Jak wybrać odpowiednią dyszę do obróbki strumieniowo-ściernej

CO NALEŻY WZIĄĆ POD UWAGĘ WYBIERAJĄC DYSZĘ DO OBRÓBKI STRUMIENIOWO-ŚCIERNEJ

Wybierając dyszę należy pamiętać o zachowaniu równowagi, w tym celu należy zacząć od posiadanej przez Ciebie sprężarki powietrza. Gdy zrozumiesz, w jaki sposób wielkość Twojej sprężarki wpływa na wydajność pracy, kolejnym krokiem będzie przyjrzenie się rozmiarowi dyszy. Gdy wybierzesz dyszę o zbyt małej średnicy otworu, od razu utracisz pewną część wydajności obróbki strumieniowo-ściernej. Gdy średnica otworu będzie zbyt duża, zabraknie ciśnienia do efektywnego nadmuchu strumienia powietrza. 

Kolejną kwestią jest kształt dyszy. Dwa podstawowe kształty dysz to  otwór prostoliniowy i Venturi, o wielu rozmiarach oraz oferujące zróżnicowane kształty strumienia. Na koniec, pod uwagę należy wziąć materiał , z którego dysza została wykonana. W szczególności materiał stanowiący wykładzinę wewnątrz otworu przelotowego. Trzema głównymi czynnikami branymi pod uwagę przy wyborze idealnego materiału otworu dyszy są trwałość, odporność na uderzenia i cena.

 

Sprężarka powietrza

Prawidłowy dobór dyszy może mieć znaczący wpływ na rentowność zarówno małych, jak i dużych zadań obróbki strumieniowo-ściernej, a wszystko zaczyna się od sprężarki powietrza.

 

Sprężarka rotacyjna

  1. Pobiera 185+ stóp sześciennych powietrza na minutę pod ciśnieniem atmosferycznym
  2. Spręża powietrze do mniejszej objętości pod wysokim ciśnieniem
  3. Dysza spręża powietrze do jeszcze mniejszej objętości (średn. wewn. 3/8" - 3/4") pod bardzo wysokim ciśnieniem
rotary-air-compressor.jpg

Im więcej powietrza można sprężyć na minutę, tym wyższe jest ciśnienie wytwarzane w dyszy. W ten sposób zwiększamy wydajność obróbki na dwa sposoby:

  • Wysokie ciśnienie zwiększa prędkość cząstek ściernych, dostarczając im więcej energii kinetycznej na uderzenia i wymuszając głębszy wzór zakotwiczenia. To pozwala na użycie drobniejszego materiału ściernego, co daje większą ilość uderzeń na jednostkę objętości.
  • Większa wydajność powietrza pozwala na użycie dyszy o większym otworze, co umożliwia nadmuch większej ilości ścierniwa na cel.

Zakładając, że dostępna wydajność sprężarki powietrza nie jest nieograniczona, należy wybrać dyszę z wystarczająco małym wylotem, żeby utrzymać efektywne ciśnienie powietrza przy każdej ilości powietrza, jaką może dostarczyć sprężarka.

 

Rozmiar dyszy

W przypadku obróbki strumieniowo-ściernej na mokro najczęściej używane rozmiary otworu dyszy zawierają się w granicach od 3/8" do 3/4" średnicy wewnętrznej, stopniowanej co 1/16". Dysza 3/8" jest wystarczająco zawężona, aby wytworzyć skuteczne ciśnienie nadmuchu strumienia powietrza za pomocą sprężarki o wydajności 185 CFM (stóp sześc. na min). Dysza 1/2" jest wystarczająca, aby wytworzyć skuteczne ciśnienie nadmuchu strumienia powietrza za pomocą sprężarki o wydajności 375 CFM (stóp sześc. na min).

Ważne jest, aby zauważyć, że gdy podwoimy średnicę otworu, to czterokrotnie zwiększymy wielkość wylotu oraz ilość powietrza i ścierniwa, jaka może przejść przez dyszę.

