Kriogēnās atmirgošanas mašīnas darbības principa skaidrojums

By Maiks Čens, Ražošanas direktors | Vairāk nekā 12 gadu pieredze gumijas ražošanā |LinkedIn

Galvenie secinājumi

• Kriogēnā birstēšanas iekārta noņem birstīti, sasaldējot to ar šķidru slāpekli, līdz tā kļūst trausla, un pēc tam sadalot to ar gāzi rotējoša veltņa iekšpusē.
• Šis process darbojas tāpēc, ka plānā zibspuldze atdziest un kļūst trauslāka daudz ātrāk nekā biezākā detaļas korpuss, tāpēc zibspuldze atdalās, bet detaļa izdzīvo.
• Rezultātu kontrolē trīs parametri: darba temperatūra (līdz −150 °C), veltņa ātrums (20–70 apgr./min) un cikla laiks (mazāk par 8 minūtēm).
• Šis ir fizisks, bezkontakta princips, kas noņem ļoti smalku birsti bez griezējinstrumentiem, tāpēc tas sasniedz virs 98% caurlaidības līmeni uz precīzām detaļām.

Īsā atbilde: kriogēnā atkausēšanas iekārta noņem kārtiņu un dzirksteles, izmantojot materiāla uzvedības izmaiņas zemā temperatūrā. Tā sasaldē detaļas ar šķidru slāpekli, līdz plānā kārtiņa kļūst cieta un trausla, pēc tam tās apgāž rotējošā veltnī, lai trieciens atdalītu kārtiņu no joprojām elastīgās detaļas. Tas ir fizisks, bezkontakta process: nav asmeņu, nav abrazīvu materiālu, nav manuālas pacelšanas.

Lielākā daļa apdares metožu materiālu nogriež, slīpē vai berzē. Kriogēnā plēves attīrīšana darbojas citādi: tā maina pašu materiālu, padarot nevēlamo plēves slāni vieglāk salaužamu nekā izstrādājumu, pie kura tas ir piestiprināts. Princips izklausās pēc fizikas, nevis mehāniskās apstrādes, un tieši tā tas arī ir.

Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrots procesa zinātniskais pamatojums, soli pa solim aprakstīts iekārtas cikls, analizētas galvenās sastāvdaļas un parametri, kā arī paskaidrots, kāpēc zibspuldze pārtrūkst, kamēr detaļa saglabājas. Ja kādreiz esat domājuši, kā iekārta var noņemt zibspuldzi no detaļas, tai nepieskaroties, šī ir atbilde.

Kas ir kriogēnā atmirgošana?

Kriogēnā kārtainā apstrāde ir apdares process, kurā no formētajām detaļām tiek noņemti kārtainie atgriezumi, atgrabes un atdalīšanas līnijas liekā daļa, atdzesējot tās līdz kriogēnai temperatūrai, lai plānais liekais materiāls kļūtu trausls, un pēc tam ar mehānisku triecienu šo trauslo kārtu nolauztu.Vārds “kriogēnisks” attiecas uz ļoti zemas temperatūras izmantošanu, ko parasti piegādā ar šķidru slāpekli.

Atšķirībā no mehāniskās vaļīguma novēršanas, kurā tiek izmantots rotējošs cilindrs un bieži vien griešanas vai slīpēšanas darbība, kriogēnā vaļīguma novēršana kā galveno instrumentu izmanto aukstumu.Tā kā process nespiež asmeni pret detaļu, tas noņem vafeles no smalkām detaļām, iekšējām malām un sarežģītām formām, kurām griezējinstruments nevar piekļūt.Tāpēc tas ir kļuvis par standartu precīzijas blīvējumiem, miniatūrām kosmosa komponentēm un mikroelektronikas detaļām.

Procesa pamatā esošie fizikas elementi

Visa metode balstās uz vienu materiāla īpašību: stiklošanās temperatūru jeb Tg.Virs Tg gumijas maisījums ir mīksts un elastīgs; zem tā tas pats materiāls kļūst ciets, stiklveida un trausls.Precīza Tg atšķiras atkarībā no savienojuma — dabiskā kaučuka un daudzas sintētiskās vielas kļūst trauslas krietni zem 0°C, savukārt silikons saglabā elastīgumu zemākā temperatūrā —, taču šis princips attiecas uz visiem elastomēriem.

