涂裝前處理殘余彈丸的危害及其防治措施

張瑞 *，董超，馮賢平

（1.山東山推機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；2.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

1 殘余彈丸的產(chǎn)生

1.1 拋丸處理原理

拋丸是通過拋丸器將彈丸加速并拋射到結(jié)構(gòu)件表面，通過彈丸的沖擊和切削作用，將工件表面的氧化皮、銹蝕、焊渣等除去的一種高效涂裝前處理工藝。

噴丸處理與拋丸的原理相同，所不同的是噴丸是通過壓縮空氣將彈丸噴射出來，彈丸的飛行速度比拋丸的要低，一般是采用人工操作，效率較拋丸低得多。

1.2 拋丸生產(chǎn)工藝

拋丸的工藝非常簡單，將工件按工藝要求吊裝好，采用一定的輸送方式將工件輸入到拋丸室后，關(guān)閉室體門開始拋丸，在工藝規(guī)定的拋丸時(shí)間后停止拋丸，并對(duì)工件進(jìn)行清理(有的是輸送到下一個(gè)工位進(jìn)行清理，有的則是落到車間地面進(jìn)行清理)。對(duì)于沒有機(jī)械加工表面或加工精度很低的工件(拋丸粗糙度不影響其設(shè)計(jì)及裝配性能)，可以不進(jìn)行屏蔽，直接上線。拋丸后工件上殘余彈丸及粉塵一般是不可避免的，因此，拋丸后必須進(jìn)行清理。拋丸處理下線的工件可進(jìn)入噴漆線進(jìn)行噴漆，但噴漆前還應(yīng)進(jìn)行吹掃，徹底去除表面殘余粉塵。拋丸生產(chǎn)中工件輸送的方式有很多種，如臺(tái)車式、輥道式、懸掛式等，不同的輸送方式適用于尺寸、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模不同的工件。

1.3 殘余彈丸的產(chǎn)生

造成拋丸后工件上殘余彈丸的原因有多方面，既有工件本身結(jié)構(gòu)的原因，也有因吊具結(jié)構(gòu)不合理而造成的。由于工件結(jié)構(gòu)、形狀各不相同，有的較為規(guī)則，但更多的是不規(guī)則的，甚至在結(jié)構(gòu)上十分復(fù)雜，有的還存在內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。由于拋丸室體、工件形狀、吊裝方式等不同，彈丸從拋丸器拋射出來后的運(yùn)行軌跡各不相同，有的垂直打在工件表面，然后彈回、掉落，有的以一定角度打在工件表面，再按一定的角度彈出并撞擊到工件其他表面或者是拋丸室體內(nèi)壁；有的也會(huì)直接打到拋丸室體對(duì)面的內(nèi)壁上，并反彈打到工件上或落到底部；有的彈丸甚至與對(duì)面拋射過來的彈丸撞擊，改變方向后運(yùn)行。彈丸從拋丸器拋射出來并高速運(yùn)行，通過撞擊和重力影響，方向不斷改變，速度不斷降低。當(dāng)彈丸落到工件水平面并由于阻力作用而速度變?yōu)榱銜r(shí)，彈丸就會(huì)停留到工件平面上。當(dāng)然，停留到水平面的彈丸也可能會(huì)在后續(xù)高速飛入彈丸的撞擊下重新獲得動(dòng)能，離開工件水平面，但最終還是會(huì)有彈丸殘留下來，如圖2中a、b、c 的上表面。對(duì)于一些存在腔體結(jié)構(gòu)的零件，腔體內(nèi)部往往是拋丸效果差的地方，但也是彈丸最容易殘留的地方，如圖2中的b、c。很多工件的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比b、c 所示的還復(fù)雜，彈丸一旦進(jìn)入便很難彈射出來，會(huì)在里面不斷地折射改變方向直到速度降為零，沉積到腔體內(nèi)部死角部位。另外，有的結(jié)構(gòu)件采用非連續(xù)的焊縫，焊在一起的兩個(gè)零件之間存在一定間隙，由于彈丸撞擊到工件、吊具、室體等表面會(huì)改變方向，朝各個(gè)方向彈射，部分會(huì)恰好進(jìn)入焊接縫隙之中，并卡在里面或多個(gè)彈丸擠壓后卡在里面，如圖1中的d。

圖1 4 種工件結(jié)構(gòu)上彈丸殘留示意圖 Figure 1 Schematic diagram of pill residue on four kinds of workpiece structures

另外，彈丸不僅僅殘余在工件上，由于吊具結(jié)構(gòu)不合理，還會(huì)殘余到吊具上，而且常常被忽視。比如在吊具型材的選擇上，如果選用矩形管且使用過程中有平面處于水平方向，上面就可能會(huì)有彈丸殘留。另外，吊具如果存在像工件一樣的非連續(xù)焊縫，縫隙中也同樣會(huì)有彈丸殘留。

