拋丸除銹設(shè)備在線材表面清理中的應(yīng)用研究

李孝衛(wèi)，陳仁欽，尹曉偉

（青島昌佳機(jī)械有限公司，山東青島 266400）

我們都知道對(duì)線材的表面進(jìn)行除銹是整個(gè)線材加工之中必不可少的工作。據(jù)筆者了解，很多企業(yè)在對(duì)線材表面進(jìn)行除銹時(shí)都是采用傳統(tǒng)的化學(xué)酸洗的方法，這一除銹方法在酸洗的過(guò)程之中會(huì)產(chǎn)生一定量的酸霧以及含酸的廢水，根據(jù)國(guó)家環(huán)保排放的要求，企業(yè)必須對(duì)酸洗過(guò)程中產(chǎn)生的酸霧和含酸的廢水進(jìn)行處理才能進(jìn)行排放，加之該技術(shù)的操作難度較高，投資運(yùn)營(yíng)成本也相對(duì)較高，為此，很多企業(yè)逐漸對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)酸洗的方法進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，甚至有部分企業(yè)還采用拋丸技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)化學(xué)酸洗的方法。在對(duì)線材表面的清理中，采用拋丸技術(shù)能夠大大的避免傳統(tǒng)化學(xué)酸洗技術(shù)出現(xiàn)的缺陷，并且隨著拋丸技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，其裝備和技術(shù)也逐漸的成熟，也正是如此，很多金屬制品企業(yè)也逐漸的接受拋丸技術(shù)對(duì)線材表面進(jìn)行清理。

1 拋丸除銹設(shè)備的原理以及構(gòu)成部分

1.1 拋丸除銹的原理

拋丸除銹主要是通過(guò)物理打擊的方式，借助拋射丸粒沖擊線材表面，使得線材表面的氧化物與線材脫離，從而達(dá)到對(duì)線材表面清理的目的。當(dāng)線材進(jìn)入到拋丸位置時(shí)，經(jīng)過(guò)拋丸器內(nèi)部將彈丸快速的拋射出來(lái)，高速拋射出來(lái)的彈丸通過(guò)強(qiáng)大的沖擊力和摩擦力，就會(huì)對(duì)線材表面的銹蝕物、氧化物以及其他污跡進(jìn)行清理，線材表面就會(huì)形成具有一定粗糙度的光亮平面，從而達(dá)到對(duì)線材表面的銹蝕物、氧化物以及其他污跡清理的目的。

1.2 拋丸設(shè)備的構(gòu)成部分

由于在對(duì)線材表面的清潔過(guò)程之中是利用拋丸的高速運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行的，所以這就要求工作人員在一個(gè)封閉的環(huán)境中去對(duì)線材表面進(jìn)行清理。一般來(lái)說(shuō)，拋丸除銹設(shè)備是由除塵裝置、拋丸機(jī)主機(jī)以及線材運(yùn)輸裝置這三個(gè)部分組成的，其中拋丸機(jī)主機(jī)主要包括三個(gè)部分，分別是彈丸循環(huán)輸送裝置、拋丸器以及拋丸室組成。彈丸循環(huán)輸送裝置是由在清理室底部的輸送裝置、提升機(jī)裝置、彈丸流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及彈丸分離器裝置等組成；拋丸器是由溜丸管、定向套、分丸輪以及葉輪等部分組成；拋丸室主要是由鋼板之間焊接而成，其內(nèi)部有耐磨防護(hù)板并以此形成獨(dú)立的分區(qū)結(jié)構(gòu)形態(tài)。為了能夠達(dá)到給線材表面清理的要求需要相關(guān)的工作人員對(duì)拋丸器的數(shù)量以及拋丸的規(guī)格做好控制。

