Phun hạt thủy tinh trông như công việc dễ nhất trong xưởng: đổ hạt vào bình, chỉnh áp suất, chĩa vòi.
Đây cũng là công đoạn mà khoảng cách giữa một bề mặt đạt và một chi tiết hỏng là ngắn nhất. Hạt thủy tinh
không cắt như cát hay hạt thép — chúng gõ lên bề mặt. Chính vì vậy chúng giữ được dung
sai, và cũng chính vì vậy mà một sai lệch nhỏ về áp suất, chất lượng khí nén hay tình trạng hạt sẽ thể
hiện thành bề mặt xỉn, loang hoặc nhiễm bẩn chứ không phải một sự cố rõ ràng.
Dưới đây là những lưu ý thực sự quan trọng trong xưởng, đã đối chiếu với các tiêu chuẩn đã công bố
về vật liệu và về quy trình.
1. Bụi không phải như phần lớn người ta tưởng
Hạt thủy tinh được sản xuất từ thủy tinh soda-lime, và silica trong đó ở dạng vô định hình,
không phải tinh thể. Đây là dữ kiện tuân thủ quan trọng nhất của loại vật liệu này. Tiêu chuẩn kỹ thuật
quân sự Hoa Kỳ cho hạt thủy tinh dùng để phun và phun bi, MIL-PRF-9954B, yêu cầu silica tinh thể dưới
0,1% khối lượng và silica vô định hình không dưới 62%, đồng thời ghi rõ rằng silica vô định hình này
«không phải silica tự do và không gây bệnh bụi phổi silic».
Câu đó nói về hạt. Nó không nói về đám bụi. Quá trình phun vẫn tung
hạt lơ lửng vào không khí: hạt vỡ, vảy cán, sơn, lớp phủ và vật liệu nền. Nền thường mới là mối nguy lớn
hơn, vì lớp phủ cũ có thể chứa chì hoặc cromat. Hướng dẫn của OSHA về phun mài mòn (ấn phẩm 3697) xếp các
biện pháp kiểm soát kỹ thuật — thay thế vật liệu, bao kín, thông gió — là tuyến phòng thủ chính, còn bảo
hộ hô hấp là lớp đón phần mà kiểm soát kỹ thuật không xử lý hết.
Trong thực tế: mặt nạ cấp khí loại CE được NIOSH chứng nhận, mũ phun, bộ đồ phun và bảo vệ thính giác
không phải là tùy chọn trong phun hở hoặc bán kín, bất kể trong bình là hạt gì. Tiếng ồn khi phun đủ lớn
để bắt buộc phải có chương trình bảo tồn thính lực. Riêng với silica tinh thể dạng hô hấp, OSHA quy định
giới hạn phơi nhiễm cho phép là 50 µg/m³ tính theo trung bình 8 giờ (29 CFR 1910.1053 /
1926.1153) — mức gần như không thể đạt với cát silica khô, và đó là lý do cát silica đã bị loại khỏi
phun công nghiệp.
2. Áp suất có trần, và trần đó thấp hơn nhiều xưởng vẫn nghĩ
Hạt thủy tinh là vật liệu hoàn thiện và làm việc tốt nhất trong một dải áp suất khá hẹp: khoảng 3,5
đến 5 bar (khoảng 50 đến 73 psi). Nhiều xưởng bắt đầu ở 50 psi rồi chỉnh lên từng bước nhỏ.
Vượt dải đó, hạt thôi nảy và bắt đầu vỡ. Một hạt vỡ gây ba vấn đề cùng lúc: khối hạt mất dạng cầu –
thứ tạo ra bề mặt đều; mảnh vỡ sinh ra cạnh sắc có thể làm xước hoặc cắm vào chi tiết; và lượng bụi trong
buồng phun tăng lên. Mảnh hạt cắm vào bề mặt đặc biệt không mong muốn khi sau đó là công đoạn sơn phủ
hoặc anod hóa.
