淺析新型磨料在鑄件拋丸工藝中降本增效的應用
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)重要的基礎工藝之一，隨著科技的進步和鑄造業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對鑄件的質量、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，關系著鑄件的最終表面質量、生產(chǎn)效率及鑄件的成本，因此也越來越受到人們的關注。
拋丸清理是鑄件清理的關鍵工序，是指通過拋丸機高速運轉的葉輪產(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、澆注等工序對鑄件質量有根本性的影響，但清理工序控制的好壞對鑄件的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率也起著至關重要的作用。
關鍵詞：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、清理質量低；
2、 磨料消耗量大，消耗成本高；
3、 拋丸機的葉輪、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、 拋丸用磨料的質量：如磨料的種類、配比、性能指標等；
2、 拋丸工藝的合理性：設備狀態(tài)、拋丸時間、速度、流量等。
三、我們分析一下磨料的質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量的高低，低質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，增加設備維護、除塵、人工等多方面的成本。
鋼砂：近幾年，歐美的鑄造企業(yè)為了提高清理質量和清理效率，降低人工成本，采用鋼丸和鋼砂的混合品進行鑄件清理，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)在在國內的一些獨資或合資鑄造企業(yè)也已經(jīng)在使用鋼砂進行清理，效果很好，但對鋼砂的質量要求較高，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的作用力小有很大關系，而其最大的缺陷是由于其外形不規(guī)則造成的拋丸質量低和對設備的磨損大，而且是非標準的產(chǎn)品，大多由小規(guī)模的家庭式工廠生產(chǎn)，無論從貨源供應還是從質量控制上都很難給用戶長久的保障，因此大多應用領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，下面從其各項指標分析對其性能的影響：
⑴．磨料的材質：材質是影響磨料質量最重要的因素，采用高質量的原材料、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，如磨料的材質不夠好，則會直接降低其使用壽命和使用效果，常見的質量問題是：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，應盡可能的低一些。
⑵. 磨料的硬度：磨料的硬度應盡可能高一點，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在質量，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，還會造成因為清理效率低帶來的人工、動能等成本的上升。
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，單個顆粒的沖擊力大，但單位時間內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逐漸磨損的過程，在反復的沖擊過程中，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類似足球的多邊形，每一個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，高質量的鋼丸變小的過程更慢一些，低質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、硬度、金相都是產(chǎn)生低質量磨料的原因，低質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)質鋼丸拋打后狀態(tài)：

劣質鋼丸拋打后狀態(tài)：

 ⑸、磨料的動能：即磨料的作用力，這與磨料的質量和拋丸工藝有關系，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，從而在工作時產(chǎn)生更大的作用力。
更高壽命和更大動能的結合是高質量磨料的體現(xiàn)，根據(jù)鑄件清理的基本要求以及磨料的自身特點，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，因此在選用高質量磨料的同時，也應注重不同類型，不同型號的磨料進行合理混合配比，采用高性能的混合磨料也是全球很多表面處理領域的應用趨勢。
四、  針對這一應用趨勢，為了更好的幫助鑄造企業(yè)達到降本增效的目的，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)過多年的應用實踐積累，依托我們先進的冶煉裝備，結合我們“貝氏體鋼丸”、“清理鑄件專用混合磨料”等多項專利產(chǎn)品和技術研發(fā)而成。
在生產(chǎn)過程中，我們采用了多項獨特的技術工藝來提高磨料的性能：
1、 材質：我們采用電弧爐煉鋼，利用電弧爐可調節(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)質低碳合金鋼的材質，并通過造渣——除渣來凈化鋼水，減少鋼水內雜質含量，從而使磨料獲得最佳的材質。