Šeit ir galvenā atziņa, kas padara procesu selektīvu.Zibspuldze ir plāna un viegla, tāpēc tai ir ļoti maza termiskā masa un, pakļaujot to šķidram slāpeklim, gandrīz acumirklī atdziest zem Tg.Galvenās detaļas korpuss ir biezāks un smagāks, tāpēc tas saglabā vairāk siltuma un ilgāk saglabājas virs trausluma punkta. Īsajā laikā, ko detaļas pavada veltnī, plēve kļūst trausla, bet detaļa saglabā pietiekamu elastību, lai izturētu sekojošo triecienu.

Šķidrais slāpeklis ir sasalšanas avots, jo tas ir ārkārtīgi auksts — tā vārīšanās temperatūra ir aptuveni −196 °C — un lēts. Iekārta to iesmidzina, lai pazeminātu veltņu kameras darba temperatūru līdz −150 °C, kas ir pietiekami zema temperatūra, lai ātri izraisītu liesmas trauslumu, vienlaikus ļaujot operatoram kontrolēt procesa logu.

Kā darbojas mašīna, soli pa solim

Iekārtas cikls ir vienkārši darbināms, taču tas ir atkarīgs no precīza laika un temperatūras. Šeit ir secība tipiskā kriogēnās atkausēšanas iekārtā:

1. Ielādējiet partiju.Detaļas tiek ielādētas veltņu kamerā, kuras tilpums ir līdz 80 l — aptuveni 15–20 kg produkta atkarībā no detaļas blīvuma.
2. Atdzesējiet kameru.Šķidrais slāpeklis tiek ievadīts, lai pazeminātu veltņa temperatūru līdz tās darba punktam -150 °C. Nominālā saldēšanas jauda 1,1 kW palīdz uzturēt stabilu temperatūru cikla laikā.
3. Padariet zibspuldzi trauslu.Plānā zibspuldze atdziest virs stiklošanās temperatūras un kļūst cieta un trausla, savukārt biezākā detaļas daļa paliek relatīvi elastīga.
4. Grimst un sašķīst.Veltnis griežas ar ātrumu 20–70 apgr./min, grozot detaļas tā, lai tās atsistos viena pret otru un pret cilindru. Trieciena enerģija nolauž trauslo kārtu pie šķelšanās līnijas.
5. Turiet cikla laiku.Pilns cikls ilgst mazāk nekā 8 minūtes — pietiekami ilgi, lai noņemtu uzliesmojumu, un pietiekami īsi, lai detaļa neatdzistu līdz bojājuma punktam.
6. Izkraut un atdalīt.Atkausētās detaļas izlādējas kopā ar sadragātajiem zibspuldzes fragmentiem, kurus pēc tam atdala no gatavā produkta.

Ievērojiet, kā trūkst: nav ne asmens, ne abrazīva materiāla, ne operatora, kas iekļūst procesā.Tā kā noņemšanas spēku pieliek pašas detaļas, tām griežoties, mašīna vienmērīgi apgriež katru virsmu, ieskaitot apakšgriezumus un iekšējās malas.

Galvenās sastāvdaļas un to lomas

Katra kriogēnās atkausēšanas iekārtas sastāvdaļa atbilst vienam principa solim. Izpratne par lomām atvieglo procesa regulēšanu un problēmu novēršanu.

Specifikācijas noŠķidrā slāpekļa kriogēnā attīrīšanas iekārtaprodukta lapa.

Iekārtas kompaktais izmērs — aptuveni 1200 mm garš, 2000 mm plats un 1200 mm augsts, svars 200 kg — nozīmē, ka viss princips ietilpst pārsteidzoši mazā apdares telpas stūrī.

Kāpēc plānais zibspuldzes slānis saplīst, bet daļa saglabājas

Kriogēnās zibspuldžu noņemšanas selektivitāte ir iemesls, kāpēc tai uzticas precīziem darbiem, un ir vērts to izprast detalizēti, jo tas neļauj procesam vienkārši iznīcināt detaļu kopā ar zibspuldzi.

Trauslums laika gaitā izplatās materiālā, un plānās sekcijas sasniedz trauslo stāvokli pirms biezajām sekcijām.Uzliesmojums, kura biezums parasti ir tikai daļa no milimetra, gandrīz nekavējoties atdziest, sasniedzot Tg. Detaļas korpuss, kas ir vairākas reizes biezāks, atdziest lēnāk, virzoties no virsmas uz iekšpusi. Īsā cikla laikā uzliesmojums pilnībā kļūst trausls, savukārt detaļas kodols — un bieži vien arī tās darba virsma — saglabājas pietiekami elastīga, lai absorbētu kritiena triecienu, neveidojot plaisas.