Điểm ngược trực giác: khi cắt quá chậm, câu trả lời thường là dùng cỡ hạt thô hơn, chứ không phải tăng
áp. Mỗi lần tăng 5–10 psi và chỉ đổi một biến, để biết chính xác cái gì đã giải quyết vấn đề. Cũng nên
đo áp tại vòi khi đang có dòng, chứ không chỉ ở bình: chiều dài ống, khớp nối và lọc khiến vòi thực nhận
được ít hơn nhiều so với đồng hồ. Giá trị chúng tôi khuyến nghị có ở
hạt thủy tinh cần áp suất phun bao nhiêu.
3. Khí ẩm phá cấp liệu trước khi phá bề mặt
Hạt thủy tinh hút ẩm bề mặt và vón lại. Khi đó cấp liệu trở nên thất thường: tia phun giật cục, hoặc
bình bị tắc hẳn, và không một chỉnh van nào cứu được. Giữ khí nén khô — điểm sương dưới khoảng -10 °C
là mục tiêu làm việc thông dụng — và để hạt trong bao kín cho đến khi đổ vào bình. Nếu một bề mặt vốn ổn
cả tuần bỗng loang hoặc bẩn, độ ẩm là một trong những nguyên nhân đầu tiên cần loại trừ.
4. Phải cho bộ phân loại chạy, nếu không là bạn đang phun bằng mảnh sắc
Mỗi cú va đập làm hạt tròn hơn một chút rồi cuối cùng làm nó vỡ. Nhiệm vụ của bộ phân loại là liên tục
tách phần vỡ nhỏ hơn cỡ ra khỏi khối hạt đang dùng. Bỏ qua việc đó, các mảnh sắc ở lại trong khối hạt,
làm xước bề mặt nhạy cảm và nhiễm bẩn thành phẩm — trong khi người vận hành, trước kết quả kém, lại đi
vặn đồng hồ áp suất thay vì kiểm tra hạt.
Ngưỡng thực dụng: khi tỷ lệ hạt vỡ và hạt có cạnh trong khối vượt khoảng 15–20%, hãy bổ sung hạt mới.
Nên bổ sung hạt cùng cỡ thay vì thay toàn bộ một lần, để phân bố cỡ hạt ổn định giữa các lô.
Một nguyên tắc nhiễm bẩn bị vi phạm nhiều hơn mức nên có: không bao giờ dùng chung buồng phun giữa hạt
thủy tinh và hạt/grit thép nếu chưa xúc rửa kỹ. Chỉ một vết thép cũng đủ đưa sắt lên thép không gỉ hoặc
nhôm, tạo ra vấn đề ăn mòn chỉ lộ ra sau vài tuần.
5. Chọn cỡ hạt theo bề mặt, không theo loại mài mòn cũ
Lỗi chỉ định phổ biến nhất khi xưởng chuyển từ grit thép hoặc cát sang hạt thủy tinh là đặt hạt thô
đúng bằng cỡ grit cũ. Hạt thủy tinh làm việc bằng cách gõ, nên logic chọn cỡ khác hẳn. Cỡ được xác định
theo dải hạt, và tiêu chuẩn gắn độ tròn với cỡ: ví dụ MIL-PRF-9954B đặt mức tròn tối thiểu 65% cho cỡ lớn
nhất (sàng US 20–30, khoảng 850–600 µm), tăng lên 90–95% cho cỡ nhỏ nhất (170–325, khoảng
90–45 µm).
Cách hiểu thực dụng rất đơn giản. Hạt thô làm sạch nhanh hơn và để lại vân rõ hơn; hạt mịn cho bề mặt
mượt và sáng nhất, là cỡ được chỉ định cho chi tiết chính xác, y tế và tiếp xúc thực phẩm. Nếu khó nhớ
các con số, bảng quy đổi mesh – micron đáng để dán ở xưởng: nó là khác biệt
giữa thành phẩm và làm lại. Những lỗi chọn cỡ phổ biến nhất nằm trong
phần giải thích về độ tròn.
