Obróbka strumieniowo-ścierna bez tajemnic

Stal jest jednym z najszerzej wykorzystywanych stopów metali, używanym do budowy konstrukcji, wytwarzania maszyn, urządzeń i pojazdów, a także stosowanym do produkcji wielu elementów i części niezbędnych zarówno w różnych gałęziach przemysłu, jak i przy wytwarzaniu przedmiotów codziennego użytku. Zanim będzie mogła być zastosowana, na ogół musi jednak zostać poddana odpowiedniej obróbce, w tym często również strumieniowo-ściernej.

Metody obróbki stali

Przygotowanie elementów metalowych do wykorzystania jako części składowych różnych konstrukcji, wykonanie z nich rozmaitych podzespołów albo przedmiotów użytkowych łączy się na ogół z koniecznością zastosowania jednej z metod obróbki umożliwiającej nadanie im określonego kształtu, wymiarów oraz całego zestawu pożądanych parametrów wytrzymałościowych, a często także związanych z wyglądem. W zależności od oczekiwań stosuje się obróbkę termiczną, używaną do nadawania odpowiedniej formy oraz struktury wewnętrznej, obróbkę cieplno-chemiczną pozwalającą na podniesienie wytrzymałości powierzchni, obróbkę plastyczną zmieniającą geometrię, ale także pozwalającą na uzyskanie właściwych wymiarów czy obróbkę ubytkową, która przez pozbycie się tzw. naddatku kształtuje metal za sprawą skrawania lub obróbki ściernej – wyjaśnia przedstawiciel firmy  Hurtostal 2, specjalizującej się w dystrybucji wyrobów stalowych oraz obróbce stali.

Metody obróbki ubytkowej są używane szczególnie często, ze względu na to, że dają możliwość uzyskania szerokiego zakresu parametrów związanych z wymiarami wytwarzanego elementu oraz stopniem jego wykończenia. Korzystając ze skrawania, można nadawać materiałowi wybraną geometrię, posługując się toczeniem, frezowaniem, wierceniem dłutowaniem, przeciąganiem czy struganiem, a jednocześnie uzyskać powierzchnię o określonej chropowatości, a więc rozkładzie różnic między występującymi na niej nierównościami, a także odpowiadającą potrzebom tolerancję wymiarową. Używając obróbki ściernej, można z kolei pozbyć się wielu niedoskonałości np. niewielkich rys, wygładzić powierzchnię zmniejszając chropowatość i ograniczając dodatkowo tolerancję wymiarową, a ponadto uzyskać różne efekty wizualne związane ze sposobem wykończenia m.in. za sprawą polerowania lub szczotkowania.

O ile przy obróbce skrawaniem narzędziem pozwalającym na kształtowanie metalu są krawędzie tnące, o tyle obróbka ścierna to wykorzystanie ścierniwa w postaci drobin substancji o większej twardości niż ta, jaką charakteryzuje się stop metalu, który będzie jej poddany. W zależności od potrzeb może być wykorzystywany np. korund, różne węgliki lub diament syntetyczny. Ziarna ścierne są dobierane nie tylko ze względu na swoją twardość, ale także rozmiar oraz typ krawędzi, jakie się na nich tworzą. Do uzyskania odpowiedniego efektu ścierniwo i powierzchnia obrabiana muszą się względem siebie przemieszczać, liczy się także siła, z którą na siebie oddziałują. Ziarna ścierne mogą być spojone ze sobą, tworząc ściernicę np. krążek szlifierski, a także występować w postaci nasypu np. drobin diamentu wlutowanych w tarczę szlifierską, jak również być używane jako luźne ścierniwo. To ostatnie jest wykorzystywane na różne sposoby – podczas obróbki dociskowej, w której ścierniwo jest wprawiane w ruch za sprawą docieraka, czyli elastycznego i miękkiego narzędzia stabilizującego ziarna, jak również w ramach niezwykle wydajnej obróbki strumieniowo-ściernej.

Czym charakteryzuje się obróbka strumieniowo-ścierna?

Obróbka strumieniowo-ścierna wiąże się z wprawianiem ścierniwa w ruch, dzięki nadawaniu mu odpowiedniej energii kinetycznej za pomocą cieczy lub gazu, którego cząsteczki poruszają się ze znaczną prędkością. Ziarna ścierniwa zderzając się z obrabianą powierzchnią, mają więc wystarczający pęd, żeby móc oddziaływać na materiał, prowadząc do odspojenia jego fragmentów lub wywołania jego częściowego zgniotu. Sposób oddziaływania zależy w dużej mierze od rodzaju ścierniwa oraz prędkości, do jakiej jest rozpędzane. Przy wysokich energiach i ziarnach o ostrych krawędziach oraz niewielkich rozmiarach metody strumieniowo-ścierne pozwalają na bardzo efektywne cięcie. Jeśli pęd jest mniejszy, a ziarna mają okrągłe kształty i odpowiednią wielkość, wierzchnia warstwa nie będzie usuwana, a ulegnie zgniotowi, co spowoduje jej utwardzenie, a jednocześnie nada charakterystyczny wygląd.

