拋丸清理技術在鑄造行業的應用

1 噴拋丸技術分類

噴拋丸( 砂) 技術分為噴丸( 砂)、拋丸技術，最早用于鑄造件、鍛造件等粘砂和氧化皮的清理去除。其中，濕法拋丸是最近幾年在鋼鐵行業得到推廣應用的一項環保高科技的板材除銹的新技術，微粒拋丸技術在鑄造行業也有一定應用，如模具表面的干冰拋丸處理等，由于使用的拋丸介質的直徑微小、材質特別，往往不回收循環使用。

2 噴拋丸技術工作原理及主要構成

噴拋丸工藝的過程為：具有一定動能的彈丸充分撞擊工件的各個部位→彈丸與雜質的分離→彈丸流的控制與再循環。噴丸( 砂) 是以壓縮空氣帶動丸（砂）通過專門工具( 一般包括噴丸器和噴槍)，高速噴射于零件表面，利用丸（砂）的沖擊和摩擦作用，達到表面處理要求，丸（砂）速度一般在30～50 m/s。拋丸是利用高速旋轉的葉輪將丸（砂）拋擲出去，高速撞擊零件表面，達到表面處理的要求，丸（砂）速度一般在50～l00 m/s。

噴丸器的工作原理圖示意圖如圖1，彈丸經漏斗1 和錐形閥2，進入圓筒容器3 內。工作時壓縮空氣經三通閥9 進入容器，錐形閥關閉，容器內氣壓增加，彈丸受壓而進入混合室6，與來自管道7 的壓縮空氣相混合，最后從噴嘴4 中高速噴出。拋丸器的工作原理和結構示意圖如圖2，彈丸從丸料管進入，落到與圓盤一起高速旋轉的分丸輪中。分丸輪將彈丸從定向套的開口喂入圓盤上的葉片，在高速旋轉葉片的推動下，產生強大的離心力，使彈丸以很高的速度自葉片末端飛出，并呈扇形擴散射向工件。

拋丸清理設備主要由以下七部分組成：①拋丸器；②丸砂分離裝置；③鑄件載運裝置；④丸砂循環系統；⑤加卸料裝置；⑥電氣控制系統；⑦除塵系統。

2.1 拋丸器

拋丸器是拋丸清理設備的核心工作部件，拋丸清理的實質是將彈丸的動能轉化為對工件的沖擊能，拋丸清理的效率取決于拋出彈丸的數量、大小、速度和沖擊的方向。因此，拋丸清理設備的經濟、技術指標幾乎都與拋丸器直接有關。

2.2 丸砂分離系統

只有采用完全干凈的彈丸，才能實現拋丸清理在技術和經濟上的最優化，彈丸含砂塵過多，將降低拋丸效率并增加設備易損件的磨損，一般要求彈丸分離后的純度在99% 以上。

目前常見的丸砂分離系統主要分為風選式、磁風選聯合式兩種，丸砂分離系統的選型，取決于待處理彈丸混合料中的含砂量。

2.3 丸料控制閥

丸料控制閥是用來開啟或關閉彈丸流，安裝在儲料斗與溜丸管之間。

控制開啟或關閉的常見方式如圖3 所示，采用氣缸控制，這種控制方式適用于不經常對丸料流的流量作出變化要求的工況。

隨著生產多樣化的要求，不同產品對丸料量的需求有所不同，那么如何能隨時便捷地控制丸料的流量呢？目前，采用磁力丸料控制閥，成為丸料供應過程控制的又一技術亮點，其外形圖如圖4 所示。

磁力丸料閥具有使其保持常閉狀態的稀土永磁體和控制彈丸流速的電磁鐵。當通電時，磁場被中和，彈丸可通過閥門。當斷電時，永磁體截斷所有丸料流。如因任何原因電源被中斷，永磁體會安全地中斷彈丸流，消除了彈丸的泄漏。有以下優點：①無移動零部件，免維護；②完全密封；③獨特的磁性技術來消除泄漏；④易于改造及應用到現有拋丸設備中；⑤節約成本，更有效地利用丸料；⑥與控制器一起使用，可形成閉合回路過程控制，其工作原理圖如圖5。

3 磨料

磨料( 彈丸或丸砂) 是噴拋丸工藝中使用的介質，根據形狀、大小、硬度、材料等分成很多類別，根據不同的噴拋丸工藝要求選用，其質量高低也影響了噴拋丸質量。所以磨料也是噴拋丸技術不可或缺的組成部分，與噴拋丸設備一起構成了噴拋丸技術。

在拋丸清理中，彈丸的材料和粒度選用得當，不但清理效果好，清理效率高，而且彈丸和拋丸器易損件的壽命可大大延長，從而有效降低清理成本。按材質分，彈丸可分為金屬丸和非金屬丸兩大類，鑄件清理多使用金屬丸，金屬丸又可細分為白口鑄鐵丸、可鍛鑄鐵丸、鋼丸和非鐵合金丸等多種。彈丸的形狀有球形、不規則塊狀或多角形及鋼絲鍛。彈丸粒度可根據鑄件材質、質量和表面粗糙度的要求選擇，表1供參考。

4 拋丸清理設備

多年來噴拋丸技術與裝備日臻完善，性能不斷提高，噴拋丸技術作為一種生產工藝，應用范圍越來越廣泛，已經從單純的鑄造業的表面清理擴大到冶金礦山、機械制造、汽車拖拉機、兵器制造、輕紡機械、船舶車輛、航空宇航等不同行業，其工藝范圍亦從鑄鍛件的表面清理擴展到金屬結構件的強化、表面加工、噴拋丸成形等不同的領域。

