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锻造、铸造件抛丸设备选择和研磨钢丝切丸替代铸钢丸方案

选用研磨钢丝切丸替代铸钢丸,在锻造件、铸造件表面抛丸清理强化中可以起到增加效率,降低成本的目的,我们详细分析替代方案的的优点和选择研磨钢丸替代方案的理论和实验依据,为用户后续钢丸方案选择提供参考。

抛丸设备和工艺

抛 丸处理是一 种机械加工工业的表面改性技术工艺.是一个机械冷处理过程,按照抛丸目的的不同,可分为抛丸清理和抛丸强化。

抛丸清理 与抛丸 强化最 主要的区别在于抛丸器 、 抛丸速度的不同、抛丸目的不同。

抛丸清理是为了去除工件表面氧化皮、毛刺等杂质、以提高外观质量 ,钢丸经 过抛 丸器离心加速后得到的线速度一般 ≤60m/s. 抛丸清理主要应用在锻造件、铸造件有后序机加工及最终热处理工序 的预处理 工序。

抛丸强化是利用抛丸器加速后高速运动的钢丸 (60~110m/ S)连续 冲击被 强化工 件表面 ,迫使靶材表面和表层 (0 .10 ~ 0 .85m m ) 在 循 环 性 变 形 过 程 中 发 生 以 下 变 化 : (1)显 微 组 织 结 构 发 生 改 性 ; (2)非 均 匀 的 塑 变 外 表 层引入残余压应力.内表层产生残余拉应力;(3)外表面粗糙度发生 变化 .提高零件疲 劳寿命 。抛 丸强化主 要应用在后序处理仅有局部处理 (如:局部机加工.中、高频感应淬火等 )的锻件 .成 为最终 处理 工序的 组成部分 。

经典工件的抛丸设备选择

(1)载 重 卡 车 用 发 动 机 系 统 锻 件(连杆、曲轴、活塞等 )、转向系统锻件 (转向节 、转 向节臂 、凸轮轴 等)、传动系统锻件 (变速箱齿轴、突缘 壳体等)。

(2)轿 车 发 动 机 系 统 锻 件 (曲 轴 等 ) 、 传 动 系 统 锻 (变速箱齿轴等 )、行走系统锻件 (轮毂轴等 )。

(3)工程机械行走系统锻件 (链轨节等)。

(4)矿山机械锻件 (刮板、导轨等)。

汽车锻件产 品根据 用户不 同的产 品表面 质量要 求及锻件外形特点 .采用不同的抛丸设备对锻件进行抛 丸处理 。

抛丸机
抛丸设备

我公司客户目前有吊钩式抛丸机 (图1)、滚筒式抛 丸机 (图2)、转台式抛丸机 (图3)等几类抛丸机设备。

针对不 同的锻件产 品类型选 用不 同的抛 丸设备 。大体设 备选用原则如下 :

(1)载重卡车发动机系统锻件产品采用吊钩式抛丸 机 进行强化抛丸。

(2)转向系统、传动系统、行走系统、工程机械及 矿 山机械锻件产品采用滚筒式抛丸机清理氧化皮 。

(3)轿 车发动机 系统锻件产品采用转台式抛丸机进 行强化抛丸。

研磨钢丸 (钝化钢丸)的推广

我公司客户原有抛丸工序钢丸采用高锰钢铸钢丸 .铸钢丸由于采用的离心铸造工艺的限制,自身存在气孔 、砂眼等铸造缺陷 ,导致抛丸工序出现一系列问题 :

  1. 质 量 不 稳 定 、 硬 度 不 稳 定 、 脆 性 大 、 易 破 碎 寿命低。
  2. 铸 钢 丸 破 碎 后 产 生 大 量 粉 尘 . 导 致 除 尘 器 负 担 除尘器过滤效果急剧 下降 、除尘器布袋更换频 繁 .除尘器维护间隔短。工作现场环境粉 尘的大量产生。严重影响操作者个人呼吸道健 康。
  3. 单 一 循 环 破 碎 率 接 近 3 O % , 喷 丸 效 果 不 稳 定 ,操作者 频繁添加新钢 丸 ,劳动强度 大。
  4. 成 本 高 昂 。

研磨钢丸 (钝化钢丸)为锻造产品.是使用高锰钢 丝高速切 割成 圆柱体 ,然后 再进 行棱角磨 圆的一种产 品,是钢丝切丸的新品种,即将钢丝切割成长度与直 径相等 的圆柱体 的钢 丝切丸 后再进 行研 磨 ,去除其棱 角使其成球珠体 。再 经过调质 处理 来获得 组织 改性及 理想 的硬度 。研磨钢 丸同时具备铸钢丸和钢丝切 丸的 优点:可均匀抛磨、不伤工件、不易破裂、耐磨度高、循环抛磨 的寿命长等 。

