It-strojar.sk
1
PREHĽAD NAJČASTEJŠIE POUŽÍVANÉHO ABRAZÍVNEHO MATERIÁLU V
PROCESE REZANIA HYDROABRAZÍVNYM LÚČOM
Roman ŠÚŇ*, Emil SPIŠÁK**,
*Katedra technológií a materiálov, Strojnícka fakulta, Technická univerzita v Košiciach,
Mäsiarska 74, 042 00 Košice,
**Katedra technológií a materiálov, Strojnícka fakulta, Technická univerzita v Košiciach,
Mäsiarska 74, 042 00 Košice, tel. 055/602 3501, e-mail: [email protected]
ABSTRACT
An abrasive jet uses a mixture of water and abrasive to more effectively cut through materials. A pure waterjet is effectively only
for very soft materials. Adding abrasive, however, greatly enhances the cutting capability and the abrasive waterjet can cut through
steel. The type of abrasive is important. The overwhelming choice for most water jets is garnet abrasive. This article describes
especially red garnet and its forms, how to best choose the best mesh of abrasives and recommendations for usage of abrasive in
global.
Keywords: abrasive, garnet, waterjet, hydro abrasive waterjet, alluvial garnet, river garnet, mine garnet, waterjet machining
1. ÚVOD
Abrazívo, tiež nazývané ako abrazívny materiál, je
zmes častíc, ktorá má vysokú abrazívnu schopnosť a
výraznú tvrdosť. Po dopade častíc abrazíva na povrch
materiálu, dochádza k jeho mechanickému rozrušovaniu,
tzv. abrázii, a k tvorbe triesok.
Abrazívo, ako pevná korpuskulárna zložka prúdu
v procese delenia hydroabrazívnym vodným lúčom, je
hlavnou zložkou v zmesi s parmenátom. Táto suspenzia
obsahuje veľký podiel vzduchu a prúdi z fokusačnej
trubice
nadzvukovou
rýchlosťou,
čo
tvorí
hydromechanický flexibilný rezný nástroj.
2. DRUHY ABRAZÍV
Abrazívne dýzy využívajú zmes vody a abrazíva z
dôvodu efektívnejšieho rezania materiálov. Rezanie
čistým vodným lúčom (bez abrazíva) je vhodné požiť len
pre veľmi mäkké materiály, napríklad ako sú gumené
alebo potravinárske produkty. Pridanie abrazíva výrazne
zvyšuje reznú kapacitu a abrazívna dýza môže rezať aj
oceľ.
V súčasnosti je na trhu zastúpené veľké množstvo
abrazívnych materiálov, pričom každé ponúka svoje
výhody, ktoré majú vplyv na kvalitu a cenu. Abrazívny
materiál sa volí na základe parametrov použitého stroja,
na základe tvrdosti rezaného materiálu a závisí aj na
požadovanej kvalite výsledného povrchu. Nemalú úlohu
pri výbere abrazívneho materiálu zohráva jeho dostupnosť
a ekonomická výhodnosť.
Medzi najznámejšie a často používané druhy
abrazívnych materiálov patrí granát, ktorý môže byť
indický, bengálsky alebo austrálsky, korund, olivín a
guľôčky, ktoré sú prevažne oceľové alebo sklenené.
Obr. 1 Druhy abrazívneho materiálu
(zľava: olivín, korund, granát, sklenené guľôčky a
oceľové guľôčky)
Ako sa dá očakávať, výber vhodného abrazíva je
veľmi dôležitý. V súčasnosti prevádzkovatelia technológie
rezania abrazívnym vodným lúčom siahajú po abrazíve
typu granát, pretože sa v praxi najviac osvedčil v
porovnaní s inými abrazívami vhodnými pre túto
technológiu.
3. GRANÁT
Granát je drahokam, ktorý bol známy a používaný
ľudstvom už pred mnohými tisícmi rokov. Typ, ktorý sa
používa pri obrábaní abrazívnym vodným lúčom je tzv.
červený granát. Granát je ťažký a pri jeho lámaní vznikajú
ostré hrany. Obe tieto vlastnosti prinášajú výhody pre
proces rezania abrazívnym vodným lúčom. Granát je
relatívne chemický inertný a nereaguje s rezanými
materiálmi, z čoho vyplýva, že jeho likvidácia je
jednoduchá a nevyžaduje si náročné činnosti a finančne
nezaťažuje prevádzkovateľa.
