Требования потребителей к качеству обработки поверхностей продолжают расти. Продукты струйной обработки должны быть не только чистыми, но и соответствовать стандартам гладкости поверхности (качество). Степень блеска служит еще одним фактором успеха.

Как оператору системы струйной об­работки определить наиболее эффек­тивный и выгодный в качественном отношении абразивный материал?

Измерение эксплуатационных
показателей стальной дроби

Верный выбор абразивных материалов для струйной обработки является делом перво­степенной важности не только для литей­ных производств. На рынке представлены разные производители. В качестве крите­рия оценки перед производственными ис­пытаниями целесообразно использовать результаты апробированного испытания Ervin Test.

Этот метод контроля доступен практиче­ски каждому производителю абразивных материалов, но отношение к нему неодно­значно. На практике сравнить результаты испытания Ervin Test, несмотря на стандар­тизированную процедуру, зачастую очень сложно.

Вот несколько важных правил, которые нужно соблюдать при сопоставлении ре­зультатов испытаний ErvinTest.

Используя испытания ErvinTest, можно сравнивать два основных экономических параметра. Выявляются срок службы (прочность) и степень ударного воздей­ствия (качество чистки) абразивных мате­риалов.

Таблица 1: Базовые условия для сравнения результатов испытания Ervin Test

Срок службы определяется прочностью абразивных материалов, а интенсивность воздействия дает информацию об эффек­тивности материала для данной обраба­тываемой поверхности (сообщаемая ки­нетическая энергия). Чтобы дать научную оценку эффективности, необходимо всегда определять оба параметра при максималь­но неизменных прочих базовых условиях проведения испытания.

В этом состоит преимущество проведения испытаний по лабораторным стандартам, поскольку оно позволяет исключить от­клонения и изменения техники монтажа оборудования, часто встречающиеся на практике. Однако тут есть одно ограниче­ние: из практического опыта известно, что измерения прочности можно сравнивать лишь в том случае, если они проводились на одной и той же машине для испытаний Ervin.

Чтобы показать «подводные камни» испытаний Ervin Tests, сравнивались три образца абразивного материала с одинаковым классом крупности при­близительно 1,5 - 2,2 от разных хорошо известных производителей. Рынок абра­зивных материалов для струйной обра­ботки дел ится на сегмент материа лов с высоким содержанием углерода (High Carbon- HC) и его низким содержанием (LowCarbon- LC). Для сравнения ис­пользовался один образец HC-продукта и два образца LC-продукта.

В табл. 1 приведены базовые характеристи­ки образцов абразивных материалов:

Для сравнения класса крупности прото­кол испытаний ErvinTest должен включать точный калибр ячеек сита и средний класс зернистости.

Сито сепаратора определяет размер зерен, когда они выпадают из системы струйной обработки.

На практике, это делается с помощью воз­душного сепаратора; в лаборатории мелкие зерна выпадают после 500 циклов струйной обработки на каждый конкретный момент времени. При сравнительных измерениях сито сепаратора должно быть строго од­ним и тем же, поскольку в противном случае будут искажены результаты определения прочности.

По завершении испытания ErvinTest твер­дость абразивных материалов должна быть указана и для рабочей смеси и для новых зерен. Это значение является первым по­казателем прочности и степени ударного воздействия абразивных материалов. Как правило, при увеличении твердости срок их службы сокращается, а эффективность чистки возрастает.

Как видно из таблицы, абразивные матери­алы с низким содержанием углерода при использовании-обладают более высокой механической прочностью, чем сравнивае­мые с ними абразивные материалы с высо­ким содержанием углерода.

Определение прочности

Машина для испытаний ErvinTester (рис. 1) состоит из одной камеры с встроенным центробежным разбрасывателем и венти­ляторами очистки, которые направленно бросают контрольный абразивный матери­ал (как правило, 100 г.) на обрабатываемую поверхность при заданной скорости.

Рисунок 1: Машина для испытаний Ervin Tester
с центробежным разбрасывателем

В нижней части расположена емкость для сбора, с которой центробежный раз­брасыватель вновь осуществляет забор абразивного материала после заверше­ния цикла. Так пишущий аппарат точно фиксируетсколькоцикличных периодов приходится на испытуемое количество материала. После 500 цикличных пери­одов проводится выборка. Часть матери­ала под ситом сепаратора фильтруется и определяется количество потерь.

После определения количества, недо­стающего до 100 грамм (100%) в началь­ное количество материала добавляют новые зерна и запускают очереные 500 циклов работы струйной системы. Если сумма потерь превышает начальное ко­личество 100 грамм, то проведенное количество циклов называется «проч­ность на 100% потерь».

На практике, это общепринятое выра­жение для обозначения прочности абра­зивных материалов в протоколах испы­таний Ervin.

На диаграмме 1 показаны потери 3 вы­борок после проведения 500 циклов для каждой из них и полученная «прочность на 100% потерь».

Основной причиной возникновения ошибки в результатах измерения «Проч­ности на 100% потерь» является то, что сформированная рабочая смесь на момент начала определения прочности еще не су­ществует. На практике, абразивные мате­риалы существуют в форме рабочей смеси, смеси новых и старых, а также частично изношенных зерен. При обычном опреде­лении прочности с помощью испытания ErvinTest, период приработки до момента образования рабочей смеси полностью включен в измерения, и поэтому реальные эксплуатационные показатели искажены. В реальности, наблюдаются существен­ные различия потерь абразивного мате­риала в условиях приработки по сравне­нию с готовой рабочей смесью.

