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喷抛丸加工技术和设备

文章出处:未知 编辑:抛丸机发表时间:2018-04-02 19:55:48 浏览人数:1049,1,0
1、喷抛丸加工的原理及特点:
  喷抛丸加工的原理是利用高速飞行的弹丸,对工件表面进行冲击、刮削以达到强化和除锈清理的目的,是目前机械强化和除锈等所采用的主要方法。
  喷抛丸加工的特点是:
  ①方便,使用于各种工件;②不同条件下生成的不同化学性质的氧化皮都能除去;③同时能除去毛刺;④能获得一定粗糙度的表面,增加涂装的附着力;⑤容易除去焊接和沙模铸造带来的含硅氧化皮,这些含硅氧化皮难于溶解于酸。
  喷抛丸加工按照弹丸产生速度的方式,分为喷丸加工和抛丸加工两种方法。喷丸加工是以压缩空气为动力,将弹丸加速,喷射到工件表面。其特点是:
  ①可以任意使用金属或非金属弹丸,以适应清理工件表面的不同要求。②清理的灵活性大,容易清理复杂工件的内外表面和管件的内壁。③设备结构简单,整机上马快投资低,易损件少,维修费用低。④需配大功率的空压站,能耗大。此外,工件表面有湿气,易再锈。⑤清理效率低,操作人员劳动强度大。抛丸加工是利用离心力将弹丸加速,抛射至工件表面进行加工。
  其特点是:
  ①经过精心的设计,可以精确控制磨料粒子的方向,省去了压缩空气系统,且加工效率高,能源消耗也低于压缩空气喷射法。②操作人员少,容易实现机械化,适用于大批量的生产。③灵活性差,受场地限制。在工件内表面易产生清理不到的死角。④设备结构较复杂,易损件多,维修工时多。⑤不宜清理厚度小于 1.5mm 的板件。

2、喷抛丸加工在生产中的应用:
  喷抛丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校形、喷丸强化和其它方面。
2.1、表面清理:
  应用喷抛丸技术对铸件、锻件、热处理件、钢结构件作除锈清理,早已为生产厂家所采用。例如,型材生产过程中可以利用喷抛丸加工除去氧化皮;钢结构件油漆前利用喷抛丸加工除锈;铸件利用喷抛丸加工除沙等等。
2.2、喷抛丸光整加工:
  合理选用工艺参数,喷抛丸可以代替抛光工艺,可以提高生产率,降低成本。例如,化纤设备外壳,常选用不锈钢薄板制作。对完工后的不锈钢板外壳作喷抛丸加工处理,可以消除前道工序及运输过程中所留下的痕迹,同时使表面呈“天鹅绒”般光泽。
2.3、喷抛丸成型:
  喷抛丸成型常用于大尺寸薄板状零件,其基本原理是利用喷抛丸时弹丸撞击工件表面产生不均匀塑性变形,使工件形状改变,达到成型目的。
  喷抛丸成型属无模具成形,不需要复杂而昂贵的模具,可以大大降低制造费用和生产准备时间。喷抛丸成型常用于曲率半径相当大,外形无急剧变化的板材,但不适于如直角弯边、深压延形状等工件。典型的应用实例是飞机制造中机翼整体加强蒙皮的成形。
  为适应喷抛丸成型生产的需要,国外已有四个自由度的喷丸成型设备,并配有电脑控制。
2.4、喷抛丸校形:
  喷抛丸校形原理与喷抛丸成型相同。校形时利用局部喷丸改变工件的形状,达到校正的目的。喷丸校型常用于横截面较小的细长、薄壁类工件,例如轴、导管型材及齿圈等。采用喷丸校型可以避免锤击或局部加热冷却等校形手段所产生的附加变形和氧化等缺陷。
2.5、喷抛丸强化:
  喷抛丸强化也称为受控喷丸(Controlled—Shotpeening),或强化喷丸。其内涵是:通过喷丸处理,使零件的使用性能在某一方面得到提高。受控的意思是为了达到预期的目的,众多的工艺参数需要加以控制
2.6、喷抛丸其它方面的应用:
  喷丸还被应用于降低压铸件多孔性所引起的泄漏,其机理是:在受喷面一定深度内,由于弹丸流锤击而产生的冷塑性变形,使表层材料“填密与畸变”,从而封闭了引起泄漏的微孔。这种技术目前已实际应用于铝合金压铸件。喷丸的其它应用还有镀银层结合力实验;玻璃表面的喷蚀加工;脱碳零件疲劳性能的补偿等。