1.3 拋丸設(shè)備的工作原理

在對(duì)線材表面進(jìn)行拋丸的時(shí)候，彈丸在經(jīng)過(guò)彈丸調(diào)整裝置之后，持續(xù)不斷的從溜丸管進(jìn)入到分丸輪裝置中，而在此過(guò)程之中分丸輪是和葉輪同步實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的，這時(shí)彈丸就會(huì)通過(guò)定向套上狹口分配到每一個(gè)葉輪的葉片上，并受到葉輪的旋轉(zhuǎn)作用后高速拋出。狹口的位置可以通過(guò)使用轉(zhuǎn)向定向套來(lái)調(diào)整彈丸的拋射方向，在這一過(guò)程中實(shí)際彈丸的拋射量可以根據(jù)電流負(fù)荷而使用電流表測(cè)出。

2 線材拋丸的方式

2.1 整捆拋丸

在對(duì)線材表面進(jìn)行清理的時(shí)候，整捆線材是重復(fù)著“上下起伏—左右擺動(dòng)—正反旋轉(zhuǎn)”的動(dòng)作，這就會(huì)使得整捆線材的每一處表面都能夠處于彈丸的拋射范圍之中，都能受到彈丸的打擊。拋丸室是根據(jù)不同的角度和斷面來(lái)布置6～8 臺(tái)，并且要保證電機(jī)的功率達(dá)到22～30kW。雖然這一種拋丸清理方式覆蓋面相對(duì)較廣，但是這種拋丸清理的方式容易受到線材直徑的影響。因?yàn)橹睆皆叫〉木€材，線材和線材之間所擺動(dòng)的距離就會(huì)減小，這就會(huì)使得除銹的效果變差，使得清理之后的線材仍然存在殘余的氧化物的情況，這就會(huì)在一定程度上影響到線材后面的磷化處理工序環(huán)節(jié)，容易對(duì)線材的質(zhì)量造成影響。另外，這一種方式的拋丸是不能和拉絲機(jī)聯(lián)線使用的，也不能達(dá)到傳統(tǒng)化學(xué)酸洗工藝的效果。

2.2 成組多線拋丸

成組多線拋的工藝流程主要包括以下這幾個(gè)部分，分別是放卷、熱處理、水淬、空冷、多根拋丸處理、磷化以及收卷。一般來(lái)說(shuō)，拋丸室的設(shè)置主要考慮從不同的角度以及不同的斷面來(lái)布置4～6臺(tái)拋丸機(jī)，電機(jī)功率確保在18.5～22kW 之間。彈丸所形成的拋射面的范圍可以最多覆蓋16 根線材。這種方式雖然彈丸所形成的覆蓋面相對(duì)狹窄，但是可以對(duì)線材形成全方位、多角度的拋丸處理，從而對(duì)線材表面的氧化物、銹跡以及污跡實(shí)現(xiàn)清理。這種方式的拋丸非常適合與熱設(shè)備一起使用，形成完整的產(chǎn)品線。

2.3 單線拋丸

單線拋丸指的是線材經(jīng)過(guò)開(kāi)卷、放線、預(yù)矯的方式，對(duì)單根線材進(jìn)行拋丸。一般來(lái)說(shuō)，拋丸室的設(shè)置主要考慮從不同的角度以及不同的斷面來(lái)布置4 臺(tái)拋丸機(jī)，電機(jī)功率保持在11～22kW，其所形成的彈丸能夠全面的覆蓋到整個(gè)線材的表面，也是目前應(yīng)用范圍最廣的線材表面拋丸技術(shù)。通過(guò)這種方式對(duì)線材表面進(jìn)行處理，能夠保證完全去除線材表面的氧化層，且操作相對(duì)簡(jiǎn)單。工作人員完全可以通過(guò)丸粒的數(shù)量以及拋丸的拋射角度來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，這就在一定程度上避免了由于傳統(tǒng)化學(xué)酸洗工藝所帶來(lái)的諸多問(wèn)題，如：對(duì)線材進(jìn)行過(guò)度酸洗等。由于該拋丸技術(shù)是對(duì)線材的單線進(jìn)行拋丸，這就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致這種拋丸技術(shù)的效率相對(duì)低下，但是工作人員可以通過(guò)提升線材的輸送速度來(lái)確保工作效率。另外，這種拋丸技術(shù)可以直接和拉絲機(jī)或者是倒立式拉絲機(jī)聯(lián)合起來(lái)形成生產(chǎn)線，也是替代傳統(tǒng)化學(xué)酸洗的重要工藝。

