探索抛丸工序在工业表面处理中的应用

抛丸机是指使用高速弹丸清理或强化铸件表面的铸造设备。抛丸机可同时清除铸件上的砂和芯。在某些地区,它们也被称为喷砂机或喷丸强化机。抛丸是一种表面处理技术,它是通过高速抛射钢丸或钢砂来冲击材料物体的表面。与其他表面处理方法相比,它更快、更有效,并能保留或改善某些表面特征。

20 世纪 30 年代,第一台抛丸机由一家美国公司制造并推向世界。抛丸设备的生产始于 20 世纪 50 年代,主要沿用前苏联开发的技术。抛丸机有多种用途,包括去除毛刺、薄膜和锈迹,这些都会影响物体的完整性、外观或清晰度。抛丸机还可以去除涂层表面的污染物,并提供可增强涂层附着力的表面轮廓。

抛丸清理设备最初用于清除铸造业中铸钢和铸铁部件表面的附着砂和水垢。几乎所有铸钢件、灰铁铸件、可锻铸铁铸件、球墨铸铁铸件等都要经过抛丸处理。该工艺不仅对去除铸件表面的氧化层和附着砂非常重要,而且也是铸件质量检验的必要准备步骤。例如,在进行无损检测之前,必须对大型燃气轮机壳体进行严格清理,以确保检测结果可靠。在一般铸造生产中,抛丸清理是检测表面缺陷(如表面下气孔、夹渣、附着砂、冷堆和剥落)的必要工序。

铝合金和铜合金等有色金属铸件的表面清理,主要目的是去除杂质,达到装饰性的表面质量和整体效果。在冶金钢生产中,抛丸或酸洗是一种去除磷垢的机械或化学组合工艺,可确保大批量钢材的高生产率。在生产硅钢和不锈钢等合金钢板时,在冷轧过程中退火后进行抛丸或酸洗,以确保冷轧钢板的表面粗糙度和厚度精度。

抛丸清理是一种利用高速旋转的叶轮将小钢丸或铁丸高速抛出,冲击部件表面的工艺。这能有效去除部件表面的氧化层。此外,钢丸或铁丸对部件表面的高速冲击会导致晶格扭曲和变形,从而提高表面硬度。这种方法用于清理和强化部件表面,通常用于铸件清理或表面强化处理。

一般来说,抛丸适用于形状规则的物体,多个抛头从不同方向同时工作,效率高,污染小。造船和维修等行业通常使用抛丸和喷砂。喷丸和喷砂都使用压缩空气,但并非所有喷丸工艺都需要高速旋转的叶轮。

在造船和修理业,抛丸(使用小钢丸)通常用于钢板预处理(喷漆前除锈),而喷砂(使用矿砂)则更常用于处理成型的船舶或分段。喷砂可在重新喷漆前去除钢板上的旧漆和锈迹。在造船和修船过程中,抛丸和喷砂的主要目的是增强油漆涂层与钢板的附着力。

在清理铸件时,通常不仅仅采用抛丸清理。对于大型部件,通常的做法是从滚筒清理开始。这包括将铸件放入一个旋转的滚筒中,使部件相互碰撞,从而有效去除大部分表面砂。然后进行抛丸或喷砂。喷丸的粒径通常在 1.5 毫米左右。

研究表明,就材料损坏而言,受拉伸应力的表面比受压缩应力的表面更容易损坏。当表面受到压应力时,材料的疲劳寿命会显著增加。因此,对于轴等容易发生疲劳断裂的部件,通常采用抛丸来诱导表面压应力,从而提高产品寿命。此外,金属材料对拉伸应力更为敏感,这也是为什么通常使用拉伸强度(屈服强度、抗拉强度)来表示材料特性,而不是抗压强度。

我们常用的汽车钢板的工作表面通过抛丸强化处理,可显著提高材料的抗疲劳性能。

抛丸强化是通过电机带动转轮旋转,在离心力的作用下,将丸粒(直径从 0.2 毫米到 3.0 毫米不等,包括铸造丸粒、切割丸粒、不锈钢丸粒等)抛射到工件表面。这种工艺可使工件表面达到一定的粗糙度,使其美观,或将工件上的拉应力转变为压应力,从而提高工件的使用寿命。喷丸处理几乎适用于所有机械领域,包括造船、汽车部件、飞机部件、枪械、坦克、桥梁、钢结构、玻璃纤维板、管道等。喷砂(或喷丸强化)是利用压缩空气将直径在 40 到 120 目之间的沙子或直径在 0.1 到 2.0 毫米之间的颗粒喷射到工件表面,从而达到类似的效果。颗粒或砂粒的大小会影响处理效果。需要强调的是,喷砂也有强化效果。

目前,我国一些国产设备存在误区,认为只有抛丸才能达到强化的目的。相比之下,美国和日本公司同时采用抛丸和喷砂两种方法进行强化,各有优势。例如,对于齿轮等工件,抛丸强化的丸料喷射角度无法改变,只能通过变频调节来改变初速。不过,它可以处理大量工件,而且速度快,而喷砂则相反,喷丸的整体效果更好。

喷砂是一种使用压缩空气高速推动石英砂以清洁部件表面的方法。在工厂中也被称为 “喷砂”。喷砂不仅能除锈,还能除油,因此在油漆应用中非常有用。它通常用于部件表面的除锈、表面改性(市场上的小型湿喷砂机使用氧化铝作为研磨材料,以水作为介质)和钢结构。应用高强度螺栓进行连接是一种先进的方法,它依靠配合表面之间的摩擦力来传递力。因此,配合表面的质量至关重要,必须对这些表面进行喷砂处理。

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