6. Hạt thủy tinh là gõ bề mặt, không phải bóc tách
Giới hạn này làm mất thời gian nhiều hơn mọi giới hạn khác. Hạt thủy tinh loại bỏ gỉ bề mặt nhẹ, vết
biến màu, vảy nhiệt luyện và bẩn thông thường, nhưng không xử lý được gỉ dày, vảy cán dày hay lớp phủ cũ
— dạng cầu đơn giản là không có hình học cắt cần thiết. Khi công việc yêu cầu mức sạch như Sa 2.5 /
SSPC-SP10 trước khi sơn phủ bảo vệ, bước đó thuộc về vật liệu có cạnh (oxit nhôm, garnet hoặc grit thép),
còn hạt thủy tinh dùng sau đó để hoàn thiện. Cố ép hạt thủy tinh làm việc bóc tách bằng cách tăng áp là
lỗi kép kinh điển: lớp phủ vẫn còn mà hạt thì vỡ. Khác biệt giữa hai nhóm vật liệu được trình bày trong
hạt thủy tinh hay cát để phun.
7. Chuẩn bị và che chắn quyết định kết quả trước khi bóp cò
Hai thói quen hoàn vốn ngay lập tức.
- Tẩy dầu mỡ trước. Dầu, mỡ và vân tay bị miết ra dưới tác động của hạt và làm nhiễm
bẩn vật liệu. Loại bỏ trước có thể giảm thời gian phun tới một nửa. - Che mọi chỗ phải giữ dung sai. Ren ngoài gần như bị phá hủy bởi phun hạt; ren trong,
mặt gối ổ, mặt làm kín và lỗ chính xác đều hỏng nếu không bịt hoặc bọc. Nên có sẵn bộ nút và nắp; với bề
mặt nhạy cảm, dán một lớp băng keo êm trước rồi phủ một lớp băng chắc hơn lên trên.
Hạt cũng chui vào lỗ tịt và hốc rỗng. Nếu một lỗ phải sạch, hãy bịt nó trước khi vòi lại gần chi tiết.
8. Đừng yêu cầu độ nhám quá mịn, và đừng để thép đã phun nằm chờ
Phun hạt luôn để lại những bất thường bề mặt nhỏ, và dải đạt được hẹp hơn nhiều bản vẽ vẫn giả định.
Kết quả điển hình rơi vào khoảng Ra 0,8 đến 3,2 µm tùy cỡ hạt và cường độ quy trình, nên yêu cầu
mịn hơn khoảng 32 µin Ra là cách chắc chắn để sinh phế phẩm mà không được gì.
Nửa còn lại của lưu ý này là một chiếc đồng hồ. Thép carbon vừa phun sẽ gỉ bề mặt trong vài giờ nếu
không khí ẩm. Chi tiết phải được sơn phủ, tra dầu hoặc bao kín ngay khi xong, chứ không nằm trên pallet
qua đêm trong lúc chạy đơn tiếp theo.
9. Phải biết hạt là loại trơn hay có phủ, và ghi vào đơn hàng
«Hạt thủy tinh» không phải một sản phẩm duy nhất. Hạt có phủ — xử lý silan hoặc silicone — là một dòng
riêng, có ứng dụng riêng, và hành xử khác trong buồng phun.
Tiêu chuẩn phân định rất rõ. MIL-PRF-9954B quy định không được có silicone, kể cả vết silicone, trên
hạt (điều 3.3). Một công việc soạn theo tiêu chuẩn đó không thể chấp nhận vật liệu chứa silicone, dù vật
liệu ấy tốt đến đâu cho mục đích khác. Vì vậy tình trạng phủ là một dòng chỉ định, không
phải chi tiết nhỏ: ghi rõ «trơn» hay «có phủ» trên đơn hàng, và yêu cầu ghi đúng như vậy trên chứng nhận
phân tích.
