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拋丸除銹設(shè)備在線材表面清理中的應(yīng)用

作者：admin發(fā)表時(shí)間：2018-10-19 12:37:20標(biāo)簽：拋丸機(jī)；除銹；表面清理

表面除銹是線材加工過程必不可少的重要工序。傳統(tǒng)線材表面除銹工藝采用化學(xué)酸洗的方法, 酸洗過程產(chǎn)生的酸霧、含酸廢水需處理達(dá)標(biāo)才能排放, 不僅技術(shù)難度大且投資運(yùn)行成本高, 因此, 傳統(tǒng)的化學(xué)酸洗工藝逐漸升級(jí)改造, 甚至被替代。

拋丸技術(shù)可以避免酸洗工藝的諸多缺點(diǎn), 作為一種替代工藝, 其技術(shù)與裝備已日趨成熟。目前, 國(guó)內(nèi)金屬制品行業(yè)選擇拋丸工藝用于線材表面除銹已逐漸被廣大金屬制品企業(yè)所接受。

1 拋丸除銹設(shè)備原理及構(gòu)成

1.1 拋丸除銹原理

采用物理打擊方式, 利用拋射丸粒打擊線材表面, 使附著在線材表面的氧化皮脫落, 達(dá)到表面清理的目的。線材進(jìn)入拋丸區(qū)域時(shí), 經(jīng)過拋丸器高速旋轉(zhuǎn)拋射出來定量的彈丸密集擊打在線材表面, 對(duì)線材表面進(jìn)行強(qiáng)力沖擊和摩擦, 使其表面氧化皮、銹層及其他黏著的污物迅速被擊打、脫落, 線材獲得一定粗糙度的光潔表面, 達(dá)到清除表面氧化皮的目的。

1.2 拋丸設(shè)備結(jié)構(gòu)

由于拋丸丸粒是高速拋射, 所以整個(gè)拋丸清理過程必須在一個(gè)封閉的裝置內(nèi)進(jìn)行。一般的拋丸除銹設(shè)備由拋丸機(jī)主機(jī)、除塵裝置及線材輸送裝置等組成。拋丸機(jī)主機(jī)包括拋丸室、彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)、拋丸器等。拋丸室 (清理室) 是由鋼結(jié)構(gòu)件焊接而成, 內(nèi)壁襯有耐磨防護(hù)板形成分區(qū)內(nèi)置結(jié)構(gòu);彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)由置于清理室底部的螺旋輸送、提升機(jī)、彈丸分離機(jī)構(gòu)及彈丸流量調(diào)整裝置等組成;拋丸器由溜丸管、分丸輪、定向套及葉輪裝置等組成, 按照所需清理的線材規(guī)格組距、進(jìn)料形式, 為達(dá)到全表面無死角的拋丸要求設(shè)計(jì)確定拋丸器的數(shù)量及布置。

1.3 拋丸設(shè)備工作原理

拋丸過程中, 經(jīng)彈丸流量調(diào)整裝置定量供給的彈丸連續(xù)不斷地由溜丸管進(jìn)入分丸輪, 分丸輪與葉輪同步高速旋轉(zhuǎn), 彈丸經(jīng)定向套上狹口無沖擊地被分配到每一個(gè)葉輪的葉片上并被加速后高速拋出。狹口的位置可通過轉(zhuǎn)動(dòng)定向套進(jìn)行調(diào)整以決定彈丸流的拋射帶方向, 實(shí)際的彈丸流量根據(jù)電機(jī)負(fù)荷由電流表測(cè)出。

散落下來的彈丸、粉塵及被擊打脫落的線材表面氧化皮等混合物經(jīng)螺旋輸送機(jī)匯集于提升機(jī)下部, 再提升到機(jī)器上部的分離器進(jìn)行篩選后, 純凈彈丸落入儲(chǔ)料斗中, 實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。拋丸產(chǎn)生的粉塵, 由抽風(fēng)管送向除塵系統(tǒng)凈化處理后, 達(dá)到環(huán)保要求的粉塵被排放到大氣中, 由于粉塵均為顆粒狀物, 僅需選擇合適的布袋除塵器即可達(dá)標(biāo)排放。

