摘要

清洁技术是生产技术以及服务和回收领域的重要因素。用固体二氧化碳（干冰清洗机清洗）喷射通常基于压缩空气，这是一种灵活但耗能的加速方法。为了通过旋转轮爆破来提高机械加速度，已经分别研究了，机械和热的主要去除机制。基于所开发的方法，两种机制可以独立于目标类型来表征。所呈现的结果显示了确定机械去除机构的冲击力的大小的有希望的方法。显然，它主要取决于爆破压力，这是主要的影响因素之一。清洁应用 - 基材和残留物的粘附 - 显示出对热应力和机械冲击的不同抵抗力。因此，必须定义独立于应用的总体基准，以便比较爆破技术和结果的爆破效率。

正文

简述

在表面技术的背景下，金属加工机器的清洁和维护非常重要。清洁是去除残留润滑剂，工艺液体以及前面工艺中的剩余物质。冷却润滑剂残余物和碎片的总去除通常通过水性或有机漂洗介质完成。为了将污染物转移到该清洁介质中以及随后的润滑剂再生以及润滑过程本身，需要大量的能量，例如，用于加热或真空发生。清洁过程可以成为特定制造链的重要组成部分：例如，高达25％的生产时间和生产成本是由代表性汽车零部件制造链中的净化过程产生的。由于不同清洁任务的要求不断变化，清洁技术的设计应用的灵活性很重要。

清洁应用

在详细的实验中证实了干冰喷射（dib）用于清洁和预处理的适用性。 在通过干冰喷射进行选择性清洁的领域中，已经研究了几种应用：例如清洁机制的组合，噪音排放的减少，通过混合组合的材料去除率的增加以及节能的替代加速 概念。

基于干冰的清洁技术可以帮助避免与载流发电厂安装相关的停机时间。 对于木材加工工具的在线清洁，使用固体二氧化碳（CO2）进行爆破提供了一种面向任务的选择性清洁技术。 该过程的先决条件通过压缩空气驱动的干冰喷射进行清洁整合，可将噪音水平大幅降低至120 dB（A）。 因此，研究了关于各种噪声出现的降噪方法以开发降噪喷嘴。 作为压缩空气驱动过程的节能替代方案，借助于离心轮式喷砂装置检查干冰颗粒的机械加速。

用固体二氧化碳喷射

干冰喷射已经深入研究[9]。 固态二氧化碳（CO2）是一种单向爆破介质。 由于升华，喷射介质的其他固体残留物不会留在被除去的污染物旁边。 CO2具有化学惰性。 在固态下，干冰颗粒的硬度与石膏相当，并且环境压力下的温度为-78.5℃。 最近对硬度的研究得出莫氏硬度为1.5 的结果。 用作爆破介质的二氧化碳对全球变暖没有贡献，因为它既可以是化学工业的副产品，也可以来自天然来源。 在任何情况下，如果用作或不用作爆破介质，二氧化碳仍会进入大气层。

必须区分两种形式的固体二氧化碳爆破：二氧化碳喷雪和干冰颗粒喷砂。 除此之外，加速方法，无论是通过压缩空气还是机械通过旋转轮喷射，都会影响能量效率以及爆破脚印。

二氧化碳颗粒由二氧化碳 - 雪组成，通过基质压制。 基质孔的直径以及环境条件决定了二氧化碳颗粒的性质，即所谓的干冰。

固体CO2爆破的清洁效果基于机械和热机制的组合，其由爆破介质的升华支持。 虽然通过CO 2颗粒（A）的冲击机械地除去污染物，但污染物和待清洁表面的界面处的张力是热机理（B）的结果。 由于升华，表面被额外冷却，这增加了热机制。

1.CO2粒子

2：磨损涂层，

残留物

3：基本材料

4：冲击方向

5：热流

6：接口

为了确定特定清洁任务的主要移除机制，必须改变不同的机制。 到目前为止，已经进行了各种研究，但是对效果的测量被证明是困难的。 由于干冰颗粒以及喷砂的二氧化碳颗粒的升华，传统方法无法测量它们的性质。 但是，对于残留物的去除和清洁过程，固体CO2的硬度，冲击力和冷却效果是令人感兴趣的。 颗粒撞击工件（或任何传感器）的接触时间对于测量具有重要意义。

除了对所谓的爆破产生的间接影响外，还测量了喷砂粒子的速度并计算得到的动能。 冲击力是由压电式称重传感器测量的。 他区分了静态和动态力量成分。 dib的动态力被测量为约。 压缩空气喷射的四倍，用于特定参数设置。 相反，dib的静态分量仅比压缩空气喷射高10％。 测量的最大冲击力与颗粒的影响具有更高的相关性：干冰喷射导致150 N，75 N压缩空气爆破。

通过应用热电偶，记录了工件的冷却。由于已经冷却的压缩空气（低至约-70°C），这加速了颗粒和工件的特定热传导，因此在初始颗粒撞击之前已达到最低温度。通过高速摄像机（hsc）观察到撞击。 因为颗粒被完全粉碎，他通过颗粒的速度和大约的尺寸来计算接触时间22μs。 另外他认为可能通过影响观察融化。

