連續(xù)通過式拋丸清理機(jī)在鑄造生產(chǎn)線的應(yīng)用

張加溫，袁存波，王 偉，張成勛，孫新凱

（山東開泰拋丸機(jī)械股份有限公司，山東鄒平 256200）

0 引言

拋丸清理是利用旋轉(zhuǎn)的葉片把磨料加速甩出然后高速擊打零件表面，達(dá)到表面處理的目的，磨料拋擲速度一般在50～100m/s。早期由于鑄造、鍛造件等需要去除粘砂和氧化皮所以才有了拋噴丸技術(shù)的起源和發(fā)展。

傳統(tǒng)拋丸機(jī)多為間歇式、單機(jī)式拋丸機(jī)，例如吊鉤式、滾筒式等，傳統(tǒng)拋丸機(jī)作業(yè)方式為獨(dú)立一人操作一臺(tái)或兩臺(tái)拋丸機(jī)，小批量鑄件的生產(chǎn)完全可以滿足。但是隨著科技進(jìn)步，鑄件自動(dòng)化生產(chǎn)線有了很大的突破，月產(chǎn)量超1000t，甚至10000t的大型鑄造廠已初具規(guī)模。為適應(yīng)自動(dòng)化鑄造線的需要，鑄件的清理設(shè)備也要面臨自動(dòng)化的升級(jí)，并與之產(chǎn)能相匹配。連續(xù)通過式拋丸清理機(jī)擁有一系列特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，拋丸清理效率高、效果好而且綜合成本顯著降低?？梢詫?shí)現(xiàn)與前后工序自動(dòng)化設(shè)備的流水線生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)減少工人數(shù)量及勞動(dòng)強(qiáng)度并且改善工作環(huán)境的目的。

本文共介紹連續(xù)擺床、連續(xù)鋼履帶、連續(xù)網(wǎng)帶三種通過式拋丸清理機(jī)可實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化鑄造生產(chǎn)線的連線生產(chǎn)。拋丸清理設(shè)備一般是由拋丸室、拋丸器總成、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵環(huán)保系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和工件承載系統(tǒng)組成。拋丸機(jī)呈現(xiàn)不同拋丸形式和型號(hào)，正是由于不同工件和工況，選擇了不同的工件承載系統(tǒng)。本文中介紹的三種拋丸機(jī)具備三種不同的工件承載系統(tǒng)，它們的相同點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)工件的通過式連續(xù)輸送，不同點(diǎn)是三種工件通過承載方式的不同造成了工件輸送時(shí)姿態(tài)各不相同，并具有各自獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)不同工件姿態(tài)配置不同的拋丸形式，就形成了本文介紹的三種拋丸清理機(jī)。

1 連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)

1.1 連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)由拋丸室、傾斜擺床機(jī)構(gòu)、拋丸器總成、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 擺床輸送示意簡(jiǎn)圖

該設(shè)備主要特點(diǎn)是利用傾斜擺床輸送系統(tǒng)進(jìn)行工件輸送，工件在該系統(tǒng)中形成既可翻滾又可連續(xù)前行的姿態(tài)。擺床以120°的角度圍繞設(shè)備的縱軸左右擺動(dòng)，鑄件在床體內(nèi)隨著床體的擺動(dòng)進(jìn)行翻滾，從而使工件各個(gè)表面都能夠得到有效的拋打清理。擺床可以沿設(shè)備縱軸調(diào)整一定的傾斜角度，使床體形成傾斜的狀態(tài)。傾斜角度和擺床的擺動(dòng)形成了工件在翻滾中前行的姿態(tài)，在這個(gè)姿態(tài)下拋丸室頂部的拋丸器投射出金屬磨料對(duì)工件進(jìn)行拋丸清理，由于擺床的傾斜角度和擺動(dòng)速度都是可調(diào)的，從而進(jìn)一步保證了工件所在區(qū)域都能夠得到全方位有效的拋打清理。