Aby znaleźć optymalnie wydajną dyszę, należy określić jakie ciśnienie dyszy (PSI) potrzebujemy utrzymywać dla wydajnej obróbki strumieniowo-ściernej, a także ilość powietrza, jaką może dostarczyć Twoja dostępna sprężarka, w stopach sześc. na minutę (CFM), a następnie zapoznać się z poniższą tabelą, aby znaleźć rozmiar otworu dyszy, który zapewni te parametry.

 

Wydajność objętościowa (CFM) wymagana dla danego ciśnienia, w zależności od dyszy

Należy pamiętać, że w zależności od stanu i konfiguracji Twojego sprzętu sprężarka będzie wytwarzać niższe ciśnienie w dyszy niż to pokazane w tabeli.

Średnica wylotu Ciśnienie w dyszy      

 

 

Minimum

CFM

Wymagane

Rozmiar dyszy

 

cale mm 50 60 70 80 90 100 125
Nr 6 3/8" 9,5 110 124 145 160 175 200 275
Nr 7 7/16" 11 150 170 200 215 240 255 315
Nr 8 1/2" 12,7 200 225 250 275 300 340 430
Nr 9 5/8" 16 300 350 400 450 500 550 700
Nr 10 3/4" 19 430 500 575 650 700 800 1100

 

 

Z upływem czasu materiał ścierny obniża ciśnienie strumienia powietrza

Dysze zużywają się. Ścierniwo przechodzące przez dyszę powoduje zużycie jej wykładziny, powiększając otwór. Aby utrzymać docelowe ciśnienie, zużyta dysza wymaga większej ilości medium na minutę.

Na przykład, jeśli kupiłeś dyszę nr 8 (1/2"), aby uzyskać ciśnienie 100 PSI za pomocą sprężarki 375 CFM, po zużyciu się jej średnicy równej 1/8" do następnej wielkości dyszy (nr 9 – 5/8"), byłbyś zadowolony utrzymując 65 PSI przy użyciu sprężarki o tym samym rozmiarze dyszy (w wierszu nr 9 sprężarka 375 CFM wypada w przedziale między 350 a 400 CFM, więc możesz utrzymać tylko 65 PSI), ponieważ ilość powietrza przepływającego przez powiększony otwór nie byłaby odpowiednia dla utrzymania ciśnienia.

Jeśli jednak kupiłeś dyszę nr 7 (7/16"), nadal używając sprężarki 375 i chcąc uzyskać ciśnienie 100 PSI, to po jej zużyciu do następnego rozmiaru (nr 8 – 1/2"), nadal będziesz w stanie osiągnąć 100 PSI, ale poświęciłbyś część wydajności we wcześniejszym okresie użytkowania dyszy (w porównaniu do dyszy nr 8 (1/2"), ponieważ ilość powietrza i ścierniwa, która mogłaby przejść przez otwór przy 100 PSI, byłaby mniejsza niż ta, którą mogła dostarczyć Twoja sprężarka.

Pomiędzy sprężarką a dyszą może dochodzić do znacznego spadku ciśnienia, do 1 PSI na 50' (stóp) węża (średn. wewn. 1”). Poza tym, ciśnienie będzie spadało na każdym załamaniu węża i zmianie kierunku przepływu: najlepsze jest jak najkrótsze i możliwie proste jego ułożenie. Na domiar złego, jeśli znajdą się źle dopasowane złącza lub nieszczelności w wężu, może nastąpić całkowity spadek ciśnienia.

Rozmiar otworu dyszy nie tylko wpływa na wydajność i ciśnienie, ale także na wielkość wzoru strumienia powietrza. Dla każdego przyrostu rozmiaru dyszy należy się spodziewać nawet 10% wzrostu wielkości wzoru strumienia powietrza. Ale to kształt, a nie rozmiar otworu, ma największy wpływ na wielkość wzoru strumienia powietrza.

