車體拋丸除銹試驗(yàn)探究

王 靜,楊振祥,郭振興（中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,長沙 410072）

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車體拋丸除銹試驗(yàn)探究

王 靜,楊振祥,郭振興
（中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院,長沙 410072）

摘 要：文章基于目前車體拋丸除銹生產(chǎn)線只能依靠工人經(jīng)驗(yàn)選取影響參數(shù)的問題，以除銹質(zhì)量為評價(jià)指標(biāo)，對C70型敞車車體下側(cè)面進(jìn)行拋丸除銹試驗(yàn)探究。通過試驗(yàn)分析，提出在丸料中混合一定比例鋼絲切丸的丸料選擇方案，確定3mm/min的牽引速度，并給出以放慢牽引速度的途徑來提高除銹質(zhì)量的思路。

關(guān)鍵詞：拋丸除銹；丸料；牽引速度

在車輛維修段站，車體表面的除銹處理是首先要完成的工藝流程。目前除銹工藝主要有噴砂除銹[1]、拋丸除銹、超高壓純水射流除銹[2]和高壓水噴丸除銹[3]等。拋丸除銹以其優(yōu)良的除銹性能、較高的丸料再生回收利用率和低維修費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)在鐵路車輛維修站段得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究與生產(chǎn)實(shí)踐表明拋丸除銹質(zhì)量的優(yōu)劣與很多參數(shù)相關(guān)。艾菊蘭通過試驗(yàn)得到鋼丸粒度越大、拋丸速度越高，鑄件表面粗糙度就越高。楊青林等采用有限元方法，以殘余應(yīng)力為評價(jià)指標(biāo)仿真研究了拋丸過程中鋼丸直徑、速度、碰撞角度等對除銹質(zhì)量的影響。唐和平在客車車體拋丸除銹質(zhì)量的控制中指出除銹不徹底、車體表面除銹后存在變形的問題，并給出相應(yīng)的控制措施。上述研究對生產(chǎn)現(xiàn)場起到一定的指導(dǎo)作用，但針對生產(chǎn)線上如何選取良好的參數(shù)，多數(shù)工廠仍處于經(jīng)驗(yàn)選取階段。

本文以除銹質(zhì)量為評價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)完成車體拋丸除銹試驗(yàn)研究，分析丸料種類、車體牽引速度對拋丸質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)裝置與方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在某車體通過式拋丸生產(chǎn)線拋丸除銹室進(jìn)行，車體由牽扯卷揚(yáng)機(jī)牽引以恒定速度通過拋丸室，分布在拋丸室的拋丸器將一定速度的丸料送出，不斷擊打處于拋打區(qū)的車體。針對固定的生產(chǎn)線、同種車型的車體，拋丸器的數(shù)目和位置固定，拋丸角度隨之固定。因此，試驗(yàn)不考慮拋丸角度，主要從丸料種類、車體牽引速度對拋丸質(zhì)量的影響考慮。C70型敞車是鐵路貨運(yùn)中使用較普遍的車型，僅車輛中部承載能力就達(dá)到39t，下側(cè)門作為重要組成部分，其耐腐蝕性、封閉性是敞車運(yùn)行的關(guān)鍵。試驗(yàn)選擇對此部件進(jìn)行除銹質(zhì)量評定，圖1為車體下側(cè)門試驗(yàn)前表面情況。

圖1　車體下側(cè)門試驗(yàn)前表面情況

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 丸料對拋丸除銹質(zhì)量的影響

拋丸除銹時(shí)牽車速度很低（3m/min，即50mm/s），為便于討論丸料種類對拋丸質(zhì)量的影響，試驗(yàn)時(shí)忽略車輛行進(jìn)速度。采用不同規(guī)格的丸料均勻投放于布置相同的拋丸器內(nèi)，通過每次拋打時(shí)間為40秒，人工均勻投放拋丸25kg的參數(shù)進(jìn)行拋丸作業(yè)，所用丸料試樣如圖2所示。

圖3是采用四種不同丸料試驗(yàn)拋丸試驗(yàn)后的車體下側(cè)面表面質(zhì)量圖。如圖3（a）所示，采用φ1.5mm鋼絲切丸，拋打后，車體表面較為清晰、干凈，各種污垢、銹蝕層等均被清理干凈，但仍然存在少量片狀、條狀的雜質(zhì)。對照GB/T8923-2011，判定清潔等級為Sa2.5；如圖3（b）所示，采用φ1.7mm鑄鋼丸拋打，車體表面大部分的銹蝕層、涂料和各種雜質(zhì)被清除，但少量的金屬層暗斑仍然清晰可見，且其與基體結(jié)合緊密，清潔等級為Sa2；如圖3（c）所示，采用φ2.0mm鑄鋼丸拋打，車體表面基本不存在油污、松動(dòng)的銹蝕層、涂料和其他雜質(zhì)，但仍然殘留有銹蝕層、金屬暗斑等，清潔等級為Sa1；如圖3（d）所示，采用φ1.5mm鋼絲切丸與φ1.7mm鑄鋼丸3:1的混合拋丸試驗(yàn)，清潔等級為Sa2，車體表面與（b）相比，質(zhì)量稍好。