該設(shè)備因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)工件連續(xù)通過的功能，故可以與前后工序的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)工件不落地、流水線作業(yè)模式，這也是該設(shè)備最大的優(yōu)勢(shì)。

1.2 連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)工作原理

整機(jī)工作流程為：除塵系統(tǒng)、分離器、提升機(jī)、螺旋輸送器、輸送系統(tǒng)等依次開始運(yùn)行后，開啟拋丸器。首先，在室體進(jìn)口處的進(jìn)料系統(tǒng)（振動(dòng)篩）接收流水線（鱗板輸送機(jī)或其他輸送機(jī)構(gòu)）輸送來的工件，工件進(jìn)入拋丸清理室，開始進(jìn)行拋丸清理。工件在擺床機(jī)構(gòu)中一邊前行，一邊翻滾，同時(shí)接受彈丸擊打，以清除工件表面的粘砂、氧化皮、鐵銹和污物等，直至離開清理室，進(jìn)入輸送系統(tǒng)，完成拋丸清理。丸渣混合物經(jīng)皮帶輸送機(jī)送入振動(dòng)篩，分離出大塊雜物，細(xì)小雜物與丸料送入提升機(jī)，經(jīng)提升進(jìn)入磁選+風(fēng)選分離器，分離出的雜物排出室體，干凈丸料回到料倉，等待拋丸器的再次利用，實(shí)現(xiàn)丸料的循環(huán)。

擺床的工作原理：傾斜擺床機(jī)構(gòu)是由軸向的主梁以及徑向的骨架構(gòu)成主體，支撐起整個(gè)床體，覆蓋在搖床框架結(jié)構(gòu)上的耐磨錳鋼組成了擺床的外殼以及內(nèi)襯板，保護(hù)床體主要支撐骨架不被鋼丸拋打到。擺床機(jī)構(gòu)上的每一塊錳鋼板均有螺栓固定在骨架上，便于拆裝、更換，多角擺床機(jī)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 擺床

多塊內(nèi)襯高錳鋼板跟隨支撐托架的形狀鋪設(shè)，形成內(nèi)部隆起的多個(gè)凸角，便于工件反轉(zhuǎn)。多角擺床內(nèi)襯為20mm 厚高耐磨錳板，內(nèi)襯底部網(wǎng)孔有助于丸料的排出與回收。

多角擺床以120°角度圍繞槽的縱軸左右擺動(dòng)，保證被清理的產(chǎn)品在拋丸過程中得到柔和翻滾。在擺床翻滾過程中，磨料不斷的被篩分，由于搖床機(jī)構(gòu)的翻滾被清理工件的內(nèi)腔存留的磨料也可以被清理出來。拋丸室內(nèi)被拋打出來的丸料和廢料，穿過搖床落入下方的傳送帶上，多角擺床擺動(dòng)角度范圍見圖3。

圖3 擺床擺動(dòng)角度范圍120°

1.3 連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由表1 可以看出連續(xù)通過式擺床清理機(jī)清理的工件最大尺寸為680mm×500mm×350mm，單件最重150kg，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數(shù)量根據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)能要求可選擇為4、6、8、10 臺(tái)，單臺(tái)拋丸器功率37～45kW。

表1 連續(xù)擺床通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由此可見，連續(xù)擺床式拋丸機(jī)可適用于不同產(chǎn)能、不同工況的各個(gè)環(huán)境，其具備高集成化、流水線作業(yè)、節(jié)省人工、降低成本、改善作業(yè)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。但由于擺床以120°的角度進(jìn)行來回?cái)[動(dòng)翻轉(zhuǎn)工件，所以工件翻轉(zhuǎn)不僅僅是由擺床擺動(dòng)造成的，還有可能是擺床來回?cái)[動(dòng)過程中導(dǎo)致工件產(chǎn)生位移或高度差造成的，所以工件之間、工件和床體之間的碰撞比較嚴(yán)重。

2 連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)

2.1 連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)由拋丸室、連續(xù)鋼履帶輸送系統(tǒng)、拋丸器總成、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部件組成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4。

