鍛造棒坯拋丸跑偏分析

劉 瓊

（國(guó)核寶鈦鋯業(yè)股份公司坯料與板帶制造廠，陜西寶雞 721014）

拋丸機(jī)是一種利用拋丸器拋出的高速?gòu)椡柘牧媳砻娴囊恍└街铩?qiáng)化工件表面或改善工件表面粗糙度的表面處理設(shè)備。該設(shè)備在鑄造業(yè)表面清理、冶金礦山、機(jī)械制造、汽車(chē)拖拉機(jī)、兵器制造、輕紡機(jī)械、船舶車(chē)輛、航空宇航、建筑裝飾等不同行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用，其工藝范圍亦從鑄鍛件的表面清理擴(kuò)展到金屬結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)化、表面加工、拋噴丸成形等不同的領(lǐng)域[1～6]。

在鋯合金管棒坯生產(chǎn)過(guò)程中，拋丸機(jī)主要用于去除鍛造棒坯表面的氧化皮，以保證淬火工序的控溫精度和機(jī)加工序的易操作性。目前在鋯合金管棒坯生產(chǎn)線使用履帶式拋丸機(jī)過(guò)程中，棒坯容易從拋丸室中間位置移動(dòng)至邊部位置，這不僅影響了鍛造棒坯表面氧化皮去除的均勻性，而且不利于棒坯從拋丸室取出，因此對(duì)棒坯在拋丸機(jī)中的跑偏問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在鋯合金管棒坯生產(chǎn)線的履帶式拋丸機(jī)上進(jìn)行，該設(shè)備適用工件規(guī)格為 210 mm～260 mm×400mm～800mm.試驗(yàn)選取 225mm×450mm、225 mm×500 mm、 225 mm×600 mm三種規(guī)格的鋯合金鍛造棒坯各兩根，前兩種規(guī)格滿足鋯合金管棒坯生產(chǎn)用棒坯規(guī)格范圍，第三種規(guī)格滿足設(shè)備能力允許范圍。

試驗(yàn)共分為兩組，第一組分析坯料長(zhǎng)度對(duì)跑偏的影響：在相同的拋丸參數(shù)下，使用三種長(zhǎng)度的坯料各兩個(gè)進(jìn)行拋丸；第二組研究坯料頭尾直徑偏差對(duì)跑偏的影響：在相同的拋丸參數(shù)下，使用頭尾直徑具有一定偏差的坯料在頭尾對(duì)調(diào)前后各進(jìn)行一次拋丸。每次拋丸準(zhǔn)備時(shí)，機(jī)械手將坯料放入拋丸室的中間位置，拋丸結(jié)束后觀察坯料在拋丸室的跑偏情況。試驗(yàn)方案見(jiàn)表1.

表1 拋丸試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 長(zhǎng)度對(duì)跑偏的影響

第一組試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在相同拋丸參數(shù)下，450 mm、500 mm、600 mm三種長(zhǎng)度的棒坯分別完成兩次拋丸后，棒坯均向拋丸室的右側(cè)跑偏。

試驗(yàn)中三種長(zhǎng)度的棒坯均在設(shè)備允許長(zhǎng)度400 mm～800 mm范圍和生產(chǎn)用棒坯長(zhǎng)度范圍內(nèi)，這說(shuō)明在該履帶式拋丸設(shè)備能力范圍內(nèi)，生產(chǎn)中允許的不同長(zhǎng)度棒坯發(fā)生同一方向的跑偏現(xiàn)象不受棒坯長(zhǎng)度的影響。

2.2 直徑偏差對(duì)跑偏的影響

第二組試驗(yàn)完成8次拋丸后，發(fā)現(xiàn)在同樣的拋丸條件下，棒坯均向同一方向（拋丸室的右側(cè)）跑偏。從表2可以看出棒坯頭尾直徑偏差在軸向上依次出現(xiàn) 0 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm和 6 mm.1號(hào)棒坯的2號(hào)位置頭尾偏差達(dá)到最大值6 mm，并且整根棒坯頭尾偏差均較大；3號(hào)管坯頭尾偏差比較小，且比較均勻。試驗(yàn)中頭尾不同程度直徑偏差的棒坯均向同一方向跑偏，這說(shuō)明在履帶式拋丸機(jī)上鍛造棒坯發(fā)生同一方向跑偏的現(xiàn)象不受棒坯頭尾直徑偏差的影響。

通過(guò)對(duì)鍛造棒坯長(zhǎng)度、鍛造棒坯頭尾尺寸偏差對(duì)拋丸機(jī)跑偏原因的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在同樣的拋丸條件下，不同長(zhǎng)度和不同頭尾直徑偏差的棒坯料均向拋丸室的右側(cè)跑偏，這說(shuō)明在設(shè)備能力允許范圍內(nèi)和生產(chǎn)棒坯規(guī)格允許范圍內(nèi)棒坯長(zhǎng)度及頭尾直徑偏差對(duì)棒坯履帶式拋丸機(jī)的跑偏現(xiàn)象并不產(chǎn)生影響，跑偏問(wèn)題有可能是設(shè)備本身問(wèn)題造成。

