RU2690454C1 - Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений - Google Patents
Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690454C1 RU2690454C1 RU2018142972A RU2018142972A RU2690454C1 RU 2690454 C1 RU2690454 C1 RU 2690454C1 RU 2018142972 A RU2018142972 A RU 2018142972A RU 2018142972 A RU2018142972 A RU 2018142972A RU 2690454 C1 RU2690454 C1 RU 2690454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- hydroabrasive
- abrasive
- jet
- cleaning
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 title abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
- B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C7/00—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts
- B24C7/0007—Equipment for feeding abrasive material; Controlling the flowability, constitution, or other physical characteristics of abrasive blasts the abrasive material being fed in a liquid carrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к механической обработке материалов, а именно к струйной гидроабразивной обработке, и может быть использовано при очистке поверхностей без повреждения основы изделия. Способ гидроабразивной очистки поверхностей включает подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность. Подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность осуществляют с добавлением в поток воды абразивных частиц и поддерживают отношение массового расхода абразива к массовому расходу воды в диапазоне значений 0,1-0,35. Давление воды выбирают не более значения, определяемого по формулегде- плотность воды, кг/м; μ - коэффициент расхода струеформирующей насадки; V- критическая скорость гидроабразивной струи, при которой происходит инициация зарождения трещин в обрабатываемом материале, м/с. Технический результат: недопущение нарушения внутренней структуры обрабатываемого материала в процессе гидроабразивной очистки от загрязнений путем рационального подбора параметров гидроабразивной струи, таких как ее скорость, давление воды и расход абразива. 1 пр.
Description
Изобретение относится к механической обработке материалов, а именно к струйной гидроабразивной обработке, и может быть использовано при очистке поверхностей без повреждения основы изделия.
Известен способ [Описание к изобретению РФ №2400314 от 28.07.2009, МПК В08В 3/02, опубл. 27.09.2010, бюл. №27], для реализации которого поверхность обрабатывают струей воды под давлением 450-500 атм, расход воды составляет 20-25 л/мин, производительность 60-80 м /ч, продолжительность воздействия 0,5-1,0 мин/м, степень очистки Sa 2 1/2.
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса очистки из-за больших значений затрачиваемой гидравлической мощности, а также невозможность очистки слабых поверхностей без их повреждения при таком диапазоне давления, поскольку для очистки слабых непрочных поверхностей достаточно более низких значений давления воды.
Известен способ [Описание к изобретению РФ №2457933 от 28.10.2010, МПК8 В24С 11/00, опубл. 10.08.2012, Бюл. №22] абразивно-струйной очистки поверхности от органических загрязнений, для реализации которого осуществляют подачу под давлением на обрабатываемую поверхность абразива в струе сжатого воздуха с добавлением в поток воды и поверхностно-активного вещества (ПАВ); в качестве абразива используют композицию следующего состава, в масс. %: мягкий абразив 60-80, твердый абразив 10-30, карбонат натрия 10; абразив подают на очищаемую поверхность под давлением 8 атм.; воду в поток подают с содержанием 0,1-2% масс. ПАВ, в количестве 10-150% масс, от веса расходуемой композиции.
Недостатком указанного способа является то, что в процессе очистки поверхности материалов от загрязнений не учитывается возможность возникновения внутренних деформаций в них, в частности, зарождение микротрещин и возникновение других микродефектов, приводящих к нарушению внутренней структуры обрабатываемого материала. Недостатком данного способа является также отсутствие четких данных о параметрах очистки, таких как скорость струи, давление воды и расход абразива.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является недопущение нарушения внутренней структуры обрабатываемого материала в процессе гидроабразивной очистки от загрязнений путем рационального подбора параметров гидроабразивной струи, таких как ее скорость, давление воды и расход абразива.
Способ гидроабразивной очистки поверхностей, включающий подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность, причем подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность осуществляют с добавлением в поток воды абразивных частиц и поддерживают отношение массового расхода абразива к массовому расходу воды в диапазоне значений 0,1-0,35, а давление воды выбирают не более значения, определяемого по формуле
где 
- плотность воды, кг/м3; μ - коэффициент расхода струеформирующей насадки; Vk - критическая скорость гидроабразивной струи, при которой происходит инициация зарождения трещин в обрабатываемом материале, м/с.
