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抛丸机抛丸器耐磨件耐用度技术详解
  • 编辑:guanli
  • 时间:2018-07-20 17:22
  • 来源:未知

抛丸清理技术:抛丸清理属于机械清理的范畴,主要利用高速旋转的叶轮使磨料颗粒获得足够清理工件表面所需的动能,从而实现对工件表面的清理或处理的技术[1],而抛丸器则是实现抛丸清理技术的关键部件[2]。 

  抛丸清理技术从 1932 年开始进入实用阶段,比喷丸技术晚,抛丸清理技术虽然起步较晚,但由于其相当高的工作效率而得到广泛应用[3]。抛丸清理最主要的用途之一是钢结构件涂装前的表面处理,用抛丸方法来清理钢结构件可追溯到上世纪 40 年代。从上世纪 50 年代中期开始,一些钢板、型钢等原材料以及复杂的钢结构件都陆续开始利用抛丸技术来做涂装前的表面预处理,以去除型钢表面的氧化皮和锈蚀等污物,并获得一定的表面粗糙度。清理时,将抛丸器和其它机械设备组合形成生产线或流水线,使工件表面的前处理和涂装等作业可以连续进行,生产效率相当高。 

  抛丸设备广泛的应用于铸件的落砂处理,以及铸件、锻件、焊接件及热处理件的表面清理,钢材、型材及钢结构件的表面预处理,同时还可以对一些承受特殊高变应力的弹簧、齿轮等零件的表面进行强化处理。抛丸清理属于不接触式清理,故该工艺不受被清理工件的形状、尺寸及重量等条件的限制。此外,由于生态环境保护等方面的压力以及清理成本的居高不下,每年都有许多原本使用其他方法处理的工件转用抛丸技术来处理,使得抛丸技术的应用范围不断扩大。抛丸清理技术是目前国际上应用最普遍、最经济、最可靠的清理(除锈)方法[4~7]。 

 

抛丸器简介:

  抛丸清理设备一般都由抛丸器总成、清理室壳体、弹丸循环系统、除尘系统以及电气控制系统等几部分组成,而抛丸器则是实现抛丸清理技术的关键部件,其性能的优劣直接关系到整台设备的抛丸效率和工作质量[8]。 

抛丸器的基本结构及工作原理:

  抛丸器是利用被抛出弹丸流的高速动能来完成清理作业的部件,也是抛丸清理强化技术的核心部件,主要由叶轮、分丸轮、定向套、叶片、主轴承座、进丸管、罩壳、高铬耐磨铸铁防护衬板、耐磨橡胶防护衬板、底板、减震胶板及电机等部分组成[9],如图1.1 所示。工作时,磨料通过进丸管进入 叶轮的中央,叶轮中央处有一个与叶轮一起旋转的分丸轮,分丸轮外面装 有定向套,磨料经分丸轮加速后从定向套窗口飞出,到达叶片后在离心力的作用下继续加速,最后从叶片远 端飞出以极高的速度抛打在待处理工件表面,最终实现清理目的[10]。 

图 1.1  抛丸器结构图

图 1.1  抛丸器结构图 

抛丸器耐磨件:

  抛丸器耐磨件一般包括分丸轮、定向套和叶片等,如图 1.2 所示。叶片等耐磨件的抗摩擦磨损性能直接影响抛丸器的使用寿命。抛丸器在使用过程中的突出问题是零件的磨损,这些零件以往都是高锰钢制造的[11],但在实际工作中,高锰钢零件经受不住高速磨料的冲 击和刮擦,很快便被磨 损掉,致使零件的使用寿命大大缩短,不仅增加了设备的检修费用,也降低了设备的运转效率,增加了工人的劳动强度。高铬铸铁是一种新型抗磨材料[12],其耐磨 性比合金钢高得多,韧性、强度又 比一般白口铸铁高得多,同时,它还具有良好的抗高温和抗腐蚀性能,而且生产途径便捷、成本适中,使其成为当代最优良的抗摩擦磨损材料之一[13~16]。表 1.1 所示为高铬铸铁的成分及性能。 

  若采用普通粘土砂造型制作抛丸器高铬铸铁耐磨件,则会由于型砂发气量大,紧实度不均匀,致使铸件容易产生缺陷,降低耐磨件使用寿命[17]。同时由于高铬铸铁脆性较大,在普通砂型铸造工艺 中液态金属的浇注位置受到限 制,很难把握其形成机理,获得理想 状态下的基体组织[18]。   

 随着经济技术的迅速发展,人们对耐磨件提出了更高的质量要求,为尽量减少抛丸器耐磨件的拆卸和更换次数,提高抛丸清理效率,人们想到了通过改变耐磨件的 制造方法以提高其使用寿命,抛丸器耐磨件熔模精密铸造技术应运而生[19]。 

图 1.2  抛丸器耐磨件

图 1.2  抛丸器耐磨件 

表 1.1  高铬铸铁的化学组成及机械性能

表 1.1  高铬铸铁的化学组成及机械性能 

 熔模铸造技术简介:

  我国远在春秋战国时期就能铸造形状复杂的精密铸件,近年来,我国熔模铸造技术获得了迅速发展,利用熔模铸造方法能生产尺寸更大、精度更高、壁厚更薄及强度更高的优质铸件,这些铸件几乎应用于所 有工业部门, 如石油、化工、轻 工、纺织、能源、制药、医疗器械、交通运输、航空航天、军工等部门[20]。当今熔模铸造工艺不断改进,设备不断更新,熔模铸造技术已经成为我国工业不可或缺的重要组成部分[21]。 

