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1、钢丸粒度对铸件抛丸清理效率和外表粗糙度的影响The Influence of Abrasive Size on Casting Blasting Efficency and Surface Roughness摘要：本文对不同厂家生产的钢丸密度、硬度、粒度分布、金相组织和寿命进行分析，优选了一种使用寿命长的钢丸应用于生产。通过试验找到了钢丸粒度、抛丸速度和外表粗糙度之间的关系，并分析了生产过程中钢丸粒度的变化和补充加料方式等对清理效率和铸件外表粗糙度的影响。关键词：钢丸 级配 抛丸 清理效率 外表粗糙度Abstract: Analysis on density, hardness, size d
2、istribution, micro-organization and lifetime of several abrasives, preference a high quality abrasives for production. Study of the relation of abrasive size, throw speed and surface roughness. It analysises on the influence of controlling abrasive size and adding mode to clear efficency and surface
3、 roughness also.Keywords:abrasive gradation blasting clear efficencysurface roughness前言研究和生产实践说明，铸件的外表质量不仅与造型材料原砂粒度1、原砂细度2、涂料3、造型过程4-5、铁水充型6有关，而且与抛丸喷丸清理过程7有关。铸件清理使用的磨料钢丸的性质密度、硬度、形状和粒度分布不仅直接影响到铸件的外表质量，而且和清理效率有很大的关系。因此，国内7-10和国外 11-13对钢丸的性质和如何选用作了一定的研究。但是，国内铸件清理中使用级配钢丸的很少，大都采用单一粒度的钢丸用于生产，同时，清理过程中钢丸粒度的
4、变化对清理效率和外表粗糙度的影响研究也很少。本文通过试验和生产应用，对钢丸的性质、粒度和抛丸速度与铸件外表粗糙度之间的关系、级配钢丸粒度变化对清理效率和外表粗糙度的影响进行了研究。一、 钢丸的选用1.抛丸清理设备的结构铸件喷射清理是以高动能的磨料流冲击待清理外表的外表处理方法。磨料通常由离心力或高速射流如空气流或水流推动，以去除铁锈、氧化皮、原有涂层和其它污染物，并裸露基材。被清理的外表具有特征性的二次粗糙度，其大小取决于喷射清理的条件、磨料的特性、外表原始状态和被喷射清理的工件基体。原始外表粗糙度或一次粗糙度可由磨料喷射清理工序所改变。因此，铸件的喷射清理对铸件的外表质量来说显得尤为重要。现
5、代铸造清理主要采用各种类型的抛丸清理设备。它是高速旋转的抛头将钢丸加速到70-80m/s的速度后，利用钢丸的动能冲击铸件外表，到达去除铸件外表粘砂、氧化皮的目的，并使铸件具有一定的外表粗糙度。设备主要由室体、抛丸器、弹丸循环系统、丸砂别离系统组成如图1。最终对铸件的外表质量起作用的那么是磨料本身的性质和清理过程，如磨料的种类、粒度、硬度、形状、抛射速度、抛丸时间覆盖率、被清理工件的性质硬度等。*图1：抛丸清理设备的结构示意图2.钢丸成形过程由于钢丸在抛丸清理过程中对铸件的外表质量有直接的影响，我于2001.10、2001.11和2001.12分别到神弹子钢丸有限责任公司、上海摩根钢砂磨料和金星
6、钢砂厂对其生产钢丸的工艺进行了考察，以了解钢丸的生产过程，并对钢丸的性能进行了测试。神弹子钢丸有限责任公司和金星钢砂厂生产钢丸是离心法如图2所示，但两者的原材料来源和质量、熔炼设备和工艺、热处理设备和工艺、筛分设备和工艺有很大的不同，导致了两者的产品质量有较大的差异。图3：钢丸离心成形过程上海摩根钢砂磨料是水雾化法生产如图2所示，目前熔炼局部在国外，国内仅进行热处理。国内年生产能力达50万吨。它采用了许多先进的生产工艺，如：水雾化成形、螺旋筛分、自动包装，自动化程度很高，设备和工艺都很先进。该钢丸的最大特点是硬度均匀，微裂纹、气孔缺陷少，弹性和抗疲劳性好，在使用过程中钢丸不是破碎而是逐层剥落，
7、钢丸慢慢变小，因而使用寿命长。*图2：钢丸雾化成形过程3、钢丸的检验l 钢丸的粒度检验钢丸粒度的检验按国标用筛网筛分后称重。粒度有一定的分布规律，用各筛号上钢丸的残留率来度量。上海摩根、丹江口神弹子和十堰金星的钢丸的粒度检验结果如表1注：上海摩根、丹江口神弹子和十堰金星的钢丸分别简称为A、B、C，下同。表1：A、B、C三种钢丸粒度分布S460筛网号孔径A钢丸B钢丸C钢丸ScreenN#Openingmm残留率%残留率%残留率%累计单筛累计单筛累计单筛10S6602.000.000.000.110.1112S5501.703.073.077.437.4351.5351.4214S4601.407