Tāpēc cikla laikam ir tik liela nozīme.Ja cikls tiek darbināts pārāk ilgi, pati detaļa atdziest zem Tg un kļūst trausla, un šajā brīdī berzēšana, kas noņem plēves slāni, sāk šķemboties.Ja to darbināt pārāk īsu laiku, zibspuldze vēl nav kļuvusi trausla, tāpēc tā stiepjas, nevis pārtrūkst. Cikla logs, kas ir mazāks par 8 minūtēm, ir noregulēts tā, lai tas atrastos starp šīm divām kļūmēm.

Cikla parametri un to kontrole

Trīs skalas — temperatūra, ātrums un laiks — nosaka, vai process tīri noņem zibspuldzi vai bojā detaļas. Regulējiet tās kopā, nevis atsevišķi.

Optimālie iestatījumi ir atkarīgi no savienojuma Tg, detaļas biezuma un zibspuldzes ģeometrijas. Precīza regulēšana ir jāveic katram produktam atsevišķi, nevis jāveic vienreizēja iestatīšana.

Tā kā precīzā trausluma temperatūra atšķiras atkarībā no savienojuma, ideālais parametru kopums dabiskajam kaučukam, NBR, FKM un silikonam atšķiras.Gumijas trausluma uzvedība pati par sevi ir standartizēts mērījums — ASTM D2137 un ISO 812 apraksta metodes gumijas maisījuma trausluma punkta noteikšanai —, kas ir noderīgs atsauces punkts, nosakot jauna produkta temperatūras logu.

Materiāli, kas piemēroti kriogēnai atkausēšanai

Šis process darbojas visur, kur zibspuldzi var padarīt trauslāku nekā pašu detaļu.Tā ir izvēlētā metode precīzām gumijas un plastmasas detaļām, un tā apstrādā arī dažādas metāla liešanas detaļas.

Tipiski pielietojumi ietver sarežģītas gumijas detaļas, miniatūras kosmosa komponentus, automobiļu gumijas detaļas, precīzijas sintētisko gumiju, precīzijas plastmasas detaļas, mikroelektroniskās detaļas, sarežģītas elektroniskās detaļas un cinka, magnija vai alumīnija spiedliešanas detaļas, kā arī precīzijas blīvējumus. Šīm detaļām galvenais ir bezkontakta princips: tas noņem vafeles, kurām nevar piekļūt ar asmeni, un atstāj virsmu neskartu.

Vienkāršākiem, liela apjoma O veida gredzenu darbiem vai silikonam, kur trauslumu ir grūtāk panākt, labāk varētu derēt citi principi.gumijas tīrīšanas iekārtu klāstsietver mehāniskas un gaisa spēka alternatīvas, kas pilnībā neizmanto šķidro slāpekli.

Bieži sastopamās problēmas un to novēršana

Kriogēnā atkausēšana ir regulēšanas process. Lielāko daļu problēmu var atrisināt, regulējot temperatūru, ātrumu vai laiku, nevis nomainot detaļas.

Secinājums: Atkausēšana ar temperatūru, nevis instrumentu

Kriogēnās birstēšanas iekārtas darbības princips ir elegants savā vienkāršībā: sasaldēt birstošo materiālu, līdz tas kļūst trausls, pēc tam ļaut tam ar grieziena triecienu atdalīties no joprojām elastīgās daļas. Nav ne asmens, ne abrazīva materiāla, ne rokas. Fizika dara to, ko griezējinstruments nevar — piekļūt smalkām detaļām un iekšējām malām un vienmērīgi noņemt birstošo materiālu, nepieskaroties virsmai.

Šis process ir selektīvs, jo tas balstās uz termisko masu: plāna detaļa kļūst trausla pirms biezākās detaļas, un īsais cikla logs nodrošina detaļas drošību. Temperatūra, veltņa ātrums un cikla laiks ir trīs sviras, kas notur procesu šajā logā.

Precīzu gumijas, plastmasas un lietu detaļu gadījumā tā ir atšķirība starp apdari, kas apgriež produktu, un apdari, kas apgriež zibspuldzi. Kad esat sapratis principu, iekārta pārstāj izskatīties pēc aukstas kastes un sāk izskatīties pēc kontrolēta, atkārtojama fiziska procesa — tāda, ko varat noregulēt, izmērīt un kam varat uzticēties.