拋丸后工件表面殘留水印問(wèn)題的解決

張政，張弛

1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司 廣西柳州 545007

2.上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州 545007

目前，吊鉤拋丸清理技術(shù)是最常用的經(jīng)濟(jì)、可靠的表面處理方法。柳州五菱汽車工業(yè)有限公司為對(duì)某CVT無(wú)級(jí)變速器帶輪及帶輪軸產(chǎn)品進(jìn)行表面拋丸清理，新購(gòu)入一臺(tái)吊鉤式拋丸清理機(jī)用于該工序。

1 產(chǎn)品狀態(tài)及拋丸要求

用于拋丸的產(chǎn)品是C V T無(wú)級(jí)變速器主動(dòng)、從動(dòng)帶輪及帶輪軸，工件材料為20CrMoH鋼（GB/T 5216—2014），工件硬度為58~64HRC。上機(jī)前狀態(tài)已經(jīng)滲碳淬火、回火，帶輪軸中心孔殘留少量淬火油。

拋丸后要求：表面潔凈、色澤均勻一致、無(wú)損傷，不允許有油斑、水跡和氧化皮，中心孔無(wú)鋼丸殘留，拋丸表面覆蓋率≥98%。節(jié)拍要求：35s/件（兩班制，10.5h/班，300天/年）。

2 拋丸設(shè)備信息

設(shè)備型號(hào)為吊鉤式拋丸清理機(jī)SHBX-III-AL，設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表1。

3 設(shè)備主要特點(diǎn)

1）吊鉤公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)裝置為摩擦盤式，兩工位180°回轉(zhuǎn)，帶3點(diǎn)停止功能，最大吊重100kg/鉤。

2）拋丸清理機(jī)上料區(qū)敞開，其中一個(gè)工位在進(jìn)行拋丸清理時(shí)，另一工位可人工進(jìn)行工件裝卸。

3）拋丸室內(nèi)采用高耐磨性硬保護(hù)：彈丸直射部位采用高錳鋼耐磨護(hù)板（SMn80）及鑄Cr15，內(nèi)側(cè)采用耐磨橡膠護(hù)板，可有效地防止彈丸對(duì)室殼的磨耗。

4）結(jié)構(gòu)緊湊，密封性好，運(yùn)行噪聲低，適用于批量生產(chǎn)。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

4 設(shè)備存在問(wèn)題描述

工件在經(jīng)過(guò)拋丸清理后，從動(dòng)帶輪內(nèi)腔外壁及錐面無(wú)銹跡、水印，但每掛處于上層的工件有3~4件液壓缸壁底側(cè)存在1~4處淺色水??；另有部分主動(dòng)帶輪軸大端深孔內(nèi)，用燈光照射檢查發(fā)現(xiàn)有水印痕。延長(zhǎng)拋丸時(shí)間至1800s，能去除水印，但延長(zhǎng)拋丸時(shí)間后，生產(chǎn)節(jié)拍不能滿足原設(shè)定的要求。

拋丸清理后有水印的工件如圖1、圖2所示。

圖1 從動(dòng)輪產(chǎn)品殘留水印

圖2 主軸產(chǎn)品深孔內(nèi)有印痕

目前，客戶對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，產(chǎn)品出現(xiàn)肉眼可見的外觀質(zhì)量缺陷將被拒收，并會(huì)給客戶留下不好的印象，可能對(duì)產(chǎn)品配套份額產(chǎn)生影響，因此必須認(rèn)真對(duì)待、妥善解決。

5 水印出現(xiàn)的原因分析

影響拋丸清理表面質(zhì)量的因素眾多，我們從工件拋前表面質(zhì)量、工藝參數(shù)、工裝及拋丸機(jī)本身等因素著手，分析影響拋丸工件表面質(zhì)量的可能原因，提出對(duì)策并進(jìn)行工藝試驗(yàn)驗(yàn)證。