8、1.0968.0292.3384.9096.0244.4916S3901.1897.7226.6399.927.5999.973.9518S3301.0099.742.0299.960.0499.990.02l 钢丸的硬度检验用快速自硬胶镶嵌钢丸，经过砂轮粗磨至半径处，再抛光后，在维氏硬度机上检测，将维氏硬度换算成洛氏硬度。受检钢丸一般为10粒。图3为钢丸的镶嵌试样，表2为检测的硬度结果。图3：钢丸镶嵌试样表2：A、B、C三种钢丸硬度分布S460钢丸12345678910平均值最大值最小值极差A48.747.946.946.643.046.647.748.848.145.947.048.843
9、.05.8B47.242.941.052.749.941.841.947.549.9/46.152.741.011.7C48.559.644.149.246.348.143.149.352.048.548.959.643.116.5l 磨料的金相检验镶嵌的钢丸试样经过硝酸酒精的腐蚀后，在显微镜下观察钢丸的显微组织，一般使用100倍或400倍，同时可观察钢丸的显微裂纹。图4为400倍下A、B、C钢丸的金相。A(回火马氏体) B(回火马氏体) C(回火马氏体)图4：A、B、C三种钢丸的显微组织l 磨料的寿命检验 试验是在欧文试验机上进行，首次参加100g钢丸，使钢丸以一定的速度运转，机器每运转50
10、0转为一个检测周期，筛分检测磨损的钢丸量钢丸抛弃尺寸为0.425mm，并补充钢丸至100g，直至钢丸的磨损量为100g时机器的转数循环次数即钢丸的寿命。表3为A、B、C三种钢丸的寿命检测结果。一般钢丸的寿命在2200-2400转之间。原材料好，钢丸成形时气孔和微裂纹少，热处理工艺合理的钢丸，寿命可到达2700转以上。表3：A、B、C三种钢丸检测寿命S460钢丸累计转数A厂家钢丸B厂家钢丸C厂家钢丸残留量(g)磨损量(g)累计磨损量(g)残留量(g)磨损量(g)累计磨损量(g)残留量(g)磨损量(g)累计磨损量(g)50090.599.419.4189.0310.9710.9784.6415.3
11、615.36150079.7220.2846.7476.8623.1454.5274.0026.0063.47200077.4622.5469.2875.6424.3678.8874.5725.4388.90250078.6721.3390.6176.6423.36102.2474.5925.41114.31300080.7719.23109.84寿命2744.15转2452.05转2218.42转钢丸质量的好坏也可以用压力来定性的判断。在强度实验机上进行静压力实验，在需要承受的压力范围内不破碎，即为合格。或做锤击实验，一般用中等力锤击3、4下，假设HRC64.5的磨料裂成4-6瓣即为合格；硬
12、度为53-57HRC的磨料裂成2-3瓣即为合格；硬度为48-52HRC的磨料砸扁后有径向裂纹3-4条为合格；硬度为40-45HRC的磨料砸扁后无径向裂纹或有1-3条为合格。l 磨料的密度检验用酒精置换法测得的三种钢丸的真实密度如表4。表4：A、B、C三种钢丸的密度分析钢丸ABC密度g/cm37.657.257.20l 结果分析检测结果说明：在粒度分布上，C钢丸偏大近一个规格，B钢丸稍偏大，但都超过了国标的规定，只有A钢丸粒度分布符合国标。说明各厂钢丸筛分设备不同、对粒度筛分的控制、管理力度不一样，造成的结果也不同。在硬度分布上，对于清理铸件，要求硬度为HRC4050，如果钢丸的硬度超过HRC5
13、0，一方面，对铸件的损害急剧增加弹痕变深，另一方面，钢丸容易破碎，寿命短。B、C三家钢丸的硬度都有超过HRC50的，特别是C钢丸，最大硬度到达HRC59.6。只有A钢丸的硬度符合要求，且极差最小，仅为HRC5.8，而B、C两种钢丸硬度极差分别达11.7和16.5。硬度是否均匀，不但和热处理设备有关，更和热处理工艺过程有关。密度的上下和钢丸的寿命有直接的关系，假设钢丸的密度低，那么说明钢丸存在较多的气孔和显微裂纹，或含碳量较高，在使用过程中很容易破碎。只有密度大于7.4g/cm3的钢丸，其气孔和裂纹才明显少些。A钢丸是雾化成形，气孔和微裂纹很少，密度达7.65g/cm3，寿命到达2744.15转
14、，B、C钢丸是离心成形，密度分析结果说明分别只有7.25和7.20 g/cm3，说明气孔和微裂纹较多，寿命相应较低，仅为2452.05转和2218.42转。此外，三种钢丸的成形过程不同，但都经二次淬火和回火处理。三种钢丸都为回火马氏体组织，但C钢丸的组织最粗大，因而对使用寿命有一定的影响，而A、B钢丸的显微组织更细。综合分析，最后选定A、B钢丸进行试验。4.外表粗糙度测试方法1、 定性测量定性测量外表粗糙度，一般采用比拟样块，利用视觉和触觉对铸造外表质量进行评定，并且选用与铸造合金材质和工艺相同的样块进行比拟。它表征外表的轮廓算术平均偏差Ra或微观不平度十点高度Rz值。视角比对时应在光线充足场地用肉眼直观比对，也可用放大镜观察比对；触角比对时应用手指在被检铸造外表和相近二个参数等级比拟样块外表轻轻划过，获得同样感觉的那个等级即为被检铸造外表粗糙度数值。被检的外表必须清理干净，样块外表和被检外表不得有锈蚀。比拟样块分合式和单组式两种。检测时，被检铸件被划分成假设干检测单元，用样块对每个单元进行比拟，划分检测单元的数目必须符合表5的规定。表5：外表粗糙度检测单元数与被检铸件外