Granát používaný pre obrábanie vodným lúčom je buď
riečny alebo ťažný.
Riečny granát pochádza z korýt vodných tokov, kde
bol prirodzene vystavený účinkom tečúcej vody, čo malo
za následok jeho zaobľovanie a vyhladzovanie ostrých
hrán. Keďže zrná riečneho granátu sú zaoblené, ich účinok
nie je až taký veľký ako účinok ťažného granátu. Riečny
granát si nevyžaduje finančne náročnú ťažbu, preto sa v
súčasnosti predáva za nízke ceny.
ISSN 1338-0761
It-strojar.sk
2
Vybrané vlastnosti, na ktoré je potrebné sa zamerať pri
výbere abrazíva:
Dvakrát preosiaty
Obr. 2 Riečny (vľavo) a ťažný granát (vpravo)
Ťažný granát sa zvyčajne objavuje ako zmes rôznych
minerálov a získava sa ostreľovaním v dole. Získaný
granát sa následne drví v drvičkách kameňa z dôvodu
odstránenia zvyškov horniny. Drvením vznikajú na zrnách
granátu ostré hrany. Tento typ granátu sa predáva
komerčne, je špecificky určený len pre zariadenia na
rezanie hydroabrazívnym lúčom a jeho cena je podstatne
vyššia ako u riečneho granátu.
Toto označenie znamená, že abrazívo ma jemné
častice odstránené, takisto aj veľké častice. Tým pádom je
zachovaná konzistentná veľkosť zŕn. Jemné a veľké
častice spôsobujú upchávanie dýz, neefektívne rezanie a
iné nešpecifikované problémy.
Ostrosť
Ostré abrazívne častice režú lepšie. Ťažný granát je
omnoho ostrejší ako granát riečny, ktorý má vplyvom
tečúcej vody zaoblené hrany.
Čistota
4. POUŽITIE ABRAZÍVA
Spotreba abrazíva v procese rezania abrazívnym
vodným lúčom je okolo 0,1 kg/min. až do 1kg/min., čo
závisí predovšetkým na type použitej pumpy a dýzy.
Bežná spotreba je okolo 0,45 kg/min. Prietok abrazíva je
väčšinou konštantný a závisí od celkového nastavenia v
procese rezania.
4.1. Náklady na abrazívo
Ceny za abrazívo sa líšia, od 30 centov do 90 centov
za kg, v závislosti na kvalite abrazíva a samozrejme na
tom, odkiaľ sa abrazívo nakupuje. Je možné, že za
kvalitné abrazívo sa zaplatí extra vysoká cena ale aj tu
platí pravidlo že kvalitné abrazívo odráža kvalitné
produkty. Cena abrazíva je jedným z faktorov, ktoré
najviac vplývajú na celkové prevádzkové náklady. Je
preto vhodné vždy dobre zvážiť nákup abrazíva vo
veľkom množstve tak, aby vám bola od dodávateľa
poskytnutá množstevná zľava. Niekedy sa oplatí nákup
uskutočniť s konkurenčnou firmou, kedy sa objem
nakupovaného abrazíva zdvojnásobí, čo môže výrazne
znížiť náklady pre oboch.
Vzhľad abrazíva je dôležitý. Musí vyzerať čisto.
Abrazívo s nečistotami má negatívny vplyv na rezný
výkon. Aj najmenšie nečistoty môžu spôsobiť predĺženie
času rezania, a pokiaľ sa nachádzajú v abrazíve
nezvyčajné nečistoty napr. ako oxid hlinitý, môže dôjsť
rapídnemu zníženiu životnosti dýzy.
Ak chceme dosiahnuť maximálnu reznú rýchlosť, je
vhodné vyberať hrubozrnné abrazívum, zrnitosti 90 alebo
80 mesh. Ak chceme hladší povrch, je vhodné siahnuť po
jemnejších abrazívach zrnitosti 100, 120 alebo 150 mesh.
Samozrejme je vždy vhodné si overiť u výrobcu
konkrétnej dýzy, aké odporúčania dáva pre používanie
abrazíva. Abrazívum zrnitosti 80 mesh je najobľúbenejšie
a je po ňom najväčší dopyt. Z tohto dôvodu je samozrejme
najdrahšie.
