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抛丸除锈设备在线材表面清理中的应用
表面除锈是线材加工过程必不可少的重要工序。传统线材表面除锈工艺采用化学酸洗的方法, 酸洗过程产生的酸雾、含酸废水需处理达标才能排放, 不仅技术难度大且投资运行成本高, 因此, 传统的化学酸洗工艺逐渐升级改造, 甚至被替代。
抛丸技术可以避免酸洗工艺的诸多缺点, 作为一种替代工艺, 其技术与装备已日趋成熟。目前, 国内金属制品行业选择抛丸工艺用于线材表面除锈已逐渐被广大金属制品企业所接受。
1 抛丸除锈设备原理及构成
1.1 抛丸除锈原理
采用物理打击方式, 利用抛射丸粒打击线材表面, 使附着在线材表面的氧化皮脱落, 达到表面清理的目的。线材进入抛丸区域时, 经过抛丸器高速旋转抛射出来定量的弹丸密集击打在线材表面, 对线材表面进行强力冲击和摩擦, 使其表面氧化皮、锈层及其他黏着的污物迅速被击打、脱落, 线材获得一定粗糙度的光洁表面, 达到清除表面氧化皮的目的。
1.2 抛丸设备结构
由于抛丸丸粒是高速抛射, 所以整个抛丸清理过程必须在一个封闭的装置内进行。一般的抛丸除锈设备由抛丸机主机、除尘装置及线材输送装置等组成。抛丸机主机包括抛丸室、弹丸循环输送机构、抛丸器等。抛丸室 (清理室) 是由钢结构件焊接而成, 内壁衬有耐磨防护板形成分区内置结构;弹丸循环输送机构由置于清理室底部的螺旋输送、提升机、弹丸分离机构及弹丸流量调整装置等组成;抛丸器由溜丸管、分丸轮、定向套及叶轮装置等组成, 按照所需清理的线材规格组距、进料形式, 为达到全表面无死角的抛丸要求设计确定抛丸器的数量及布置。
1.3 抛丸设备工作原理
抛丸过程中, 经弹丸流量调整装置定量供给的弹丸连续不断地由溜丸管进入分丸轮, 分丸轮与叶轮同步高速旋转, 弹丸经定向套上狭口无冲击地被分配到每一个叶轮的叶片上并被加速后高速抛出。狭口的位置可通过转动定向套进行调整以决定弹丸流的抛射带方向, 实际的弹丸流量根据电机负荷由电流表测出。
散落下来的弹丸、粉尘及被击打脱落的线材表面氧化皮等混合物经螺旋输送机汇集于提升机下部, 再提升到机器上部的分离器进行筛选后, 纯净弹丸落入储料斗中, 实现循环使用。抛丸产生的粉尘, 由抽风管送向除尘系统净化处理后, 达到环保要求的粉尘被排放到大气中, 由于粉尘均为颗粒状物, 仅需选择合适的布袋除尘器即可达标排放。
2 线材抛丸方式
2.1 整捆抛丸
线材在抛丸清理过程中, 整捆线材作“上下起伏+左右摆动+正反旋转”的复合动作, 使得整捆线材的每一根线材的全部外表面均能处于弹丸的抛射范围内, 受到弹丸束的有效打击, 抛丸室一般配置不同角度和不同断面位置布置的6~8台抛丸器, 电机功率22~30 k W。弹丸抛射在整捆线材的外圈, 并抛射到线材与线材间经起伏摆动产生的间隙中, 完成对每圈线材的全面覆盖。
这种方式的抛丸清理效果受线材直径影响较大。线材直径越小 (小于10 mm) , 依靠线材起伏摆动产生的间隙越小, 导致成捆线材内圈的除锈效果越差, 氧化皮局部残留不受控制, 还会造成线材表面的硬度不均匀, 被充分抛丸的表面极易被氧化, 生成一层薄薄的表面氧化膜, 以至于影响线材后续磷化处理工序中的钝化层, 因此, 线材整捆抛丸不能与拉丝机联线使用, 也不能完全替代传统酸洗工艺。
2.2 成组多线抛丸
成组多线抛丸工艺流程:放卷→热处理→水淬→空冷→多根抛丸处理 (原酸洗工位) →磷化→收卷。
抛丸室一般在不同角度不同断面布置4~6台抛丸器, 电机功率18.5~22 k W, 弹丸抛射的扇形面覆盖线材通过的整个宽度, 目前一次最多可同时处理17根线材。这种方式的线材抛丸处理效果对每根线材都是全覆盖的, 无死角, 处理效果好、效率高, 可以达到传统酸洗去除线材表面氧化皮的效果。成组多线抛丸适合与热处理设备相结合, 组成联合生产线。
2.3 单线抛丸
线材经过开卷、放线、预矫直以单根形式进行抛丸处理, 抛丸室一般在不同角度不同断面布置4台抛丸器, 电机功率11~22 k W, 弹丸抛射可完全均匀覆盖线材的整个圆周表面, 是目前较为广泛应用的线材表面处理 (抛丸除锈) 形式。
这种形式的线材抛丸表面处理方式, 表面质量均匀统一、处理效果好, 在实际生产中去除线材表面氧化皮的效果较好, 设备操作简便, 生产过程中可通过调整丸粒量大小和抛射速度 (抛丸器转速) 来固化操作参数, 避免酸洗工艺带来的缺陷 (如过酸洗) 。