  熔模铸造工艺过程复杂、工序多并且生产周期较长,在手工操作时影响铸件质量的因素比较多,因此如何逐步实现由手工生产到机械化生产,进而走向半自动化或全自动化生产成为熔模铸造非常重要的问题[23]。 

图 1.3 熔模铸造的工艺过程

图 1.3 熔模铸造的工艺过程

  熔模铸造复合工艺,是通过对熔模制作、型壳制作的工艺分析,并组合新工艺及传统工艺,综合利用中、低温模料高压制模工艺、水玻璃与硅溶胶粘结剂以及铝硅系耐火材料的制壳工艺[24]。 

  熔模铸造用复合型壳是由粘结剂、耐火材料、各种粒度的撒砂材料等经配涂料、浸涂涂料、撒砂、硬化、干燥、脱蜡和焙烧等工序制成,分整体型壳和分层型壳两种结构。

  本文中复合型壳是指水玻璃与硅溶胶的复合型壳,即表面层和过渡层选用质量较好的硅溶胶作粘结剂以提高型壳表面质量,背层则用水玻璃作粘结剂以缩短制壳周期。耐火材料面层采用石英砂,背层采用莫来石。石英砂、石英粉保证型壳优质的型腔表面质量,莫 来石砂保证制壳时型壳具有足 够的 高温强度 和较好 的 热稳 定与 热膨胀性能。生产实践表明,此类复合型壳相比全硅溶胶型壳,其所得铸件的质量标准等同,并且制造成本降低,可广泛适用于抛丸器耐磨件的批量生产。 

 熔模铸造用相关设备:

  由于熔模铸造工艺过程复杂,因此在实际生产中会用到很多设备,总体看来,主要包括以下几类设备:蜡料制备设备、蜡模制备设备、型壳制备设备、焙烧设备、熔炼设备、浇注设备以及铸件的落砂清理等后处理设备等。本文将在后面对其部分主要设备进行详细的讨论。 

复合型壳的研究概况:

   杨世洲[25]研究了硅酸乙酯—硅溶胶复合型壳的制备工艺,对型壳第 1~3 层使用硅酸乙酯 涂料,背层使用硅溶胶涂料。此工艺避免了两种涂料相互污染而使其使用寿命缩短的情况,提高了涂料利用率,降低生产成本,同时获得高精度铸件(CT5 级)。 

    李海树[26]分析了熔模铸造复合型壳构成材料的成本,提出选用棕刚玉粉代 替锆英粉配制涂料,用石英砂代替锆英砂加固型壳的方案。同时对复合型壳熔模铸造工艺进行分析与改进,采用交替撒砂的方法,改善了型壳性能,降低了制造成本,与改进前工艺相比较,降低材料成本 50%左右。此外,他还介绍了使用石蜡—低分子 EP 模料及交替撒砂的制壳工艺,采用 NH4Cl 与结晶  A1Cl3交替硬化,降低制造成本的同时,还可以有效减少有害物质的排放。 

   仇奎强、王晓颖[27]介绍了硅溶胶—水玻璃复合型壳工艺,应用硅溶胶与锆英粉配制涂料制备型壳表面层,提高型腔表面质量,若用来生产高合金钢等精铸件,其表面粗糙度可达 3.2,相比单一水玻璃制壳工艺,所得铸件表面粗糙度降低、尺寸精度提高。 

   聂勇泉[28]分析了一种大腹腔、小口径的复杂铸件的工艺,提出采用制作两件蜡模而后组成一体的蜡模制作方式,制作型壳采用硅溶胶—水玻璃复合工艺,并对这种复杂型腔的铸件 在制模和制壳过程中需要注意的事项做了详细的叙述。 

    景宗梁和车顺强[29]研究了熔模铸造的表面层制壳工艺,指出型壳面层耐火材料已发展为多种组合,利于充分发挥不同耐火材料在铸造 性能上的互补性,通过优化组合得出多种面层制壳工艺,提高铸件的表面质量和尺寸精度,降低制壳成本。 

本课题的研究目的及内容:

研究目的及意义:

  由于抛丸器零部件在抛丸清理工作过程中的摩擦磨损比较严重,致使其拆卸和更换次数频繁,清理工作的效率下降、成本增加。因此本文研究的主要目的在于利用先进的复合型壳熔模铸造工艺及相关设备生产抛丸器高铬铸铁耐磨件,在改善型壳综合性能,降低生产制造成本的同时获得高精度、少加工或无需加工的抛丸器耐磨件产品,提高抛丸器耐磨件的使用寿命和抛丸清理的工作效率。本文的硅溶胶—水玻璃复合型壳熔模铸造工艺对于制作其它形状复杂的精密铸件也可作为一种参考。 

  国内对熔模铸造用制膏机这类设备的研究较少,且大都集中在化工机械行业的搅拌设备上,本文还通过利用三维建模与分析软件对制膏机的结构进行设计与优化分析,以期能获得更为优良的制膏设备。 

研究内容:

   本文主要研究抛丸器高铬铸铁耐磨件的复合型壳熔模铸造具体工艺并配合相关设备生产抛丸器高铬铸铁耐磨件,研究内容如下: 

 (1)硅溶胶—水玻璃复合工艺的分析;

 (2)抛丸器高铬铸铁耐磨件复合型壳熔模铸造工艺的改进;

 (3)对熔模精铸抛丸器耐磨件所用到的一些主要设备的使用进行了系统的叙述, 同时对部分设备进行了改进与优化。

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