淺析新型磨料在鑄件拋丸工藝中降本增效的應(yīng)用
2015-10-25
摘要
       鑄造作為人類最早的熱加工工藝，已經(jīng)成為了現(xiàn)代制造工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝之一，隨著科技的進(jìn)步和鑄造業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對鑄件的質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效率等方面的要求也越來越高，鑄件清理作為鑄件生產(chǎn)的重要后加工工序，關(guān)系著鑄件的最終表面質(zhì)量、生產(chǎn)效率及鑄件的成本，因此也越來越受到人們的關(guān)注。
拋丸清理是鑄件清理的關(guān)鍵工序，是指通過拋丸機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的離心力或通過壓縮空氣，將磨料拋打到鑄件上，對鑄件表面進(jìn)行連續(xù)不斷的敲擊，清除粘砂、氧化皮和其他污物，使鑄件獲得光整、清潔的表面，這一工序雖然不像熔煉、造型、澆注等工序?qū)﹁T件質(zhì)量有根本性的影響，但清理工序控制的好壞對鑄件的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率也起著至關(guān)重要的作用。
關(guān)鍵詞：鑄造；拋丸；表面清理；降本增效 
 一、 現(xiàn)在很多鑄造企業(yè)在拋丸清理這一環(huán)節(jié)存在的問題：
1、 鑄件清理不徹底、清理質(zhì)量低；
2、 磨料消耗量大，消耗成本高；
3、 拋丸機(jī)的葉輪、葉片、襯板等零配件消耗大，更換頻繁；
4、 拋丸效率低，影響整個(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏；
5、 粉塵大，造成環(huán)境污染和排放壓力大。
二、影響拋丸清理的主要因素：
1、 拋丸用磨料的質(zhì)量：如磨料的種類、配比、性能指標(biāo)等；
2、 拋丸工藝的合理性：設(shè)備狀態(tài)、拋丸時(shí)間、速度、流量等。
三、我們分析一下磨料的質(zhì)量對這些問題的影響：
1、鑄件拋丸清理常用的磨料有鋼丸、鋼砂、鋼絲切丸，各產(chǎn)品的特點(diǎn)如下：
鋼丸：是最常用的鑄件清理用磨料，但由于金屬磨料行業(yè)還不夠規(guī)范，因此市場上的鋼丸質(zhì)量水平參差不齊，而僅僅通過外觀的檢查很難判斷出鋼丸質(zhì)量的高低，低質(zhì)量的鋼丸帶來的是不僅是更高的消耗成本，而且會降低清理效率，增加設(shè)備維護(hù)、除塵、人工等多方面的成本。
鋼砂：近幾年，歐美的鑄造企業(yè)為了提高清理質(zhì)量和清理效率，降低人工成本，采用鋼丸和鋼砂的混合品進(jìn)行鑄件清理，充分利用鋼丸、鋼砂各自的優(yōu)勢，并取得了很好的效果，現(xiàn)在在國內(nèi)的一些獨(dú)資或合資鑄造企業(yè)也已經(jīng)在使用鋼砂進(jìn)行清理，效果很好，但對鋼砂的質(zhì)量要求較高，尤其是對鋼砂的硬度、顆粒形狀和金相組織要求很高。

鋼絲切丸：國內(nèi)市場上的鋼絲切丸大多是用廢舊的輪胎鋼絲或鋼絲繩切割而成，大多數(shù)應(yīng)用鋼絲切丸的鑄造企業(yè)是感覺鋼絲切丸的壽命更長，但鋼絲切丸的磨損低除了其沒有氣孔等缺陷外，還與其硬度相對較低和拋打時(shí)的作用力小有很大關(guān)系，而其最大的缺陷是由于其外形不規(guī)則造成的拋丸質(zhì)量低和對設(shè)備的磨損大，而且是非標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，大多由小規(guī)模的家庭式工廠生產(chǎn)，無論從貨源供應(yīng)還是從質(zhì)量控制上都很難給用戶長久的保障，因此大多應(yīng)用領(lǐng)域都在逐步放棄選擇使用鋼絲切丸。