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行破碎加工，并采用了獨特的破碎工藝，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：我們采用了的獨特的等溫二次淬火+低溫回火的工藝，對淬火介質和溫度進行了特別的控制，使鋼丸獲得了更耐沖擊的貝氏體+馬氏體復相組織，更精確的熱處理溫度和時間控制，使磨料的硬度更均勻。 
 五、噴丸（拋丸）強化產(chǎn)品系列
很多企業(yè)需要對金屬零部件進行表面強化處理，如齒輪、連桿、彈簧、葉片等，
 噴丸強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，從而形成變形強化層的過程。經(jīng)受噴丸形成很高的宏觀殘余壓應力，將明顯地提高材料的抗疲勞和應力腐蝕性能，使材料表面性能得到強化。
 針對這一應用領域，我們研制開發(fā)了噴丸強化專用高性能磨料，介紹如下：
1、 低貝強化鋼丸——性能優(yōu)于普通強化鋼丸2倍以上
  高端的生產(chǎn)裝備和多項專利技術的結合，使低貝強化鋼丸具備了高強度、高韌性、高壽命的特性，在噴丸強化應用過程中，使用壽命是普通強化鋼丸的2倍以上，優(yōu)于進口強化鋼丸，性能更穩(wěn)定，提高強化質量的同時，能有效降低生產(chǎn)成本。
  應用特點：
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，能獲得更高的強化質量；
⑶.應用在硬度為HRC40-50的機械零部件的噴丸強化方面時，性價比最高。
2、鋼絲圓丸——性能優(yōu)于普通強化鋼丸和鋼絲切丸
采用優(yōu)質合金鋼絲，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，用專用設備切割成均勻的丸粒，并根據(jù)不同的應用要求進行棱角鈍化和磨圓處理（G1、G2、G3）。

G1                                                          G2                                              G3

應用特點：
⑴、強化質量更高：能獲得更理想的強化層和表面粗糙度，顯著提高被處理工件的疲勞壽命。
⑵、使用壽命長：耐沖擊強，能夠在更快更短的時間內達到噴（拋）丸強化，消耗更低；
⑶、強化效率高：能帶來更高的噴（拋）丸強度，并顯著提高噴（拋）丸效率；
⑷、 降低設備磨損：避免破碎顆粒對拋頭和內襯材料的磨損，延長關鍵零部件使用壽命。
六、  除了對磨料質量的控制，對拋丸工藝的合理運用也是鑄造企業(yè)降本增效的有效途徑，以下幾個方面需特別注意：
1. 拋丸速度：磨料在運行中產(chǎn)生的動能可以用E=1/2MV2計算，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，得到的表面粗糙度也越大，適當?shù)膾佂杷俣炔拍塬@得理想的清理效果和表面質量。
2. 拋丸時間：鑄件拋丸的時間由多個因素決定，包括鑄件的結構、表面狀況、拋丸機器的狀態(tài)及磨料的性能，在能達到表面質量的前提下，拋丸時間應盡可能短一些，以保證更高的清理效率。
3. 拋丸設備狀態(tài)：拋丸設備運行的狀態(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，應經(jīng)常對設備進行檢查和調整。
4. 磨料的狀態(tài)和流量的控制：拋丸時磨料的流量大小影響著清理效率的高低，除了通過調整電流來加大磨料流量外，還應關注機器內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量、拋丸工藝、設備調整和維護等方面的顧慮，我們可對鑄造廠的拋丸、打磨、清砂、精整、噴漆、設備維護包括人工等實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。目前我們已為國內許多知名鑄造廠提供此項服務，受到一致認可和好評。
七、結論
      在競爭日益激烈的市場環(huán)境下，鑄造企業(yè)也在關注每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本降低，我們在關注原材料、造型、成品率等大宗物資和關鍵環(huán)節(jié)的同時，更要多關注鑄件清理這一環(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)也在磨料供應商的選擇上從單純的比較價格上，轉變?yōu)楦P注磨料的性價比、技術支持能力等，這一轉變無論對鑄件清理的應用技術，還是對金屬磨料行業(yè)的技術提升都會有所促進，從而更好地幫助鑄造企業(yè)真正做到降本增效！