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起重机用钢板抛丸处理工艺技术的研究

作者:亚美体育 发布时间:2015-05-22点击:
  摘  要:本文运用正交实验法对起重机用钢板表面抛丸处理工艺进行了大量实验研究,通过实验结果分析,得出与金属表面处理质量相关的抛丸工艺参数,旨在为金属表面处理技术的企业和技术人员在进行抛丸处理相关的技术工作时提供参考。
 
  起重设备、船板及桥梁等大型设备中用到的板材一般是采用热轧钢板,热轧后的板面有一层致密的氧化皮,在较短的时间内能起到防锈的作用。但是,在存放和使用过程中均会受到风化作用,使其氧化皮松驰,一旦振动或稍为碰撞都会使其剥落,引起钢板氧化锈蚀。本地一起重机生产加工企业于2011年10月引进了一条钢材表面抛丸处理生产线,由于该生产线在使用过程中,技术上存在一些难以攻克的技术难题,表面处理的效果始终不如意。
起重机用钢板抛丸处理工艺技术的研究
  为此,抛丸处理生产线的抛丸处理工艺进行技术研究,企业要求在保证企业使用油漆类型,油漆工艺不变的情况下,找出亚美体育使用过程中的技术参数与材料表面处理的关联,做出相应技术改进方案。对此,团队成立了技术攻关项目组,立项开展技术攻关,通过对抛丸处理生产线使用企业、操作员和生产企业进行了相关调研,课题组决定采用正交实验法对抛丸处理工艺进行研究,通过实验取得了相关技术数据,并通过数据分析得出了与表面质量相关的抛丸技术参数,供企业和相关技术人员参考。
 
  一、亚美体育的工作原理简介:
起重机用钢板抛丸处理工艺技术的研究
  本亚美体育室主要由亚美体育、抛丸室、抛丸吹除装置、抛丸处理回收循环系统、集尘装置及输送辊道等组成。亚美体育是在电机带动叶轮体旋转,靠离心力的作用,以高速从一定的角度将直径在0.2~3.0mm的抛丸子(有铸丸\切丸\不锈抛丸等)抛射到工件工作表面上,工作表面受到丸料冲击,同时在机器内部通过配套的吸尘器的气流清洗作用,将丸料和清理下来的杂质分别回收,并且可以使丸料再次利用的表面处理技术。
 
  二、实验设备介绍:
 
  合作企业使用的亚美体育是由江苏省鑫磊铸造机械厂有限公司生产的Q6930型钢板预处理亚美体育,为卧式亚美体育。该亚美体育一共有8个QXL-250型抛丸器,抛丸除锈过程在抛丸室内进行。工作时钢板平放,双面同时抛丸,钢板输送方便,生产力强,但占地面积较大,设备较重。该亚美体育与抛丸处理技术的有关主要技术参数有:
 
  处理钢板速度:0.5~2.5m/min  (变频调速)
 
  输送辊道速度:0.5~5m/min    (变频调速)
 
  弹丸抛丸速度:100~105m/s
 
  表面清浩度:GB8923-88(ISO8501-1,88) A-Bsa2.5级
 
  表面粗糙度:Ra30~100μm
 
  使用磨料:钢丝切断丸和铸抛丸Φ1.2~1.5 mm
 
  抛丸器弹丸的打出速度为100~105m/s,这个参数在工作中是没法调整的,工作台上可调节的只有两个参数,即抛丸室辊道的转速和抛丸器工作电流。
 
  三、抛丸工艺参数与表面处理质量的关系:
起重机用钢板抛丸处理工艺技术的研究
  抛丸流量的大小是通过调节控制阀的开口大小,来调整经过丸料控制阀进入抛头的抛丸数量,最终实现流量控制[1]。值得注意的是,控制阀的输入量一经调整好,一般是固定不变了,在设备正常使用中,想改变抛丸流量,只能通过调节抛丸器抛头的转速来实现,即在抛丸输入量不变的情况下,提高叶轮转速,则单位时间内抛出的抛丸流量就大,反之亦然。在亚美体育上,每个抛丸器都有一个安培表与之相连,用来显示抛丸的流量,当抛丸流量达不到技术要求时,需调整电机频率,通过安培表显示的读数来确定调整到何种程度的。抛丸器一经转动起来,抛丸就会源源不断地抛出,为保证工作连续,进入抛丸器叶轮轴的抛丸数量必须能保证有充足的供给,要求经常补充亚美体育的抛丸,保证存储室里有合适的存量。
 