3、喷抛丸加工的工艺参数:
  工件受喷抛丸之后,一方面表现在工件表面的除锈质量,另一方面表现在工件表面的强化程度。所有这些,与工件的材料和状态及喷抛丸时的多个工艺参数有关。喷抛丸的工艺参数包括:弹丸特性、弹丸流的速度和流量、喷丸时间、弹丸流对受喷表面的相对位置等。生产实际中并不单独测量上述各个工艺参数,而是测量综合性的表面覆盖率和“喷丸强度”。
3.1、钢材表面除锈等级:
  钢材表面防腐涂层的寿命,在很大程度上取决于涂装前的表面除锈质量。除锈除的干净,涂层的寿命就长。除锈不干净,涂层就会过早的破坏。但是过分的追求高的除锈清洁度,也是不适当的,这样会增加不必要的成本。
  许多工业国家制定了钢材表面除锈质量标准,根据除锈表面的清洁度,把除锈质量分为若干标准。标准还包括除锈等级的选择、除锈等级的检验方法、喷射除锈工艺规程等内容。国际上公认的标准有:①SSPC 美国钢结构涂装委员会标准。②SIS055900—1967“涂装前钢材表面除锈等级”瑞典标准。③BS4232—1967“涂装前钢材表面喷射除锈质量”英国标准。这三个标准的除锈等级对照见表 1。
表 1 喷射除锈等级标准

表 1 喷射除锈等级标准
  表中的除锈等级有相应的图片可以对照,以图片作为对照标准,较之文字的描述提供了更为清晰迅速的评判依据。我国常用的标准为 Sa3、Sa2.5、Sa2、Sa1 四个等级,其标准可查 2011 年 12 月 30 日发布的 GB/T8923-2011。

3.2、喷丸强度:
  喷丸强度是喷丸强化程度的一种量度。影响喷丸强化效果的因素是喷丸强度和覆盖率。覆盖率和喷丸强度之间又存在着内在联系,有实验证实,当喷丸达到 30%覆盖率时,疲劳强度就有明显提高。随着覆盖率增大,疲劳强度继续上升,当覆盖率上升到 80%之后,疲劳强度上升缓慢。
3.2.1、喷丸强度测定:
  目前国内外普遍采用弧高度试片方法———(Al-men 试片方法) 来测定喷丸强度(AlmenIntensity)。这种方法实施方便,费用低有较好的通用性和可比性。近年来又有以弹痕直径来量度喷丸强度的方法。
3.2.2、表面覆盖率:
  喷丸后的表面覆盖率是指受喷表面的规定部位上,弹丸占据的面积与需要喷丸强化的面积之比。在固定其它喷丸条件的情况下,覆盖率取决于喷丸时间。喷丸后的零、构件,只在达到预定的喷丸强度和表面覆盖率的条件下,才有提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力的效益。受控喷丸的零件,都要求表面覆盖率达到和超过 100%。