圖4 鋼履帶輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)備主要特點(diǎn)是利用連續(xù)鋼履帶輸送系統(tǒng)進(jìn)行工件輸送，工件在鋼履帶系統(tǒng)中形成即可翻滾又可連續(xù)前行的姿態(tài)。鋼履帶在前后滾筒的支撐下，形成工件承載的容腔，鋼履帶的連續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鑄件在容腔內(nèi)隨著履帶板的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行翻滾，從而使工件各個(gè)表面都能夠得到有效的拋打清理。鋼履帶可以沿設(shè)備縱軸調(diào)整一定的傾斜角度，使容腔形成傾斜的狀態(tài)。傾斜角度和履帶的旋轉(zhuǎn)形成了工件在翻滾中前行的姿態(tài)，在這個(gè)姿態(tài)下拋丸室頂部的拋丸器投射出金屬磨料對(duì)工件進(jìn)行拋丸清理，由于鋼履帶的傾斜角度和旋轉(zhuǎn)速度都是可調(diào)的，從而進(jìn)一步保證了工件所在區(qū)域都能夠得到全方位有效的拋打清理。

拋丸過程中產(chǎn)生的丸渣混合物經(jīng)底部振動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)，分離出較大體積的雜物，灰塵和丸砂進(jìn)入底部橫向螺旋輸送機(jī)，輸送至提升機(jī)，經(jīng)提升進(jìn)入二級(jí)磁選+三級(jí)風(fēng)選分離器中，分離出的灰塵和粘砂排出，干凈可利用丸料回到儲(chǔ)砂箱，等待拋丸器的再次利用，實(shí)現(xiàn)丸料的清理與循環(huán)。

該設(shè)備因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)工件連續(xù)通過的功能，故可以與前后工序的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行銜接，實(shí)現(xiàn)工件不落地、流水線作業(yè)模式，這也是該設(shè)備最大的優(yōu)勢(shì)。

2.2 連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)工作原理

整機(jī)工作流程為：除塵系統(tǒng)、分離器、提升機(jī)、螺旋輸送器、輸送系統(tǒng)等依次開始運(yùn)行后，開啟拋丸器。首先，待清理的工件從在室體進(jìn)口處的進(jìn)料系統(tǒng)（振動(dòng)篩）接收流水線（鱗板輸送機(jī)或其他輸送機(jī)構(gòu)）到達(dá)該設(shè)備的上料振動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)上。隨后經(jīng)進(jìn)料滾筒，通過拋丸區(qū)，由安裝在拋丸室頂部的拋頭對(duì)通過拋丸區(qū)的工件表面進(jìn)行徹底完全地拋丸清理，同時(shí)由鋼履帶搭接形成的滾筒使工件不停地翻滾，工件一邊前行，一邊翻滾，同時(shí)接受彈丸擊打，以清除工件表面的粘砂、氧化皮、鐵銹和污物等，直至離開清理室，完成拋丸清理。工件翻滾的同時(shí)確保了表面殘余磨料的清除。清理后的工件被送至下料振動(dòng)輸送器上，接著再送達(dá)客戶提供的輸送器上。

鋼履帶的工作原理：鋼履帶輸送機(jī)構(gòu)由鋼履帶機(jī)構(gòu)和進(jìn)出口滾筒組成。

鋼履帶機(jī)構(gòu)由左右鏈環(huán)及固定在左、右鏈環(huán)上的履帶板搭接而成，形成一定容量的工件輸送筒體。拋丸機(jī)工作時(shí)履帶板承載工件的同時(shí)接受鋼丸的直接擊打，所以履帶板采用25mm 厚高耐磨耐沖擊的軋制Mn13 護(hù)板切割而成，板上有?12mm 的穿孔，便于丸料的排出與回收。履帶板搭接而成的滾筒在驅(qū)動(dòng)軸的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工件在筒體內(nèi)翻轉(zhuǎn)，工件翻轉(zhuǎn)頻率及行走快慢可通過控制器調(diào)節(jié)減速機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，保證形狀各異的工件在拋丸過程中得到柔和翻滾。在筒體轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，丸料不斷被排出，甚至工件內(nèi)腔的丸料也可以清理干凈。

