Korstkorrelstraalbewerking: Hoe het Werkt, Voordelen en Toepassingen

In dit artikel bestuderen we de definitie, onderdelen of constructie, werkprincipes, voordelen, nadelen en toepassingen van korstkorrelstraalbewerking in detail.

Laten we beginnen met de definitie:

Definitie van Korstkorrelstraalbewerking:

Korstkorrelstraalbewerking is een materiaalverwijderingsproces met behulp van geconcentreerde korstkorrels ingesloten in een mondstuk die verwijderen door de werking van inslagerosie. Bij korstkorrelstraalbewerking wordt een hoge-snelheidsstraal met korstdeeltjes gericht op het werkstukoppervlak onder gecontroleerde omstandigheden.

De inslag van de deeltjes ontwikkelt een voldoende geconcentreerde kracht om bewerkingen zoals knippen uit te voeren. Het materiaal wordt verwijderd door erosie van werkmateriaal met korstkorrels met een snelheid van 150-300 m/s. De korstkorrels worden gedragen in een hoge-snelheidsgasstroom.

Nu de constructieonderdelen:

Onderdelen of Constructie van Korstkorrelstraalbewerking:

Korstkorrelstraalbewerking bestaat uit de volgende verschillende onderdelen:

• Gasvoorziening
• Filter
• Drukmeter
• Mengkamer
• Mondstuk en
• Korstkorrels

Gasvoorziening:

Een hoge-snelheidsstraal lucht als stikstof, kooldioxide etc. en ingesloten korstdeeltjes worden gericht op het werkstuk onder gecontroleerde omstandigheden. Het gas wordt onder een druk van 2 tot 8 kilopascal geleverd.

Filter:

Het filter wordt gebruikt om de brandstofvoorziening te reinigen zodat vuil of andere onzuiverheden het proces niet belemmeren.

Drukmeter:

De drukmeter wordt gebruikt om de druk van de gecomprimeerde lucht in de korstkorrelstraalbewerking te regelen. De druk bepaalt de snijdiepte en de benodigde kracht voor het snijden.

Mengkamer:

In de mengkamer wordt korstkorrelpoeder toegevoerd en met behulp van een vibrator kan de hoeveelheid korstkorrels worden geregeld. Zo worden de korstkorrels en gassen grondig gemengd in de mengkamer.

Mondstuk:

Het mondstuk wordt gebruikt om de snelheid van de fijn korstkorrelstraal te verhogen ten koste van de druk. De snelheid van de straal bedraagt ongeveer 100-300 m/s.

Het mondstuk kan dienovereenkomstig worden afgesteld zodat de gewenste hoekige snede bereikt wordt en het materiaal wordt verwijderd door inslagerosie.

Het mondstuk is meestal gemaakt van wolframcarbide omdat het onderworpen is aan een hoge mate van slijtage. De diameter van het mondstuk is ongeveer 0,2-0,8 mm.

Het materiaal van het mondstuk moet corrosiebestendig zijn. Het mondstuk is gemaakt van een cirkelvormige of rechthoekige doorsnede en de kop kan recht of hoekig zijn.

Korstkorrels:

Siliciumcarbide, aluminiumoxide, glaskorrels worden gebruikt als korstkorrels in korstkorrelstraalbewerking. De vorm van de korstkorrels kan regelmatig of onregelmatig zijn. De grootte van de korstkorrels is ongeveer 10 tot 50 micron. De massastroomsnelheid van de korstkorrels is ongeveer 2-20 gram/min.

De selectie van korstkorrels hangt af van MRR, type werkmateriaal en type benodigde bewerkingsnauwkeurheid.

Aluminiumoxide (Al2O3) grootte 12, 20, 50 micron en is goed voor reinigen, snijden en afgraten. Dolomiet grootte 200 mesh en wordt gebruikt voor etsen en polijsten.

Natriumbicarbonaat grootte 27 micron en wordt gebruikt voor reinigen, afgraten en snijden van zachte materialen.

Werkprincipe van Korstkorrelstraalbewerking:

Het werkprincipe van korstkorrelstraalbewerking omvat het gebruik van een hoge-snelheidsstroom gecomprimeerde korstdeeltjes gedragen door een hoogdrukgas door een mondstuk op het werkstuk.

Metaal wordt verwijderd door erosie door de korstdeeltjes die met een zeer hoge snelheid op het werkstuk inslaan. De drukenergie van de straal wordt omgezet in kinetische energie en daarmee wordt een hoge-snelheidsstraal geproduceerd. De hoge-snelheidskorstdeeltjes verwijderen het materiaal van het werkstuk door micro-snijwerking alsook bros breuk.

Het mondstuk is gemaakt van een cirkelvormige of rechthoekige doorsnede en de kop kan recht of hoekig zijn. Het is ontworpen zodat drukverlies door bochten, wrijving, minimaal is.

De divergentie van de straal neemt toe, wat resulteert in meer onregelmatig snijden en hoge onnauwkeurigheid.

Effect van Korrelgrootte en Stroomsnelheid van Korstkorrels op Materiaalverwijderingssnelheid:

Bij een bepaalde druk neemt MRR toe met een toename van de korstkorrelstroomsnelheid en wordt bepaald door de grootte van de korstdeeltjes.