研磨钢丸 (锻钢 丸)主要技术指标如下表 1。 钢丸的颗粒形状的选用 钢丸颗粒形状,可分为球形、棱角形和柱形三种基本形状 。抛 丸清理所 用的钢 丸普遍 采用球形 .其次 是柱形 从提高外观质量角度考虑.锻件表面清理及喷丸强化 时最好 采用球形钢 丸。

研磨钢丸颗粒选用带有棱角的近似球形颗粒,新 钢 丸具 有一定 的棱角 ,可以实现快速清理 、提高清理 效 率。首 次添加 时应适 当混加一定 比例的球形研磨钢 丸,来改善外观质量。随着钢丸棱角经过反复使用磨 损 后 ,会逐渐 变为球形的。

研磨钢丝切丸
研磨钢丝切丸

研磨钢丸 (锻钢丸 )外观照片 ,如图 4所 示。 钢丸粒度的选用钢丸 的粒 度分级 .是根据 筛选后 筛网尺寸确定的 。 钢丸直径的选择不宜太小 .也不宜太大。直径太小.则冲击力也小.清理、强化效率低。直径过大, 单 位时间内喷打 在工件 表面 的颗粒数就少 ,也会降低 效率 ,并使锻件 表面 的粗糙度 (弹痕 )增大 ,影响外观质量。从使用情况看 .使用时钢丸因磨损直径不断减小 ,有利于照顾到较小的内圆角的清理及强化。抛丸清理时使用一段时间达到平衡后.钢丸粒度尺寸基本保持不变 。因而钢丸直径范 围可选择 宽一 些 ,亦可 配级使用 ,即各种型号按一定 比例掺起 来使 用。

我公司采用两种规格配级研 磨钢丸 。

(1)小型锻件 (≤20kg的锻件)采用1.0mm钢丸 (10mm 为 6O%、1.1~ 1.2mm 为 5% 0.9mm为25% 、 0 .8m m 以 内 为 10% ) ;
(2)大型锻件 (2O~ 150kg的锻件)采用 1.5mm钢丸 (1.5mm为60%、16~ 1.7mm为 5%、13mm 为 25% 、 1.2mm 以 内 为 10% ) 。

钢丸硬度的选甩钢丸硬 度相较锻件表面硬度对清理效果有影 响 ,如 图 5所 示 。
钢丸硬 度与钢丸寿命和清理及表面 强化效 果的关系 :钢丸硬度过高 .则打到工件表面上 易破裂 ,并吸 收能量 ,降低冲 击功 ,循环寿命短 。钢丸硬 度太低 时 钢丸易变形 自身 变形 时吸收 了冲击能 量 降低冲击 功 .清理及表面强化效果 不理想 。只有硬 度适中时 不但能延长钢丸使用寿命 ,而且还能达到理想的清理 和表面强化效果 .从而产生最佳经济效益。

钢丸硬度与反 弹效果 的关系 :反弹效果越好 ,可起二次冲击 作用 .清理 及表面强化清理效果越好 。硬度适中的钢丸清理 及表面强化清理效果为最好。黑色金属一般要求钢丸硬度值应高于锻件表面硬度 5 ~ 1OHRC。 我 公 司 锻 件 表 面 硬 度 普 遍 ≤ 30HRC,选 用 硬 度 在 4O ~ 45HRC 的 研 磨 钢 丸 进 行 生 产 验 证 。

通过生产验证 .研磨钢丸 (锻钢丸 )改善 了铸钢 丸的不足 。研磨钢丸相较铸钢丸具有如下优势 。

(1)研 磨 钢 丸 成 分 稳 定 . 无 气 孔 无 龟 裂 . 不 破 碎 . 使用寿命长 .它的消耗形状 由大到小直至颗粒小 到原 颗粒的3/10时.才由抛丸机除尘系统及分离设备分 离出去 不再参与抛丸.完成它整个循环使用寿命周 期 。循环使用寿命可达到铸钢丸 的 3倍 以上。

(2)粉 尘 少 , 环 境 污 染 少 . 操 作 者 工 作 环 境 得 到 明 显改善。

(3)清 理 效 率 提 高 , 操 作 者 劳 动 强 度 降 低 。

(4)综 合 成 本 低 . 锻 件 钢 丸 吨 耗 降 低 约 3O% 。

钢丸替换使用结论

(1)结 合 锻 件 产 品 形 状 及 用 户 要 求 选 择 合 适 的 抛 丸 设备 ,达到清理工序效率的最佳化 。

(2)通 过 研 磨 钢 丸 (锻 钢 丸 )进 一 步 优 化 清 理 工 序 . 达到改善工作环境、降低操作者劳动强度、效率优化、 成 本 降 低 的 目 的 。


如果您需要优质高效经济的钢丸磨料解决方案,或者丸粒替代方案,欢迎联系我们一起探讨!

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