鋼托盤拋丸工藝的設(shè)備選型

李衛(wèi)東

(天津中集物流裝備有限公司 天津300457)

0 引 言

鋼托盤是由金屬管、板、網(wǎng)、棒等材料通過焊接加工而成的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，可滿足汽車、風(fēng)電、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、建筑等領(lǐng)域的通用化和個(gè)性化應(yīng)用需求。鋼托盤傳統(tǒng)加工工藝為：金屬原材料經(jīng)過剪、沖、鋸、壓等加工后進(jìn)行零部件焊接，下線的黑活產(chǎn)品經(jīng)過酸洗磷化處理后進(jìn)行靜電粉末涂裝。在國家出臺(tái)新的環(huán)保戰(zhàn)略背景下，尋求一種環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的表面處理方法迫在眉睫。

1 拋丸工藝的提出

為研究切實(shí)可行的環(huán)保型鋼托盤表面前處理工藝，我們圍繞“酸洗磷化”做了大量的環(huán)保型工藝試驗(yàn)，但效果都不理想。受集裝箱拋丸前處理工藝啟發(fā)，擬將這種純物理表面處理方式應(yīng)用于鋼托盤并提出鋼托盤拋丸工藝。但由于托盤箱產(chǎn)品采用的大多為薄壁型原材料，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸多屬非標(biāo)，結(jié)構(gòu)規(guī)格繁雜，拋丸工藝的應(yīng)用需要根據(jù)行業(yè)特色進(jìn)行個(gè)性化研究與配置。

2 拋丸機(jī)選擇

2.1 拋丸機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)及適用性對(duì)比

拋丸機(jī)按工件承載體的結(jié)構(gòu)不同，分為滾筒式、輥道式、懸鏈?zhǔn)?、吊鉤式、履帶式、臺(tái)車式、鼠籠式、轉(zhuǎn)臺(tái)式等?，F(xiàn)結(jié)合上述各類拋丸機(jī)的性能特點(diǎn)和適用范圍，對(duì)其在鋼托盤產(chǎn)品上應(yīng)用的適用性進(jìn)行分析(表 1)。

表1 適用性分析Tab.1 Applicability analysis

通過對(duì)比可知，我司產(chǎn)品屬于單體、中小體積和重量的鋼結(jié)構(gòu)件，懸鏈?zhǔn)健⑤伒朗胶偷蹉^式 3種類型拋丸機(jī)比較適合我司產(chǎn)品。

2.2 懸鏈?zhǔn)?、輥道式和吊鉤式拋丸機(jī)適用性對(duì)比

懸鏈?zhǔn)?、輥道式和吊鉤式拋丸機(jī)適用性及成本對(duì)比如表2所示。

表2 懸鏈?zhǔn)?、輥道式和吊鉤式拋丸機(jī)適用性及成本對(duì)比Tab.2 Applicability and cost comparison of catenary，roller and hook shot blasting machines

圖1 運(yùn)行成本對(duì)比圖Fig.1 Operating cost comparison chart

運(yùn)行成本數(shù)據(jù)，采自自行車車架拋丸和我司產(chǎn)品外協(xié)(嘗試中)的數(shù)據(jù)，具體見圖1。

人字軌吊鉤式改善空間不大，但應(yīng)用范圍廣，可對(duì)一些一體式或尺寸較大的產(chǎn)品進(jìn)行前處理加工。懸鏈連續(xù)通過式改善空間較大，如：采用雙拋丸室體，提高拋丸速度等能提高效率；改進(jìn)室體結(jié)構(gòu)，拋丸鋼砂耗量會(huì)有一定程度的下降；使用平衡吊等設(shè)備能夠進(jìn)一步改善，實(shí)現(xiàn)少人化，降低費(fèi)用。輥道式因適用產(chǎn)品大小的局限性和維修成本高，被剔除備選項(xiàng)。綜上，確定采用懸鏈通過式拋丸機(jī)與人字軌拋丸機(jī)相結(jié)合的加工方式。從成本角度考慮，需估算設(shè)備運(yùn)行所需電能和鋼丸的支出。

3 拋丸器電機(jī)的選擇

3.1 總拋丸量計(jì)算

根據(jù)我司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，拋丸器配置數(shù)量單側(cè)3×2臺(tái)，雙面 12臺(tái)(懸鏈通過式)；按面積計(jì)算的生產(chǎn)效率在200～600m2/h。質(zhì)量要求：鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)金屬光澤，表面粗糙度符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定GB 8923—1988，Sa2.5級(jí)(level)。

按所需清理工件表面積計(jì)算總丸量的公式：

式中：GF為按工件表面積計(jì)算的每小時(shí)清理用總丸量(kg/h)；Q 為按面積計(jì)算的最大生產(chǎn)率(m2/h)，我司取 480m2/h；gf為清理每平方米工件表面積所需彈丸量(kg/m2)，按表 3選取中間值 130；η為考慮工件裝卸和運(yùn)輸時(shí)間的工作時(shí)間利用系數(shù)，取值范圍0.5～0.85，單件小批量生產(chǎn)取較小值，大批量生產(chǎn)取較大值，我司多品種小批量，取η＝0.5。則：

表3 清理效率選用Tab.3 Selection of cleaning efficiency

3.2 每臺(tái)拋丸器的拋丸量計(jì)算

式中：ga為每個(gè)拋丸器的平均拋丸量(kg/min)；GF為清理工件用的總拋丸量(kg/h)；n為拋丸器數(shù)量。則：

3.3 拋丸器功率的近似計(jì)算

式中：N為拋丸器所述電動(dòng)機(jī)功率(kW)；Q 為拋丸量(kg/min)；n為拋丸器葉輪轉(zhuǎn)速(r/min)；D 為拋丸器葉片旋轉(zhuǎn)圓外徑(m)；C為修正系數(shù)，取 1.3～1.4的中間值。則：

查通用電機(jī)型號(hào)，為保證清理效率和質(zhì)量，拋丸器選配15kW電機(jī)。為節(jié)約電能安裝獨(dú)立變頻器，以調(diào)節(jié)輸出頻率降低能耗。

4 鋼丸選擇

工件厚度大部分介于1.2～6mm之間，以熱軋型材和管材為主。所以選擇鋼丸時(shí)，要充分考慮較厚的氧化皮、工件較易變形和鋼丸的性價(jià)比，具體見表4—表6所示。

表4 丸徑選用Tab.4 Pill diameter selection

表5 磨料的粒度與粗糙度關(guān)系Tab.5 Relationship between abrasive particle size and roughness

表6 鋼丸材質(zhì)的使用效果對(duì)比Tab.6 Contrast of use effect of steel pill material

綜合考慮，我司鋼托盤產(chǎn)品適合使用鋼絲段，丸徑規(guī)格0.8～1.0mm。

現(xiàn)在，兩臺(tái)設(shè)備均已投產(chǎn)，質(zhì)量達(dá)標(biāo)，成本和工效均超出預(yù)期，既為新形勢下企業(yè)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，也為行業(yè)的工藝變革探索了新思路。