10. Hạt đã dùng là một dòng chất thải, không phải rác
Vật liệu phun đã dùng thừa hưởng mọi thứ nó đã lấy đi. Hạt chỉ tiếp xúc thép sạch có thể xử lý như chất
thải công nghiệp thông thường; chính hạt đó nếu dùng để bóc lớp phủ chứa chì hoặc cromat thì mang theo mối
nguy ấy. Do đó việc phân loại chất thải phụ thuộc vào cả vật liệu lẫn lịch sử nền; với
nền chưa xác định, cách làm chuẩn là thử nghiệm chiết (TCLP) trước khi thải bỏ.
Hãy thống nhất đường xử lý trước khi bắt đầu công việc, chứ không phải khi bình đã đầy. Lập kế hoạch
bao kín và quản lý chất thải từ đầu rẻ hơn nhiều so với phát hiện vấn đề chất thải nguy hại ở một công
trường đã hoàn thiện.
Dải thông số làm việc trong một bảng
| Thông số | Thiết lập thực dụng | Vì sao quan trọng |
|---|---|---|
| Áp suất phun | 3,5–5 bar (50–73 psi), khởi đầu khoảng 50 psi | Trên khoảng 80 psi hạt vỡ, bụi và mảnh sắc tăng |
| Khoảng cách vòi | 150–300 mm, giữ cố định | Quá gần sẽ khoét sâu và gõ quá mạnh; quá xa thì phủ không đều |
| Góc phun | Gần 90°, giữ cố định | Góc lệch làm độ sáng và độ nhám thay đổi trên chi tiết |
| Chất lượng khí | Điểm sương dưới khoảng -10 °C | Khí ẩm làm hạt vón và cấp liệu giật cục |
| Tình trạng hạt | Phân loại liên tục; bổ sung khi vỡ quá khoảng 15–20% | Hạt vỡ làm xước và nhiễm bẩn bề mặt |
| Độ nhám đạt được | Khoảng Ra 0,8–3,2 µm; chỉ định 32 µin Ra hoặc thô hơn | Yêu cầu mịn hơn chỉ tạo phế phẩm, không tạo chất lượng |
| Sau khi phun | Sơn phủ, tra dầu hoặc bao kín ngay | Thép carbon gỉ bề mặt trong vài giờ |
Mua hạt thủy tinh phun thế nào để không phải đoán
Mọi lưu ý ở trên đều dễ kiểm soát hơn khi vật liệu đến kèm hồ sơ. Với cỡ dùng để phun, hãy yêu cầu:
phân tích sàng cho dải cỡ đã đặt; số liệu độ tròn đo được, không phải
tuyên bố suông; thành phần hóa học xác nhận thủy tinh soda-lime và mức silica tinh thể; tuyên bố rõ ràng
về lớp phủ; và số lô để có thể truy xuất khi có vấn đề.
Linghang Glass Beads (Yongqing Linghang Glass Bead Co., Ltd.) sản xuất hạt thủy tinh cho
phun, nghiền và vạch kẻ đường, với độ tròn tối thiểu đã kiểm định 80% và khối
lượng thể tích khoảng 1,5 g/cm³. Hãy gửi cho chúng tôi nền vật liệu, mục tiêu bề mặt và thiết lập
máy của bạn: chúng tôi sẽ đề xuất cỡ hạt và xác nhận chính xác chứng nhận sẽ ghi gì.
Tiêu chuẩn và nguồn tham chiếu
MIL-PRF-9954B, Glass Beads: Blasting, Cleaning and Peening (tiêu chuẩn kỹ thuật quân sự Hoa Kỳ); OSHA
ấn phẩm 3697, Protecting Workers from the Hazards of Abrasive Blasting Materials; OSHA 29 CFR 1910.1053 và
1926.1153 về silica tinh thể dạng hô hấp; tài liệu kỹ thuật công bố của các nhà sản xuất thiết bị phun và
vật liệu về thực hành vận hành.