 

Kształt dyszy

Dysze występują w dwóch podstawowych kształtach: otwór prostoliniowy i dysza Venturi, z wielu odmianami dysz.

 

Otwór prostoliniowy

straight-bore.jpg

Gdy sprężone powietrze wpływa do zbieżnego (lewego) końca prostoliniowego otworu dyszy, przyspiesza, przyspieszając również bieg cząstek ścierniwa zawieszonego w strumieniu. Cząstki opuszczają dyszę wąskim strumieniem i przy uderzeniu wytwarzają punktowy, skoncentrowany wzór strumienia powietrza.

 

Venturi długa

Ilustracja testowa Tekst alternat.

Wzór strumienia powietrza: 3" przy odległości 18"
Szybkość obróbki: 4,5/5

Dysze Venturi charakteryzują się zbieżnym wlotem i rozbieżnym wylotem. Ten kształt ma na celu uzyskanie efektu, który znacznie przyspiesza przepływ powietrza i cząstek – nie jest to jednak zjawisko Venturiego.

Zjawisko Venturiego polega na tym, że gdy przepływ powietrza przyspiesza podczas przechodzenia przez zwężenie, następuje odpowiedni spadek ciśnienia.

Nie jest to jednak podstawowa zasada działania dyszy „Venturi". Technicznie rzecz biorąc, dysze te są dyszami de Lavala o tej samej konstrukcji, jak te stosowane w wylotach silników odrzutowych. Gwałtowne przyspieszenie przepływu powietrza i cząstek w dyszy de Lavala wynika ze zjawiska, które zachodzi, gdy przepływ przekracza prędkość dźwięku.

Oprócz wytworzenia ogromnego przyspieszenia kątowo rozchylający się kształt rozbieżnego końca rozprzestrzenia przepływ, wytwarzając duży wzór strumienia powietrza i bardziej równomierny rozkład cząstek niż dysza ze standardowym otworem.

Długa dysza Venturi zapewnia do 40% większe szybkości obróbki i zużywa mniej ścierniwa w porównaniu z dyszami z otworem prostoliniowym.

 

Venturi podwójna

double-venturi.jpg

Wzór strumienia powietrza: 3" przy odległości 18"
Szybkość obróbki: 4/5

Podwójna dysza Venturi to dysza de Lavala z bardzo dużym otworem wyjściowym i otworami w rozbieżnym końcu.

Zgodnie ze zjawiskiem Venturiego, gdy wzrasta prędkości przepływu, ciśnienie spada, wytwarzając próżnię między falą uderzeniową a gardzielą i zmniejszając prędkość ścierniwa. W podwójnej dyszy Venturi powietrze atmosferyczne jest wciągane przez otwory do obszaru niskiego ciśnienia, co poszerza strumień powietrza w celu uzyskania większego wzoru.

 

Duża gardziel

wide-throat.jpg

Wzór strumienia powietrza: 3" przy odległości 18"
Szybkość obróbki: 5/5

Dysze z dużą gardzielą to dysze de Lavala o dużej gardzieli mające część zbieżną o średnicy większej o 1/4". Używana w połączeniu z wężem o dopasowanej średnicy wewnętrznej (i odpowiednim zwiększeniem ilości powietrza), dysza z dużą gardzielą może zwiększyć wydajność nawet o 15% w stosunku do długiej dyszy Venturi.

 

Wydajność XL

xl-performance.jpg

Wzór strumienia powietrza: 5" przy odległości 48"
Szybkość obróbki: 3/5

Te wyjątkowo długie dysze przyspieszają cząstki na dłuższym odcinku, osiągając wyższe prędkości wylotowe, pozwalając pracownikowi wykonującemu obróbkę strumieniową stać dalej od obrabianej powierzchni oraz zapewniając większy wzór strumienia powietrza i wyższe prędkości obróbki.

