Пескоструйная обработка , иногда называемая абразивной струей , представляет собой операцию принудительного перемещения потока абразивного материала по поверхности под высоким давлением для сглаживания шероховатой поверхности, придания шероховатости гладкой поверхности, придания формы поверхности или удаления поверхностных загрязнений . Для перемещения абразивного материала (часто называемого средой ) используется сжатая жидкость, обычно сжатый воздух , или центробежное колесо . Первый процесс абразивной струйной обработки был запатентован Бенджамином Чу Тилгманом 18 октября 1870 года. [1] [2]
Существует несколько вариантов процесса с использованием различных сред; некоторые из них очень абразивные, а другие — более мягкие. Наиболее абразивными являются дробеструйная обработка (с металлической дробью ) и пескоструйная обработка (с песком ). Умеренно абразивные варианты включают струйную обработку стеклянными шариками (стеклянными шариками) и струйную обработку пластиковыми средами (ПМБ) с измельченной пластиковой массой или скорлупой грецкого ореха и кукурузными початками . Некоторые из этих веществ могут вызывать анафилактический шок у людей с аллергией на среду. [3] Мягкая версия — содаструйная обработка (с пищевой содой ). Кроме того, существуют альтернативы, которые являются едва абразивными или неабразивными, такие как струйная обработка льдом и струйная обработка сухим льдом .
Пескоструйная обработка также известна как абразивная струйная обработка, что является общим термином для процесса сглаживания, формования и очистки твердой поверхности путем проталкивания твердых частиц по этой поверхности на высокой скорости; эффект аналогичен эффекту от использования наждачной бумаги , но обеспечивает более ровную отделку без проблем на углах или трещинах. Пескоструйная обработка может происходить естественным образом, обычно в результате частиц, выдуваемых ветром, вызывая эоловую эрозию , или искусственно, с использованием сжатого воздуха . Процесс искусственной пескоструйной обработки был запатентован Бенджамином Чу Тилгманом 18 октября 1870 года. [1] [2] Томас Уэсли Пангборн усовершенствовал идею и добавил сжатый воздух в 1904 году. [4]
Пескоструйное оборудование обычно состоит из камеры, в которой смешиваются песок и воздух. Смесь проходит через ручную насадку, направляя частицы к поверхности или обрабатываемой детали. Насадки бывают разных форм, размеров и материалов. Карбид бора является популярным материалом для насадок, поскольку он хорошо противостоит абразивному износу.
Влажная абразивная струйная очистка использует воду в качестве жидкости, перемещающей абразивы. Преимущества в том, что вода улавливает образующуюся пыль и смазывает поверхность. Вода смягчает удар по поверхности, уменьшая удаление чистого материала.
Одним из первых пионеров мокрого абразивного процесса в конце 1940-х годов был Норман Айвс Эшворт, который обнаружил преимущества использования мокрого процесса в качестве сильной альтернативы сухой струйной обработке. Процесс доступен во всех обычных форматах, включая ручные шкафы, кабины для прохода, автоматизированное производственное оборудование и портативные струйные установки полной потери. Преимущества включают возможность использования чрезвычайно тонких или грубых сред с плотностью от пластика до стали и возможность использования горячей воды и мыла для одновременного обезжиривания и струйной обработки. Уменьшение пыли также делает более безопасным использование кремниевых сред и абразивную обработку асбеста , радиоактивных или ядовитых поверхностей.
Скорость процесса обычно не такая высокая, как при обычной сухой абразивной струйной очистке при использовании эквивалентного размера и типа среды, отчасти потому, что наличие воды между средой и обрабатываемой основой создает смазочную подушку, которая может защитить как поверхность, так и среду, снижая скорость разрушения. Уменьшение пропитки поверхности абразивным материалом, уменьшение пыли и устранение статического прилипания могут привести к получению очень чистой поверхности.
Мокрая струйная очистка мягкой стали приведет к немедленной или «мгновенной» коррозии очищенной стальной основы из-за присутствия воды. Отсутствие повторного загрязнения поверхности также позволяет использовать одно и то же оборудование для нескольких операций струйной очистки — например, изделия из нержавеющей и мягкой стали можно обрабатывать на одном и том же оборудовании с использованием одних и тех же сред без проблем.
