Порошок для гидроабразивной резки (варианты)
WATER-JET CUTTING POWDER (OPTIONS)

Изобретение относится к средствам струйной обработки различных поверхностей, в частности к наполнителям для приготовления смесей на водной основе, используемым в устройствах гидроабразивной резки для обработки поверхностей и резки твердых, хрупких, металлических и неметаллических материалов.
Гидроабразивная резка (ГАР) является безальтернативным способом обработки в виду отсутствия температурного воздействия и невысокий расход режущего материала. Кроме того, высокая функциональность гидроабразивных станков позволяет обрабатывать не только различные материалы, но и элементы, отличающиеся габаритами, сложными формами и фигурными контурами.
В настоящее время для гидроабразивной резки широко используется гранатовый песок, например «Garnet» (http://garnet-abrasive.ru/granatovyj-pesok). Этот материала является жестким и тяжелым абразивом, его плотность приблизительно 4,1-4,3 г/см. Песок абразивный (гранатовый) имеет кристаллическое строение, которое имеет высокую твердость и прочность, обеспечивая ему высокую сопротивляемость к разрушению. Благодаря этим свойствам абразивный песок (гранатовый) в течение всего времени использования, является фактически устойчивым и обеспечивает высокое качество реза.
Самая распространенная фракция гранатового песка - 80 Mesh. При этом, весь объем гранатового песка, потребляемого на территории России, ввозится из-за рубежа, что связано со значительными материальными затратами, включающими высокую стоимость порошка и затрат на его транспортировку.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание отечественного порошка для гидроабразивной резки на основе медного и никелевого шлаков с физико-техническими показателями, обеспечивающими высокое качество реза при обработке поверхностей элементов, выполненных из разных материалов.
По первому варианту изобретения технический результат достигается тем, что в порошок для струйной гидроабразивной резки состоящий из медного шлака, содержащего оксиды кремния, алюминия, магния, кальция и железа в соотношении ингредиентов, масс. %:
оксид железа
45-23
оксид кремния
29-40
оксид кальция
5-15
оксид алюминия
3-10
оксид магния
5-1
другие
13-11
добавлен электрокорунд, содержащий оксиды алюминия и титана в соотношении ингредиентов, масс. %:
оксид алюминия
не менее 95
оксид титана
не менее 1
другие
не более 4
в соотношении компонентов, %:
медный шлак
- 30 -70
электрокорунд
- 70-30
По второму варианту изобретения технический результат достигается тем, что порошок для струйной гидроабразивной резки состоит из никелевого шлака, содержащего оксиды кремния, алюминия, магния, кальция и железа в соотношении ингредиентов, масс. %:
оксид железа
25-11
оксид кремния
38-45
оксид кальция
15-23
оксид алюминия
6-13
оксид магний
10-4
другие
6-4
добавлен электрокорунд, содержащий оксиды алюминия и титана в соотношении ингредиентов, масс. %:
оксид алюминия
не менее 95
оксид титана
не менее 1
другие
не более 4
в соотношении, компонентов %:
никелевый шлак
- 30-70
электрокорунд
- 70-30
В группу «другие» никелевого и медного шлаков, которые применяются для производства порошка для гидроабразивной резки, входят в незначительных количествах (малые доли процента) оксиды других металлов (калий, натрий, марганец, титан, медь, сера) и вода, которые не влияют на свойства и качество порошка.
Порошок для гидроабразивной резки создан из смеси медного шлака и электрокорунда (первый вариант) и из смеси никелевого шлака и электрокорунда (второй вариант).
Никелевый и медный шлаки, используемые для производства порошка для струйной гидроабразивной резки, являются отходами металлургического производства при плавлении меди и рафинировании никеля. Электрокорунд искусственно созданный абразивный материал, получаемый плавкой в электрических печах боксита с восстановителем (антрацит, нефтяной кокс) и осадителем (железные опилки). Патентуемые порошки для гидроабразивной резки, содержат шлаки и характеризуются следующими физико-механическими свойствами:
На фиг. 1 - Представлено изображение частиц порошка для гидроабразивной резки, полученного с помощью стереомикроскопа MEIJI EMZ-13TR, который позволяет рассматривать объекты без дополнительной подготовки при небольших увеличениях от 10 до 70 раз. Поверхность частиц порошка остроугольная с коэффициентом сферичности 0,7; на фиг. 2 - представлен снимок частиц порошка при кратности увеличения ×38.; на фиг. 3 - представлены образцы материалов (металл, резина, гранит, керамогранит, капролон, стекло) с обработанной поверхностью в сравнении с аналогом - гранатовым порошком.
Основным оборудованием, применяемым для производства порошка для гидроабразивной резки, является приемный бункер, конвейер для подачи сырья, сушильный барабан с газовой горелкой, конвейер сухого материала, классификатор, грохот, пылеосадительные камеры, циклон, система аспирации и бункер готовой продукции.
Сначала сырье подается в приемный бункер, далее по конвейеру попадает в сушильный барабан, проходит через систему грохочения с помощью сит, после чего классифицируется, проходит контроль качества готового материала и фасуется в упаковочную тару.
В настоящее время порошок для гидроабразивной резки сертифицирован и изготавливается ООО «Уралгрит» различными фракциями от 0,01 до 0,5 мм в соответствии с требованиями к обработке поверхностей различных материалов.
Для определения возможностей использования для качественной обработки различных материалов патентуемого порошка была проведена обработка поверхности следующих образцов:
- плита металлическая, толщина 50 мм,
- резина, лист толщиной 58 мм,
- гранит, плита толщиной 98 мм,
- керамогранит, лист толщиной 9 мм.
- капролон, лист толщиной 28 мм,
- стекло, лист толщиной 4.8 мм,
Каждый из образцов изготовлен из однородного материала, одинаковой толщины. Обработка осуществлялась с одинаковой скоростью резки с неизменными настройками оборудования.
Обработка образцов проводилась в два этапа. Первый этап - обработка поверхности образцов гранатовым песком (Индия) - образцы 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 и 1.6 (фиг. 3).
Второй этап - обработка поверхности образцов порошком для гидроабразивной резки - образцы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 и 2.6.
Обработанные поверхности подлежали сравнению по контурной точности, отсутствию заусенцев, качеству кромок и углов и максимальной области гладкого среза.
Результаты обработки представлены в таблице:
По результатам обработки поверхности образцов гранатовым песком и порошком для гидроабразивной резки установлено, что качество обработки поверхности различных образцов порошком для гидроабразивной резки совпадает с качеством обработки поверхности таких же образов гранатовым песком производства Индии.
Зафиксированные результаты подтверждают, что обработка различных материалов резанием, инструментом, в котором вместо резца используется смесь воды и порошка произведенного из смеси никелевого шлака или медного шлака и электрокорунда, является эффективным способом резки в первую очередь за счет существенной экономии материальных затрат на порошок.