 

Materiał dyszy

Trzecim czynnikiem rozpatrywanym przy wyborze dyszy jest skład chemiczny wykładziny wewnątrz otworu. Twardsze materiały będą bardziej odporne na zużycie, ale będą droższe przy wymianie i podatne na pękanie przy niedbałym obchodzeniu się. Istnieją trzy podstawowe typy dysz z węglików.

 

Węglik wolframu

Trwałość: 1/5
Odporność na uderzenia: 5/5
Cena: niska

Jest to dysza najmniej trwała z dysz węglikowych, ale stosunkowo tania i odporna na uderzenia. Nadaje się do obróbki strumieniowej z użyciem żużla, szkła i ścierniw mineralnych.

 

Węglik krzemu

Trwałość: 1/5
Odporność na uderzenia: 5/5
Cena: niska

Odporny na uderzenia i trwały jak węglik wolframu, mimo to lżejszy. Powoduje mniejsze obciążenie operatora.

 

Węglik boru

Trwałość: 3/5
Odporność na uderzenia: 1/5
Cena: wysoka

Niezwykle twardy i trwały, ale kruchy. Nawet dziesięciokrotnie dłuższa żywotność niż węglika wolframu.

 

Węglik kompozytowy

Trwałość: 5/5
Odporność na uderzenia: 3/5 
Cena: wysoka

Niektórzy producenci wytwarzają swoje własne dysze z węglików kompozytowych, które są jeszcze twardsze niż węglik boru.

W razie konieczności wymiany dysze nie są tanie. Jedną z zalet obróbki strumieniowo-ściernej na mokro jest to, że żywotność dyszy jest do 3 razy dłuższa niż przy obróbce na sucho, ponieważ cząstki są zamknięte w smarującej otoczce wodnej, co zmniejsza tarcie między ścierniwem a wykładziną dyszy.

Inną ważną zaletą jest to, że wykonawca obróbki strumieniowo-ściernej na mokro może precyzyjnie sterować szybkością zasilania ścierniwem. Dysza do piaskowania stwarza więcej trudności podczas regulacji, przy mniejszym zakresie. Przejście w instalacji do piaskowania od dyszy nr 6 do dyszy nr 8 prawie podwoi ilość zużywanego ścierniwa.

Badania wykazały, że wydajność obróbki strumieniowo-ściernej stopniowo wzrasta wraz z szybkością zasilania ścierniwem, aż do osiągnięcia wartości krytycznej, po której wydajność pozostaje stała. Zatem po przekroczeniu tej wartości zużywanie większej ilości materiałów faktycznie zmniejsza prędkość cząstek, przyczynia się do marnowania ścierniwa i obniżenia sprawności.

Ponieważ pracownik wykonujący obróbkę strumieniowo-ścierną na mokro może łatwo regulować prędkość przepływu ścierniwa, aby znaleźć tą wartość krytyczną, może osiągnąć optymalną wydajność przy ciśnieniach niższych niż podczas obróbki strumieniowo-ściernej na sucho.

 

Końcowe wnioski

Duże ilości powietrza i większe dysze zapewniają wysoką wydajność obróbki, ale to kształt otworu dyszy determinuje przyspieszenie cząstek i wielkość wzoru strumienia powietrza.

Aby zmaksymalizować wydajność, wybierz największy otwór dyszy, w jakim sprężarka będzie utrzymywać ciśnienie produktywne przy danej charakterystyce powierzchni i danych technicznych zadania, biorąc pod uwagę to, że w miarę zużycia dyszy i powiększania się jej średnicy, nastąpi znaczne obniżenie ciśnienia. Znalezienie idealnego punktu, w którym dysza może być wydajna w całym okresie użytkowania, jest kluczem do uzyskania jak największych korzyści ze stosowania Twojej dyszy.

 

Skontaktuj się z ekspertem

Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość

Skontaktuj się z ekspertem ds. obróbki strumieniowo-ściernej

Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość
Graco