Стандарт DIN 50315 описывает под­ходящий процесс определения соот­ветствующих практике показателей прочности для трех образцов. Это до­стигается путем измерения серий по 500 циклов до тех пор, пока значения по по­следним трем будут различаться не бо­лее чем на 0,5%. Таким образом можно определить действительную потерю в условиях рабочей смеси. Эти три значе­ния усредняются и затем преобразуются в действительную прочность в циклах. Такой процесс дает более реалистичные сравнительные показатели для рабочих смесей.

Диаграмма 1: Результаты определения прочности

На диаграмме 1 показано, что есть от­четливое смещение более, чем на10% по образцам в пользу LC (C=0,16) и HC (C=0,9). Нопрочностьобразцас высоким содержанием углерода все же ниже. Та­ким образом можно сделать вывод, что более низка я твердость не гарантирует более длительный срок службы рабочей смеси.

Однако из производственного опыта из­вестно, что абразивные материалы ки с высоким содержанием углерода не могут достичь срока службы материалов с низ­ким содержанием углерода.

При проведении измерений с помощью машины Ervin для сравнения прочно­сти, следует обратить особое внимание на три последних показателя потерь, так как именно в этом промежутке формиру­ется рабочая смесь.

Следует особо отметить, что этот метод измерений является стандартизирован­ным процессом определения качества абразива. Однако в рабочей практике могут быть отклонения от лабораторных результатов в силу изменений техники монтажа оборудования, или, например, механического выноса абразивных мате­риалов рабочими деталями машины.

Тщательный документальный учет рас­хода абразивных материалов, напри­мер, тоннаж обработанных изделий или полная литейная производитель­ность, а также учет получения продук­ции, требующей повторной обработки, является основой достижения и под­тверждения эффективной работы си­стемы струйной обработки. Количество продукции,требующей повторной обра­ботки, зачастую является особенно важ­ным показателем эффективности. Это ведет ко второму важному параметру, который можно определить с помощью испытания на машине Ervin.

Определение степени ударного воздействия
(сообщаемая кинетическая энергия)

Процесс определения степени ин­тенсивности ударного воздействия, а, следовательно, и эксплуатационной эффективности на поверхности обраба­тываемых изделий, измеряет кинетиче­скую энергию, сообщаемую обрабаты­ваемой продукции, с помощью прогиба стандартной полоски металла (полоски Almen). В начале, прогиб в полоске ме­талла отсутствует.

Рисунок 2: Держатели пластин Almen и три пластины Almen после измерения интенсивности ударного воздействия

Новые зерна После 100 циклов После 3000 циклов (рабочая смесь)

Диаграмма 2: Интенсивность ударного воздействия Almen до и во время механического упрочнения (100 циклов)
и после завершения механического упрочнения (3000 циклов)

Она зажимается в держатели (рису­нок 2), устанавливаемые в машину Ervin, и ее поверхность подвергается ударному воздействию определенного количества циклов струйной обработ­ки.

В данном случае для определения ис­пользовалось 20 циклов. После испыта­ния пластину Almen достают и измеряют максимальный прогиб (в мм). Результа­ты представлены в диаграмме 2.

Несмотря на идентичную «Среднюю крупность» новых зерен, есть очевид­ная разница в проникающей способ­ности трех испытываемых материалов. Прежде всего, есть очевидная зависи­мость твердости новых зерен абразив­ных материалов от интенсивности их ударного воздействия. Интенсивность ударного воздействия мягкого материа­ла LC (C=0.1) очевидно будет отставать от конкурирующих материалов. После 100 циклов соударения, высокоуглеро­дистый абразив ^=0.9),как и ожида­лось, продемонстрировал гораздо более высокую степень ударного воздействия. Согласно DIN 50315 регулярное опре­деление на этом могло бы быть закон­чено. Однако определение степени воздействия в готовой рабочей смеси, равно как и в случае с прочностью, яв­ляется ключевым, так как отражает мак­симально приближенные к реальности показатели. По этой причине результа­ты, приведенные на диаграмме, крайне неожиданные. Степень ударного воз­действия (прогиб пластины Almen) материала LC (C=0.16) увеличилась на 0,5 мм в следствие дальнейшего меха­нического упрочнения, в то время как интенсивность воздействия материала HC (C=0.9) существенно снизилась, не­смотря на его все еще самую высокую твердость (499 HV1 в рабочей смеси). Почему так?

Формулы расчета кинематической энергии

Определение среднего размера зерна в рабочей смеси дает подсказку. Жесткий высокоуглеродистый материал лома­ется значительно быстрее, чем вязкий низкоуглеродистый абразив, по причи­не чего доля мелкозернистых включе­ний растет, что приводит к уменьшению «среднего размера зерна» в рабочей смеси. Поскольку масса, а вместе с ней и диаметр зерен, в значительной степени взаимосвязаны с кинетической энер­гией (смотри формулы ниже), влияние твердости перекрывается снижением средней зернистости рабочей смеси.

При сравнении степени ударного воз­действия можно провести оценку роста объема продукции, прошедшей повтор­ную обработку или возможного сокра­щения времени струйной обработки путем замены абразивного материала. Однако при наличии продукции, требу­ющей повторной обработки, необходи­мо определить, является ли причиной тому недостаточная степень ударного воздействия абразива или же форма об­рабатываемых изделий (зубцы и бороз­ды) препятствует нормальному исполь­зованию абразивного материала. Во втором случае успех от смены абразив­ного материала будет достигнут только частично.

С таким оборудованием возможна на­дежная сравнительная оценка резуль­татов испытания Ervin, и она может служить вполне веским основанием для принятия решения.