W przypadkach detali o skomplikowanych geometriach i trudno dostępnych konturach (oraz detalach związanych z bezpieczeństwem) dobrą metodą szybkiego i ekonomicznego usuwania zadziorów jest termiczna metoda gratowania (TEM). Niezależnie od tego, gdzie znajdują się zadziory (na lub w obrabianym detalu) metoda TEM usuwa w jednym etapie obróbki wszystkie istniejące resztki naniesione na element. W tej metodzie nośnikiem energii (czynnikiem roboczym) jest mieszanina gazów, która równomiernie otacza przedmiot umieszczony w szczelnie zamkniętej komorze urządzenia do gratowania. Gaz wnika we wszystkie zagłębienia, nawet do ślepych lub krzyżujących się otworów, otaczając równomiernie każdy zadzior. Zapłon powoduje, że temperatura w komorze w ciągu około 20 milisekund wzrasta do około 3500°C (6332°F).

Stosunkowo niewielka ilość energii cieplnej, która jest generowana, nie ma praktycznie żadnego wpływu na właściwości metalurgiczne przedmiotów poddanych procesowi. Natomiast elementy o dużej powierzchni i małej objętości (czyli wszelkiego rodzaju zadziory) nie są w stanie rozproszyć ciepła wystarczająco szybko i zostają wypalone. Do materiałów, które mogą być poddane procesowi TEM zalicza się: stal i stal nierdzewną, wysokociśnieniowe odlewy z cynku, aluminium czy brąz. Technologia ta znajduje zastosowanie niemal we wszystkich branżach przemysłu – w hydraulice, pneumatyce, sektorze automotive, medycynie, budowie maszyn czy przemyśle obronnym.

Szybko, dokładnie...

Jednymi z podstawowych zalet metody gratowania termicznego są szybkość i ekonomia. Czas cyklu obróbki serii detali może wynosić nawet zaledwie 25 sekund przy jednoczesnym gratowaniu na zewnątrz i wewnątrz kilku (czy kilkunastu - w zależności od wielkości detali i komory maszyny) przedmiotów różniących się od siebie nawet w bardzo dużym stopniu geometrią. Sam proces obsługi maszyn gratujących metodą termiczną jest niezwykle prosty. Przykładowo w urządzeniu TEM-P350 firmy Rexroth cylindryczna komora do gratowania zamocowana jest w stabilnym korpusie maszyny. Z maszyną zintegrowany jest stolik obrotowy, na którym znajduje się pięć talerzy zamykających. Hydrauliczny system zamykający podnosi ze stolika obrotowego odpowiedni talerz zamykający z detalami i dociska go gazoszczelnie do komory gratującej. Gaz palny (metan, wodór) i tlen, dozowane w odpowiednich ilościach, tłoczone są poprzez blok mieszający do komory i zapalane przez układ zapłonowy. Intensywność i jakość gratowania jest zagwarantowana poprzez odpowiednią objętość gazów, a także skład mieszanki. Za-ładunek i wyładunek detali odbywa się poza kabiną dźwiękoszczelną, w czasie cyklu pracy maszyny, a czas przestawienia parametrów procesu i mechanizmów mocujących jest bardzo krótki.

…i bezpiecznie

Wybuchowy charakter procesu gratowania termicznego wymaga zastosowania w urzą-dzeniach TEM odpowiedniej koncepcji bezpieczeństwa. Elementy systemu, kluczowe dla bezpieczeństwa (np. czujka gazu) monitorują urządzenie niezależnie od sterownika maszyny i wyłączą system, gdy będzie to konieczne. Czujniki sprawdzają, czy ciśnienie napełniania komory i ciśnienie zamykające są w zakresie normy. Jeśli np. minimalne ciśnienie zamykające nie zostanie osiągnięte, to sterownik nie zainicjuje procesu gratowania. Zapłon rejestrowany jest przez czujnik i przetwarzany w sterowniku. Jeśli zapłon nie nastąpi, sterownik wyłącza system i inicjuje odpowietrzanie komory gratowania. Zabezpieczenie przed przepływem zwrotnym w instalacji gazowej chroni system przed niekontrolowanym zapłonem. Stan urządzeń i całego systemu jest stale monitorowany pod kątem awarii.