2 殘余彈丸的危害

工件上殘余彈丸的存在會(huì)給涂裝生產(chǎn)和涂裝質(zhì)量造成不利的影響，過多的殘余彈丸會(huì)增加工人吹掃、清理的工作量。殘余彈丸清理不干凈則會(huì)影響到后續(xù)的涂裝質(zhì)量甚至影響到產(chǎn)品的性能。吊具上的殘余彈丸在工件輸送、噴漆過程會(huì)被抖落到工件上或地上，而工件上的殘余彈丸同樣會(huì)產(chǎn)生各種危害，還會(huì)落到未干的漆膜表面，影響漆膜外觀質(zhì)量。

2.1 增加清掃工作量

從拋丸工藝來看，拋丸以后的清理是必須的，因?yàn)閽佂璁a(chǎn)生的大量粉塵會(huì)吸附或沉積在工件表面，不徹底清理會(huì)影響到漆膜附著力和外觀。彈丸在工件上的殘留對(duì)一些工件而言是不可避免的，因此對(duì)殘余彈丸的清理也是必要的。但是過多的殘余彈丸會(huì)增加零件清掃的工作量。筆者見過一個(gè)工件拋丸后的殘余彈丸超過500 kg，而且由于工件結(jié)構(gòu)的關(guān)系，清理十分困難。

2.2 造成現(xiàn)場安全隱患

殘余彈丸隨工件一起從拋丸室出來，在工件裝卸、運(yùn)動(dòng)過程中由于工件的抖動(dòng)，彈丸會(huì)被抖落或震落到車間地面上。由于彈丸是圓形或橢圓形的，踩在上面極容易讓人滑到，導(dǎo)致安全事故。一些拋丸車間為了防止彈丸引起的人員滑到，只能不斷地清掃現(xiàn)場地面。

2.3 增加成本

一些箱體結(jié)構(gòu)工件由于內(nèi)腔有很多筋板，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，拋丸時(shí)彈丸一旦從開孔或盲孔進(jìn)入，難以清理出來，會(huì)隨工件轉(zhuǎn)走。彈丸是循環(huán)使用的輔料，一旦隨工件帶走就無法循環(huán)使用，需要補(bǔ)充新的彈丸，造成生產(chǎn)成本的增加。

2.4 影響涂裝質(zhì)量

拋丸作為涂裝前處理工序，其重要性不言而喻，但是對(duì)涂裝產(chǎn)品而言，人們不愿意看到漆膜中有殘余的彈丸，這和不愿意看到焊縫周圍的焊渣焊豆一樣。一些存在死角的工件，彈丸清理不干凈時(shí)噴上漆也會(huì)顯露出來(如圖2a)，甚至使漆膜無法真正覆蓋到工件表面，這也是造成噴漆工件死角部位容易生銹的原因之一。另外，如果拋丸、噴漆是連續(xù)輸送的，存在于吊具上的殘余彈丸在噴漆過程中會(huì)由于工件升降振動(dòng)而掉落到濕的漆膜上，造成外觀弊病，如圖2b所示。

圖2 死角處及漆膜上的殘余彈丸 Figure 2 Residual pill at dead angle and on surface of film

2.5 影響裝配

結(jié)構(gòu)件上一般會(huì)存在大量的螺紋孔和少量的銷孔，有的螺紋孔和銷孔還是盲孔。如果彈丸進(jìn)入到這些螺紋孔或銷孔里面且未能徹底清理，就會(huì)影響到后續(xù)的裝配。對(duì)螺紋孔而言，如果螺紋間存在彈丸，螺栓就打不進(jìn)去，甚至卡死，破壞螺紋，嚴(yán)重影響到裝配工序的正常進(jìn)行。

2.6 影響設(shè)備運(yùn)行

采用拋丸作為涂裝前處理的除了普通的結(jié)構(gòu)件，還有一些與液壓系統(tǒng)相關(guān)的工件，如推土機(jī)的后橋是采用中厚板焊接的結(jié)構(gòu)件，在整機(jī)裝配中，后橋箱體內(nèi)的油液與一些工作管路及傳動(dòng)件部位是相通的。推土機(jī)后橋結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，拋丸過程中彈丸殘余較多，如果清理不徹底，哪怕只是殘留幾顆，在推土機(jī)工作過程中都有可能隨油液循環(huán)進(jìn)入管路乃至液壓閥，導(dǎo)致液壓閥卡死，造成設(shè)備運(yùn)行故障。另外，殘留彈丸還有可能進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)，造成齒輪之間的卡阻，使設(shè)備發(fā)生異響并使設(shè)備停運(yùn)。

