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

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。

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 :

质量不稳定、硬度不稳定、脆性大、易破碎寿命低。
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。
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。
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% 。