5.1 拋丸清理前工件表面質(zhì)量

（1）工件拋丸清理前有銹蝕 經(jīng)觀察分析，2020年因受疫情影響，工廠春節(jié)后停產(chǎn)，工件庫(kù)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，加上空氣濕度大，使工件產(chǎn)生銹蝕，如圖3、圖4所示。

為改善工件銹蝕狀況，除嚴(yán)控生產(chǎn)計(jì)劃、盡可能縮短庫(kù)存時(shí)間外，對(duì)庫(kù)存的工件采取了防銹、包裝遮蔽處理。

圖3 帶輪拋丸清理前銹跡

圖4 帶輪軸拋丸清理前銹跡

（2）工件在拋丸清理前，銀灰色基體表面呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則黃色花斑 經(jīng)觀察，黃斑主要在回火后出現(xiàn)（見圖5），分析可能是清洗液存留物引起的。淬火后的清洗工序?yàn)椋号庞汀撝ê?噴淋）→清洗（噴淋）→高溫烘干。因工序中只有一道清洗工序，很容易將脫脂液混入清洗槽，導(dǎo)致清洗槽污染，污染的清洗槽液在工件烘干前未排凈可能會(huì)產(chǎn)生水印。

圖5 清洗后表面黃斑

為測(cè)試清洗劑濃度對(duì)工件表面產(chǎn)生黃斑的影響，我們采用2.5%、2.0%、1.5%不同清洗劑濃度的清洗液進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)改變濃度無(wú)法消除黃斑。改用甲醇清洗進(jìn)行驗(yàn)證，黃斑可明顯消除，如圖6所示。因生產(chǎn)線沒(méi)有位置增加清洗工位，為盡可能消除脫脂清洗液對(duì)工件表面的影響，擬在清洗后增加吹水工序，更換清洗劑型號(hào)，選用無(wú)殘留類清洗劑，以消除此表面質(zhì)量隱患。

（3）回火處理后工件表面殘留有油污，拋丸難以去除 經(jīng)分析，因回火爐排氣管道垂直于爐子上方，拆開管路檢查發(fā)現(xiàn)接口處殘留油污，當(dāng)油污直接流回回火爐時(shí)，經(jīng)過(guò)風(fēng)扇攪拌后掉落至工件表面形成油污點(diǎn)，如圖7、圖8所示。

圖6 用甲醇清洗表面無(wú)黃斑

圖7 回火后表面殘留油斑

圖8 排氣管道殘留油污

改進(jìn)措施：對(duì)原有管道進(jìn)行改造，在管道底部增加接油、排油裝置，避免油污進(jìn)入回火爐，煙道接排油裝置如圖9、圖10所示。

5.2 工藝參數(shù)對(duì)拋丸清理表面質(zhì)量影響分析

工藝參數(shù)包括鋼丸材料、直徑、速度、流量、拋射角度、距離、時(shí)間和覆蓋率等，其中任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)不同程度地影響拋丸清理效果。

圖9 接排油裝置示意

圖10 煙道接排油裝置

將工裝掛滿工件，按照正常加工條件，通過(guò)調(diào)整鋼丸的流量、硬度、大小以及不同的拋射角度、時(shí)間，調(diào)整工件位置、朝向、數(shù)量等進(jìn)行工藝試驗(yàn)，對(duì)比各工況下工件清理效果的差異，尋找拋丸清理合格需要的參數(shù)及時(shí)間，為進(jìn)一步提出整改方案、改善工件表面質(zhì)量提供依據(jù)。

根據(jù)試機(jī)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證情況，經(jīng)討論研究后重新確定了工藝條件：主動(dòng)、從動(dòng)帶輪軸由9個(gè)/掛改為15個(gè)/掛，主動(dòng)、從動(dòng)帶輪由20個(gè)/掛改為28個(gè)/掛，鋼丸由φ0.6mm換成φ0.8mm，硬度由45~52HRC提高至58~63HRC，再次工藝驗(yàn)證的結(jié)果見表2，清理合格時(shí)間為1260~1500s。