進(jìn)出口滾筒由焊接滾筒、軸承、軸承密封等組成，筒體內(nèi)襯為軋制Mn13，筒體上有?12mm 的漏沙孔，便于型砂與丸料排出。滾筒通過軸承與室體緊固，一端壓在連接履帶板的鏈環(huán)處，使搭接的履帶板形成筒體形狀。通過調(diào)整傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)可改變拋丸室的傾斜角度，改變工件的通過速度；通過改變鋼履帶的轉(zhuǎn)速可調(diào)整工件的翻滾速度，以適應(yīng)不同工況的需要。

2.3 連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由表2 可以看出連續(xù)通過式傾角可調(diào)鋼履帶清理機(jī)清理的工件最大對(duì)角線尺寸為500mm，單件最重100kg，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數(shù)量為4～6 臺(tái)，單臺(tái)拋丸器功率為37～45kW。配備整套環(huán)保和安全設(shè)備設(shè)施，滿足相關(guān)國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表2 連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由此可見，連續(xù)通過式鋼履帶拋丸機(jī)可適用于不同產(chǎn)能、不同工況的各個(gè)環(huán)境，其具備高集成化、流水線作業(yè)、節(jié)省人工、降低成本、改善作業(yè)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。

相比于連續(xù)通過式擺床拋丸機(jī)，鋼履帶翻滾工件的過程中對(duì)工件的碰撞更加柔和，拋丸器可并列布置，設(shè)備的長(zhǎng)度和占地面積更加緊湊。但是鋼履帶的履帶板在安裝時(shí)是存在安裝間隙的，所以扁平薄壁件不適合選用該機(jī)型。

3 連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)

3.1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)主要由清理室、前后密封室、網(wǎng)帶輸送系統(tǒng)、拋丸器總成、丸料循環(huán)系統(tǒng)、檢修平臺(tái)等輔助系統(tǒng)、丸料吹掃系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成，其結(jié)構(gòu)件圖與原理如圖5。

圖5 連續(xù)通過式金屬網(wǎng)帶拋丸清理機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

網(wǎng)帶輸送系統(tǒng)由金屬網(wǎng)帶、主動(dòng)輥筒、從動(dòng)輥筒、拋丸室輥道、密封室輥道、托輥和氣動(dòng)漲緊裝置等組成。

金屬網(wǎng)帶為進(jìn)口產(chǎn)品，具備較強(qiáng)的耐磨性，材質(zhì)：錳鋼，錳鋼絲6.3mm,橫軸鋼絲直徑8mm。

主動(dòng)輥筒、從動(dòng)輥筒均采用優(yōu)質(zhì)大口徑鋼管制作，外表面進(jìn)行掛膠處理，以增加網(wǎng)帶與輥筒之間的摩擦力，使運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢。網(wǎng)帶的運(yùn)行由變頻調(diào)速的軸裝減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證工件通過的速度實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，達(dá)到工件一次性通過清理。

網(wǎng)帶的漲緊裝置采用氣動(dòng)漲緊方式。網(wǎng)帶輸送的靠近室體底部位置設(shè)置安全防護(hù)裝置，保護(hù)工人不會(huì)被接觸到處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的網(wǎng)帶。

該設(shè)備主要特點(diǎn)是拋丸器布置于拋丸室上下，前后有4～8 個(gè)拋丸器呈多角度透過金屬網(wǎng)帶的網(wǎng)孔對(duì)工件進(jìn)行拋丸清理。工件由金屬網(wǎng)帶承載并進(jìn)行連續(xù)輸送，在輸送過程中拋丸室上下布置的拋丸器對(duì)工間進(jìn)行拋丸清理，網(wǎng)帶的網(wǎng)孔尺寸根據(jù)工件大小分2～3 種規(guī)格。