表面上看, 单根抛丸效率较低, 但可根据后续的工艺要求通过提高线材的输送速度来保持较高的生产效率。这种形式的抛丸机还可直接与拉丝机或倒立式拉丝机组成联合生产线, 是无酸洗无磷化“精准抛丸”的首选配制。
3 单根在线线材抛丸机应用
3.1 单根在线线材抛丸机结构
3.1.1 抛丸器
配置4台11~22 k W的内置抛丸器, 适用线径5.5~40 mm, 可根据线径大小更换不同宽度的叶片, 叶片内宽对应的线径见表1。为了提高弹丸利用率, 4台抛丸器分上下左右布置, 抛射带对线材表面形成360°覆盖, 抛丸器布置及抛射带示意图如图1所示。
表1 叶片宽度对应的线径
图1 抛丸器布置及抛射带示意图
3.1.2 清理室
清理室为腔板式箱形组焊结构, 室体内壁衬有耐磨防护板, 清理作业在密闭腔内进行。充分利用弹丸反弹功能, 继续有效击打线材表面, 有利于提高清理质量与清理效率。抛丸室装有4台内置式QY-120抛丸器, 线材的每一个截面都能经受2次以上的抛射, 杜绝阴阳面的产生。在抛丸直射部位加衬一层高锰铸钢护板形成分区内置结构, 可以降低运行成本, 两端附室做加长处理, 装有螺旋密封保证丸尘不外溢, 同时还可消除弹丸与线材摩擦产生的弱磁性, 分区内置抛丸室结构如图2所示。
3.1.3 弹丸循环输送机构
弹丸循环输送机构由分离器、提升机、螺旋输送器和弹丸流量调整装置组成。
3.1.3. 1 分离器
由旋风+风选式分离器组成, 分离效率不小于99%, 保证洁净的钢丸回用。分离器是抛丸机的关键部件, 直接影响抛丸器叶片的寿命及抛丸后的表面效果。
图2 分区内置抛丸室结构
3.1.3. 2 提升机
提升机下部进料口与螺旋输送器连接, 上部出料口通过溜槽与分离器相连, 实现弹丸的垂直输送。
3.1.3. 3 螺旋输送器
螺旋输送器将弹丸水平输送至提升机的下部, 它是弹丸循环系统中的重要部件, 螺旋轴要严格保证同轴度, 螺旋叶片应保证耐磨性。螺旋输送器要输送彻底, 正常的弹丸堆积不超过20%。
3.1.3. 4 弹丸流量调整装置
弹丸流量调整装置由气缸控制, 气缸行程可调, 与抛丸器的转速配合实现手动或自动调整抛丸量和抛射速度, 达到合适的表面粗糙度。弹丸流量调整装置主要由闸门、控制汽缸、传动螺杆组成。可根据钢种、线材规格和线材运行速度, 抛丸电机的频率, 电机的负荷 (电流值) 自动调整供丸量和抛射速度, 保证线材表面的清理效果。
3.2 主要工艺参数
抛丸量是抛丸器性能的重要指标, 抛丸量取决于电机功率和叶轮转速, 决定了线材抛丸后的表面质量。在抛丸过程中需根据钢种、线径和线材运行速度来调整抛丸量, 可通过调节气缸螺杆的行程手动调整抛丸量, 手动调整对人员的操作水平要求较高。自动调整是通过改变抛丸电机的频率继而改变叶轮转速来实现抛丸量的调整, 自动化程度高。XQ-II型线材抛丸机已经完全实现自动调整, 操作过程中只要从触摸屏的下拉菜单中选择钢种、线径和线材运行速度, 抛丸电机将自动对应相应的频率, 从而实现精准抛丸。
3.3 抛丸后表面质量
3.3.1 表面粗糙度
试验采用Ø7.0 mm SUM24L快削钢, 酸洗与抛丸处理后的表面宏观形貌如图3所示。由图3可以看出, 抛丸后的表面比酸洗后表面光滑致密。
图37.0 mm SUM24L快削钢经过酸洗与抛丸处理后的表面宏观形貌比较
粗糙度是评定表面质量的重要参数, 特别是抛丸后进行表面探伤的线材。表面粗糙度的大小取决于弹丸线速度和弹丸直径, 合适的粗糙度也有利于后续的拉拔加工。Ø7.0 mm SUM24L快削钢抛丸后粗糙度Ra14.10, 符合GB/T 6060.3—2008对粗糙度的要求, 经过拉拔速度80 m/min的后续拉拔、抛光等工序, 粗糙度和酸洗处理拉拔后的基本相当, 酸洗与抛丸后粗糙度比较如图4所示。
图4 酸洗与抛丸后粗糙度比较
3.3.2 表面氧化物去除率 (表面清洁度)
氧化物的残留, 特别是内层的氧化皮会直接缩短拉拔模具的寿命, 同时会影响拉拔后的产品精度。抛丸后表面清洁度一般可达A Sa2.5~3, 氧化物去除率≥98%。
3.3.3 线材表面硬度
抛丸对线材表面的冲击会产生冲击硬化现象, 通过控制抛丸的线速度可有效控制线材的表面硬度, 一般抛丸后表面硬度增加不大于2%。
4 结论
抛丸技术的不断发展不仅为线材表面处理提供了更可控、更环保、更经济的方法, 也为线材生产线实现在线探伤、热处理、连续拉拔等全工序、全流程连续生产线的整合创造了条件。
【文章来源：http://www.qdmingbang.com/hyzx/20181019338.html 】
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