                 鋼絲切丸                                              拋打后低覆蓋率、粗糙度高
2、針對常用的清理用磨料—鋼丸、鋼砂，下面從其各項(xiàng)指標(biāo)分析對其性能的影響：
⑴．磨料的材質(zhì)：材質(zhì)是影響磨料質(zhì)量最重要的因素，采用高質(zhì)量的原材料、高端的冶煉工藝，加入足夠的合金成分，可得到優(yōu)良的材質(zhì)，如磨料的材質(zhì)不夠好，則會直接降低其使用壽命和使用效果，常見的質(zhì)量問題是：碳（C）含量過高、硅（Si）、錳（Mn）合金元素含量過低，硫（S）、磷（P）有害元素含量過高等，尤其是有害元素的含量，對性能影響較大，應(yīng)盡可能的低一些。
⑵. 磨料的硬度：磨料的硬度應(yīng)盡可能高一點(diǎn)，至少要高于鑄件表面HRC5-10,高硬度的磨料能使鑄件清理更徹底，提高清理效率，但必須保證其更高的內(nèi)在質(zhì)量，以保證磨料在高硬度下也有足夠的抗破碎能力，很多磨料廠家把磨料的硬度做得很低，以造成磨料不易破碎、消耗量低的假象，但對使用來說是得不償失的，由于磨料硬度低，其拋丸動能完全被磨料顆粒本身的變形所吸收，不能很好地清理鑄件表面，還會造成因?yàn)榍謇硇实蛶淼娜斯ぁ幽艿瘸杀镜纳仙?br /> ⑶、磨料的粒度，即磨料的顆粒大小。磨料的粒度大小要適中，粒度太小，粗糙度小，但沖擊力小，易造成清理不徹底，清理效率低；粒度太大，單個(gè)顆粒的沖擊力大，但單位時(shí)間內(nèi)拋打在鑄件上的顆粒數(shù)少，降低了清理效率，并使粗糙度加大。
⑷、磨料的壽命：壽命是磨料的綜合性能體現(xiàn)，在拋丸過程中，正常鋼丸的消耗是一個(gè)逐漸磨損的過程，在反復(fù)的沖擊過程中，每經(jīng)過一次沖擊，鋼丸會產(chǎn)生一次變形，表面會剝落一層，使用中的鋼丸外形是一個(gè)類似足球的多邊形，每一個(gè)角度對鑄件的沖擊效果是相等的，在使用中不斷變小，小到一定程度后被除塵器吸走，高質(zhì)量的鋼丸變小的過程更慢一些，低質(zhì)量的鋼丸則會很快變小，甚至經(jīng)過幾次拋打后就會破碎，很快變成粉末狀，不良的材質(zhì)、硬度、金相都是產(chǎn)生低質(zhì)量磨料的原因，低質(zhì)量的磨料必將帶來更高的拋丸成本、更低的清理速度和更大的粉塵污染。

優(yōu)質(zhì)鋼丸拋打后狀態(tài)：

劣質(zhì)鋼丸拋打后狀態(tài)：

 ⑸、磨料的動能：即磨料的作用力，這與磨料的質(zhì)量和拋丸工藝有關(guān)系，就磨料自身而言，更高的硬度和密度以及更致密的金相組織可以使磨料在工作過程中具有更高的動能，從而在工作時(shí)產(chǎn)生更大的作用力。
更高壽命和更大動能的結(jié)合是高質(zhì)量磨料的體現(xiàn)，根據(jù)鑄件清理的基本要求以及磨料的自身特點(diǎn)，單一品種和型號的磨料很難滿足更高的清理要求，尤其是考慮到鑄造企業(yè)對清理成本、效率和環(huán)境要求越來越高，因此在選用高質(zhì)量磨料的同時(shí)，也應(yīng)注重不同類型，不同型號的磨料進(jìn)行合理混合配比，采用高性能的混合磨料也是全球很多表面處理領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢。
四、  針對這一應(yīng)用趨勢，為了更好的幫助鑄造企業(yè)達(dá)到降本增效的目的，我們成功研制了新型高性能磨料——低貝混合磨料。
低貝混合磨料是我們經(jīng)過多年的應(yīng)用實(shí)踐積累，依托我們先進(jìn)的冶煉裝備，結(jié)合我們“貝氏體鋼丸”、“清理鑄件專用混合磨料”等多項(xiàng)專利產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)而成。
在生產(chǎn)過程中，我們采用了多項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)工藝來提高磨料的性能：
1、 材質(zhì)：我們采用電弧爐煉鋼，利用電弧爐可調(diào)節(jié)成分的特性，通過脫碳、脫硫、脫磷以及增加鐵合金使其具備優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼的材質(zhì)，并通過造渣——除渣來凈化鋼水，減少鋼水內(nèi)雜質(zhì)含量，從而使磨料獲得最佳的材質(zhì)。

