件抛丸清理效率和表面粗糙度的影响.pdf

钢丸粒度对铸件抛丸清理效率和表面粗糙度的影响 杨清林武炳焕 刘永安 东风汽车公司铸造一厂 4 4 2 0 4 8 摘 要 本文对不同 厂家生产的钢丸密度 硬度 粒度分布 金相组织和寿命进行分析 优选了 一种使用寿命长的 钢 丸应用于生产 通过试验找到了 钢丸 粒度 抛丸 速度和表面粗糙度之间的 关系 并分析了 生产过程中 钢丸 粒度的 变 化和补充加料方式对清理效率和铸件表面粗糙度的影响 关键词 钢丸 级 抛丸清理效率表面粗糙度 研究 和 生 产 实 践 表明 铸 件 的 表 面 质 量 不 仅 与 造 型 材 料 原 砂 粒 度 0 I 原 砂 细 度 12 l 涂 料 13 1 造 型 过 程 14 5 1 铁 水 充型 6 1有关 而 且 与 抛丸 喷 丸 清理 过 程 17 1 有 关 铸 件 清 理 使 用的 磨 料 一钢丸的 性 质 密 度 硬 度 形 状 和粒度分布不 仅直 接影响到 铸件的 表面质量 而且和 清理效率 有很大的关系 因此 国内 7 1 0 1和 国 外 1I 一 3 1对 钢丸的 性质和如何 选用作了 一定的 研究 但是 国内 铸件清理中 使用级配钢丸的 很少 大 都采 用 单一粒度的钢丸用于生产 同时 清理过程中 钢丸粒度的变化对清理效率和表面粗糙度的影响研究也很少 本文通过试验和生产应用 对钢丸的性质 粒度和抛丸 速度与铸件表面粗糙度之间的关系 级配钢丸粒度变 化对清理效率和表面粗糙度的影响进行了 研究 1 钢丸的选用 由 于钢丸的性质与清理效率 表面 粗糙度和清理成本有很大的关系 先在实验室对 A B C三种钢丸 的粒度分布 硬度 密度 气孔率 金相组织 寿命进行了分析 粒度分布见表 1 硬度分布见表 2 寿命 分析见表3 显微组织见图1 表1 A B C三种钢丸粒度分布 5 4 6 0 筛网号孔径人钢丸 B钢丸C钢丸 S creenN O p e n in g m m 残留率 残留率 残留率 累计单筛累计单筛累计单筛 1 0 5 6 6 0 2 0 00 0 00 0 00 1 10 1 1 1 2 S 5 5 0 1 7 03 0 73 0 77 4 37 4 35 1 5 35 1 4 2 1 4 5 4 6 0 1 4 07 1 0 9 6 8 0 29 2 3 38 4 9 09 6 似4 4 4 9 1 6 5 3 9 0 1 1 89 7 7 22 6 6 39 9 9 27 5 99 9 9 73 9 5 1 8 S 3 3 0 1 0 09 9 7 42 0 29 9 9 60 0 49 9 9 90 0 2 表 2 A B C三种钢丸硬度分布 5 4 6 0 钢 九 I234567891 0平均值最大值最小值极差 人4 8 74 7 94 6 94 6 64 3 04 6 64 7 74 8 84 8 14 5 94 7 04 8 84 3 05 8 B4 7 24 2 941 05 2 74 9 94 1 8 4 1 947 54 9 9j4 6 15 2 741 01 1 7 C4 8 55 9 石4 4 14 9 24 6 34 8 14 3 14 9 35 2 刀4 8 54 8 95 9 石4 3 11 6 5 H 夕 表3 A B C三种钢丸寿命分析 S 4 6 0 累计转 数 A厂家钢丸 B厂家钢丸C厂家钢丸 3 M B 瞥 累计磨损量 B 瞥 瞥 累计磨损量 B 瞥 O N O 8 累计磨损量 B 5 0 09 0 5 99 4 19 41 8 9 0 31 0 9 71 0 9 78 4 6 4 1 5 3 61 5 3 6 1 5 0 07 9 7 22 0 2 84 6 7 4 7 6 8 62 3 1 45 4 5 27 4 00 2 6 0 06 3 4 7 2 0 0 07 7 4 62 2 5 46 9 2 87 