Вариантом влажной струйной обработки является паровая струйная обработка (или паровая струйная обработка в британском английском). В этом процессе сжатый воздух добавляется к воде в сопле, создавая высокоскоростной туман, называемый «пар». Этот процесс еще мягче, чем влажная струйная обработка, позволяя очищать сопрягаемые поверхности, сохраняя их способность к сопряжению.
Дробеструйная обработка — это процесс удаления поверхностных отложений путем нанесения мелких стеклянных шариков под высоким давлением без повреждения поверхности. Он используется для очистки отложений кальция с плитки бассейна или любых других поверхностей, удаления въевшихся грибков и осветления цвета затирки . Он также используется в кузовных работах для удаления краски. При удалении краски для кузовных работ дробеструйная обработка предпочтительнее пескоструйной обработки, поскольку пескоструйная обработка имеет тенденцию создавать больший профиль поверхности, чем дробеструйная обработка. Дробеструйная обработка часто используется для создания однородной отделки поверхности на обработанных деталях. [5] Он также используется для очистки минеральных образцов, большинство из которых имеют твердость по Моосу 7 или меньше и, таким образом, могут быть повреждены песком.
При очистке вращающимся колесом абразив движется по объекту. Обычно его относят к безвоздушной очистке, поскольку не используется пропеллент (газ или жидкость). Колесная машина — это мощная, высокоэффективная очистка с использованием перерабатываемого абразива (обычно дроби из стали или нержавеющей стали, рубленой проволоки , песка или гранул аналогичного размера). Специализированные колесные дробеструйные машины перемещают пластиковый абразив в криогенной камере и обычно используются для удаления заусенцев с пластиковых и резиновых деталей. Размер колесной дробеструйной машины, а также количество и мощность колес значительно различаются в зависимости от деталей, подлежащих очистке, а также от ожидаемого результата и эффективности. Первое дробеструйное колесо было запатентовано Wheelabrator в 1932 году. [6] [7] В Китае первое дробеструйное колесо было построено около 1950-х годов, [8] Qinggong Machinery является одним из первых производителей дробеструйных колес. [9]
Микроабразивная струйная обработка — это процесс сухой абразивной струйной обработки, в котором используются небольшие сопла (обычно диаметром от 0,25 мм до 1,5 мм) для точной подачи тонкой струи абразива на небольшую деталь или небольшую область на большей детали. Обычно площадь, подлежащая струйной обработке, составляет от примерно 1 мм 2 до всего лишь нескольких см 2 максимум. Также известная как карандашная струйная обработка, тонкая струя абразива достаточно точна, чтобы писать прямо на стекле, и достаточно деликатна, чтобы вырезать узор на яичной скорлупе . [10] Размеры частиц абразивного материала варьируются от 10 микрометров до примерно 150 микрометров. Часто требуются более высокие давления.
Наиболее распространенные микроабразивные струйные системы — это коммерческие настольные установки, состоящие из источника питания и смесителя, вытяжного колпака, сопла и источника газа. Сопло может быть ручным или закрепленным на приспособлении для автоматической работы. В автоматическом режиме можно перемещать либо сопло, либо деталь.
Автоматизированная струйная очистка — это просто автоматизация процесса абразивной струйной очистки. Автоматизированная струйная очистка часто является лишь шагом в более крупной автоматизированной процедуре, обычно включающей другие виды обработки поверхности, такие как подготовка и нанесение покрытия. Часто требуется осторожность, чтобы изолировать камеру струйной очистки от механических компонентов, которые могут быть подвержены загрязнению пылью .
При этом типе струйной обработки используются воздух и сухой лед . Поверхностные загрязнения удаляются силой замороженных частиц углекислого газа, ударяющихся с большой скоростью, и небольшой усадкой из-за замерзания, которое нарушает адгезионные связи. Сухой лед сублимируется , не оставляя никаких остатков для очистки, кроме удаленного материала. Сухой лед является относительно мягким материалом, поэтому он менее разрушителен для основного материала, чем пескоструйная обработка.
В отличие от других методов струйной обработки, щетинная струйная обработка не требует отдельной абразивной среды. Поверхность обрабатывается вращающимся инструментом в виде щетки, изготовленным из динамически настроенных щетинок из высокоуглеродистой стальной проволоки. Повторный контакт с острыми вращающимися кончиками щетинок приводит к локализованному удару, отскоку и образованию кратера, что одновременно очищает и огрубляет поверхность.
