钢丸粒度对铸件抛丸清理效率和表面粗糙度的影响

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研究和生产实践表明,铸件的表面质量不仅与造型材料(原砂粒度卩]原砂细度罔、涂料[(1)造型过程“铁液充型"。有关,而且与抛丸(喷丸)清理过程囝有关。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,国内和国外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巧0,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钢丸最大硬度达到HRC59.60只有 A钢丸的硬度合乎要求,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。

 

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。只有密度大于图1 A、B、c三种钢丸的显微组织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 0 动能E:1 /2“2,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 A(回火马氏体) B(回火马氏体) C(回火马氏体) 粗糙度值越高。

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7.65 cm3寿命达到 2744·巧转;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221 &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影响,而A、B钢丸的显微组织更细。综合分析,最后选定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司00 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。

03 生产性试验

我厂自2001年10 月开始采用 8级配钢丸工艺,得到了很好的效果。主要表现在铸件的表面质量稳定,不会出现大的质量波动;清理效率有一定提高;生产过程控制得到加强,钢丸和清理设备易损件的消耗下降。

选定钢丸后,首先在我厂第一分厂鼠笼抛丸清理机上进行试验,然后推广到全厂。首次试验A钢丸共16t,试验零件为神龙轿车缸体和491缸体(图4),抛射速度为73m/s(计算值),抛射 角度90。左右(抛射角度为 9俨时的冲击力最大,清理效率最高)用S460钢丸进行抛丸前,缸体先在Q384 抛丸室用s550钢丸进行粗抛丸清理,表面砂子和少部分内腔砂子。

试验用钢丸为A厂家S460级配钢丸,级配钢丸由50%S460+30%S390+20%S330组成,一次性加料10t,清理工件的时间为45s(一次2件),而原来使用单一粒度的60钢丸的清理时间为50s。由于钢丸质量好,钢丸磨损是渐变过程,以后只需定期定量补充名义尺寸的

60钢丸保持级配不变。结果表明,采用S460级配钢丸

清理的神龙轿车缸体和491缸体,表面粗糙度值稳定在 12·5一25 m之间最低可达到10.5 m,完全满足工艺规定的12.5、25m要求。

值得注意的是,在抛丸处理过程中,钢丸补充方式对清理的质量有较大的影响

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,钢丸的补充最好是不断地进行,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,清理效率并不是最高的,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枷可见级配钢丸的颗粒数是单一粒度钢丸的4巧倍,这大大提高了覆盖率

级配钢丸含有40%-50%的名义尺寸的钢丸和渐变的较小钢丸,兼顾了清理时的冲击力和覆盖率,因此清理效率最高,表面粗糙度值较低。生产中补充加料时,要坚持少量多次的原则,保证钢丸的级配不变,以得到最高清理效率。图7表示不同粒度的钢丸清理铸件的示意图,可见,级配钢丸的清理效率是最高的。

钢丸颗粒太小,冲击力小,覆盖率高,能得到低的表面粗糙度值,但清理效率低

钢丸颗粒太大,冲击力大,清理效果明显,但覆盖率低,表面粗糙

兼顾冲击力和覆盖率,能得到最佳效率和较低的表面粗糙度值

生产中还发现,随着清理时间的延长,铸件的表面粗糙度值不断变小,最后趋于某一定值。图8为神龙缸体的表面粗糙度值随抛丸清理时间的变化曲线(采用S460级配钢丸),最终表面粗糙度为11一12·5um

结论

 

( l )
抛丸清理的铸件表面粗糙度与所用磨料的粒度及抛射速度有密切的关系, 已知粒度越大, 表面粗糙度值越高;
抛射速度越高, 表面粗糙度值越高;
级配钢丸比单一粒度的钢丸得到的表面粗糙度值要低
( 2 ) 应用级配钢丸对降低铸件表面粗糙度值有明显效果, 对清理效率有较大影响, 能提高铸件清理效率
( 3 ) 加料方式对清理效率和表面粗糙度有很大的影响, 及时补充加料, 保持钢丸级配不变, 才能保证抛头热点不变 (即清理效率不下降)和铸件表面质量的稳定
( 4 )抛丸时间对铸件的表面粗糙度有一定的影响,
随着时间的延长,铸件的表面粗糙度值趋于某一定值

 

2020年5月15日 08:44
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