4、喷抛丸加工设备:
  喷抛丸加工设备一般由弹丸喷抛装置、丸料循环输送装置、丸料净化装置、室体、工件运载装置和通风除尘装置六个主要部分组成。
4.1、弹丸喷抛装置:
  弹丸喷抛装置是用来将弹丸加速到所需的清理速度。按其加速方式,可分为喷丸装置和抛丸装置。
  喷丸装置是以压缩空气为动力,将弹丸加速到 50m/s以上的速度,去清理工件的表面。喷丸机又有干喷和湿喷之分。干喷条件较差;湿喷式是将弹丸混合在液体中成悬浮状,然后喷射工件表面,工作条件有所改善。喷丸装置由喷丸器、喷枪、和喷枪升降机构(也可由人工直接操作)三部分组成。其具体结构可查看喷丸器生产厂的样本。不在详述。
  抛丸装置是以抛丸器为主体的弹丸加速装置。按其进丸方式可分机械进丸和鼓风进丸两种。
  机械进丸式抛丸器由进丸管、分丸轮、定向套和叶轮等组成。弹丸自进丸管加入后,经分丸轮抛向固定在叶轮上的叶片,再由叶片向外以 60~80m/s 速度抛向工件。定向套的作用是控制弹丸的抛出方向。
  鼓风进丸式抛丸器的工作过程是通过进入喷嘴的高速气流,将落入进丸管的弹丸从喷嘴吹向高速旋转的叶片上,再由叶片将弹丸抛出。弹丸抛出的方向是通过改变喷嘴的位置来调节。喷嘴还兼有分丸轮的作用。还有一种万向抛头装置,它的抛丸器可以围绕空间三个互相垂直的轴线转动,从而可以将弹丸抛向空间的任意方向。抛丸器的安装形式有固定式和活动式两种。
4.2、丸料循环输送装置:
  丸料循环输送装置是用来把被清理下来的铁锈、氧化皮和灰尘等从室体内(或地坑内)送向丸料净化的装置。按其所用动力分为机械循环输送和风力循环输送两种形式。
  机械循环输送装置一般由垂直提升装置和水平输送装置两个部分组成。在小型清理设备中,水平输送装置可以取消,用漏斗直接将丸料送向垂直提升装置。垂直提升装置多采用提升机;水平输送装置多采用螺旋输送机和震动输送机等。
  风力循环输送装置是利用颗粒在气流中的悬浮作用,将铁锈、氧化皮和灰尘等送向丸料净化装置。风力输送的操作方式有连续吸丸和间隙吸丸两种,对于沙粒输送,气流速度为 30.5~33m/s;对于金属丸料,气流速度为 35.6~40.6m/s。当采用鼓风机时,风力输送每吨米耗电量为0.09~0.25k W·h。
4.3、丸料净化装置:
  丸料净化装置是用来将弹丸中混杂的异物全部清除。
  一般先通过筛网将丸料中的大、中型杂物清除,再用风力分选装置把丸料中的灰尘等清理。分离分选装置有容积式分离器、普通分离器、钟罩式分离器和帘幕式分离器四种类型。容积式分离器用于丸料的风力循环输送装置中;普通分离器是直接连在斗提机的出料口上。常用的是帘幕式分离器,其工作原理是将所需处理的丸料流成一道帘幕,使气流在垂直于帘幕流动方向穿过帘幕,以对丸料进行冲洗,将其中细小的粉尘等杂物由气流带走,将丸料分成弹丸、废料和混合物三个部分。其分离效果较好,分离量也较大。
4.4、室体:
  室体是进行工件清理所需要的密闭操作空间。其作用是阻止弹丸飞出和防止灰尘外逸污染环境。室体的结构形式由清理设备类型而定,室体一般为钢结构。室体可作成整体式或拼装式,但要有足够的强度和刚度,要有良好的密闭性和隔音性。室体一般包括室壁、室顶、室门、地坑以及室体防护等部分所组成。室体的地坑部分包括集丸漏斗和构成清理室地面的格栅和轨道等。为防止丸料在集丸漏斗中堆积,组成漏斗的任意两斜面交线与水平交角应大于丸料的自然堆积角,表 2 为一般丸料的自然堆积角数值。

4.5、工件运载装置:
表 2 丸料自然堆积角

表 2 丸料自然堆积角
  工件运载装置用来运载工件出入清理室,以适应工件各表面的加工。运载装置类型选用合适与否对清理效果有一定的影响。运载装置一般有台车、辊道和悬挂型运载装置等。

4.6、通风除尘装置:
  通风除尘装置用以消除清理设备排出物对环境的污染。它包括通风和除尘两部分。
  设备通风的作用是将清理设备中的粉尘抽出,以改进清理室内的能见度。另外还用以保持清理室内有一定负压,以防止清理室内粉尘外逸。
  除尘是为除去清理室和其它装置内所抽出空气中的灰尘,防止对大气的污染。除尘一般分三级,一级用沉淀器进行粗净化,二级除尘用来进行中净化,三级除尘用来进行细净化。喷抛丸加工用的除尘设备一般为容积式分离器、旋风除尘器和反吹袋式除尘器。
  在通风除尘装置中,通常采用高压离心通风机。高压离心通风机所产生的排气噪声和机械噪声会造成恶劣的工作环境。为此,可以在通风机的排气管道上安装消音器,以减少排气噪声。为了减少机械噪声,可将通风机放在具有隔音装置的通风机房内或在通风机的机壳外面围以隔音材料。
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