5 6 4 2 4 3 67 8 8 87 4 5 72 5 4 38 8 9 0 2 5 0 07 8 6 7 21 3 39 0 617 6 6 42 3 3 61 0 2 2 47 4 5 9 2 5 4 11 1 4 31 3 0 0 08 0 7 71 9 2 31 0 9 8 4 寿命2 7 4 4 1 5 转 2 4 5 2 0 5 转2 2 1 8 4 2 转 A 回火马氏体 B 回火马氏体 C 回火马氏体 图1 A B C 三种钢丸的显徽组织 结果表明 在粒度分布上 C 钢丸偏大近一个规格 B钢丸稍偏大 但都超过了国 标的规定 只有A钢 丸粒度分布符合国 标 在硬度分布上 对于清理铸件 要求硬度为H R C 4 0 5 0 如果钢丸的硬度超过H R C 5 0 对铸件的损害急剧增加 弹痕变深 B C三家钢丸的硬度都有超过H R C 5 0 的 特别是C钢丸 最大硬度 达到H R C 5 9 6 只有A钢丸的硬度合乎要求 且极差最小 仅为H R C 5 8 而B C两种钢丸硬度极差分别 达 1 1 7 和 1 6 5 密度高 低和钢丸寿命有直接关系 若钢丸的密度低 则表明 钢丸内部存在较多的气孔和显微裂纹 或含 碳 量 较 高 在 使 用 过 程 中 很 容 易 破 碎 只 有 密 度 大 于7 4 妙时的 钢 丸 其 气 孔 和 裂 纹 才 明 显 少 些 A 钢 丸 是 雾 化 成 形 气 孔 和 微 裂 纹 很 少 密 度 达7 6 5 沙时 寿 命 达 到2 7 4 4 1 5 转 B C 钢丸 是 离 心 成 形 密 度 分 析 结 果 表明 分 别 只 有7 2 5 和7 2 0 g c m 3 说 明 气 孔 和 微 裂 纹 较 多 寿 命 相 应 较 低 仅 为2 4 5 2 0 5 转 和2 2 1 8 4 2 转 此外 三种钢丸的成形过程不同 但都经二次淬火和回火处理 三种钢丸都为回火马氏 体组织 但C 钢 丸的 组织最粗大 因而对使用寿命有一定的影响 而A B 钢丸的显微组织更细 综合分析 最后选定A钢 丸进行试验 2 实验室 试验 选定 钢丸后 在上海摩根 M u r g a 公司 进行了 钢丸 粒度与工 件表面粗糙度之间的关系试验 所用设 各 是美国U S F 公司的 W h e e l a b r a t o r A l l e v a r d 抛丸清理设各 抛头采用变频电机驱动 抛丸速度可以 从0 1 0 0 m s 任 意调节 下 砂量由 电 磁阀 控制的 下砂阀门 调节 循环砂量8 0 0 K g 用阿尔门 试片 C型 H R C 4 9 9 作为 测试对象 保证工件覆盖率 9 9 抛射角度为9 0 0 时间4 m i n 钢丸为球形 硬度H R C 4 6 试验结果见表 4和图2 0 由 表4 和图2 可见 在相同的抛射速度下 钢丸粒度越大 所清理的工件表面粗糙度值越大 级配钢丸 得到的表面粗糙度值要比单一粒度的钢丸低 对干铸件来说 中干铸样的裹面硬度比钢丸低 也比阿尔门试片低 且硬度范围杳化较大 钢丸对铸 N 7 4 势 件的作用效果要比 对阿尔门试片的作用效果强得多 即 在钢丸的 作用下 铸件更加容易产生变形 表面也就 更加粗糙 因此 实际得到的 铸件表面粗糙度值要比阿尔门试片试验结果高 且范围较大 图3 为不同 粒度 的钢丸在不同抛射速度下的铸件表面粗糙度 可以看出 钢丸粒度与表面粗糙度同样存在明显的线性关系 此 外 同一 粒度的钢丸 抛射速 度越大 得到的 表面粗糙度 值越高 这是因为 钢丸的 冲击动能E 1 2 m 俨 钢 丸 越大 m越大 抛射速度越大 动能就越大 冲击力也越大 在工件上留下的弹痕越深 因而得到的表 面粗糙度值越高 表4 抛射速度V 6 0 m s 时的抛丸后表面粗糙度 内容 钢九粒度 5 3 3 0 I 0 M 5 3 9 0 1 2 m m 5 4 6 0 