материала разрушению;
- регулирует тепловой режим в зоне обработки.
Не всё так просто. Вода не просто смывает грязь — она активно участвует в процессе обработки.
Сравнение методов очистки
Эффективность ГАО
Гидроабразивная струйная технология привлекательна не только как высококачественная очистка, но и как гидроабразивная обработка. Благодаря разнонаправленной задаваемой шероховатости, контролируемому съему материала, получению в приповерхностных слоях необходимых сжимающих напряжений, с помощью гидроабразивной обработки можно решать ответственные задачи: снятие дефектного слоя, ликвидация центров будущих растрескиваний, снижение либо увеличение шероховатости, получение нужных сжимающих напряжений, активация поверхностного слоя с его консервацией до момента нанесения покрытия.
Повышенный интерес к струйной ГАО объясняется широкими технологическими возможностями этого метода при обработке поверхностей сложного контура таких деталей, как диски турбины и компрессора, зубчатые колеса, крыльчатки, диафрагмы и др., а также рядом его достоинств.
Решаемые задачи
Основные направления применения
Среди достоинств можно выделить: возможность обработки любого материала независимо от его физико-химических свойств, простоту регулирования степени воздействия на обрабатываемую поверхность, стабильность процесса обработки, высокое качество приповерхностного слоя после обработки (отсутствие прижогов, подповерхностных трещин и т. п.), возможность механизации и автоматизации, относительно малую стоимость оборудования и т. д.
Решаемые ГАО задачи:
- Очистка от эксплуатационных загрязнений после термообработки, окалины, нагара, ржавчины, окисных пленок, следов Сож, цветов побежалости, смазки.
- Удаление жаростойких покрытий.
- Подготовка поверхности под нанесение покрытий, гальванику, гумирование, окраску, дефектоскопию.
- Снятие заусенец, выведение рисок.
- Финишная обработка, матирование, сатинирование, получение однородной разнонаправленной заданной шероховатости.
- Очистка точного литья сложной конфигурации без изменения геометрии.
Впечатляет диапазон задач, не так ли? От грубой очистки до ювелирной финишной обработки.
Ключевые преимущества
Технические характеристики
Гидроабразивный метод демонстрирует превосходные показатели качества обработки:
| Параметр | Значение | Преимущество |
|---|---|---|
| Качество очистки | Sa-3 (наивысшее) | Идеальная подготовка поверхности |
| Шероховатость | Ra 6 — Ra 0,25 | Широкий диапазон регулировки |
| Съем материала | Минимальный | Сохранение геометрии детали |
| Адгезия к ЛКМ | В 1,5–2 раза выше | По сравнению с традиционными методами |
| Наклеп | Минимальный | Отсутствие деформаций |
| Шаржирование | Отсутствует | Нет внедрения абразива |
Дополнительные преимущества:
- нежное снятие покрытий без деформации поверхности;
- возможность применения пассиваторов, не возникает вторичная ржавчина;
- экологически чистый, неагрессивный процесс;
- низкие эксплуатационные затраты.
Это серьёзно. Когда адгезия увеличивается в 2 раза — это уже не просто улучшение, это прорыв.
Состав рабочей суспензии
Компоненты и пропорции
Как правило, основным компонентом абразивной суспензии является вода. Недостатком применения воды является коррозия деталей после обработки. Для уменьшения коррозии в суспензию добавляют поверхностно-активные вещества, например, тринатрий-фосфат, кальцинированную соду и другие, которые оказывают пассивирующее действие на поверхность, повышают коррозионную стойкость деталей.
При применении поверхностно активных веществ улучшаются моющие свойства рабочей жидкости, отпадает необходимость в обезжиривании поверхности. Рекомендуется в состав суспензии добавлять поверхностно активные вещества в пределах 0,5–3,5%. Рекомендуется объемная концентрация абразивных частиц в суспензии 20–30%. Выдерживая оптимальные соотношения компонентов суспензии, обеспечивают наилучшие технологические показатели процесса обработки.
Типы абразивов
В основном используются суспензии, состоящие из воды и абразивов повышенной твердости: электрокорунда, карбида кремния, граната, микростеклосферы различной зернистости от 40 до 300 мкм.
Производительность процесса обработки зависит от размеров и твердости абразивных частиц, давления воздуха, угла атаки, длины струи. Благодаря системе непрерывного шламоотделения, состав суспензии остается постоянным и качество обработанной поверхности не меняется со временем. Система контроля суспензии обеспечивает постоянство заданному значению, а, следовательно, и стабильность процесса, повторяемость результатов обработки.