Obróbka strumieniowo-ścierna jest powszechnie wykorzystywana do uzyskiwania powierzchni wolnych od różnych nieregularności. Używa się jej m.in. przy pozbywaniu się pozostałości po odlewaniu metali, zadziorów i występów powstających przy cięciu, a także podczas zmniejszania chropowatości. Często metody strumieniowo-ścierne służą do przygotowania materiału do dalszych czynności obróbkowych. W ten sposób oczyszcza się metale z warstw tlenkowych, pozostałości rozmaitych powłok malarskich czy wykonanych z tworzyw sztucznych. Niektóre odmiany obróbki strumieniowo-ściernej dają możliwość pozbywania się także zanieczyszczeń chemicznych np. smarów, olejów, emulsji, kwasów lub zasad, jest to jednak związane z charakterystyką wykorzystywanego nośnika, a więc cieczy lub gazu, a nie samych ziaren. Obróbka strumieniowo-ścierna może być wstępem do łączenia termicznego – spawania, zgrzewania i lutowania, a także nanoszenia różnych powłok m.in. w procesie galwanizacji czy malowania proszkowego.

Za pomocą obróbki strumieniowo-ściernej można uzyskać powierzchnię charakteryzującą się rozmaitymi parametrami. Duże znaczenie ma klasa czystości wg ISO 8501, w której wyróżnia się cztery stopnie przygotowania: Sa 1 – brak widocznych bez powiększenia plam oleju, rdzy czy innych ciał obcych; Sa 2 – szczątkowe zanieczyszczenia silnie przylegające do powierzchni, Sa 2,5 – szczątkowe zanieczyszczenia w postaci pojedynczych plamek, Sa 3 – jednolita powierzchnia metaliczna bez śladów innych ciał obcych. Istotne może być również zapylenie i zatłuszczenie powierzchni. Szczególne znaczenie ma obniżenie chropowatości powierzchni przez ujednolicenie jej profilu. Obróbka tego rodzaju wiąże się też z częściowym wzrostem twardości powierzchni, a także zmianą naprężeń powierzchniowych.

Jakie są odmiany obróbki strumieniowo-ściernej ze względu na rodzaj używanego ścierniwa?

Podstawowe rozróżnienie metod obróbki ściernej wiąże się z rodzajem używanego medium, którym może być ciecz np. woda, do której strumienia wprowadzane jest ścierniwo albo gaz w postaci sprężonego powietrza najczęściej zasysający ścierniwo ze specjalnego zbiornika. Ponieważ stosowanie pneumatycznej obróbki ściernej łączy się ze znacznym pyleniem, do strumienia powietrza często dodawana jest woda – mówimy wówczas o obróbce hydrościernej. Metodą obróbki strumieniowo-ściernej jest także obróbka wirnikowa, w której pęd ścierniwu nadają specjalne wirniki, oddziałujące mechanicznie, które wykorzystują siłę odśrodkową, rozpędzając ziarna za pomocą swoich łopat (wirnikowa obróbka strumieniowo-ścierna).

Rodzaj obróbki jest też określany przy pomocy podania stosowanego ścierniwa. Wyróżniamy m.in. piaskowanie, w którym wykorzystuje się drobny piasek kwarcowy; śrutowanie ręczne albo maszynowe, związane z wykorzystywaniem drobin w postaci niewielkich bryłek metalowych o małej średnicy czy wreszcie kulkowanie np. szkiełkowanie za pomocą szklanych kulek, które powodują zgniot powierzchni, ale także z użyciem kulek wykonanych z różnych stopów metali żelaznych lub nieżelaznych, czy też ceramiki. Warto wspomnieć, że z uwagi na różnorodność efektów, jakie mogą być uzyskiwane za sprawa obróbki strumieniowo-ściernej stosowane są także inne rodzaje ścierniwa np. granulaty roślinne ze skorupek orzechów, suchy lód, tworzywo sztuczne, ale również węglik krzemu.

Ze względu na powstające zapylenie oraz niebezpieczeństwo kontaktu ze ścierniwem obróbka strumieniowo-ścierna jest prowadzona w specjalnie zabezpieczonych komorach, a operatorzy urządzeń muszą być wyposażeni w odpowiednie stroje ochronne. Możliwe jest także prowadzenie obróbki maszynowej – w takim przypadku w urządzeniu montowane są osłony, które uniemożliwiają wydostawanie się ścierniwa czy efektów jego działania w postaci pyłu lub zawiesiny poza obszar roboczy.