Абразивные материалы и стандарты

Правильный выбор абразива напрямую влияет на эксплуатационные затраты процесса — это «топливо» дробемёта и одновременно рычаг экономии. Этот краткий обзор посвящён формам и материалам, применяемым сегодня в дробемётных и дробеструйных машинах; он не претендует на полноту, и каждый случай требует отдельной оценки для подбора подходящего решения.

Инженерный закон, управляющий процессом, прост: кинетическая энергия. Контроль скорости абразива и продуманный выбор его массы — вот путь к успеху.

Сначала описаны формы, затем материалы, а стандарты приведены в конце.

Если вы хотите оценить свой расход абразива, вам может быть интересно вот это.

Shots

Сферическая дробь

"S"

Форма — сферическая, обозначается буквой «S» и цифрами, указывающими размер дроби

Хорошие результаты при щадящей очистке и удалении заусенцев.

Обычно это наилучшая форма для дробеупрочнения.

Хорошие результаты при очистке и для дробеупрочнения.

Grits
Колотая дробь
"G"

Форма угловатая, обозначается буквой «G» и цифрами, указывающими размер.

Действительно высокая эффективность при дробеструйной обработке для получения определенной степени шероховатости и очистки от твердых материалов, таких как окалина, после термической обработки.

Необходимо тщательно контролировать параметры дробеструйной обработки, чтобы не повредить детали.

Какие материалы используются
для дробеструйной обработки?

Ниже перечислены наиболее
распространенные в промышленности.

Сталь.

Это самый популярный материал, представленный и в сферическом, и в колотом абразиве для дробеструйной обработки, доступный в широком диапазоне размеров.

Помимо размера, на процесс отделки сильно влияет твердость материала.

Процент содержания пыли в пакете может сильно различаться в зависимости от производителя и влияет на стоимость.

Отходы умеренно горючи и при определенных условиях могут стать взрывоопасными, поэтому с ними следует обращаться осторожно.

Чтобы сталь не испортилась, ее нужно хранить в сухом месте. Упаковка — это не дополнительный элемент, а защита для продукта, особенно если он приобретается в больших количествах по более выгодной цене.

Нержавеющая сталь.

Доступен в виде сферической / колотой дроби различных размеров.

Твердость играет решающую роль и влияет на качество обработки.

Преимуществом является ограниченное химическое взаимодействие с деталями, что может иметь решающее значение для последующих операций, таких как электрохимическая обработка.

Абразив из нержавеющей стали стоит дороже, чем из обычной стали, поэтому его выбирают с учетом влияния на стоимость технологического процесса. Хорошая и правильно настроенная система фильтрации позволяет не тратить впустую абразив, который можно использовать повторно.

Отходы могут быть очень легковоспламеняющимися, поэтому обращаться с ними нужно осторожно.

Керамика

Керамика — это разновидность сферических дробин, обозначаемых буквой B и несколькими цифрами после нее. Чем больше цифра, тем меньше дробина.

Керамика — твердый, но при этом очень хрупкий материал, поэтому эти дробины обеспечивают хорошую очистку, не повреждая детали.

Стабильность формы и размеров обеспечивает высокую стабильность процесса, что компенсирует затраты на покупку, поскольку этот материал не дешевый по сравнению с обычной сталью.

Для защиты керамических носителей в процессе работы в машине CM предусмотрен специальный комплект, который предотвращает случайное разрушение носителей при их перемещении внутри машины. При небольших затратах всегда можно установить этот комплект и переоборудовать оборудование, предназначенное для работы со стальными носителями, для работы с керамическими

Керамические отходы НЕ воспламеняются и не дают искр, в отличие от металлической пыли, поэтому они гораздо безопаснее для окружающей среды по сравнению с другими материалами.

Помимо тех немногих абразивов, о которых мы рассказали, существует ещё множество из различных материалов, с разным химическим составом, изготовленных разными способами – их слишком много, чтобы перечислять

Инженерные решения, лежащие в основе выбора: наш подход к консультированию

Выбор абразива исключительно по цене за килограмм — самая распространенная скрытая статья расходов, снижающая рентабельность производства. В CMblasterUS мы анализируем процесс с трех технических точек зрения, чтобы ваш выбор стал стратегическим активом, а не просто расходным материалом:

- Кинетическая настройка (кастомизация): мы подбираем скорость вращения турбины в соответствии с удельным весом абразива. Независимо от того, нужна ли вам сталь с высокой ударной вязкостью для глубокого удаления окалины или алюминий/керамика с низкой плотностью для обработки хрупких тонкостенных деталей, мы рассчитаем энергию удара так, чтобы сохранить структурную целостность вашей детали.

- Разница в твердости: мы оцениваем соотношение твердости абразива и вашей конкретной заготовки. Наша цель — найти «золотую середину» с точки зрения экономичности, то есть найти такое значение, при котором вы получите требуемую морфологию поверхности (Ra/Rz), не допуская чрезмерного износа внутренних компонентов станка.