3 單根在線線材拋丸機(jī)應(yīng)用

3.1 單根在線線材拋丸機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1.1 拋丸機(jī)

在單線拋丸的工藝中，配置了4 臺(tái)功率為11～22kW 的電機(jī)，其使用線材的直徑為5～40mm，當(dāng)然工作人員可以根據(jù)線材直徑的大小來(lái)更換相對(duì)應(yīng)的葉片，具體如表1 所示。為了進(jìn)一步的提高拋丸的覆蓋面和利用率，我們將4 臺(tái)拋丸機(jī)分別設(shè)置在線材的上下左右這四個(gè)方位上，使其與線材形成無(wú)死角、全方位的覆蓋，具體如圖1 所示。

圖1 拋丸器的擺放以及拋射帶的示意圖

表1 葉片內(nèi)寬所對(duì)應(yīng)的線路直徑

3.1.2 清理室

清理室的結(jié)構(gòu)為腔板式箱型，其內(nèi)壁設(shè)置有耐磨的防護(hù)板，清理工作主要在密封的腔內(nèi)開(kāi)展。在密封的腔中，能夠充分的發(fā)揮出彈丸的反彈功能，有效的對(duì)線材表面開(kāi)展有效打擊，這樣就能大大的提高清潔的工作效率以及質(zhì)量。在拋丸室中是設(shè)有4 臺(tái)內(nèi)置型QY-120 式的拋丸機(jī)，確保線材每一個(gè)橫截面都能至少經(jīng)過(guò)兩次以上的彈丸彈射，避免線材出現(xiàn)陰陽(yáng)面的情況。另外，在拋丸的直射點(diǎn)位置，通過(guò)加設(shè)一層高錳鑄鋼護(hù)板使其內(nèi)部形成分區(qū)的結(jié)構(gòu)，這樣在某種程度上來(lái)說(shuō)就能有效的降低運(yùn)行成本。此外，對(duì)其兩端的附室進(jìn)行加長(zhǎng)處理并使用螺旋的方式將其密封起來(lái)，這樣能夠確保彈丸中的丸塵不外溢，同時(shí)還能在一定程度上降低彈丸和線材表面之間所產(chǎn)生的弱磁現(xiàn)象，具體分區(qū)內(nèi)置結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 分區(qū)內(nèi)置拋丸結(jié)構(gòu)圖

3.1.3 彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)

彈丸循環(huán)輸送機(jī)構(gòu)主要由這四個(gè)部分組成，分別是分離器裝置、彈丸流量調(diào)整裝置、提升機(jī)裝置以及螺旋輸送器裝置所組成。

3.1.3.1 分離器

分離器主要是由旋風(fēng)和風(fēng)選式分離器所組成的，其分離的效率可以達(dá)到99%以上，且還能確保鋼丸的清潔回用。分離器作為拋丸器的重要部件，能夠在一定程度上影響到拋丸器的葉片使用期限以及線材經(jīng)過(guò)拋丸后的表面效果。

3.1.3.2 提升機(jī)

提升機(jī)主要是連接下部進(jìn)料口和螺旋輸送器，實(shí)現(xiàn)上部出料口和溜槽分離器這兩部分之間的相連，從而完成垂直輸送彈丸的過(guò)程。

3.1.3.3 螺旋輸送器

螺旋輸送器的主要功能是將彈丸水平運(yùn)送到提升機(jī)的下面。由于螺旋輸送器是彈丸循環(huán)系統(tǒng)中的非常關(guān)鍵的部件。為此，工作人員在拋丸之前需要嚴(yán)格的控制好螺旋軸的同軸度，確保螺旋葉片能夠達(dá)到既定的耐磨度。為了進(jìn)一步的確保螺旋輸送器做到徹底輸送，我們需要保證螺旋輸送器中正常彈丸堆積的數(shù)量不能超過(guò)20%。