Вакуумная струйная обработка — это метод, который генерирует очень мало пыли и разливов, поскольку струйный инструмент выполняет сухую абразивную струйную обработку и одновременно собирает использованный абразив и разрыхленные частицы с обрабатываемой поверхности. Расход абразива при этом методе относительно низок, поскольку использованный абразив автоматически отделяется от пыли и разрыхленных частиц и повторно используется несколько раз.
Надписи и гравировка на большинстве современных кладбищенских памятников и надгробий выполнены методом абразивоструйной обработки.
Пескоструйная обработка также может использоваться для производства трехмерных вывесок. Этот тип вывесок считается более дорогим продуктом по сравнению с плоскими вывесками. Эти вывески часто включают в себя наложение листового золота и иногда фон из измельченного стекла, который называется смальтой . При пескоструйной обработке деревянных вывесок это позволяет проявить волокна древесины и поднять годичные кольца , и является популярным способом придать вывеске традиционный резной вид. Пескоструйную обработку также можно выполнять на прозрачном акриловом стекле и остеклении как части дизайна фасада магазина или интерьера.
Пескоструйную обработку можно использовать для реставрации зданий или создания произведений искусства (резное или матовое стекло ). Современные маски и резисты облегчают этот процесс, давая точные результаты.
Пескоструйные технологии используются для очистки корпусов лодок , а также кирпичных, каменных и бетонных работ. Пескоструйная обработка используется для очистки промышленных и коммерческих конструкций, но редко применяется для неметаллических заготовок.
Мобильные системы сухой абразивной струйной обработки обычно работают от дизельного воздушного компрессора. Воздушный компрессор подает большой объем воздуха высокого давления в один или несколько «струйных горшков». Струйные горшки представляют собой герметичные, похожие на резервуары контейнеры, заполненные абразивным материалом, используемые для подачи регулируемого количества абразива в основную линию струйной обработки. Количество дробеструйных горшков определяется объемом воздуха, который может обеспечить компрессор. Полностью оборудованные системы струйной обработки часто устанавливаются на полуприцепах-тягачах , что обеспечивает высокую мобильность и легкую транспортировку с места на место. Другие представляют собой типы с бункерной подачей, что делает их легкими и более мобильными.
Переносные системы струйной обработки используют либо сварной сосуд под давлением, чтобы преодолеть противодавление сопла, хранить и передавать абразивную среду в подсоединенный шланг струи из более высокого перепада давления, либо используют негерметичный бункер, который использует процесс, называемый двойной индукцией, который подает абразивную среду в тандемное сопло струи с помощью пневматического струйного насоса или эжектора, в котором абразив продвигается через сопло струи через отдельный воздушный шланг, подсоединенный к соплу струи, что устраняет необходимость в сосуде под давлением. [11]
Дробеструйная камера по сути является замкнутой системой, которая позволяет оператору дробить деталь и перерабатывать абразив. [12] Обычно она состоит из четырех компонентов: защитной оболочки (шкафа), системы абразивной дробеструйной обработки, системы переработки абразива и сбора пыли. Оператор дробеструйной обработки деталей снаружи шкафа, помещая руки в перчатки, прикрепленные к отверстиям для перчаток на шкафу, наблюдая за деталью через смотровое окно, включая и выключая дробеструйную обработку с помощью ножной педали или ножного привода . Автоматизированные дробеструйные камеры также используются для обработки больших количеств одного и того же компонента и могут включать несколько дробеструйных сопел и систему транспортировки деталей.
В струйной камере обычно используются три системы. Две из них, сифонная и напорная, сухие, а одна — мокрая:
Дробеструйная камера — это гораздо более крупная версия дробеструйной камеры. Операторы дробеструйной обработки работают внутри комнаты, чтобы придать шероховатость, гладкость или очистить поверхности изделия в зависимости от потребностей готового продукта. Дробеструйные камеры и дробеструйные установки бывают разных размеров, некоторые из которых достаточно велики, чтобы вместить очень большие или уникально формованные объекты, такие как железнодорожные вагоны, коммерческие и военные транспортные средства, строительное оборудование и самолеты. [13]
Каждое применение может потребовать использования множества различных единиц оборудования, однако есть несколько ключевых компонентов, которые можно найти в типичной камере дробеструйной обработки:
Для удобства и повышения удобства использования может быть добавлено дополнительное оборудование, например, мостовые краны для маневрирования заготовки, настенные блоки с несколькими осями, которые позволяют оператору дотянуться до всех сторон заготовки, а также звукопоглощающие материалы, используемые для снижения уровня шума. [15]
В начале 1900-х годов предполагалось, что острые края зерен обеспечивают наилучшие характеристики, но позже было показано, что это неверно. [16]
Многие более грубые среды, используемые в пескоструйной обработке, часто приводят к тому, что энергия выделяется в виде искр или света при ударе. Цвета и размеры искр или свечения значительно различаются: от тяжелых ярко-оранжевых искр от стальной дроби до слабого голубого свечения (часто невидимого на солнце или ярко освещенных рабочих участках) от гранатового абразива.