電弧爐煉鋼                                                                              光譜儀

2、 外形：根據(jù)鋼丸、鋼砂的生產(chǎn)工藝，決定了其會含有少量的缺陷顆粒，例如鋼丸中的空心、裂紋，鋼砂中的裂紋、片狀顆粒等，這些缺陷都是造成磨料消耗過大的直接因素。我們采用了高速離心成形，加上我們在澆鑄時(shí)對成形工藝、冷卻速度的把握，使形成的鋼丸顆粒大幅降低了缺陷的比例，同時(shí)形成了貝氏體的金相組織，避免了鋼丸在使用過程中產(chǎn)生破碎現(xiàn)象。
在鋼砂的成形方面，我們采用特定尺寸的鋼丸進(jìn)行破碎加工，并采用了獨(dú)特的破碎工藝，使形成的鋼砂顆粒飽滿，裂紋少，在使用過程能產(chǎn)生足夠的動能，不易破碎。

3、 

低貝磨料無裂紋等缺陷                                         高倍放大的金相組織
磨料的金相組織和硬度：我們采用了的獨(dú)特的等溫二次淬火+低溫回火的工藝，對淬火介質(zhì)和溫度進(jìn)行了特別的控制，使鋼丸獲得了更耐沖擊的貝氏體+馬氏體復(fù)相組織，更精確的熱處理溫度和時(shí)間控制，使磨料的硬度更均勻。 
 五、噴丸（拋丸）強(qiáng)化產(chǎn)品系列
很多企業(yè)需要對金屬零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，如齒輪、連桿、彈簧、葉片等，
 噴丸強(qiáng)化過程是彈丸流不斷沖擊金屬材料表層并使表層材料發(fā)生循環(huán)塑性變形，從而形成變形強(qiáng)化層的過程。經(jīng)受噴丸形成很高的宏觀殘余壓應(yīng)力，將明顯地提高材料的抗疲勞和應(yīng)力腐蝕性能，使材料表面性能得到強(qiáng)化。
 針對這一應(yīng)用領(lǐng)域，我們研制開發(fā)了噴丸強(qiáng)化專用高性能磨料，介紹如下：
1、 低貝強(qiáng)化鋼丸——性能優(yōu)于普通強(qiáng)化鋼丸2倍以上
  高端的生產(chǎn)裝備和多項(xiàng)專利技術(shù)的結(jié)合，使低貝強(qiáng)化鋼丸具備了高強(qiáng)度、高韌性、高壽命的特性，在噴丸強(qiáng)化應(yīng)用過程中，使用壽命是普通強(qiáng)化鋼丸的2倍以上，優(yōu)于進(jìn)口強(qiáng)化鋼丸，性能更穩(wěn)定，提高強(qiáng)化質(zhì)量的同時(shí)，能有效降低生產(chǎn)成本。
  應(yīng)用特點(diǎn)：
⑴.能在高硬度下保持更高的疲勞壽命，降低彈丸消耗成本；
⑵.顆粒圓度好，大小均一，使用中不破碎，能獲得更高的強(qiáng)化質(zhì)量；
⑶.應(yīng)用在硬度為HRC40-50的機(jī)械零部件的噴丸強(qiáng)化方面時(shí)，性價(jià)比最高。
2、鋼絲圓丸——性能優(yōu)于普通強(qiáng)化鋼丸和鋼絲切丸
采用優(yōu)質(zhì)合金鋼絲，經(jīng)冷拉獲得均勻的直徑，經(jīng)熱處理獲得合適的硬度和金相組織后，用專用設(shè)備切割成均勻的丸粒，并根據(jù)不同的應(yīng)用要求進(jìn)行棱角鈍化和磨圓處理（G1、G2、G3）。