1 4 m m S 4 6 0 招 苗口J 翻 刁 is 鱿曰山 创 少 1 钢 丸 密 度 g c m 7 6 5 7 6 5 7 6 57 6 5 钢丸寿命 转 3 4 6 52 9 2 52 8 4 23 0 1 5 粗糙度 F u n R a1 1 01 2一 1 41 3 R z F 5 01 6 07 2一 6 5 只 m a x 6 0 7 5 8 5 8 0 注 级配钥丸由5 0 S 4 6 0 3 0 S 3 9 0 2 0 8 3 3 0 组成 3 生产性试验 我厂自2 0 0 1 年1 0 月开始应用级配钢丸工艺 得到了很好的 效果 主要表现在铸件的表面质量稳定 不 会出现大的质量波动 清理效率有一定提高 生产过程控制得到加强 钢丸和清理设备易损件的消耗下降 选定钢丸后 首先在我厂第一分厂鼠 笼抛丸 机上进行试验 然后推广到全厂 首次试验A钢丸共1 6 吨 试验零件为神龙轿车缸体 和4 9 1 缸体 见图4 抛 射速度为7 3 m s 计算值 抛射角度9 0 0 左右 抛 射角 度 9 0 0 时 的 冲击 力 最 大 清理 效 率 最 高 用S 4 6 0 钢丸 进行 抛 丸 前 缸体 先 在Q 3 8 4 抛丸 室 用S 5 5 0 钢 丸 进 行过粗抛丸清理 清除掉大部分表面砂子和少部分内腔砂子 试验用钢丸为A厂家5 4 6 0 级配钢丸 级配钢丸由5 0 S 4 6 0 3 0 S 3 9 0 2 0 S 3 3 0 组成 一次性加料 1 0 吨 清理 件的时间为4 5 s 一次2 件 而原来使用单一粒度的5 4 6 0 钢丸的清理时间为5 0 s 由于钢丸质 量好 钢丸磨损是渐变过程 以 后只需定期定量补充名义尺寸的 5 4 6 0钢丸即可级配不变 结果表明 采用 S 4 6 0级配钢丸清理的神龙轿车缸体和4 9 1 缸体 表面粗糙度值稳定在R a 1 2 5 2 5 p m之间 最低可达到 R a 1 0 5 R m 完全满足工 艺规定的R a 1 2 5 2 5 W m要求 图5 为表面粗糙 度测量结果之一 们 卜 之 耳 图4 试验的 4 9 1 缸体 图 5 表面粗糙度测t结果 值得注意的是 在抛丸处理过程中 钢丸补充方式对清理的质量有较大的影响 好的 钢丸 在清理过程中钢丸的 表面逐层剥落 钢丸逐渐变小 整个系统的 钢丸粒度的组成就会慢慢变 小 如果长时间不补充加料 系统的 钢丸粒度会变得很小 表面粗糙度降低和清理效率都会降低 如果一次 加料太多 则立即表现为铸件的表面粗糙度值变大 因此 钢丸的 补充最好是不断地进行 以 保证钢丸的 数 量和粒度组成不变 从而保证清理质量稳定 生产上一般通过定期补充钢丸来实现 每班一次 当补充加 料控制不好时 钢丸的粒度组成会出现较大的变化 图6 中所示的a c 曲线 就是生产过程中钢丸粒度组成 出现了 异常变化 a 曲 线是一次加料过多 c 曲 线是加料时间间隔太长 这两种现象都造成清理效率降低和表 面粗糙度的变化 为了 得到稳定的 表面粗糙度和清理效果 要严格定期补充钢丸 经常检查钢丸粒度的组成 使之尽量靠 近级配曲线b 在抛丸处理过程中 钢丸补充方式和粒度的变化对清理效率还会产生较大的影响 一方面 钢丸 在叶片 上被加速的 过程中 大颗粒的 钢丸首先离开叶片 小颗粒的 钢丸后离开叶片 钢丸粒度组成不变 则抛头的 热点 抛射出的钢丸主要集中区域 不变 但定向 套的磨损也会改 变抛头的热点 如果钢丸粒度发生变化 热点离开了工 件 则清理效率就会降低 另一方面 清理效率不仅和冲击力有关 还和覆盖率有关 大颗粒 的 钢丸 冲击力大 效果好 但每公斤的颗粒数有限 搜盖率低 清理效率并 不是最高的 且造成表面粗糙 小 颗粒的钢丸冲击力小 每颗钢丸的清理效果差 但每公斤钢丸的颗粒数多 因而覆盖率高 且能 清理到细 微之处 使表面粗糙度降 低 表5 为 不同 粒度的 钢丸 和相 