Известно [Гидроабразивное резание горных пород / В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, М.М. Щеголевский. - М.: Изд-во МГТУ, 2003. - 279 с.], что при малом расходе абразива 
относительно расхода воды 
плотность распределения энергии гидроабразивной струи по ее сечению неравномерна вследствие неравномерности насыщения струи абразивными частицами. Это приводит к ситуации, при которой часть абразивных частиц обладает высокой кинетической энергией, и как следствие, разрушающей способностью, в то время как другая часть абразивных частиц обладает малой кинетической энергией, не оказывая существенного влияния на обрабатываемый материал. Причем контроль эффективности очистки поверхности обрабатываемого материала от загрязнений является трудноосуществимым в виду высокой сложности учета характера распределения энергии по сечению гидроабразивной струи из-за стохастического (случайного) расположения абразивных частиц в потоке воды.
По мере увеличения расхода абразива относительно расхода воды 
плотность распределения абразивных частиц по сечению струи выравнивается, делая процесс передачи энергии от потока воды абразивным частицам равномерным. Однако чрезмерное повышение расхода абразива 
относительно расхода воды 
приводит к перенасыщению гидроабразивной струи абразивными частицами, затрудняя продвижение струи через сопло гидроабразивного инструмента и способствуя повышению его абразивного износа.
Также известно [Гидроабразивное резание горных пород / В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, М.М. Щеголевский. - М.: Изд-во МГГУ, 2003. - 279 с.], что при определенном отношении массового расхода абразива 
к массовому расходу воды 
достигается так называемое оптимальное отношение 
при котором обеспечивается эффективная и равномерная передача кинетической энергии от потока воды к абразивным частицам. Эта величина является постоянным индивидуальным параметром конкретного режущего инструмента, характеризующим эффективность передачи количества движения от высокоскоростного потока воды к потоку абразива и зависит от конструктивного оформления и качества изготовления конкретного режущего инструмента. При этом установлено, что в диапазоне значений отношения 
от 0,1-0,35 независимо от индивидуальных характеристик инструмента отклонение эффективности и равномерности распределения энергии от оптимальных величин не превышает 10% [Averin Е. Universal method for the prediction of abrasive waterjet performance in mining // Engineering. - 2017. T. 3. - №6. C. 888-891]. Причем с ростом отклонения реального отношения массового расхода абразива к массовому расходу воды от так называемого оптимального значения за пределами указанного диапазона (то есть меньше 0,1 и больше 0,35) отклонение эффективности и равномерности распределения энергии от оптимальных величин существенно возрастает вследствие нелинейного характера влияния этого отношения на процесс передачи энергии. К тому же точные значения отклонения существенно зависят от конкретного инструмента [Жабин А.Б., Аверин Е.А. Совершенствование метода расчета глубины резания материалов гидроабразивным инструментом // Горное оборудование и электромеханика. - 2014. - №11. - С. 24-29.]. Таким образом, в указанном диапазоне процесс передачи энергии от потока воды абразивным частицам является рациональным независимо от индивидуальных характеристик конкретного гидроабразивного инструмента [Averin Е. Universal method for the prediction of abrasive waterjet performance in mining // Engineering. - 2017. T. 3. - №6. C. 888-891].
Полагая процесс передачи энергии от струи воды к абразивным частицам рациональным, что, как показано выше, возможно только в случае нахождения отношения массового расхода абразива к массовому расходу воды в диапазоне значений 0,1÷0,35, критическая скорость гидроабразивной струи, которой она должна обладать для инициации разрушения в обрабатываемом материале и превышение которой приведет к его разрушению, что не допустимо, определяется по выражению [Averin Е. Universal method for the prediction of abrasive waterjet performance in mining // Engineering. - 2017. T. 3. - №6. C. 888-891]
где Jc - критическое значение J - интеграла (показатель трещиностойкости) обрабатываемого материала, Дж/м; Е - модуль Юнга обрабатываемого материала, Па; ν - коэффициент Пуассона обрабатываемого материала; τ - инкубационное время разрушения для обрабатываемого материала, с; σсж - прочность обрабатываемого материала на сжатие, Па; ρ - истинная плотность абразивных частиц, кг/м3.