Współczesne urządzenia do gratowania termicznego są wyposażone w nowoczesne systemy sterowania, np. wydajny komputer przemysłowy ze zintegrowanym oprogramowaniem sterownika PLC, którego zadaniem jest sterowanie systemem. Do jego głównych zadań należy odpowiednia regulacja ciśnienia gazów roboczych (dostosowanie osiągniętej wartości rzeczywistej do zaprogramowanej wartości żądanej), co zapewnia poprawność procesu oraz pozwala na skrócenia czasów cyklu. System sterowania ma zagwarantować, aby w każdym cyklu obróbki komora napełniana była taką samą ilością mieszaniny gazów, zapewniając w rezultacie gratowanie na równomiernie wysokim poziomie. System sterowania musi oczywiście dostarczyć także szereg informacji umożliwiających przegląd i analizę danych przeprowadzanego procesu. Dane te można zbierać, analizować i przechowywać w kontrolerze, a dzięki odpowiednim interfejsom wykorzystać także w programach służących analizie produkcji. Graficzna wizualizacja procesu umożliwia użytkownikowi śledzenie aktualnego postępu procesu na kolorowym panelu operatorskim.

A na koniec czas na mycie

Istotnym procesem gratowania termicznego jest mycie obrobionych detali w ten sposób – spalony grat pozostaje na powierzchniach zewnętrznych i wewnętrznych elementu poddanego procesowi w formie tlenku żelaza. Tlenki te można usunąć kilkoma sposobami – od wytrawiania w kwasach po mycie z wsparciem ultradźwiękowym w środkach o neutralnym pH. Dla części stalowych lub żeliwnych należy niezwłocznie (od 1 do maks. 3 dni) zastosować odpowiednią technikę mycia. Jeśli detale po procesie gratowania termicznego będą poddawane procesom galwanicznym (cynkowanie) mycie końcowe detali nie jest konieczne – tlenki zostaną usunięte w ką-pieli wstępnej przed galwanizacją. Nowoczesne maszyny do gratowania termicznego, oferowane przez takie firmy, jak Rexroth, Kennametal, ATL czy Rösler, są wysoko wydajnymi urządzeniami z nowoczesnym systemem podawania gazu i łatwym w obsłudze sterowaniem. Mogą pracować opcjonalnie jako samodzielne obrabiarki lub być zintegrowane z automatycznymi liniami produkcyjnymi.

___

 Wybór technologii obróbki detali z metalu zależy od wielu czynników. Podstawowym jest odpowiedź na pytanie: co chcemy osiągnąć, wybierając dany proces. Do najbardziej popularnych metod gratowania, szczególnie w przypadku detali o regularnych kształtach, należy gratowanie w specjalnych bębnach (tzw. tumbling) i maszynach rotowibracyjnych, pozwalających na gratowanie zarówno metodą detal o detal (pod warunkiem, że nie powoduje to ich uszkodzeń), jak i przy zastosowaniu różnorodnych kształtek szlifierskich. W przypadku detali o złożonym profilu, gratowanie obróbką wibrościerną jest efektywne, jeśli kształtki są w stanie dotrzeć do miejsc, z których chcemy usunąć grat. W tej metodzie istotny jest dobór właściwego modelu kształtki (wymiaru, kształtu, klasy ścieralności) oraz materiału, z którego wykonano detal. Gratowanie może być metodą dość inwazyjną, jeśli zastosowane do tego procesu zostaną strumień czy powietrze uzbrojone w ziarna ścierne (obróbka strumieniowo-ścierna). Jej efektywność zależy od prędkości wyrzucanych ziaren ściernych, ich wielko-ści, twardości, a także intensywności procesu. Dla detalu, który nie może mieć widocznych uszkodzeń na swojej powierzchni, często jedynym rozwiązaniem jest gratowanie ręczne. Niestety, jest to proces czasochłonny.

Gratowanie termiczne jest dobrym rozwiązaniem dla detali o skomplikowanym kształcie, do których nie można dotrzeć przy użyciu innych technologii. Jego zaletą jest bardzo szybki czas obróbki przy jednoczesnym zachowaniu właściwości i struktury detalu. Wadą - powstawanie nalotów na powierzchni i stosunkowo wysoki koszt. Wybór technologii obróbki detali z metalu zależy od wielu czynników – w tym także kosztu rozwiązania. Z tego względu, jak również mając na uwadze to, że procesy te nie są procesami głównymi, zlecenie usługi gratowania wyspecjalizowanej w tym zakresie firmie może być bardziej opłacalne niż inwestycja we własną technologię