表2 棒坯頭尾尺寸偏差

鋯合金管棒坯生產(chǎn)線所使用的拋丸機(jī)是以橡膠履帶作為工件承載體的滾筒式拋丸清理機(jī)，它包括拋丸器、橡膠履帶、清理室、門(mén)、提升機(jī)、丸砂分離器和上下料機(jī)械手等裝置。設(shè)備工作時(shí)，丸砂提升分離機(jī)構(gòu)將彈丸、碎丸、粉塵進(jìn)行分離得到合格的彈丸，彈丸靠自重通過(guò)拋丸器溜槽進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)（速度可由變頻器控制）的分丸輪并與其一起旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下彈丸進(jìn)入定向套并在定向套的矩形窗口拋出，再通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉片，彈丸在葉片表面由內(nèi)而外做加速運(yùn)動(dòng)，最后以一定的線速度呈扇形拋向工件，從而使工件表面得到拋丸清理。拋丸室內(nèi)的履帶旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)工件翻滾，安裝在拋丸室中心的端盤(pán)（導(dǎo)向盤(pán)），支撐履帶形成受料空間，使拋丸室內(nèi)工件的外表面得到拋丸清理。拋丸室主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

圖1 履帶式拋丸機(jī)拋丸室結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備采用的承載體材質(zhì)為高強(qiáng)度和剛性較好的橡膠履帶，對(duì)于較大工件來(lái)說(shuō)也可以有效防止其產(chǎn)生凹陷和跑偏現(xiàn)象。而履帶傳輸由驅(qū)動(dòng)軸、支撐軸、從動(dòng)軸、張緊軸支持。驅(qū)動(dòng)軸由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)軸和張緊軸支撐的履帶隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。從履帶傳輸?shù)恼麄€(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)看，各個(gè)軸之間的傳動(dòng)與履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)密切相關(guān)，從動(dòng)軸和張緊軸直接影響履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦履帶兩端張緊軸的張緊程度不一致將會(huì)導(dǎo)致履帶發(fā)生局部凹陷及轉(zhuǎn)速不均等情況，帶動(dòng)工件運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏。因此隨時(shí)檢查調(diào)節(jié)張緊軸兩端螺栓，使整個(gè)履帶張緊均勻適宜可以有效防止工件跑偏。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)鋯合金管棒坯生產(chǎn)線所使用的履帶式拋丸機(jī)鍛造棒坯跑偏原因的分析，主要得出以下結(jié)論：

1）在滿足生產(chǎn)坯料規(guī)格要求的基礎(chǔ)上，在設(shè)備能力允許范圍內(nèi)（履帶式拋丸機(jī)適用工件規(guī)格為 210 mm-260 mm× 400 mm-800 mm），履帶式拋丸機(jī)所產(chǎn)生的同一方向跑偏現(xiàn)象不受棒坯長(zhǎng)度和棒坯頭尾直徑偏差的影響。

2）在履帶傳輸機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)軸和張緊軸直接影響履帶的轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶兩端張緊軸的張緊程度不一致將會(huì)導(dǎo)致履帶發(fā)生局部凹陷及轉(zhuǎn)速不均等情況，引起坯料跑偏。隨時(shí)檢查調(diào)節(jié)張緊軸兩端螺栓，可以使整個(gè)履帶張緊均勻適宜，有效防止坯料跑偏。

［1］KENNEDY DM，VAHEY J，HANNEY D.Micro shot blasting of machine tools for improving surface finish and reducing cutting forces in manufacturing［J］.Materials and Design，2005，26：203-208.

［2］RAMAKRISHNANAIDU NK，GANESH SUNDARARAMAN S.Effect of shot blasting on plain fatigue and fretting fatigue behavior of Al-Mg-Si alloy AA6061［J］.International Journal of Fatigue，2005，27：323-331

［3］徐金鴻.自動(dòng)鑄造生產(chǎn)線上的拋丸機(jī)（一）——轉(zhuǎn)子履帶式拋丸機(jī)開(kāi)發(fā)研究［J］.鑄造設(shè)備研究，2006（3）：14-15.

［4］彭立斌，赫亮，李曉晗.表面強(qiáng)化拋丸機(jī)設(shè)計(jì)初探［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（24）：16.

［5］劉耀洲.噴砂（拋丸）工藝對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)表面的影響［J］.中外建筑，2009（5)：243-244.

［6］王弘.拋丸設(shè)備在機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用［J］.工程機(jī)械與維修，2008（1）：107-108.