3.2 連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)工作原理

整機(jī)工作原理：本機(jī)工作時(shí)的準(zhǔn)備工作，即除塵系統(tǒng)、提升機(jī)、螺旋輸送器、網(wǎng)帶輸送系統(tǒng)等依次開始運(yùn)行后，開啟拋丸器，設(shè)備預(yù)備工作。首先，在清理室外的網(wǎng)帶上裝載工件（單層平鋪），工件隨著網(wǎng)帶前進(jìn)，進(jìn)入清理室。在清理室入口前有檢測(cè)裝置，當(dāng)工件的頭部通過時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過PLC的計(jì)算并完成延時(shí)后，供丸閘閥自動(dòng)打開，開始對(duì)工件進(jìn)行拋丸清理。工件一邊前行，一邊接受彈丸擊打，以清除工件表面的氧化皮等，直至離開清理室，工件便一次性清理完畢（若工件較輕，在拋丸過程中會(huì)存在偏移現(xiàn)象，影響拋丸效果；對(duì)于較復(fù)雜的工件會(huì)存在死角，影響拋丸效果）。工件完全離開清理室后，在出料口網(wǎng)帶上將工件卸下。

3.3 連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由表3 可以看出連續(xù)通過式金屬網(wǎng)帶清理機(jī)清理的工件最大寬度為1500mm，重量小于100kg/m2，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數(shù)量為4～8 臺(tái)，單臺(tái)拋丸器功率為11～22kW。配備整套環(huán)保和安全設(shè)備設(shè)施，滿足相關(guān)國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3 連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

因?yàn)樵摍C(jī)型采用前進(jìn)后出連續(xù)通過方式，所以該機(jī)型同樣可以與前后工序自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行連線或者流水線作業(yè)，但是工件相對(duì)于網(wǎng)帶是靜止的，隨網(wǎng)帶的前進(jìn)進(jìn)行遷移，由于底部拋丸器位于網(wǎng)帶下部，其拋出的鋼丸要透過網(wǎng)帶打擊工件，故對(duì)于底部較平的工件，與網(wǎng)帶接觸的部位會(huì)留下網(wǎng)?。⊕佂枵趽跷唬Ｔ僬吖ぜ鄬?duì)于網(wǎng)帶是靜止的，無法實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，所以拋丸時(shí)工件必須單層平鋪在網(wǎng)帶上，在工件進(jìn)入拋丸機(jī)前段要有人來平鋪工件。再者因網(wǎng)孔大小的局限性，對(duì)于尺寸小與2倍網(wǎng)孔尺寸的工件，存在掉入網(wǎng)孔，導(dǎo)致設(shè)備故障的隱患。所以相對(duì)連續(xù)鋼履帶通過式設(shè)備和連續(xù)擺床通過式拋丸清理設(shè)備其具有一定的局限性，在工件無法翻轉(zhuǎn)的工況下，具有一定適用性。

4 結(jié)束語

通過對(duì)連續(xù)擺床、連續(xù)鋼履帶、連續(xù)網(wǎng)帶三種通過式拋丸清理機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用狀況進(jìn)行分析，可以得出：

（1）連續(xù)式、連線、流水線式拋丸機(jī)是未來提高生產(chǎn)工藝及產(chǎn)能、改善工作環(huán)境、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)。

（2）連續(xù)擺床通過式拋丸機(jī)適合于可翻轉(zhuǎn)、產(chǎn)量大、單重大、但不怕磕碰的工件。

（3）連續(xù)鋼履帶通過式拋丸清理機(jī)適合于可翻轉(zhuǎn)、產(chǎn)量大、單重適中、允許輕微磕碰的工件，但是對(duì)于薄壁件不適用。

（4）連續(xù)金屬網(wǎng)帶通過式拋丸清理機(jī)適合于不易翻轉(zhuǎn)、產(chǎn)量適中、單重較輕，不允許磕碰的工件，但是對(duì)于尺寸過小和對(duì)工件底部拋丸網(wǎng)印有特殊要求的不適合。