2 線材拋丸方式

2.1 整捆拋丸

線材在拋丸清理過程中, 整捆線材作“上下起伏+左右擺動(dòng)+正反旋轉(zhuǎn)”的復(fù)合動(dòng)作, 使得整捆線材的每一根線材的全部外表面均能處于彈丸的拋射范圍內(nèi), 受到彈丸束的有效打擊, 拋丸室一般配置不同角度和不同斷面位置布置的6~8臺(tái)拋丸器, 電機(jī)功率22~30 k W。彈丸拋射在整捆線材的外圈, 并拋射到線材與線材間經(jīng)起伏擺動(dòng)產(chǎn)生的間隙中, 完成對(duì)每圈線材的全面覆蓋。

這種方式的拋丸清理效果受線材直徑影響較大。線材直徑越小 (小于10 mm) , 依靠線材起伏擺動(dòng)產(chǎn)生的間隙越小, 導(dǎo)致成捆線材內(nèi)圈的除銹效果越差, 氧化皮局部殘留不受控制, 還會(huì)造成線材表面的硬度不均勻, 被充分拋丸的表面極易被氧化, 生成一層薄薄的表面氧化膜, 以至于影響線材后續(xù)磷化處理工序中的鈍化層, 因此, 線材整捆拋丸不能與拉絲機(jī)聯(lián)線使用, 也不能完全替代傳統(tǒng)酸洗工藝。

2.2 成組多線拋丸

成組多線拋丸工藝流程:放卷→熱處理→水淬→空冷→多根拋丸處理 (原酸洗工位) →磷化→收卷。

拋丸室一般在不同角度不同斷面布置4~6臺(tái)拋丸器, 電機(jī)功率18.5~22 k W, 彈丸拋射的扇形面覆蓋線材通過的整個(gè)寬度, 目前一次最多可同時(shí)處理17根線材。這種方式的線材拋丸處理效果對(duì)每根線材都是全覆蓋的, 無死角, 處理效果好、效率高, 可以達(dá)到傳統(tǒng)酸洗去除線材表面氧化皮的效果。成組多線拋丸適合與熱處理設(shè)備相結(jié)合, 組成聯(lián)合生產(chǎn)線。

2.3 單線拋丸

線材經(jīng)過開卷、放線、預(yù)矯直以單根形式進(jìn)行拋丸處理, 拋丸室一般在不同角度不同斷面布置4臺(tái)拋丸器, 電機(jī)功率11~22 k W, 彈丸拋射可完全均勻覆蓋線材的整個(gè)圓周表面, 是目前較為廣泛應(yīng)用的線材表面處理 (拋丸除銹) 形式。

這種形式的線材拋丸表面處理方式, 表面質(zhì)量均勻統(tǒng)一、處理效果好, 在實(shí)際生產(chǎn)中去除線材表面氧化皮的效果較好, 設(shè)備操作簡(jiǎn)便, 生產(chǎn)過程中可通過調(diào)整丸粒量大小和拋射速度 (拋丸器轉(zhuǎn)速) 來固化操作參數(shù), 避免酸洗工藝帶來的缺陷 (如過酸洗) 。

表面上看, 單根拋丸效率較低, 但可根據(jù)后續(xù)的工藝要求通過提高線材的輸送速度來保持較高的生產(chǎn)效率。這種形式的拋丸機(jī)還可直接與拉絲機(jī)或倒立式拉絲機(jī)組成聯(lián)合生產(chǎn)線, 是無酸洗無磷化“精準(zhǔn)拋丸”的首選配制。

3 單根在線線材拋丸機(jī)應(yīng)用

3.1 單根在線線材拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1.1 拋丸器

配置4臺(tái)11~22 k W的內(nèi)置拋丸器, 適用線徑5.5~40 mm, 可根據(jù)線徑大小更換不同寬度的葉片, 葉片內(nèi)寬對(duì)應(yīng)的線徑見表1。為了提高彈丸利用率, 4臺(tái)拋丸器分上下左右布置, 拋射帶對(duì)線材表面形成360°覆蓋, 拋丸器布置及拋射帶示意圖如圖1所示。

表1 葉片寬度對(duì)應(yīng)的線徑

圖1 拋丸器布置及拋射帶示意圖

3.1.2 清理室

清理室為腔板式箱形組焊結(jié)構(gòu), 室體內(nèi)壁襯有耐磨防護(hù)板, 清理作業(yè)在密閉腔內(nèi)進(jìn)行。充分利用彈丸反彈功能, 繼續(xù)有效擊打線材表面, 有利于提高清理質(zhì)量與清理效率。拋丸室裝有4臺(tái)內(nèi)置式QY-120拋丸器, 線材的每一個(gè)截面都能經(jīng)受2次以上的拋射, 杜絕陰陽面的產(chǎn)生。在拋丸直射部位加襯一層高錳鑄鋼護(hù)板形成分區(qū)內(nèi)置結(jié)構(gòu), 可以降低運(yùn)行成本, 兩端附室做加長(zhǎng)處理, 裝有螺旋密封保證丸塵不外溢, 同時(shí)還可消除彈丸與線材摩擦產(chǎn)生的弱磁性, 分區(qū)內(nèi)置拋丸室結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1.3 彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)

彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)由分離器、提升機(jī)、螺旋輸送器和彈丸流量調(diào)整裝置組成。

3.1.3. 1 分離器

由旋風(fēng)+風(fēng)選式分離器組成, 分離效率不小于99%, 保證潔凈的鋼丸回用。分離器是拋丸機(jī)的關(guān)鍵部件, 直接影響拋丸器葉片的壽命及拋丸后的表面效果。

圖2 分區(qū)內(nèi)置拋丸室結(jié)構(gòu)

3.1.3. 2 提升機(jī)

提升機(jī)下部進(jìn)料口與螺旋輸送器連接, 上部出料口通過溜槽與分離器相連, 實(shí)現(xiàn)彈丸的垂直輸送。

3.1.3. 3 螺旋輸送器

螺旋輸送器將彈丸水平輸送至提升機(jī)的下部, 它是彈丸循環(huán)系統(tǒng)中的重要部件, 螺旋軸要嚴(yán)格保證同軸度, 螺旋葉片應(yīng)保證耐磨性。螺旋輸送器要輸送徹底, 正常的彈丸堆積不超過20%。

3.1.3. 4 彈丸流量調(diào)整裝置

彈丸流量調(diào)整裝置由氣缸控制, 氣缸行程可調(diào), 與拋丸器的轉(zhuǎn)速配合實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整拋丸量和拋射速度, 達(dá)到合適的表面粗糙度。彈丸流量調(diào)整裝置主要由閘門、控制汽缸、傳動(dòng)螺桿組成。可根據(jù)鋼種、線材規(guī)格和線材運(yùn)行速度, 拋丸電機(jī)的頻率, 電機(jī)的負(fù)荷 (電流值) 自動(dòng)調(diào)整供丸量和拋射速度, 保證線材表面的清理效果。

3.2 主要工藝參數(shù)

拋丸量是拋丸器性能的重要指標(biāo), 拋丸量取決于電機(jī)功率和葉輪轉(zhuǎn)速, 決定了線材拋丸后的表面質(zhì)量。在拋丸過程中需根據(jù)鋼種、線徑和線材運(yùn)行速度來調(diào)整拋丸量, 可通過調(diào)節(jié)氣缸螺桿的行程手動(dòng)調(diào)整拋丸量, 手動(dòng)調(diào)整對(duì)人員的操作水平要求較高。自動(dòng)調(diào)整是通過改變拋丸電機(jī)的頻率繼而改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)拋丸量的調(diào)整, 自動(dòng)化程度高。XQ-II型線材拋丸機(jī)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整, 操作過程中只要從觸摸屏的下拉菜單中選擇鋼種、線徑和線材運(yùn)行速度, 拋丸電機(jī)將自動(dòng)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的頻率, 從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)拋丸。

3.3 拋丸后表面質(zhì)量

3.3.1 表面粗糙度

試驗(yàn)采用Ø7.0 mm SUM24L快削鋼, 酸洗與拋丸處理后的表面宏觀形貌如圖3所示。由圖3可以看出, 拋丸后的表面比酸洗后表面光滑致密。

圖37.0 mm SUM24L快削鋼經(jīng)過酸洗與拋丸處理后的表面宏觀形貌比較

粗糙度是評(píng)定表面質(zhì)量的重要參數(shù), 特別是拋丸后進(jìn)行表面探傷的線材。表面粗糙度的大小取決于彈丸線速度和彈丸直徑, 合適的粗糙度也有利于后續(xù)的拉拔加工。Ø7.0 mm SUM24L快削鋼拋丸后粗糙度Ra14.10, 符合GB/T 6060.3—2008對(duì)粗糙度的要求, 經(jīng)過拉拔速度80 m/min的后續(xù)拉拔、拋光等工序, 粗糙度和酸洗處理拉拔后的基本相當(dāng), 酸洗與拋丸后粗糙度比較如圖4所示。