形成了一个较大的二氧化碳气瓶，并使用传统但冷却的设备测量其性能。 借助于测量的弹性模量，接触时间约为。 计算弹性冲击的1.5μs至50μs。 这些值仅取决于颗粒直径在0.1 mm和3 mm之间。 关于固体二氧化碳的硬度和流动限制，不太可能产生总弹性影响。 在塑性方法中，假定接触时间小于15μs至500μs。 

由于温度低于环境压力（CO2）下气固相平衡温度，因此证明颗粒在撞击时存在升华。 由于升华的膨胀而导致的去除效果无法通过压电式称重传感器来测量。

之前的研究特别研究了干冰喷射对工件和工件材料的影响。 二氧化碳颗粒本身很少被关注。 此外，文献显示了关于去除效果及其对总材料去除的贡献的部分矛盾的结果和假设。

概述

传统干冰喷射的空气喷射正在影响冲击力和工件温度的测量。 虽然测量了dib力的影响，但是压缩空气对空气射流的贡献（以加速潜在的爆破介质）是未知的。 关于测量的最大冲击力，如果必须减去空气喷射力，则模糊不清：粒子撞击可能发生在空气喷射力的最大值或最小值。调查甚至显示了相反的结果。

由于CO2颗粒冲击的接触时间短，因此必须通过高速相机观察该过程。 这需要足够的帧速率。 106 s-1获得该过程的新见解。 到目前为止，高速摄像机显然是研究如上所述的这种短接触时间的唯一可能性。 对于任何传感器的结果，必须考虑撞击的接触时间。

为了通过分离和重新组合特定应用的去除机制来改进爆破过程，效果必须变得可测量。 这将有助于通过旋转轮喷砂改善非耐久性爆破介质（如固体CO2）的机械加速，从而提供显着更高的能效。 通过确定干冰颗粒在加速期间可以在不中断的情况下可以承受的最大载荷，冲击力或向下力，可以显着降低早期升华的损失。 因此，首先研究基于压缩空气的dib的冲击力。 第一步是减少或量化空气射流的影响。 关于物理量，必须提供足够的传感器。 此外，必须将并行高速摄像机观察与数据组合以获得附加信息。

机械去除机理研究

与工件正交的加工力受基于压缩空气的加速度的空气射流的影响任何爆破媒体。 此外，空气射流正在冷却爆破点，从而影响任何传感器以测量主要的移除机制。 因此，开发了一种分离装置，其显着降低了空气射流的影响。 上图显示了爆破力的减少 60％。观测到的。 这提供了检查传统喷射过程的颗粒的可能性。研究了单颗粒喷射装置加速的单颗粒撞击。 没有讨论关于其代表性的共同爆破过程的偏差。 下图显示了所选CO2颗粒的测量冲击力。 最大冲击信号与空气射流的背景信号的关系约为。5：1。

在分析获得的日期之前，需要参考传感器的信号。 这适用于传感器的值以及信号的频率。 虽然冲击和空气喷射仅产生正值，但传感器也显示振荡并导致负值。 与传感器自身的频率相比，空气射流的高频湍流，特别是颗粒撞击的短接触时间被认为是原因。 干冰喷射的单颗粒撞击如图4（上图）所示。 陶瓷球的标准化冲击如图4（下图）所示，用作参考。

结论

开发的分离装置能够分别分析干冰颗粒的冲击力和空气喷射力。 与之前的冲击力研究相比，5：1的比例更高。 最多约 已经观察到50N的单一冲击力的固体CO2颗粒信号。 以前的研究表明，在更具侵略性的爆破参数设置下，最高值会更高，尤其是更高的爆破压力。 通常，在相同的参数设置下，所有测试都导致干冰喷射的最大冲击力高于单个压缩空气喷射。

展望

固体CO2颗粒接触的持续时间具有高度相关性。 除了任何传感器的最高可能频率之外，还必须满足数据记录器的必要高采样率。 后者至少允许识别冲击，尽管仍然必须仔细处理冲击信号的值。 它们必须通过传感器获得的额外过程数据进行验证，与粒子撞击的接触时间相比，总采样率更高。 这是正在进行的工作的一部分。

它旨在使用高速摄像机进行同时观察。 与标准化陶瓷球冲击的接触持续时间相比，测量的二氧化碳颗粒撞击的接触持续时间将有助于使用冲击力信号的值。 因此，冲击力的量化可以帮助建立粒子的速度，冲击力及其导致的破坏的关系。

此外，将系统地分析热效应。 必须建立传热的测量方法和由此产生的冷却效果。 必须研究冲击力和冷却效应之间可能的相互关系，以便开始时提到的分离和重组方法。

分离装置的开发是与冲击力的基础研究相同的博士论文的一部分。 然而，这个想法将分开进行在爆破焦点没有空气射流的情况下实现爆破效果。

致谢

我们要感谢突驰TOOICE研究基金会通过资助合作研究中心CRC 1026（子项目B2）来支持这项工作。