Maar na bereiken van de optimale waarde, daalt MRR met een verdere toename van de korstkorrelstroomsnelheid.

Dit is omdat de massastroomsnelheid van het gas afneemt met een toename van de korstkorrelstroomsnelheid en dus de mengverhouding toeneemt, wat een afname in materiaalverwijderingssnelheid doet door afnemende beschikbare energie voor erosie.

Effect van Uitsnelheid Gas en Dichtheid Korstdeeltjes:

De snelheid van het draggas dat de korstdeeltjes draagt, verandert aanzienlijk met de verandering van de dichtheid van de korstdeeltjes.

De uitsnelheid van gas kan worden verhoogd tot de kritieke snelheid wanneer de interne gasdruk bijna tweemaal de druk is bij de uitgang van het mondstuk voor korstdeeltjesdichtheid nul.

Als de dichtheid van korstdeeltjes geleidelijk toeneemt, daalt de uitsnelheid voor dezelfde drukomstandigheden.

Dit is omdat de kinetische energie van het gas gebruikt wordt voor het verplaatsen van de korstdeeltjes.

Effect van Mengverhouding op Materiaalverwijderingssnelheid:

Naarmate de massastroomsnelheid van korstkorrels toeneemt, daalt de snelheid en daardoor de beschikbare energie voor erosie en uiteindelijk de materiaalverwijderingssnelheid.

Effect van Mondstukdruk op MRR:

De korstkorrelstroomsnelheid kan worden verhoogd door de stroomsnelheid van het draggas te verhogen. Naarmate de interne gasdruk toeneemt, neemt de korstkorrelmassastroomsnelheid toe en dus MRR toe.

De materiaalverwijderingssnelheid zal toenemen met de toename van gasdruk. De kinetische energie van de korstdeeltjes is verantwoordelijk voor de verwijdering van materiaal door het erosieproces.

Voordelen van Korstkorrelstraalbewerking:

De volgende voordelen van korstkorrelbewerking zijn:

• Een hoge oppervlakteafwerking kan worden verkregen.
• De diepte van schade is laag.
• Het biedt koel snijwerk voor glas en keramiek, zodat het delicate en warmtegevoelige materialen kan bewerken.
• Het proces is vrij van ratelen en trillingen omdat er geen contact is tussen het gereedschap en het werkstuk.
• Bij korstkorrelstraalbewerking is de investeringskost laag omdat het eenvoudig te bedienen is.
• Harde materialen (dunne secties) kunnen bewerkt worden zoals germanium.
• Complexe vormgaten van bros materialen kunnen bewerkt worden.
• Het korstkorrelstraalproces produceert oppervlakken met hoge slijtvastheid.

Nadelen van Korstkorrelstraalbewerking:

De volgende nadelen van korstkorrelbewerking zijn:

• Minder capaciteit van het proces door lage materiaalverwijderingssnelheid.
• Bij bewerken van zacht materiaal raken korstkorrels ingesloten wat de oppervlakteafwerking vermindert.
• De nauwkeurigheid van snijden wordt verstoord door de kegelvormigheid van het gat door de onvermijdelijke variatie van een korstkorrelstraal.
• Nauwkeurigheid is niet goed door afwijkend snijden.
• Een stofafscheidingssysteem is een basisvereiste om atmosferische verontreiniging en gezondheidsrisico's te voorkomen, dus extra kosten.
• Levensduur van mondstuk is beperkt (300 uur).
• Korstkorrelpoeder kan niet hergebruikt worden omdat de scherpe randen versleten zijn en kleinere deeltjes het mondstuk kunnen verstopen.
• Een kleine stand-off afstand kan het mondstuk beschadigen.
• De procesnauwkeurigheid is slecht door het uitwaaieffect van de korstkorrelstraal.
• Diepe gaten zullen een kegelvorm hebben.
• KJB-proces is niet milieuvriendelijk en veroorzaakt verontreiniging.
• Luchtgetransporteerde korstkorrels kunnen een gevaarlijke atmosfeer veroorzaken.

Toepassingen van Korstkorrelstraalbewerking:

De volgende toepassingen van korstkorrelbewerking zijn:

• Het wordt gebruikt voor het afstraalen en matten van glas, keramiek en refractaire materialen en is economischer vergeleken met etsen of slijpen.
• Reinigen van metalen laagjes zoals weerstandscoating.
• Ontgraten van kleine gietstukken en trimmen van scheidingslijnen van gesproten delen en gesmede stukken.
• Het wordt gebruikt voor graveren van registratienummers op gehard glas voor autorahmen.
• KJB wordt gebruikt voor het snijden van dunne kwetsbare componenten zoals germanium, silicium, kwarts, mica, etc.
• Korstkorrelstraalbewerking wordt effectief gebruikt voor micro-module fabricage.
• Afgraten, etsen, boren, snijden en polijsten van harde en bros materialen.
• Het kan gebruikt worden voor micromachining van bros materialen.
• Het wordt gebruikt in fijnboren en apertuurboren voor een elektronenmicroscoop.
• Gebruikt voor reinigen van metallen malen en kaviteiten.
• Reinigen van oppervlakken van corrosie, verf, lijm en andere verontreinigingen.
• Afgraten van chirurgische naalden en hydraulische kleppen, nylon, teflon en delrin.
• Graveren op glas met behulp van rubberen of metallen maskers.