G1                                                          G2                                              G3

應(yīng)用特點(diǎn)：
⑴、強(qiáng)化質(zhì)量更高：能獲得更理想的強(qiáng)化層和表面粗糙度，顯著提高被處理工件的疲勞壽命。
⑵、使用壽命長：耐沖擊強(qiáng)，能夠在更快更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到噴（拋）丸強(qiáng)化，消耗更低；
⑶、強(qiáng)化效率高：能帶來更高的噴（拋）丸強(qiáng)度，并顯著提高噴（拋）丸效率；
⑷、 降低設(shè)備磨損：避免破碎顆粒對拋頭和內(nèi)襯材料的磨損，延長關(guān)鍵零部件使用壽命。
六、  除了對磨料質(zhì)量的控制，對拋丸工藝的合理運(yùn)用也是鑄造企業(yè)降本增效的有效途徑，以下幾個(gè)方面需特別注意：
1. 拋丸速度：磨料在運(yùn)行中產(chǎn)生的動能可以用E=1/2MV2計(jì)算，相同粒度的磨料，拋射速度越高，對鑄件的拋射力度越大，清理能力越強(qiáng)，得到的表面粗糙度也越大，適當(dāng)?shù)膾佂杷俣炔拍塬@得理想的清理效果和表面質(zhì)量。
2. 拋丸時(shí)間：鑄件拋丸的時(shí)間由多個(gè)因素決定，包括鑄件的結(jié)構(gòu)、表面狀況、拋丸機(jī)器的狀態(tài)及磨料的性能，在能達(dá)到表面質(zhì)量的前提下，拋丸時(shí)間應(yīng)盡可能短一些，以保證更高的清理效率。
3. 拋丸設(shè)備狀態(tài)：拋丸設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)是否良好是影響清理成本和效率很重要的因素之一，包括拋頭拋射的角度、丸砂分離器狀態(tài)、易損件的完好程度等，因此，應(yīng)經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行檢查和調(diào)整。
4. 磨料的狀態(tài)和流量的控制：拋丸時(shí)磨料的流量大小影響著清理效率的高低，除了通過調(diào)整電流來加大磨料流量外，還應(yīng)關(guān)注機(jī)器內(nèi)使用中的磨料的狀況，包括：磨料類型的搭配、磨料的粒度大小和分布，因此應(yīng)定期檢查磨料狀態(tài)，并制定合理的新磨料添加頻率。
5. 為了幫助鑄造廠鎖定并降低鑄件清理成本，并消除廠家對磨料質(zhì)量、拋丸工藝、設(shè)備調(diào)整和維護(hù)等方面的顧慮，我們可對鑄造廠的拋丸、打磨、清砂、精整、噴漆、設(shè)備維護(hù)包括人工等實(shí)行部分或全部工序承包，有利于幫助鑄造企業(yè)降低磨料消耗，解決勞務(wù)人力資源匱乏問題，降低社保、安全、后勤成本。目前我們已為國內(nèi)許多知名鑄造廠提供此項(xiàng)服務(wù)，受到一致認(rèn)可和好評。
七、結(jié)論
      在競爭日益激烈的市場環(huán)境下，鑄造企業(yè)也在關(guān)注每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本降低，我們在關(guān)注原材料、造型、成品率等大宗物資和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的同時(shí)，更要多關(guān)注鑄件清理這一環(huán)節(jié)的控制，選用高性能的磨料無疑是鑄件清理降本增效最便捷的方法，大多鑄造企業(yè)也在磨料供應(yīng)商的選擇上從單純的比較價(jià)格上，轉(zhuǎn)變?yōu)楦P(guān)注磨料的性價(jià)比、技術(shù)支持能力等，這一轉(zhuǎn)變無論對鑄件清理的應(yīng)用技術(shù)，還是對金屬磨料行業(yè)的技術(shù)提升都會有所促進(jìn)，從而更好地幫助鑄造企業(yè)真正做到降本增效！