钢丸粒度对铸件抛丸清理效率和表面粗糙度的影响

研究和生产实践表明，铸件的表面质量不仅与造型材料(原砂粒度_】1、原砂细度_21、涂料口1)、造型过程4151、铁液充型[61有关，而且与抛丸(喷丸)清理过程 有关。铸件清理使用的钢丸的性质(密度、硬度、形状)和粒度分布不仅直接影响到铸件的表面质量，而且与清理效率有很大的关系。因此，国内 01和国外[11-131对钢丸的性质和如何选用作了大量的研究。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变化对清理效率和表面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表面粗糙度之间的关系、级配钢丸粒度变化对清理效率和表面粗糙度的影响进行了研究。
1 钢丸的选用
由于钢丸的性质与清理效率、表面粗糙度和清理成本有很大的关系，先在实验室对A、B、C三种钢丸的粒度分布、硬度、密度、气孔率、金相组织、寿命进行了分析。粒度分布见表1，硬度分布见表2，寿命分析见表3，显微组织见图1。结果表明：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。在硬度分布上，对于清理铸件，要求硬度为HRC40～50，如果钢丸的硬度超过HRC50，对铸件的损害急剧增加(弹痕变深)。B、C钢丸的硬度都有超过HRC50的，特别是C钢丸，zui大硬度达到HRC59．6。只有
A钢丸的硬度合乎要求，且极差zui小，仅为HRC5．8，而B、C两种钢丸硬度极差分别达1 1．7和16．5。B、C两种钢丸硬度极差分别达1 1．7和16．5。密度的高低和钢丸的寿命有直接的关系，若钢丸的
密度低，则表明钢丸内部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／cm 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／cm ，寿命达到2744．15转；B、C钢丸是离心成形，密度分析结果表明分别只有7。25g／cm3和7。20g／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zui粗大，因而对使用寿命有一定影响，而A、B钢丸的显微组织更细。综合分析，zui后选定A钢丸进行试验。
2 实验室试验 ．
选定钢丸后，在上海摩根(Murga)公司进行了钢丸粒度与工件表面粗糙度之间的关系试验。所用设备是美国USF公司的Wheelabrator Allevard抛丸清理设备，抛头采用变频电机驱动，抛丸速度可以从0～lOOm／s任意调节，下砂量由电磁阀控制的下砂阀门调节，循环砂量800kg。用阿尔门试片(C型、HRC49．9)作为测试对象，保证工件覆盖率I>99％，抛射角度为90。、时间4min，钢丸为球形、硬度HRC46，在相同的抛射速度下，钢丸粒度越大，所清理的工件表面粗糙度值越大；级配钢丸得到的表面粗糙度值要比单一粒度的钢丸低。对于铸件来说，由于铸件的表面硬度比钢丸低(也比阿尔门试片低)，且硬度范围变化较大，钢丸对铸件的作用效果要比对阿尔门试片的作用效果强得多。即在钢丸的作用下，铸件更加容易产生变形，表面也就更加粗糙。因此，实际得到的铸件表面粗糙度值要比阿尔门试片试验结果高，且范围较大。图3为不同粒度的钢丸在不同抛射速度下的铸件表面粗糙度。可以看出，钢丸粒度与表面粗糙度同样存在明显的线性关系；此外，
同一粒度的钢丸，抛射速度越大，得到的表面粗糙度值越高。这是因为钢丸的冲击动能E=l／2mv ，钢丸越大(m越大)、抛射速度越大，动能就越大，冲击力也越大，在工件上留下的弹痕越深，因而得到的表面粗糙度值越高。好的钢丸，在清理过程中钢丸的表面逐层剥落，钢丸逐渐变小，整个系统的钢丸粒度的组成就会慢慢变小。如果长时间不补充加料，系统的钢丸粒度会变得很小，表面粗糙度和清理效率都会降低；如果一次加料太多，则立即表现为铸件的表面粗糙度值变大。因此，钢丸的补充是不断地进行，以保证钢丸的数量和粒度组成不变，从而保证清理质量稳定。生产上一般通过定期补充钢丸来实
现(每班一次)。当补充加料控制不好时，钢丸的粒度组成会出现较大的变化。图6中所示的a、c曲线，就是生产过程中钢丸粒度组成出现了异常变化。a曲线是一次加料过多，c曲线是加料时间间隔太长，这两种现象都造成清理效率降低和表面粗糙度的变化。为了得到稳定的表面粗糙度和清理效果，要严格定期补充钢丸，经常检查钢丸粒度的组成，使之尽量靠近级配曲线b。在抛丸处理过程中，钢丸补充方式和粒度的变化对清理效率还会产生较大的影响。一方面，钢丸在叶片上被加速的过程中，大颗粒的钢丸首先离开叶片，小颗粒的钢丸后离开叶片，钢丸粒度组成不变，则抛头的热点(抛射出的钢丸主要集中区域)不变，如果钢丸粒度发生变化，热点离开了工件，则清理效率就会降低。另一方面，清理效率不仅和冲击力有关，还和覆盖率有关。大颗粒的钢丸冲击力大，效果好，但每公斤的颗粒数有限，覆盖率低，清理效率并不是zui高的，且造成表面粗糙；小颗粒的钢丸冲击力小，每颗钢丸的清理效果差，但每公斤钢丸的颗粒数多，因而覆盖率高，且能清理到细微之处，使表面粗糙度值降低。表5为不同粒度的钢丸和相应的级配钢丸每公斤所含有的颗粒数㈣，可见级配钢丸的颗粒数是单一粒度钢丸的4~5倍，这大大提高了覆盖率。

大丰市宇超机械有限公司是一家金属磨料专业制造企业，可年产30万吨规格种类齐全的铸钢丸、铸钢砂、合金钢丸、高碳钢丸、不锈钢丸、强化钢丸、钢丝切丸等合格的金属磨料。产品全国各地，产品广泛用于铸造、造船、机械、汽车、机车、钢结构、集装箱、国防、核工业、风电、钢管、石材等方面。深受广大用户信赖，是中国生产规格种类zui齐全的金属磨料供应商。