2.7 影響產(chǎn)品市場

一些箱體結(jié)構(gòu)或腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)殘余的彈丸既不影響涂裝質(zhì)量，也不影響后續(xù)的裝配和設(shè)備的正常運(yùn)行。但是，在用戶對(duì)設(shè)備的使用過程中，由于顛簸、振動(dòng)，會(huì)有一些彈丸被抖落出來。這雖然不是什么故障，但是給用戶留下了不好的印象，一些不了解設(shè)備制造工藝的用戶甚至?xí)詾槭谴髥栴}，要求服務(wù)或索賠。服務(wù)人員不得不花口舌向用戶解釋，有時(shí)雖然能成功化解矛盾，但畢竟在用戶心里留下了陰影，并由此影響到用戶的忠誠度及產(chǎn)品市場。

3 避免或減少殘余彈丸的措施

只要是工件進(jìn)行拋丸處理，就有可能產(chǎn)生殘余彈丸。但是，對(duì)一些工件而言，殘余彈丸可以減少，甚至可以避免。

3.1 改進(jìn)工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用磷化處理的薄板工件，也會(huì)存在殘余液體。對(duì)涂裝噴漆而言，殘余液體的危害比殘余彈丸還要大，在噴漆時(shí)是絕對(duì)不允許的。但是通過工藝孔的設(shè)計(jì)，可以很好地解決殘余液體問題。結(jié)構(gòu)件可以參考磷化工藝孔的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)同步考慮工件在拋丸處理時(shí)的吊裝方向，在一些易存殘余彈丸的死角部位，如不影響工件強(qiáng)度，可設(shè)計(jì)漏丸工藝孔，一方面可以減少殘余彈丸的堆積，另一方面易于殘余彈丸的清理。另外，零件焊接的焊縫盡可能采用連續(xù)焊，避免縫隙的存在，從而避免彈丸進(jìn)入和殘留。

3.2 用合理的方式吊裝

工件不同的吊裝狀態(tài)所殘留彈丸的幾率不一樣，有的甚至可以避免。如圖3所示，同一個(gè)工件采用不同的吊裝方式形成的殘余彈丸各不相同，a 狀態(tài)有3 個(gè)朝上水平面可能會(huì)有殘余彈丸，而且凹面還可能形成大量堆積的殘余彈丸；b 狀態(tài)有2 個(gè)朝上水平面可能會(huì)有殘余彈丸，但存丸面較小；c 狀態(tài)只有1 個(gè)朝上水平面可能會(huì)有殘余彈丸，但存丸面較大；d 狀態(tài)所有面都沒有處于水平，因此彈丸在工件上無法停留，不存在彈丸殘留的可能。

圖3 不同吊裝狀態(tài)的工件拋丸后形成的殘余彈丸 Figure 3 Residual pill formed on workpiece in different hanging status after shot blasting

3.3 改進(jìn)吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于一些彈丸是殘留在拋丸過程使用的吊具上，因此可以通過吊具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來完全避免彈丸的殘留。如圖4所示的吊具，其吊梁可采用矩形管材或圓形管材。如果在拋丸過程中矩形管材吊梁處于圖5中的a 狀態(tài)，則有朝上的水平面，會(huì)殘留彈丸。同樣是矩形管材吊梁，在拋丸過程中處于圖5中的b 狀態(tài)，則不存在朝上的水平面，彈丸也無法殘留。圓形管材吊梁由于彈丸在上面無法停留，也不會(huì)形成殘余彈丸，見圖5中的c。另外，吊梁兩端如果不封上，也會(huì)有 彈丸進(jìn)入孔內(nèi)并殘留下來，因此兩端必須采用焊接板封堵。

圖4 工件吊具示意圖 Figure 4 Schematic diagram of workpiece lifting tool

圖5 圓形吊梁和2 種懸掛方式的矩形吊梁示意圖 Figure 5 Schematic diagram of round hanging beam and rectangular hanging beam of two kinds of hanging modes

3.4 采用屏蔽工裝

一些箱體結(jié)構(gòu)的工件，箱體內(nèi)部不需要噴漆，也用不著拋丸。但是，由于箱體上存在一些開口或兩端沒有封堵，就會(huì)有彈丸進(jìn)入且不容易清理。因此，在拋丸時(shí)可想辦法將端口或孔口屏蔽，不讓彈丸進(jìn)入，如圖6所示。屏蔽可采用鋼板或帶有強(qiáng)磁力的橡膠板。對(duì)于開口周圍有螺紋孔的開口或打孔，可采用鋼板屏蔽，并用工藝螺栓固定到箱體上，這樣也保證了螺紋在拋丸過程中不被打壞。無論孔口周圍是否有螺紋孔，均可采用強(qiáng)磁力的橡膠板進(jìn)行屏蔽(該法使用十分方便，已被廣泛應(yīng)用)。另外，盲孔可采用錐形橡膠棒進(jìn)行屏蔽。