表2 工藝參數(shù)對(duì)拋丸表面質(zhì)量的影響

6 縮短生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)策

經(jīng)過(guò)更換工裝及各種工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)表面質(zhì)量改善不明顯，受設(shè)備制約，電流及拋丸流量無(wú)法再調(diào)高，若延長(zhǎng)拋丸時(shí)間，生產(chǎn)節(jié)拍又達(dá)不到設(shè)定要求，因此經(jīng)分析研究，決定對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。

1）將拋丸器2個(gè)7.5k W的電動(dòng)機(jī)更換為2個(gè)11kW的電動(dòng)機(jī)，更換2個(gè)變頻器，更換帶輪、電器件等配件，使拋丸清理時(shí)間可縮短到節(jié)拍要求范圍內(nèi)。

2）根據(jù)工裝掛具表面鋼丸擊打痕跡，重新制作拋丸測(cè)試板，驗(yàn)證拋頭鋼丸有效拋射區(qū)域。

3）縮小掛具直徑尺寸，調(diào)整軸懸掛傾斜角度，零件裝掛時(shí)開口朝外，使拋射出來(lái)的鋼丸可以正擊內(nèi)腔、錐面。

4）主動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪工件數(shù)由28個(gè)/掛改為24個(gè)/掛，每層減少一個(gè)，以免工件互相遮擋，影響拋丸清理效果。主動(dòng)帶輪軸、從動(dòng)帶輪軸工裝由三層15個(gè)/掛，改為四層16個(gè)/掛。

改造后設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 設(shè)備改造后技術(shù)參數(shù)

7 最終工藝驗(yàn)證結(jié)果

設(shè)備改造完成后，通過(guò)對(duì)拋頭角度、頻率、電流等工藝參數(shù)再次優(yōu)化，對(duì)4種工件進(jìn)行了總計(jì)約1000件的小批量工藝驗(yàn)證，結(jié)果見表4。

表4 最終工藝驗(yàn)證結(jié)果

主動(dòng)帶輪軸拋丸525s，工件表面無(wú)銹跡、水印，但一些工件大端深孔內(nèi)仍有少量印痕。反方向再拋丸120s，印痕基本清除，但單件節(jié)拍40.3s/件，超過(guò)了35s/件的設(shè)定要求?？紤]到4種工件為1套，每套工件總的節(jié)拍時(shí)間要求為140s，現(xiàn)1套工件實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間為116.875s，總節(jié)拍時(shí)間在要求范圍內(nèi)。

8 結(jié)束語(yǔ)

拋丸工藝驗(yàn)證是個(gè)重要的工藝過(guò)程，在不同的工藝參數(shù)、拋射強(qiáng)度和覆蓋率下進(jìn)行取樣，以確定哪一個(gè)因素組合能得到更好的表面質(zhì)量。

通常拋丸電流直接反應(yīng)拋丸量，一般調(diào)校時(shí)會(huì)將上下拋丸器的電流值調(diào)成一致，但實(shí)際上由于下拋丸器是將鋼丸向上拋出，在相同載荷下，拋出的鋼丸比上拋丸器少，因此為使上下工件的表面質(zhì)量更趨一致，我們初始時(shí)將下拋丸器的電流值調(diào)成比上拋丸器大了約5%。在實(shí)際工藝驗(yàn)證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)上層的工件表面水印比下層更難去除，為此反過(guò)來(lái)將上拋丸器的電流值調(diào)成比下拋丸器大了約10%，使上下工件的表面質(zhì)量趨于一致。

在工藝驗(yàn)證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整工裝和工藝參數(shù)，將電流和拋丸流量調(diào)至最大，工件表面質(zhì)量、節(jié)拍也未全部達(dá)到要求，最終進(jìn)行設(shè)備改造，更換了更大功率的電動(dòng)機(jī)，工藝驗(yàn)證表明，設(shè)備可滿足產(chǎn)品質(zhì)量及節(jié)拍的要求，解決了拋丸后工件表面殘留水印的問(wèn)題。設(shè)備改造后已投產(chǎn)4個(gè)月，累計(jì)生產(chǎn)已超22萬(wàn)件，效果良好。