Curățarea cu flux turbulent la 1,0 MPa: Ce atinge aceasta, pe care un jet nu o poate face

Prezentare generală

Două etape apar în aproape fiecare specificație de curățare pentru piese turnate și carcase: curățarea cu flux turbulent și curățarea direcționată. Acestea sunt adesea scrise ca o secvență fără explicații, iar valorile de presiune asociate lor — de obicei 1,0 MPa și respectiv 1,5 MPa — sunt frecvent tratate ca două puncte pe o singură scară de intensitate. Nu este așa. Ele descriu două mecanisme diferite de transmitere a energiei către o suprafață.

Înțelegerea acestei diferențe modifică modul în care este concepută o mașină, deoarece cele două etape au cerințe opuse: una necesită debit și acoperire, cealaltă necesită poziționare și concentrare. O linie care le tratează ca fiind interschimbabile ajunge cu un colector care nu îndeplinește bine niciuna dintre cele două funcții.

Big Bird Industrial (fostă Shimada Big Bird Industrial) construiește sisteme de curățare și deburare pentru componente ale transmisiilor auto începând din 2001, iar separarea în etape descrisă aici este cea utilizată pe liniile de producție pentru blocuri, chiulase și carcase.

1. Ce înseamnă de fapt curgerea turbulentă

Curățarea prin curgere turbulentă umple o cameră cu lichid, scufundă piesa de prelucrat și deplasează acel lichid suficient de rapid încât curgerea să se desprindă de suprafață și să formeze vârtejuri. Acești vârtejuri sunt cei care elimină contaminanții: ei curăță stratul limită, nu aplicând o lovitură concentrată într-un singur punct.

De ce scufundarea schimbă regulile

La o piesă scufundată, fiecare suprafață udată este supusă curgerii în același timp. Nu există o linie de vizibilitate, nici o umbră în spatele unei nervuri și nici o orientare care să ascundă o față. Această proprietate explică de ce curgerea turbulentă prelucrează atât de bine turnăturile cu contururi complexe: geometria nu trebuie enumerată pentru ca curgerea să ajungă la ea.

Rolul mișcării piesei

Multe celule turbulente deplasează piesa de prelucrat, nu lichidul, rotind-o sau înclinând-o astfel încât viteza relativă să se modifice pe întreaga suprafață. Deplasarea piesei este adesea mai ieftină decât deplasarea apei și favorizează, de asemenea, scurgerea între etape. O celulă care menține piesa imobilă și se bazează exclusiv pe jeturi dintr-un bazin produce un efect mult mai slab pe suprafețele orientate în sens opus acestor jeturi.

2. Unde depășește un jet dirijat

Avantajul curgerii turbulente nu constă în intensitate, ci în acoperire. Un jet curăță zona spre care este îndreptat și numai acea zonă; curgerea turbulentă curăță tot ceea ce udă.

Contururi complexe și subminări

Riglele turnate, proeminențele, degajările și subminările umbresc un jet dirijat. Enumerarea lor ca ținte este posibilă, dar conduce la un ansamblu cu zeci de poziții și un ciclu lung. Imersia elimină în totalitate problema enumerării, motiv pentru care eliminarea în masă se face aproape întotdeauna într-o etapă turbulentă.

Eliminarea materialului liber înainte ca acesta să fie redepus

Un jet care lovește o suprafață încărcată cu așchii poate împinge acestea în cavitați, nu de pe piesă. Curgerea turbulentă le transportă în rezervor, unde pot fi eliminate prin filtrare. Efectuarea mai întâi a etapei de curățare generală nu este deci doar o chestiune de eficiență; previne faptul ca etapa ulterioară, dirijată, să împingă contaminanții în zone greu de curățat.

3. Unde curgerea turbulentă eșuează

Curgerea turbulentă asigură o energie moderată și uniformă. Aceasta este un avantaj pe suprafețe care nu trebuie deteriorate și o limitare în cazul contaminărilor care necesită un atac concentrat.

Filme aderente

Refrigerantul uscat, lubrifiantul de așchiere și grăsimea protectoare se aderă la suprafață și nu reacționează la curgerea masivă în același mod ca și așchiile libere. Ele necesită o energie locală peste o anumită prag, ceea ce oferă etapa țintită. Creșterea intensității turbulenței pentru a le elimina implică, în general, creșterea presiunii întregului bazin, ceea ce consumă energie și poate deteriora piesele moi.

Volume închise

O manta de răcire cu apă sau un galerie de ulei reprezintă un volum închis cu o deschidere mică. Imersia udă suprafața, dar nu stabilește o curgere prin interior, astfel încât schimbul de lichid în interior este lent, iar colțurile rămân contaminate. Această problemă se rezolvă prin etanșarea cu dop, nu prin creșterea turbulenței.

4. Combinarea celor două etape

Pe o linie de producție, cele două etape sunt de obicei separate printr-o spălare, astfel încât contaminarea masivă eliminată în etapa turbulentă să nu fie re-suspendată pe o piesă care a fost deja supusă curățării direcționate. Secvența tipică pentru un bloc sau o carcasă este: spălare turbulentă, spălare direcționată, spălare, suflare și uscare în vid.

Alocarea etapelor se bazează pe timpul de ciclu. Dacă tactul permite, o celulă de imersie și o stație direcționată servesc întreaga piesă. În caz contrar, piesa este transferată între stații pe o bandă rulantă, în timp ce cele două operații se desfășoară în paralel pe piese diferite, ceea ce crește productivitatea fără a scurta durata niciuneia dintre etape.