При этом в случае если отношение массового расхода абразива к массовому расходу воды не поддерживается в заданном интервале значений; от 0,1 до 0,35, определение критической скорости гидроабразивной струи усложняется вследствие необходимости учета индивидуальных характеристик конкретного гидроабразивного инструмента [Гидроабразивное резание горных пород / В.А. Бреннер, А.Б. Жабин, А.Е. Пушкарев, М.М. Щеголевский. - М.: Изд-во МГГУ, 2003. - 279 с.]. В настоящее время расчетных методов для определения этой величины нет.
Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений осуществляется следующим образом. Вначале производится выбор типа струеформирующей насадки с известным коэффициентом ее расхода. Выбирается тип абразива определенной плотности и производится расчет критической скорости гидроабразивной струи Mk при известных физико-технических свойствах материала, а именно показателе трещиностойкости Jc, модуле Юнга Е, коэффициенте Пуассона ν, инкубационном времени разрушения τ и прочности обрабатываемого материала на сжатие σсж. Далее вычисляется критическое давление воды в гидросистеме Pk. В качестве рабочего давления воды для очистки поверхности материала от загрязнений принимается величина не более чем рассчитанное значение Pk. По принятому рабочему давлению воды в гидросистеме определяется расход воды, а из отношения массового расхода абразива к массовому расходу воды равного 0,1-0,35 определяется расход абразива.
Пример использования способа гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений.
Проводили очистку поверхности мраморного панно без нарушения его внутренней структуры. Физико-технические свойства мрамора описываются следующими параметрами: σсж=27,7 МПа, Е=0,22 ГПа, ν=0,19, Jc=1710,197 Дж/м, τ=2,45-10-6 с. Плотность воды составляет 1000 кг/м3. Использовали струеформирующую насадку с диаметром отверстия 1,0 мм и коэффициентом расхода 0,85. В качестве абразива применяли гранатовый песок, истинная плотность частиц которого составляет 4300 кг/м3.
Для заданных условий критическая скорость, которой должны обладать частицы абразива в момент соударения с поверхностью обрабатываемого материала, составляет 42,9 м/с. Тогда критическое давление воды в гидросистеме составляет 5,1 МПа. Достижение этой величины при обработке мраморного панно с заданными физико-техническими свойствами приведет к формированию в нем микродефектов, поэтому очистку его поверхности следует производить при давлении воды меньше, чем полученное значение. Приняв рабочее давление воды в гидросистеме 5,0 МПа, расход воды составит 4,0 кг/мин. Тогда расход абразива следует выбрать из следующего диапазона (0,4-1,4) кг/мин.
Claims (3)
- Способ гидроабразивной очистки поверхностей, включающий подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность, отличающийся тем, что подачу воды под давлением на обрабатываемую поверхность осуществляют с добавлением в поток воды абразивных частиц и поддерживают отношение массового расхода абразива к массовому расходу воды в диапазоне значений 0,1-0,35, а давление воды выбирают не более значения, определяемого по формуле
-
- где- плотность воды, кг/м3; μ - коэффициент расхода насадки; Vk - критическая скорость гидроабразивной струи, при которой происходит инициация зарождения трещин в обрабатываемом материале, м/с.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142972A RU2690454C1 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018142972A RU2690454C1 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690454C1 true RU2690454C1 (ru) | 2019-06-03 |
Family
ID=67037738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018142972A RU2690454C1 (ru) | 2018-12-05 | 2018-12-05 | Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690454C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803705C1 (ru) * | 2023-01-19 | 2023-09-19 | Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Способ изготовления отверстий с заданной эффективной площадью |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4965968A (en) * | 1985-03-02 | 1990-10-30 | Kue Engineering Limited | Blast cleaning |
| SU1740142A1 (ru) * | 1987-06-25 | 1992-06-15 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Способ гидроабразивной очистки поверхностей деталей |
| RU2118917C1 (ru) * | 1997-10-10 | 1998-09-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "АПИКРОВ" | Способ очистки и защиты твердых поверхностей (его варианты), устройство и материалы для его осуществления |