3.1.3.4 彈丸流量調(diào)整裝置

彈丸流量調(diào)整裝置主要是負(fù)責(zé)氣缸控制、氣缸行程、拋丸器的轉(zhuǎn)速，相關(guān)的工作人員可以根據(jù)具體情況來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者是設(shè)置好自動(dòng)調(diào)整拋丸量和拋射速度，從而達(dá)到既定的粗糙度要求。彈丸流量調(diào)整裝置主要是由以下三個(gè)方面組成，分別是閘門、控制汽缸以及傳動(dòng)螺桿。該裝置可以靈活的去依據(jù)線材的種類、規(guī)格、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、拋丸電機(jī)的工作頻率以及電機(jī)的負(fù)荷來(lái)調(diào)整供彈丸的數(shù)量以及彈丸的拋射速度，從而在一定程度上確保線材表面的清理效果。

3.2 拋丸器的主要工藝參數(shù)

眾所周知，拋丸量是拋丸器的關(guān)鍵參數(shù)之一?？梢哉f(shuō)，拋丸量的大小完全是取決于電機(jī)的功率大小和葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而這兩個(gè)因素之間的相互作用則影響著線材表面拋丸后的質(zhì)量。在對(duì)線材表面進(jìn)行拋丸的時(shí)候工作人員需要靈活的去根據(jù)線材的種類、直徑以及線材的移動(dòng)速度來(lái)對(duì)拋丸量進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)然也可以通過(guò)氣缸螺桿的行程手動(dòng)的進(jìn)行拋丸量調(diào)整。手動(dòng)的調(diào)整對(duì)工作人員的操作能力以及水平都是極高的。而自動(dòng)調(diào)整則是通過(guò)改變拋丸電機(jī)的頻率，改變?nèi)~輪轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整拋丸量，其自動(dòng)化應(yīng)用的水平和程度相對(duì)較高。目前，據(jù)了解XQ-TI 型線材拋丸機(jī)已經(jīng)可以自動(dòng)對(duì)拋丸量進(jìn)行調(diào)整，工作人員只需要在操作中選擇對(duì)應(yīng)的線材種類、線材直徑以及線材的運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，這時(shí)拋丸電機(jī)就能根據(jù)對(duì)應(yīng)分參數(shù)調(diào)整到對(duì)應(yīng)的頻率，從而對(duì)線材實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確拋丸。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前我國(guó)在對(duì)線材表面清理的過(guò)程中仍采用傳統(tǒng)化學(xué)酸洗的方式來(lái)進(jìn)行，這無(wú)論對(duì)于環(huán)境的污染還是企業(yè)的效益來(lái)說(shuō)都是不利的。隨著拋丸技術(shù)在線材表面清理中的應(yīng)用，不僅能夠?yàn)榫€材表面的清理提供了更加可控化、方便、環(huán)保的方法，而且還可以對(duì)線材生產(chǎn)線進(jìn)行連續(xù)拔拉、探傷以及熱處理等，這對(duì)于企業(yè)而言是非常有利的。雖然有一部分企業(yè)也采用了拋丸技術(shù)對(duì)線材表面進(jìn)行清理，但是有一部分的工作人員并沒(méi)有形成一套規(guī)范的拋丸技術(shù)，這容易對(duì)線材表面造成損傷。為此，相關(guān)的工作人員需要進(jìn)一步明晰拋丸技術(shù)的原理以及相關(guān)拋丸除銹設(shè)備的工作原理，這樣在使用拋丸技術(shù)處理線材表面時(shí)才能將對(duì)線材表面的損傷降到最低，確保線材設(shè)備能夠正常的運(yùn)行。