綜合比較以上4組試驗(yàn)，采用φ1.5mm鋼絲切丸的下側(cè)門除銹質(zhì)量最好，φ1.5mm鋼絲切丸與φ1.7mm鑄鋼丸3:1混合次之，純鑄鋼丸除銹質(zhì)量明顯比前兩種方式要差，而采用φ1.7mm鑄鋼丸比φ2.0mm鑄鋼丸的質(zhì)量要好。

圖2　不同種類的丸料試樣

圖3　不同丸料試樣拋丸試驗(yàn)后下側(cè)門表面圖

2.2 牽引速度對拋丸除銹質(zhì)量的影響

車體牽引速度是影響車體表面除銹效果的重要參數(shù)，牽引速度過慢，車體表面被徹底清理之后，仍然持續(xù)擊打，部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)變形、擊穿現(xiàn)象；而速度過快，除銹質(zhì)量隨之變差，也會(huì)造成丸料的浪費(fèi)以及拋丸器等設(shè)備的損耗。因此，合理選擇車體牽引速度有重要意義。試驗(yàn)中選擇一定份量的丸料進(jìn)行試驗(yàn)，丸料為φ1.5mm鋼絲切丸與φ1.7mm鑄鋼丸3:1比例的混合物，車體牽引速度分別為6、3、2m/ min，如圖4所示。

圖4　車體牽引速度拋丸試驗(yàn)后下側(cè)門表面圖

如圖4（a）所示，在6m/min牽引速度下，經(jīng)過拋丸拋打后，除銹的直觀效果很差，車體表面較為松動(dòng)涂層、氧化皮、雜質(zhì)等被清理了，但呈現(xiàn)出大量的金屬暗斑，且與基體結(jié)合緊密，清理等級為Sa1；在3m/min牽引速度下，如圖4（b）所示，除銹的直觀效果較好，車體表面呈現(xiàn)的銀灰色較為暗淡，各種污垢、銹蝕層和雜質(zhì)基本被清理干凈，清理等級為Sa2.5；如圖4（c）所示，在2m/min牽引速度下，車體表面呈現(xiàn)出一致銀灰色，各種污垢、銹蝕層和雜質(zhì)清理徹底，清理等級為Sa3。

綜合以上3組試驗(yàn)，在丸料一定時(shí)，牽扯速度越慢，除銹質(zhì)量越好，且牽引速度對除銹質(zhì)量影響明顯。采用中速3m/min時(shí)，除銹質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級，接近Sa3級。

3 結(jié)論

通過生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集與試驗(yàn)結(jié)果的比較，研究得出如下結(jié)論：

（1）丸料選擇方面，φ1.5mm鋼絲切丸除銹的質(zhì)量最佳，是由于切丸的棱角鋒利，“剪切”銹層的能力較強(qiáng)。然而，較尖的棱角會(huì)對拋丸器的葉片造成一定損傷，當(dāng)鋼絲切丸循環(huán)使用2、3次后，這些棱角不斷被磨去，而除銹效果依然很好。通過多次改進(jìn)后，現(xiàn)場根據(jù)車體的表面質(zhì)量，以一定的比例將鋼絲切丸與鑄鋼丸混合，與傳統(tǒng)地單獨(dú)使用鑄鋼丸相比，除銹質(zhì)量效果明顯提高。

（2）牽引速度方面，低速除銹效果較佳，但低速除銹丸料使用量大，生產(chǎn)效率降低，車體較薄區(qū)域會(huì)出現(xiàn)稍許變形。綜合考慮，工廠目前使用3m/min的中速牽引速度較佳，對于銹層較為嚴(yán)重的車體，可采用2m/min的慢速牽引速度。

（3）除銹質(zhì)量與很多參數(shù)有關(guān)，針對固定生產(chǎn)線，工廠使用時(shí)考慮的是如何在保證除銹質(zhì)量情況下，提高生產(chǎn)效率。鋼絲切丸的使用在一定程度上損壞了拋丸器，整體上拉低了生產(chǎn)效率、加大了維修費(fèi)用。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果分析，牽引速度對除銹質(zhì)量影響更大，為此目前工廠更多地選用放慢牽引速度來保證除銹質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.005