Очистка с использованием абразивной струи может представлять риск для здоровья и безопасности работников , особенно при использовании переносных воздухоструйных установок или дробеструйных установок (камер). При абразивной струйной очистке от подложки и абразива образуется большое количество пыли. [18] Хотя многие абразивы, используемые в дробеструйных установках, сами по себе не опасны (стальная дробь и крошка, чугун, оксид алюминия , гранат, пластиковый абразив и стеклянная бусина), другие абразивы (кварцевый песок, медный шлак , никелевый шлак и ставролит ) имеют различную степень опасности (обычно свободный кремний или тяжелые металлы). Однако во всех случаях их использование может представлять серьезную опасность для операторов, такую как ожоги из-за выступов (с поражением кожи или глаз ), падения из-за ходьбы по круглой дроби, разбросанной по земле, воздействие опасной пыли, тепловой удар, создание взрывоопасной атмосферы и воздействие чрезмерного шума. Дробеструйные установки и оборудование переносных дробеструйных установок были адаптированы к этим опасностям. Взрывчатая очистка свинцовой краски может привести к загрязнению воздуха частицами свинца, которые могут быть вредны для нервной системы. [19]
В США Управление по охране труда и промышленной безопасности (OSHA) требует применения инженерных решений для потенциальных опасностей, однако кварцевый песок по-прежнему разрешен, хотя наиболее часто используемые каски для дробеструйной обработки недостаточно эффективны для защиты оператора, если уровень пыли в окружающей среде превышает допустимые пределы. Адекватные уровни защиты органов дыхания для дробеструйных работ в США одобрены Национальным институтом охраны труда и промышленной безопасности (NIOSH).
Типичное защитное оборудование для операторов включает в себя:
В прошлом, когда пескоструйная обработка выполнялась на открытом воздухе, рабочий подвергался риску получения травмы от летящего материала и повреждения легких из-за вдыхания пыли. Кремниевая пыль, образующаяся в процессе пескоструйной обработки, могла вызвать силикоз после длительного вдыхания пыли. В 1918 году было построено первое ограждение для пескоструйной обработки, которое защищало рабочего с помощью смотрового экрана, вращалось вокруг заготовки и использовало вытяжной вентилятор для отвода пыли от лица рабочего. [20] Силикоз все еще остается риском, когда оператор не полностью изолирован от пескоструйного аппарата. [18]
Пескоструйная обработка также может представлять вторичные риски, такие как падение с лесов или заточение в небольшом пространстве. [18] Отравление угарным газом является еще одним потенциальным риском из-за использования небольших бензиновых двигателей при абразивной струйной обработке. [21]
В настоящее время в ряде стран и территорий пескоструйная обработка регламентируется таким образом, что ее можно выполнять только в контролируемой среде с использованием вентиляции, защитной одежды и подачи воздуха для дыхания.
Многие потребители готовы платить больше за джинсы , которые выглядят так, будто их носили. Чтобы придать тканям правильный поношенный вид, используется пескоструйная обработка. Пескоструйная обработка может вызвать у рабочих силикоз , и в Турции более 5000 рабочих текстильной промышленности страдают от силикоза, и известно, что 46 человек умерли от него. Было показано, что силикоз очень распространен среди бывших пескоструйщиков джинсовой ткани в Турции в 2007 году. [22] Исследование 2015 года подтвердило, что силикоз почти неизбежен среди бывших пескоструйщиков. [23] Шведский центр справедливой торговли провел опрос среди 17 текстильных компаний, который показал, что очень немногие знали об опасностях, связанных с ручной пескоструйной обработкой джинсов. Несколько компаний заявили, что отменят эту технологию из своего собственного производства. [24]
В 2013 году исследование показало, что в Китае некоторые фабрики, производящие джинсы с поношенным эффектом, допускают различные нарушения правил охраны труда и техники безопасности. [25]
Медиа, связанные с пескоструйной обработкой на Wikimedia Commons