Zastosowanie urządzeń do obróbki strumieniowo-ściernej
Wraz ze zmieniającymi się wymaganiami dotyczącymi jakości wyrobów przemysłowych, szczególnie ich wysokiej trwałości, niezawodności działania i estetyki – zmianie ulega zakres stosowania urządzeń do obróbki strumieniowo-ściernej.
W początkowych okresach urządzenia te stosowane były zasadniczo do oczyszczania powierzchni przedmiotów metalowych, przy zdecydowanej przewadze odlewów żeliwnych i staliwnych. Wraz z upływem czasu zakres stosowania przedmiotowych urządzeń uległ znacznemu rozszerzeniu. Aktualna struktura sprzedaży turbinowych i pneumatycznych urządzeń do obróbki strumieniowo-ściernej przedstawia się następująco:
- oczyszczarki do odlewów - około 30%
- inne urządzenia do strumieniowo-ściernej obróbki powierzchni - około 70%
Prace rozwojowe
Prace rozwojowe w dziedzinie urządzeń do obróbki strumieniowo-ściernej koncentrują się głównie na:
- opracowywaniu i wdrażaniu urządzeń specjalistycznych o wysokich wydajnościach
- niskich kosztach eksploatacji
- zwiększaniu niezawodności działania urządzeń i trwałości elementów roboczych
- zmniejszaniu uciążliwości dla otoczenia poprzez zmniejszanie emisji hałasu i zapylenia
- zwiększaniu stopnia mechanizacji i automatyzacji procesu
Jedną z bardziej interesujących oczyszczarek wykonanych w ostatnim czasie dla odlewni jest oczyszczarka komorowa pneumatyczna wyposażona w robota przemysłowego. Jest ona przedstawiona na rys. 1.
Rys. 1. Oczyszczarka pneumatyczna z robotem przemysłowym.
Oczyszczarka jest przeznaczona do oczyszczania wielkogabarytowych odlewów produkowanych jednostkowo.
Maksymalne wymiary odlewów przewidzianych do oczyszczania:- długość 8150 mm
- szerokość 6000 mm
- wysokość 5000 mm
Maksymalna masa pojedynczego odlewu wynosi 100 Mg.
Moc zainstalowana ze sprężarkami i odpylaniem 310 kW.
Odlewy transportowane są do komory roboczej na samojezdnym wózku o nośności 100 ton wchodzącym w skład oczyszczarki. W omawianej oczyszczarce operacje oczyszczania wykonuje robot wyposażony w dyszę wyrzutową ścierniwa. Oczyszczanie może odbywać się automatycznie zgodnie z wprowadzonym programem, bądź przez operatora przebywającego w specjalnej kabinie. Oczyszczarka wyposażona jest dodatkowo w system pneumatycznego doczyszczania ręcznego wnęk o szczególnie utrudnionym dostępie ścierniwa. Oczyszczarka wyposażona jest w bardzo sprawny dwustopniowy system filtracji powietrza. Stopień zanieczyszczenia powietrza jest mniejszy niż 2 mg/m³. W okresie zimowym powietrze po wylocie z filtra kierowane jest do wnętrza hali, co pozwala zaoszczędzić znaczne ilości ciepła. W okresie letnim powietrze podawane jest na zewnątrz hali. Kabina sterownicza oczyszczarki jest klimatyzowana, co zapewnia duży komfort obsługi. W zależności od jakości powierzchni odlewu i wymaganego stopnia czystości powierzchni, wydajność oczyszczania odlewów żeliwnych wynosi od 60 m²/h do 100 m²/h. Wydajność oczyszczania jest zdecydowanie mniejsza od wydajności oczyszczarek turbinowych, przy zdecydowanie wyższym zużyciu energii elektrycznej. Zaletą prezentowanej oczyszczarki jest możliwość oczyszczania bardzo dużych odlewów z zachowaniem dużej jednorodności uzyskanych powierzchni. Przedstawiona oczyszczarka wykonywana jest jednostkowo i tylko przez nieliczne firmy.
WYBRANE PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA URZĄDZEŃ DO OBRÓBKI STRUMIENIOWO-ŚCIERNEJ
Kulowanie powierzchni przedmiotów (shot peening)
Kulowanie jest obróbką strumieniowo-ścierną, w wyniku której następuje umocnienie powierzchni obrabianych przedmiotów i polepszenie ich właściwości wytrzymałościowych, szczególnie wytrzymałości zmęczeniowej. Zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej jest spowodowane przez zmiany zachodzące w warstwie wierzchniej na skutek kulowania, a szczególnie przez zmianę wartości i rozkładu naprężeń własnych.
Rys. 2. Rozłożenie naprężeń ściskających i rozciągających
w wierzchniej warstwie przedmiotu poddanego kulowaniu.
Rys. 3. Wyniki prób wykonanych na płaskich próbkach o trwałości 45 HRC poddanych różnym obróbkom powierzchniowym.
Podane na rysunku symbole określają:
- dmax - maksymalne naprężenie ściskające wywołane kulowaniem
- S1 – grubość warstwy z powstałymi naprężeniami ściskającymi
- S2 – grubość warstwy z powstałymi maksymalnymi naprężeniami ściskającymi
Utworzone metodą kulowania wstępne naprężenia ściskające łagodzą powstające w trakcie eksploatacji szczytowe naprężenia rozciągające, zwiększając w ten sposób trwałość kulowanych elementów. [2]
W urządzeniach TECHNICAL operacji kulowania poddawane są między innymi następujące elementy: walce linii walcowniczych, koła zębate, sprężyny śrubowe. Do obróbki walców i dużych kół zębatych opracowaliśmy i wdrożyliśmy do stosowania kulownicę OWK-0,5x0,2 przedstawioną na rysunku 4.
Rys. 4. Kulownica wirnikowa do walców i kół zębatych.
W przedstawionej kulownicy obrabiane przedmioty mocowane są do napędzanego wału o osi poziomej. Odpowiednio usytuowana turbina rzutowa wyrzuca strugi śrutu kulistego staliwnego na obrabiane powierzchnie. Intensywność kulowania mierzona jest przy pomocy płytek Almena. Mierzona jest strzałka ugięcia, która w tym przypadku powinna wynosić, w zależności od grubości zęba i wytrzymałości materiału na rozciąganie, 0,3-0,4 mm. Jako medium stosowany jest śrut staliwny kulisty o twardości około 60 HRC. Efektywny czas kulowania wynosi od 12 min do 18 min. Badania przeprowadzone na walcach hutniczych wykazały, że w wyniku kulowania trwałość walców wzrosła o ok. 90 % w zależności od temperatury pracy. W urządzeniach TECHNICAL operacji kulowania poddawane są sprężyny śrubowe o bardzo zróżnicowanych wielkościach i charakterystykach. Kulowane są małe sprężyny zaworowe silników oraz duże sprężyny wagonów towarowych i osobowych.