| RU46701U1 (ru) * | 2004-12-29 | 2005-07-27 | Казанская государственная архитектурно-строительная академия | Устройство для гидрообразивной очистки поверхностей |
| EP1150801B1 (en) * | 1998-12-04 | 2005-09-07 | The Farrow System Limited | Method for removing surface coatings |
| RU2457933C2 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ абразивно-струйной очистки поверхности от органических загрязнений |
-
2018
- 2018-12-05 RU RU2018142972A patent/RU2690454C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4965968A (en) * | 1985-03-02 | 1990-10-30 | Kue Engineering Limited | Blast cleaning |
| SU1740142A1 (ru) * | 1987-06-25 | 1992-06-15 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Способ гидроабразивной очистки поверхностей деталей |
| RU2118917C1 (ru) * | 1997-10-10 | 1998-09-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "АПИКРОВ" | Способ очистки и защиты твердых поверхностей (его варианты), устройство и материалы для его осуществления |
| EP1150801B1 (en) * | 1998-12-04 | 2005-09-07 | The Farrow System Limited | Method for removing surface coatings |
| RU46701U1 (ru) * | 2004-12-29 | 2005-07-27 | Казанская государственная архитектурно-строительная академия | Устройство для гидрообразивной очистки поверхностей |
| RU2457933C2 (ru) * | 2010-10-28 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Способ абразивно-струйной очистки поверхности от органических загрязнений |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2803705C1 (ru) * | 2023-01-19 | 2023-09-19 | Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" | Способ изготовления отверстий с заданной эффективной площадью |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chithirai Pon Selvan et al. | Effects of process parameters on surface roughness in abrasive waterjet cutting of aluminium | |
| KR102217842B1 (ko) | 기계 가공 공구의 칼날부 구조 및 그 표면 처리 방법 | |
| Saravanan et al. | A review on recent progresses in machining methods based on abrasive water jet machining | |
| Selvan et al. | Effects of process parameters on depth of cut in abrasive waterjet cutting of cast iron | |
| Tripathi et al. | Application of the pulsating and continous water jet for granite erosion | |
| Syazwani et al. | A review on nozzle wear in abrasive water jet machining application | |
| Lehocka et al. | Comparison of the influence of acoustically enhanced pulsating water jet on selected surface integrity characteristics of CW004A copper and CW614N brass | |
| Selvan et al. | Assessment of process parameters in abrasive waterjet cutting of stainless steel | |
| Lehocka et al. | Comparison of ultrasonically enhanced pulsating water jet erosion efficiency on mechanical surface treatment on the surface of aluminum alloy and stainless steel | |
| Salenko et al. | Improving accuracy of profile hydro-abrasive cutting of plates of hardmetals and superhard materials | |
| CN106272096B (zh) | 一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法 | |
| Karakurt et al. | A machinability study of granite using abrasive waterjet cutting technology | |
| RU2690454C1 (ru) | Способ гидроабразивной очистки поверхностей от загрязнений | |
| Haldar et al. | Present status and some critical issues of abrasive jet materials processing: a review | |
| Zhang et al. | The effect of operational parameters on diamond tools of frame sawing system: Wear characteristics and optimization in stone processing | |
| Saurabh et al. | Processing of alumina ceramics by abrasive waterjet-an experimental study | |
| Gupta et al. | Analysis of kerf taper angle in abrasive water jet cutting of Makrana white marble | |
| Ghosh et al. | Parametric analysis and optimisation on abrasive water jet cutting of silicon nitride ceramics | |
| Deng et al. | Erosion wear of ceramic and cemented carbide nozzles in dry sand blasting process | |
| Majumder et al. | An experimental investigation on surface roughness achieved during abrasive water-jet machining of low carbon steel | |
| DV et al. | Investigation of drilling time v/s depth of cut & kerf using abrasive jet machining | |
| Momber | Fluid jet erosion of tension-softening materials | |
| Selvan et al. | Modeling and analysis of depth of cut in abrasive waterjet cutting of Titanium | |
| Ashrafi | Viscoelastic abrasive waterjet | |
| Hegade et al. | Process characteristics in ultrasonic machining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201206 |