  选择抛丸工艺参数的依据是:抛丸清理的目的、被抛丸工件表面硬度和表面状况[1];而抛丸清理质量与抛丸工艺参数之间存在着密切关系,主要表现在表面压痕覆盖率、丸粒直径、丸子抛出速度、工件相对抛丸移动速度、工件装载量、抛丸时间等等,其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响抛丸强化的效果。当然,影响抛丸表面质量的因素有很多,但在实际操作过程当中,亚美体育只有工件装载量和抛丸时间是可调整的。抛丸后钢板的机械性能几乎没有变化,弯曲性能也差不多,抛丸后钢板表面形成一层0.5~1.0mm左右厚度的硬化层,使板材表面硬度得到一定提高,约提高25%左右,通过实验数据分析得出以下抛丸工艺参数与处理表面质量之间存在的关系。
 
  (一)抛丸材料与表面处理质量的关系:
 
  抛丸材料在抛丸表面处理中至关重要,国家相关标准中对抛丸的金相组织、化学成分、最小密度、硬度偏差范围均给出了严格的规范。合格的抛丸材料都应严格控制质量,并保证在工作时球面形状尺寸均匀。在抛抛丸处理过程中,必须在确定间隔时间内检查抛丸质量,因为畸形抛丸的棱角容易使受喷零件表面产生微裂纹而造成疲劳源[2],所以应及时去除不合格的丸粒,调换和增加一定量的抛丸,以保证有充足的抛丸数量,一般应保证合格抛丸的数量不少于80%。合格抛丸的含量一般选用不同规格的筛网加以控制。相关实验研究表明,在工作过程中抛丸量的减少,相应抛丸强度也会降低。
 
  可用于抛丸的材料种类有钢丝切丸、合金丸、铸抛丸、铁丸等等,目前,主要用于金属表面处理的材料有铸铁丸和铸抛丸两种。其中,铸铁丸的优点是硬度高、价格低廉,可以使受喷表面产生较高的残余压应力。但铸铁丸也有它的不足,缺点主要是韧性较低,在抛丸过程中易于破碎、耗损量大,并要求及时分离破碎的抛丸,否则将会影响到工件表面的质量;铸钢丸与铸铁丸相比,优点是不易破碎,对受喷表面几何形貌有利。但是,铸钢丸硬度比铸铁丸要低一些,在工作条件相同的情况下,受喷表面的残余压应力要低于铸铁丸。
 
  (二)抛丸的硬度与表面处理质量的关系:
 
  在选择抛丸硬度时应考虑处理工件材料表面的硬度,当选用的抛丸硬度非常接近处理金属材料的硬度时,最大压应力与压缩深度将不受抛丸硬度影响[3]。因此,在选择抛丸时,应使其硬度大于要处理金属材料表面的硬度。总体而言,抛丸的硬度越高,处理表面的强度也高。
 
  (三)抛丸粒度与表面处理质量的关系:
 
  通常情况下,抛丸直径受所喷工件厚度和表面的影响,抛丸的直径一般不应过大,过大的抛丸易使表面变形[4]。当对表面粗糙度有要求时,应尽量选用较小的抛丸。为了达到覆盖率要求所需的抛丸时间将随着抛丸子尺寸的加大而迅速增加,小的抛丸粒子可以较快地达到覆盖率的要求。因此,抛丸的直径不宜选得过大,在本次实验中,根据公司处理起重机用钢材的实际情况,选用直径为φ1.5mm、φ1.0mm的铸铁丸,获得了比较理想的效果。
 
  对于待处理表面而言,抛丸的质量和速度决定了抛丸强化效果的稳定性。其中,抛丸粒度对抛丸强化效果影响甚大,一般规律是:抛丸粒子直径小,工件表面残余应力较高,但强化层较浅。抛丸粒子直径大,工件表面残余应力较低,但强化层较深。实验结果表明,随着抛丸粒子直径的增加,抛丸处理后钢材表面的强度也增加。
 
  (四)抛丸速度与表面处理质量的关系
 
  亚美体育中的抛丸器是由变频电机直接驱动的,通过改变电机的频率可以改变抛头的转速。抛丸在离心力的作用下从叶轮轴上的孔溢出到叶片上[4],再由高速转动的叶片沿固定角度抛出,叶轮的转速决定了抛丸抛出的初速度。抛丸速度增加,抛丸强度、表面压应力和强化层深三者均增加。
 
  四、结束语:
 
  根据起重机工程设计要求,钢结构制作过程中,必须经过喷砂或抛丸处理等预处理,才能保证涂层的使用质量,最大限度地发挥涂层的防护能力。本文作者通过大量实验研究钢材表面处理质量与抛丸工艺参数之间存在的关系得出,钢材表面抛丸处理后的效果,取决于所使用的抛丸材料、硬度、抛丸粒度和抛丸速度等工艺参数,具体在文中相应处已给出,供相关技术人员在进行抛丸研究和生产中参考。

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