圖6 開口的箱體及開口處的屏蔽 Figure 6 Ringent box and shielding for ringent position

4 殘余彈丸的清理

殘余彈丸如果在噴漆前能夠得到徹底清理，就不會(huì)對(duì)涂裝質(zhì)量造成影響。因此拋丸后的清理十分重要，雖然它不能避免殘余彈丸的形成，卻是避免殘余彈丸造成危害的關(guān)鍵。殘余彈丸的清理需根據(jù)殘留位置的不同，采取不同的方法。

4.1 工件翻個(gè)

一些工件如果在拋丸吊裝時(shí)凹口朝上，會(huì)沉積大量的殘余彈丸，清理工作量大。如果工件是輸送到拋丸線外進(jìn)行清理的，可采用車間的起重設(shè)備將工件吊起在地面翻轉(zhuǎn)，將里面的彈丸倒出來。但是，如果拋丸線上設(shè)有清理室(不允許下線)，就不能采用這種方法。此外，這種方法不能清理工件上的殘余粉塵。

4.2 壓縮空氣吹掃

壓縮空氣吹掃是拋丸后清理最常用的方法，使用十分簡單，只需要將車間壓縮空氣接到專門的槍上，打開槍上的空氣閥門就可以進(jìn)行清理作業(yè)。壓縮空氣清理效率最高，不僅能吹掃彈丸，而且能吹掃工件表面的粉塵。對(duì)于結(jié)構(gòu)簡單的工件朝上平面殘余的彈丸，壓縮空氣清理效果最好。對(duì)一些帶有型腔結(jié)構(gòu)的工件，如果底部有開口，采用壓縮空氣也可將殘余彈丸吹掃出來。但是，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，使用壓縮空氣并不能徹底對(duì)其腔內(nèi)殘余彈丸進(jìn)行清理，還需配合其他方法。另外，拋丸線上沒有清理室，工件需吊到車間進(jìn)行清理的，也不宜采用壓縮空氣吹掃殘余彈丸(可吹掃殘余粉塵)，因?yàn)檐囬g壓縮空氣(壓力在0.3 ～ 0.6 MPa)會(huì)將彈丸吹得四處散落，造成安全隱患。當(dāng)然，如果壓縮空氣的壓力太小，清理的效率和效果都會(huì)降低。

4.3 工業(yè)吸塵器吸附

一些工件腔內(nèi)的彈丸，在采用壓縮空氣吹掃時(shí)，由于開口遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于腔體內(nèi)部尺寸，殘余彈丸被壓縮空氣吹起后會(huì)被擋回去，因此吹掃不出來。在這種情況下，可變吹為吸，即采用吸塵器進(jìn)行清理，將吸塵器吸頭伸入到腔內(nèi)，直接將彈丸吸走。清理殘余彈丸的吸塵器的工作原理和家庭用除塵器一樣，但要求有較大的功率，能夠?qū)⒅睆綖?.6 ～ 1.2 mm 的鋼丸吸起并輸送到所附帶的容器內(nèi)。

4.4 磁力筆吸附

有些內(nèi)部結(jié)構(gòu)在拋丸時(shí)彈丸能進(jìn)入，如孔徑較小、深度較大的盲孔，里面殘余的彈丸采用壓縮空氣吹不出來，吸塵器也無法伸入。此時(shí)，可采用磁力筆進(jìn)行清理。將磁力筆伸到空腔里面，將里面的彈丸吸附出來。當(dāng)然，采用磁力筆進(jìn)行清理的效率十分低，只用于少數(shù)特殊且其他方法清理不了的情況。

5 結(jié)論

小小的彈丸為涂裝前處理發(fā)揮了巨大的作用，但是它在工件及吊具上的殘留，也給涂裝生產(chǎn)人員帶來各種麻煩，會(huì)影響整體的生產(chǎn)效率，造成材料浪費(fèi)和成本增加，還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

拋丸后工件上殘余的彈丸是結(jié)構(gòu)件涂裝中普遍面臨的難題，但是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和吊裝方式的改進(jìn)是可以減少的，對(duì)一些工件而言甚至是可以避免的。在將殘余彈丸的數(shù)量降低到最低的情況下，再通過采用各種方法進(jìn)行徹底清理，就可以避免殘余彈丸對(duì)噴漆質(zhì)量及后續(xù)產(chǎn)品的影響。