Зависит от задачи. Для разных материалов — разные абразивы. Универсального решения нет, но выбор огромен.
Отрасли применения
География использования ГАО
В России технология ГАО делает только первые шаги, но благодаря своим высоким потребительским свойствам востребована практически во всех отраслях промышленности.
| Отрасль | Применение | Обрабатываемые детали |
|---|---|---|
| Машиностроение и металлургия | Очистка от окалины, подготовка под покрытия | Сортопрокат, трубы, проволока, конструкции |
| Авиационная промышленность | Обработка деталей ГТД | Диски турбин, лопатки, компрессоры |
| Приборостроение | Точная очистка | Платы, разъемы, корпуса, радиаторы |
| Нефтегазовая отрасль | Очистка труб и оборудования | Насосы, турбины, буровые насосы |
| Атомная промышленность | Очистка под дефектоскопию | Задвижки, центрифуги, теплообменники |
| Транспорт | Очистка деталей | ДВС, трансмиссии, колесные пары |
| Энергетика (ГРЭС, ТЭЦ) | Очистка оборудования | Паровые турбины, антикоррозионная обработка |
В машиностроении, в металлургии ГАО применяется для очистки от окалины сортопроката, проката, труб, проволоки, готовых конструкций и полуфабрикатов, деталей после термообработки, подготовки поверхности к нанесению покрытий.
В нефтегазовой промышленности гидроабразивная обработка применяется для очистки от окалины наружной и внутренней поверхности труб, винтовых забойных двигателей, масляного канала в длинных валах ротора нефтяного двигателя, рабочих колес и направляющих аппаратов нефтеперекачивающих насосов, газоперекачивающих турбин и сопутствующих изделий, турбинных лопаток, корпусов буровых насосов, жаровых труб, редукторов, и подготовки поверхности под окраску.
Размах применения впечатляет. От микросхем до турбин — везде находит применение.
Рис. 1. Гидроабразивная очистка вертолетных лопаток ГТД.
Рис. 2. Гидроабразивная очистка шестерни.
Рис. 3. Гидроабразивная очистка нефтяных насосов ЭЦН.
Оборудование и установки
Типы установок ГАО
Современные установки ГАО — это герметичные камеры с ручной обработкой, автоматы, установки с ЧПУ с замкнутым циклом воды и абразива, оснащенные кабиной из полимера, вращающимся столом, системой перемещения струйных аппаратов, системой шламоотделения и вентиляции.
Импортное аналогичное оборудование в настоящее время не всегда удовлетворяет требованиям современного производства. Это и невысокая надежность, и отсутствие вентиляции, неэффективное шламоотделение, неоправданно высокая стоимость комплектующих и абразивов.
Российские разработки
Отечественное оборудование
В свою очередь, оборудование производства ООО «Гидроабразив» по своим техническим характеристикам, надежности, приспособленности к российским условиям, экологическим параметрам зачастую превосходит зарубежные аналоги.
Рис. 4. Гидроабразивные установки ООО «Гидроабразив» 4 КС-100 Т и КС-100 СГ.
Рис. 5. Камера гидроабразивной обработки.
Рис. 6. Гидроабразивная установка ООО «Гидроабразив» КС 150 P.
Проверенные решения
Оптимальные для любого машиностроительного предприятия гидроабразивные камеры МС-40, КС-100, КС-140, КС-150, КС-1401 зарекомендовали себя в эксплуатации с самой лучшей стороны. Опрятные, надежные, экологически чистые, экономически выгодные полностью оправдывают надежды потребителей.
Они работают на многих крупнейших машиностроительных предприятиях: ОАО «Корпорация ВСМПО-Ависма», ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», ОАО Пермский моторный завод, «РосАтом», СКБ «Турбина», ООО «Энергомаш — Атоммаш», ОАО «Челябинский металлургический комбинат (Мечел)», НПО «Сатурн», ОАО «Кузнецов», Концерн «Калашников» и многие другие из ближнего и дальнего зарубежья (Белоруссии, Казахстана, Прибалтики, Канады, Кубы).
В общем, технология ГАО — это не будущее, а настоящее современной промышленности. Проверено на практике.
Что дальше? Технологии будут развиваться, оборудование совершенствоваться. Но одно останется неизменным: требование к качеству, экологии и экономической эффективности.
Евгений Геннадьевич Бронщиков
ООО «ГИДРОАБРАЗИВ»
620142, г. Екатеринбург, ул. Щорса 7, офис 306
тел. (343) 319-47-51, факс (343) 269-57-12
www.gidroabraziv.com, е-mail: gidroabraziv@mail.ru