Pri prvom používaní zariadenia na rezanie abrazívnym
vodným lúčom je nevyhnutné použiť výrobcom
odporúčané abrazívum, aby sa predišlo prípadným
problémom pri zabehávaní stroja. Neskôr, keď už získate
skúsenosti s používaním stroja, je možné použiť iné
abrazívum, ktoré vám bude vyhovovať z hľadiska ceny,
kvality a úspory.
4.4. Recyklácia abrazíva
4.2. Upozornenie
Pri nákupe z neoverených zdrojov, resp. pri príliš
nízkych cenách za 1kg abrazíva, je dôležité si overiť jeho
pôvod a zloženie. Vyhýbajte sa používaniu abrazív s
obsahom oxidu kremičitého, pretože jeho prach,
vznikajúci v procese rezania môže spôsobiť silikózu,
smrtiace a bolestivé ochorenie pľúc.
4.3. Ako vybrať správny druh abrazíva
Ako už bolo spomenuté, ceny abrazíva sa rôznia.
Existuje však mnoho faktorov, ktoré určujú kvalitu
abrazíva. Vysokokvalitné abrazívum poskytuje zvýšenú
rýchlosť rezania, vyššiu presnosť a minimálne upchávania
dýz.
Niektoré firmy zaoberajúce sa výrobou zariadení na
rezanie abrazívnym vodným lúčom, v spolupráci s
firmami produkujúcimi abrazíva ponúkajú zariadenia na
recykláciu abrazíva. Nazývajú sa WARD (Water Abrasive
Recycling Dispenser) a umožňujú recyklovať veľké
percento už použitého abrazíva, ktoré je po recyklácii
pripravené na ďalšie použitie. V procese rezania, niektoré
častice abrazíva narážajú na materiál a môže dôjsť k ich
rozlomeniu na viacero častíc, z čoho vyplýva, že použité
abrazívum nemá rovnakú veľkosť častíc ako predtým.
To znamená, že je potrebné z použitého abrazíva
odstrániť častice, ktoré sú príliš malé. Opätovné použitie
abrazíva je omnoho viac komplikované ako vsypávanie
nového abrazíva do abrazívneho dávkovača.
ISSN 1338-0761
It-strojar.sk
3
Zariadenia WARD umožňujú odstrániť usadeniny z
nádrže, kde sa zachytáva voda s prímesou abrazíva v
procese rezania, odstráni zakalenia a všetky abrazívne
častice zrnitosti menšej ako 100 mesh. Následne umyje
zrná väčšie ako 100 mesh a osuší ich. Zároveň umožňuje
obsluhe pridávanie nového abrazíva do už použitého
abrazíva v požadovanom pomere
ZÁVER
Výber vhodného abrazíva pre technológiu rezania
abrazívnym vodným lúčom je veľmi dôležitý. Ako bolo
v článku spomenuté, v súčasnosti prevádzkovatelia
technológie rezania abrazívnym vodným lúčom siahajú po
abrazíve typu granát, pretože sa v praxi najviac osvedčil v
porovnaní s inými abrazívami vhodnými pre túto
technológiu.
Je možné použiť aj iný typ abrazíva, ktorý môže znížiť
náklady na obrábanie. Napríklad, ak sa často reže hliník,
ako mäkký materiál, môže sa použiť mäkšie abrazívum
napríklad olivín. Výhodou použitia mäkšieho abrazíva je,
že sa tak rýchlo neopotrebuje dýza.
Granát však ostáva ako veľmi dobrá voľba
univerzálneho abrazíva, čo je jedným z dôvodom jeho
vysokej obľúbenosti.
[2] BARTON, : High performance waterjet abrasives.
2011. Dostupné na internete: <http:
www.barton.com/documents/HPX_Abrasives_Barto
n.pdf>.
[3] AUSTRALIAN GARNET. Dostupné na internete:
<http://www.garnetsales.com>
[4] HEAVY MINERALS. Dostupné na internete:
< http://www.wgiheavyminerals.com/productsservices/waterjet-abrasives.php>.
[5] NANJING BITONG TECHNOLOGY. Dostupné na
internete:
< http://www.bitongtech.com/waterjet_garent.html>.
LITERATÚRA
[1] HÍREŠ, O. – HATALA, M. – HLOCH, S.: Delenie
kovových materiálov okružnou pílou, vodným
prúdom a plazmovým oblúkom. Ostrava, 2007,
ISBN 978-80-8073-769-6
ISSN 1338-0761
Download

prehľad najčastejšie používaného abrazívneho - it