5. Curățarea turbulentă versus curățarea ultrasonică

Curățarea ultrasonică este adesea menționată în aceeași discuție ca și curățarea turbulentă, deoarece ambele sunt procese de imersie și ambele sunt descrise ca având capacitatea de a ajunge la suprafețe pe care un jet nu le poate atinge. Ele funcționează pe principii fizice complet diferite și sunt potrivite pentru piese diferite.

Cavitația versus curgerea masivă

Un baie ultrasonică antrenează transductori care creează și colapsează bule microscopice în lichid. Prin colaps se produce energie locală la o scară foarte mică, care elimină particulele de pe suprafețe, inclusiv din rădăcinile filetelor și din pereții orificiilor fine. Curgerea turbulentă nu are un astfel de mecanism: energia sa este la scara vârtejului de curgere, nu a bulei, deci deplasează contaminanții masivi, dar nu curăță rădăcina filetului.

Unde se încadrează fiecare proces

Ultrasonicul este eficient pentru piese mici, de înaltă valoare, cu detalii fine: dinți de roți dințate, arbori mici, componente ale căror suprafețe critice sunt situate în interiorul filetelor sau al orificiilor înguste. O coșuleță cu arbori și componente pentru roți dințate supusă unui ciclu ultrasonic de 60 de secunde reprezintă o configurație tipică. Curgerea turbulentă este eficientă atunci când piesa este mare, contaminarea constă în așchii masive și problema este suprafața totală, nu dimensiunea detaliilor — situație valabilă pentru blocuri, carcase și piese turnate.

Încercarea de a curăța o turnare mare prin ultrason eșuează, de obicei, din cauza densității de putere: energia pe unitatea de volum a lichidului scade pe măsură ce rezervorul crește, iar elementele care necesită cavitatie sunt situate la distanță mare față de transductori. Încercarea de a curăța un component cu orificiu fin folosind curgere turbulentă eșuează pentru că fluidul nu pătrunde în orificiu cu viteză suficientă. Niciunul dintre aceste procese nu reprezintă o îmbunătățire generală a celuilalt, iar o linie care necesită ambele le utilizează la stații diferite.

Implicații privind durata ciclului

Curățarea prin ultrason este adesea un proces discontinuu, cu piese încărcate într-un coș, ceea ce înseamnă că ciclul este exprimat pe coș, nu pe piesă. Curba turbulentă este, de obicei, în flux continuu, cu o piesă pe ciclu. Compararea directă a unei valori pe coș (pentru ultrason) cu una pe piesă (pentru curgere turbulentă) conduce la concluzii înșelătoare privind productivitatea, motiv pentru care, la compararea duratelor ciclului între metodele de curățare, unitatea de măsură trebuie specificată explicit.

6. Specificarea separată a ambelor etape

O specificație care indică faptul că doar o singură presiune de curățare lasă furnizorul liber să o îndeplinească prin oricare mecanism. Rezultatul este o mașină care poate atinge valoarea presiunii, dar nu și cerința de curățenie, sau poate îndeplini cerința pentru o caracteristică și eșua pentru alta.

Forma utilă denumește ambele etape, presiunea minimă pentru fiecare, caracteristicile pe care etapa țintă trebuie să le acopere și limita de curățenie aplicabilă pe fiecare regiune. Această structură face, de asemenea, comparabile două oferte, deoarece obligă fiecare furnizor să explice modul în care etapa țintă acoperă caracteristicile, nu doar câtă presiune livrează pompa. Aceasta mută discuția către caracteristicile care eșuează efectiv la eșantionare, adică acolo unde devine vizibil costul unei configurații greșite.

Întrebări frecvente

Poate curgerea turbulentă să îndeplinească singură o limită de 2 mg?

Uneori pe piese simple, unde contaminarea este slabă, dar rar pe turnări prelucrate cu filme aderente și canale închise. Limitele scăzute, exprimate în miligrame cu o singură cifră, necesită de obicei o etapă țintită și, pentru volume închise, etanșarea cu dopuri.

De ce este valoarea presiunii mai mică în cazul curgerii turbulente?

Pentru că mecanismul este diferit, nu mai slab. Curgerea turbulentă se bazează pe volumul de lichid care se deplasează peste suprafață, astfel încât presiunea este o variabilă secundară. Creșterea presiunii într-o celulă imersată crește în principal costul pompei și încărcarea pieselor.

Îmbunătățește rotația piesei curățarea turbulentă?

Da, deoarece modifică suprafețele orientate spre flux și favorizează scurgerea. Rotația este de obicei mai ieftină decât adăugarea de duze și reprezintă motivul pentru care multe celule rotesc piesa prin pozițiile de spălare și suflare.

Trebuie clătirea să fie imersivă sau prin pulverizare?

Ambele variante pot funcționa, dar circuitul de clătire trebuie filtrat separat. O clătire imersivă care împarte aceeași rezervă cu etapa de spălare readuce contaminanții pe piesă, ceea ce anulează în întregime scopul clătirii.

Concluzie

Curgerea turbulentă și curățarea direcționată nu sunt două reglaje ale aceleiași mașini. Una asigură acoperire fără vizibilitate directă, cealaltă furnizează energie concentrată într-o locație specifică, iar fiecare are un mod de defect pe care celălalt nu îl acoperă. O linie care utilizează ambele metode, în ordinea corectă, atinge niveluri de curățenie pe care niciuna dintre cele două etape nu le-ar putea atinge individual.

Specificația ar trebui, așadar, să menționeze ambele etape și caracteristicile pentru care este responsabilă fiecare. Un singur număr de presiune nu descrie niciuna dintre ele.