- Металлургическая и химическая целостность: мы предотвращаем «невидимые» дефекты. Выбирая химически инертные абразивы, мы устраняем такие риски, как загрязнение нержавеющей стали железом или дисбаланс поверхностной энергии, которые могут привести к катастрофическому расслоению при последующих процессах нанесения покрытия или склеивания.

Не просто покупайте сырье. Оптимизируйте свой процесс.

Правильный выбор материала — это расчет совокупной стоимости владения (Total Cost of Ownership, TCO) с учетом цены покупки, времени цикла, затрат на утилизацию и обслуживание оборудования.

Вы хотите снизить стоимость единицы продукции или решить сложную задачу по обработке поверхности? Вам сложно найти нужный материал?

Давайте разберемся, что вам действительно нужно.

Абразивы для дробемётной и дробеструйной обработки — справочник по стандартам.

Технические условия установлены организациями SAE (Society of Automotive Engineers — Общество автомобильных инженеров), AMS (Aerospace Material Specifications — подразделение SAE по аэрокосмическим материалам), ISO (International Organization for Standardization — Международная организация по стандартизации), JIS (Japanese Industrial Standards — Японские промышленные стандарты), GB (Guóbiāo — Государственный стандарт Китая) и ГОСТ (Государственный стандарт, Россия/СНГ). Стандарты продаются самими организациями; ссылки и краткие описания приведены ниже.

- SAE J444 — Cast Shot and Grit Size Specifications for Peening and Cleaning.
Последняя редакция — июнь 2023 г. Стандарт определяет размер абразива: обозначение S — для дроби (shot), G — для колотой дроби (grit); последующие цифры соответствуют номинальному размеру ячейки сита, измеренному в десятитысячных долях дюйма (10⁻⁴ дюйма). SAE J444

- SAE J827 — High-Carbon Cast-Steel Shot.
Последняя редакция — октябрь 2019 г. Стандарт определяет характеристики материала: химический состав, микроструктуру, твёрдость — она находится в диапазоне 40–51 HRC для 90 % дроби. Таким образом, если SAE J444 описывает форму и размер абразива, то SAE J827 — сам материал, когда речь идёт о литой стальной дроби с высоким содержанием углерода. SAE J827

- SAE J2175 — Specifications for Low Carbon Cast Steel Shot.
Последняя редакция — июль 2021 г. Стандарт определяет характеристики материала: химический состав, микроструктуру, твёрдость — она находится в диапазоне 40–51 HRC для 90 % дроби. Таким образом, если SAE J444 описывает форму и размер абразива, то SAE J2175 — сам материал, когда речь идёт о литой стальной дроби с низким содержанием углерода. SAE J2175

- SAE J445 — Metallic Shot and Grit Mechanical Testing.
Последняя редакция — май 2022 г. Этот стандарт отличается от других: он не устанавливает требования, а описывает, как испытывать металлическую дробь и колотую дробь в лаборатории — твёрдость, плотность, дефектные частицы, износостойкость. Итак: J444 указывает размер, J827/J2175 — материал, а J445 — как всё это проверить. SAE J445

- SAE J1173 — Size Classification and Characteristics of Glass Beads for Peening.
Последняя редакция — май 2019 г. Стандарт охватывает стеклянные шарики (стеклянную дробь) для дробеструйной обработки. В отличие от стали, где размер и материал разнесены по разным стандартам, здесь один стандарт описывает и то, и другое: размер обозначается как GB (Glass Beads) + число (номинальный диаметр шарика в сотых долях миллиметра), а материал — стекло натрий-кальций-силикатного типа высокого качества, сферическое, сыпучее и без вредных примесей. Примечание из практики: стеклянные шарики почти не применяются на дробемётных (турбинных) установках. Из-за низкой плотности их трудно разогнать рабочим колесом, и они склонны к разрушению — гораздо лучше они работают при пневматической (воздушной) обработке. SAE J1173

- SAE J1830 — Size Classification and Characteristics of Ceramic Shot for Peening.
Последняя редакция — октябрь 2023 г. Как и в случае со стеклом, один стандарт охватывает для керамической дроби всё сразу: размер (обозначается Z + число, например Z425) и характеристики материала — химический состав, микроструктуру, плотность, твёрдость, форму и внешний вид. Материал — керамика на основе оксида циркония. Примечание из практики: поскольку в основе лежит диоксид циркония, отработанная керамическая дробь обладает естественной радиоактивностью (NORM) — поэтому при утилизации с ней обращаются как со специальными отходами, в отличие от стали, которая идёт обратно в металлолом. SAE J1830

- SAE AMS2431E — Peening Media, General Requirements.
Последняя редакция — апрель 2023 г. Аэрокосмический стандарт на дробь. Он устанавливает общие требования к дроби для дробеупрочнения (shot peening), а затем разветвляется на отдельные подстандарты — по одному на каждый материал. Ссылаются на AMS2431 с добавлением номера через дробь, соответствующего используемому материалу:

/1 — литая стальная дробь, обычной твёрдости (45–52 HRC)
/2 — литая стальная дробь, высокой твёрдости (55–62 HRC)
/3 — рубленая дробь из углеродистой стальной проволоки, обычной твёрдости
/4 — рубленая дробь из нержавеющей стальной проволоки
/5 — цементованные стальные упрочняющие шарики
/6 — стеклянная дробь
/7 — керамическая дробь (обозначение AZB — аэрокосмический аналог SAE J1830)
/8 — рубленая дробь из углеродистой стальной проволоки, высокой твёрдости

Примечание из практики: AMS2431 — это аэрокосмический аналог стандартов серии SAE J: те же материалы, но более строгий контроль. В общепромышленных задачах ссылаются на номера J, в аэрокосмических — на AMS2431/x. AMS2431E

- ISO 11124 — Metallic blast-cleaning abrasives — specifications.
Последняя редакция — 2018 г. Полное название: «Подготовка стальной поверхности перед нанесением лакокрасочных материалов — Технические условия на металлические абразивы для струйной очистки». Шесть частей, каждая — по одному материалу:

Часть 1 — общее введение и классификация
Часть 2 — колотая дробь из отбелённого чугуна (→ /66705)
Часть 3 — литая стальная дробь и колотая дробь с высоким содержанием углерода (→ /66706)
Часть 4 — литая стальная дробь с низким содержанием углерода (→ /66707)
Часть 5 — рубленая стальная проволока
Часть 6 — (металлические, завершающая часть серии)

Обозначение: «Abrasive ISO 11124» + код материала (например, M/HCS — высокоуглеродистая, M/LCS — низкоуглеродистая) + форма (S/G) + трёхзначный номер = номинальный размер частиц в мм × 100. ISO 11124

- ISO 11125 — Metallic blast-cleaning abrasives — test methods.
Последняя редакция — 2018 г. Дополняет ISO 11124 методами испытаний: отбор проб, размер частиц, твёрдость (по Виккерсу), насыпная плотность, дефектные частицы/микроструктура, посторонние примеси, влажность. ISO 11125

- JIS G 5903:2018 — Cast Iron and Steel Shot and Grit.
Последняя редакция — март 2018 г. Основной японский стандарт на металлическую дробь (стальную и чугунную — литую дробь и колотую дробь) для струйной очистки, дробеупрочнения, подготовки поверхности и травления. Номер зернистости = средний диаметр в мм × 100 (1 мм = № 100), та же логика, что и у SAE J444 — японские производители указывают его как прямой эквивалент. В этой редакции поглотил старый стандарт на гранулометрические испытания JIS G 5904. Аналог SAE J444 + J827, ISO 11124. JIS G 5903

- JIS G 0951:2020 — Shot Media of Circulation Type Shot Peening for Steel Structure.
Последняя редакция — 2020 г. Более узкий стандарт: дробь для систем дробеупрочнения с рециркуляцией (с возвратом дроби — дробемётных или пневматических), предназначенных для повышения усталостной прочности сварных швов и зон термического влияния в стальных конструкциях. Устанавливает три типа дроби (литая стальная, рубленая проволочная CCW, рубленая из нержавеющей проволоки SCCW), твёрдость ≥ 600 HV, насыпную плотность ≥ 7,0 г/см³, номера зернистости от № 30 до № 120. Напрямую относится к дробемётной обработке с системой возврата дроби. JIS G 0951

- GB/T 18838 — Preparation of steel substrates before application of paints — Specifications for metallic blast-cleaning abrasives.
Китайский стандарт на металлическую дробь, построенный по частям и выпущенный как идентичное заимствование ISO 11124: часть 2 — колотая дробь из отбелённого чугуна, часть 3 (2008) — литая стальная дробь и колотая дробь с высоким содержанием углерода, часть 4 (2008) — литая стальная дробь с низким содержанием углерода, часть 5 (2015) — рубленая стальная проволока. Китайские испытательные лаборатории указывают GB/T 18838.3 непосредственно как эквивалент SAE J444, AMS 2431 и ISO 11124-3. Прямой аналог ISO 11124 (и, через него, SAE J827/J2175). GB/T 18838

- ГОСТ 11964-81 — Дробь чугунная и стальная техническая. Общие технические условия.
Действует в редакции 1981 г. (с Изменением № 1, 1989 г.; переиздание 2005 г.). Основной стандарт на металлическую дробь (стальную и чугунную) в России и странах СНГ; охватывает литую, колотую и рубленую дробь. Устанавливает плотность, твёрдость и структуру — минимальная плотность 7200 кг/м³ для всех типов, кроме рубленой. Маркировка: ДСЛ — дробь стальная литая, ДСК — дробь стальная колотая, ДЧЛ — дробь чугунная литая, ДЧК — дробь чугунная колотая, ДСЛУ/ДЧЛУ — улучшенные (термически обработанные) марки. Приблизительный аналог SAE J827/J2175 и ISO 11124. ГОСТ 11964-81

Больше чем обработка поверхности: инженерия поверхностей.