4.1 拋丸清理設備的主要形式和特點

拋丸清理設備中工件運載裝置的結構形式在很大程度上決定了所能清理的工件種類、大小及生產率。按運載裝置的形式，可分為滾筒式、轉臺式、吊掛式、鼠籠式、機械手夾持式、通過式等種類；按作業方式，可分為間歇式和連續式兩類。

4.2 Q31 系列間歇式拋丸清理滾筒

自美國潘邦（Pangborn）公司1958 年第一個使用拋丸清砂滾筒以來，這種工藝和設備在北美、日本和西歐獲得了迅速發展。20 世紀60 年代初，青島機械廠設計生產了一臺Q31lO 滾筒式拋丸清理機，標志著中國噴拋丸技術與裝備從純仿制到可自行開發和制造的轉變，中國也開始出現噴拋丸設備專業生產廠家。Q31 系列產品的外形圖如圖7 所示，目前國內生產的主要有Q3110A、Q3113A、Q3113B 等定型產品。他們均是Q3110 型或Q3113 型的改型產品，適用于清理15kg 以下的耐碰撞的鑄件。這種機型在中小型鑄造廠中較早得到廣泛應用，且制造的廠家較多，經各廠改型后的產品也不盡相同。

4.3 履帶式拋丸清理機

履帶式拋丸清理機是一種特殊的滾筒類拋丸清理設備，是在履帶（金屬履帶或橡膠履帶）運動的帶動下使鑄件做類似在旋轉滾筒中的翻動，再利用拋丸器將彈丸高速拋向不斷翻動的鑄件，從而達到清理的目的。主要用來清理易翻滾跌落的工件和不易碰壞的非脆性零件及型芯不深的鑄件表面上的粘砂、銹層與氧化皮、毛刺，也可用于清理鋁件及某些有色金屬件。其作業方式有間歇式和連續式兩種。

4.4 傾斜滾筒式拋丸清理機

傾斜滾筒式拋丸清理機由傾斜滾筒、滾筒翻轉機構、筒蓋、彈丸循環系統、拋丸器、上料機構、液壓系統及電氣等構成。其工作原理是采用獨特的滾筒搖動構造，拋丸器安裝在滾筒蓋上，在拋丸投射中，滾筒不僅轉動還上下搖動，因此滾筒內工件無一遺漏地被攪拌，鋼丸均勻地投射到工件上，達到均勻清理的效果。

4.5 擺床式拋丸清理機

擺床式拋丸清理機在國外已被廣泛應用十多年了，但目前國內產品并不多見，應用也較少，其中以好迪（Hidea）公司最先實現研發設計和國產化生產制造，并在國內逐步推廣應用，可分為間歇式和連續式兩種。

4.6  吊掛式拋丸清理機

吊掛式拋丸清理機將待清理的鑄件掛在吊鉤上，通過掛設在室頂上的軌道進入清理室，然后鑄件隨吊鉤一同旋轉，同時受到來自拋丸器的高速彈丸的擊打而使鑄件得到均勻清理。由于吊掛式拋丸清理機將鑄件吊掛懸空進行清理，彈丸不會埋住鑄件，鑄件不用翻身就被清理干凈，是應用最廣泛的拋丸清理設備之一，可用于不同尺寸的多種產品領域。

4.7機械手式拋丸清理機

機械手式拋丸清理機具有以下特點：①包括裝卸料在內的全自動作業；②可清理不同尺寸和結構形式的鑄件而無需更換復雜的夾具；③機械手的兩個夾持臂繞軸轉動從而使鑄件也繞同一軸線轉動，避免了產生清理死角現象；④機械手可被編程來完成各種組合運動（轉動、搖擺和停頓），以便將清理難度大的部位暴露于拋射的彈丸流中，以確保具有復雜內腔和表面形狀的鑄件能得到全面均勻的清理；⑤可在機內將彈丸倒干凈而不占用設備工作節拍時間；⑥易與已有生產線集成在一起；⑦鑄件外表面和內部通道均能得到全面清理；⑧清理生產率高達40 t/h，單件鑄件質量達600 kg。這種型式的拋丸清理機為滿足清理車間對生產品種改變的需求提供了更大的柔性，特別適用于汽車發動機缸體、缸蓋、變速箱類具有復雜內腔的大中型鑄件的清砂除芯等表面清理。

4.8 網帶通過式拋丸清理機

網帶通過式拋丸清理機通過網帶輸送系統輸送工件到封閉的拋丸室，利用高速拋射的彈丸打擊工件表面，除掉工件上的銹層、焊渣、粘砂及氧化皮，使之獲得均勻一致的金屬光澤，以提高工件的涂裝質量與防腐效果。

設備主要用于汽車、航天、鐵路與機械制造業的薄壁鑄件、薄壁和脆弱的鐵或鋁合金鑄件、陶瓷等小型零件的表面拋丸，亦可用于機械零件的拋丸強化。

以上介紹的拋丸清理設備，屬于拋丸清理技術在鑄造行業內較為典型的應用。除此之外，還有很多種其他類型的拋丸清理設備，如輥道通過式拋丸清理機、制動鼓專用連續通過式拋丸清理機等等，這里就不在一一贅述。

5 噴拋丸聯合清理單元

實際生產應用中，往往需要噴拋丸聯合作業，組成噴拋丸聯合清理單元，既有拋丸清理效率高的特點，又有噴丸清理便于清理鑄件內腔深孔和復雜表面的特點，通常以拋丸作業為主，噴丸作業為輔，充分利用兩種不同清理方式的優勢。

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