应的 级 配钢丸 每公 斤所含有的 颗粒数1 14 1 可 见级配 钢丸的颗粒数是单一粒度钢丸的4 5 倍 这大大提高了 覆盖率 级配钢九含有4 0 5 0 的名义尺寸的 钢丸 和渐变的较小钢丸 兼顾了 清理时的冲击力和覆盖率 因此 清理效率最高 表面粗糙度值较低 生产中补充加料时 要坚持少量多次的原则 保证钢丸的级配不变 以 得到最高清理效率 图8 表示不同粒度的钢丸清理铸件的示意图 可见 级配钢丸的清理效率是最高的 n理 a 一次 加 料 过 多 b 级 配 工 作 钥 丸 一次 加 料 适 当 亡 加 料 丹 妍过 长 R a 2 00l00 00 日双 6 0S O 二 1 二 一 5 0 2 5 l 25 63 3扮 下 窦 碧 元公 哭曰5 5 下 I n夕 于一 图 6 S 4 6 0 级 配 钢 丸 粉 玲 扣 成 图7 神t I 体 表面粗 拘I 与 抛V 寸 间的关系 厂 a 钢丸 顺 粒太小 冲击力小 搜盖 率高 糙c 级配钢丸 表 5 能得到低的表面粗糙度值 但消理效率低 b 锅丸顺粒太大 冲击力大 清理效果明显 但覆盖率低 表面粗 大小顺粒适当 兼顾冲击力和扭盖率 能得到最佳清理效率和较低的表面粗糙度 图8 钢丸淆理工件示愈图 不同 粒度的钢丸和相应的级配钢丸每公斤所含有的顺粒数 钢丸名义直径 几 田 平均数量 颖 K g 新钥丸 平均数量 颗 K g 级配工作钢丸 S 7 8 02 0 02 5 0 0 0 1 1 8 0 0 0 5 5 5 01 4 07 0 0 0 03 3 5 0 0 0 5 4 6 01 1 81 2 0 0 0 05 5 8 0 0 0 5 3 9 01 0 02 0 5 0 0 09 3 7 0 0 0 S 3 3 00 8 53 3 5 0 0 01 5 7 2 0 0 0 S 2 3 00 6 09 2 5 0 0 04 9 7 1 0 0 0 s i l o0 3 07 4 8 0 0 0 03 7 5 9 3 0 0 0 生产中还发现 随着清理时间的延长 铸件的表面粗糙度值不断变小 最后趋于某一顶值 图7 为神龙 缸体的表面粗糙度值随抛丸清理时间的变化曲线 采用5 4 6 0 级配钢丸 最终表面粗糙度为R a l 1 1 2 S u m o 4 结论 1 抛丸 清理的铸件表面粗糙度与所用磨料的粒度及抛射速度有密切的关系 粒度越大 表面粗糙度值越 高 抛射速度越高 表面粗糙度值越高 级配钢丸比单一粒度的钢丸得到的表面粗糙度值要低 2 应用级配钢丸 对降 低铸件表面粗糙 度值有一定的 帮助 对清理效率 有较大影响 能 提高 铸件清理效率 3 加料方式对清理效率 和表面 粗糙度有很大的 影响 及时 补充 加料 保持 钢丸级配 不变 才能保 证抛头 热点不变 即 清理效率不下降 和铸件表面质量的稳定 4 抛丸时间 对铸件的表面粗糙度有一定的影响 随着时间的延长 铸件的表面粗糙度值趋于某一定值 参 考 文 献 1 1 何 洪 亮 原 砂 粒 度 分 布 对型 砂 性能 及 铸 件 表 面 质 量的 影 响 哈 尔 滨 科 学 技 术 大 学 学 报 1 9 9 1 3 1 2 1 7 2 1 何洪 亮 原砂细度对型 砂性能 及铸件表面粗糙度的 影响 机械工 程师 1 9 9 2 2 3 8 4 0 3 1 朱丽娟 王 冬 液态金属充 填成形时 铸件表面粗糙度的 成因 及控制 铸造 1 9 9 6 6 3 3 3 6 4 1 王文清 李魁盛 铸造工艺学 机械工业出版社 1 9 9 8 5 1 程放 砂粒分布和输入的混砂能量对型砂性能的影响 造型材料 1 9 8 5 3 2 8 3 3 6朱丽娟 王冬 液态金属充填成形时铸件表面粗糙度的成因及控制 铸造 1 9 9 6 6 3 3 3 6 7 1 刘如伟 抛丸清理 喷丸强化用弹九的 性质及选择原则 铸造技术 1 9 9 6 3 8 1 1 8