一、噴拋丸技術(shù)概述
噴拋丸(砂)技術(shù)分拋丸、噴丸(砂)技術(shù)，也有些行業(yè)稱(chēng)噴砂、吹砂、噴珠、噴彈等，最早用于鑄造、鍛造件等粘砂和氧化皮等的去除。拋丸是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把丸砂拋擲出去高速撞擊零件表面，達(dá)到表面處理的要求，丸砂速度一般在50～lOOnds。噴丸(砂)是以壓縮空氣帶動(dòng)丸砂通過(guò)專(zhuān)門(mén)工具(一般包括噴丸器和噴槍)，高速噴射于零件表面，利用丸砂的沖擊和摩擦作用，達(dá)到表面處理要求，丸砂速度一般在30～50m／s。上世紀(jì)30年代美國(guó)維爾貝萊特(wheelabrator)公司在世界上制成第一臺(tái)拋丸機(jī)。中國(guó)的噴拋丸設(shè)備生產(chǎn)始于上世紀(jì)50年代，主要是仿前蘇聯(lián)技術(shù)。60年代初，青島機(jī)械廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)了一臺(tái)Q31 lO滾筒式拋丸清理機(jī)，標(biāo)志著中國(guó)噴拋丸技術(shù)與裝備從純仿制到可自行開(kāi)發(fā)和制造的轉(zhuǎn)變，中國(guó)也開(kāi)始有噴拋丸設(shè)備專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家。
多年來(lái)噴拋丸技術(shù)與裝備日臻完善，性能不斷提高，應(yīng)用范圍從單純的鑄造業(yè)的表面清理擴(kuò)大到冶金礦山、機(jī)械制造、汽車(chē)拖拉機(jī)、兵器制造、輕紡機(jī)械、船舶車(chē)輛、航空宇航等不同行業(yè)，其工藝范圍亦從鑄鍛件的表面清 理擴(kuò)展到金屬結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)化、表面加工、噴拋丸成形等不同的領(lǐng)域。隨著噴拋丸工藝的廣泛應(yīng)用，至今世界上已經(jīng)發(fā)展了適應(yīng)各種不同工藝要求的噴拋丸設(shè)備上千種規(guī)格品種，反過(guò)來(lái)噴拋丸設(shè)備的發(fā)展又促進(jìn)了噴拋丸技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展了噴拋丸工藝的應(yīng)用。
磨料(彈丸或丸砂)是噴拋丸工藝中使用的介質(zhì)，根據(jù)形狀、大小、硬度、材料等分成很多類(lèi)別，根據(jù)不同的噴拋丸工藝要求選用，其質(zhì)量高低也影響了噴拋丸質(zhì)量,。故磨料也是噴拋丸技術(shù)不可或缺的組成部分，與噴拋丸設(shè)備一起構(gòu)成了噴拋丸技術(shù)。磨料為鋼或鐵質(zhì)等金屬材料的拋射一般稱(chēng)為噴拋丸，磨料為石英砂、鋼砂等拋射一般稱(chēng)為噴砂。
二、噴拋丸技術(shù)應(yīng)用范圍
2.1 金屬表面的清理
2.1.1 各種鑄件的表面清理
噴拋丸設(shè)備首先應(yīng)用于鑄造業(yè)鑄鋼、鑄鐵件的表面粘砂及氧化皮的清除。幾乎所有的鑄鋼件、灰鑄件、瑪鋼件、球鐵件等都要進(jìn)行噴拋丸處理。這不僅是為了清除鑄件表面氧化皮和粘砂，同時(shí)也是鑄件質(zhì)量檢查前不可缺少的準(zhǔn)備工序，比如大型氣輪機(jī)機(jī)殼在進(jìn)行無(wú)損探傷以前必須進(jìn)行嚴(yán)格的噴拋丸清理，以保證探傷結(jié)果的可靠性。在一般鑄件生產(chǎn)中，噴拋丸清理是發(fā)現(xiàn)鑄件表面缺陷如皮下氣孔、渣孔以及貼砂、冷隔、起皮等的必不可少的工藝手段。有色金屬鑄件，如鋁合金、銅合金等的表面清理，除清除氧化皮、發(fā)現(xiàn)鑄件的表面缺陷外，更主要的目的是以噴拋丸來(lái)清除壓鑄件的毛刺和獲得具有裝潢意義的表面質(zhì)量，獲得綜合效果。
2.1.2 各種鍛件及熱處理件的噴拋丸清理
多數(shù)金屬工件在鍛造熱處理加熱中會(huì)產(chǎn)生表面氧化，這層氧化鱗皮對(duì)零件的化學(xué)涂層除銹有嚴(yán)重的破壞作用，需要噴拋丸清理。對(duì)需要切削加工的零件而言，清除氧化皮是減少刀具磨損、提高切削刀具使用壽命、保持機(jī)床精度、控制鍛坯尺寸以獲得最佳切削狀態(tài)的必要條件。對(duì)自動(dòng)加工機(jī)床這一點(diǎn)更顯得重要。經(jīng)最終熱處理的工件進(jìn)行噴拋丸可以獲得清除氧化皮和強(qiáng)化工件的綜合效果。幾乎絕大多數(shù)汽車(chē)、拖拉機(jī)等車(chē)輛的齒輪要進(jìn)行熱處理后的噴拋丸處理。
2.1.3 冶金鋼鐵生產(chǎn)工藝應(yīng)用
冶金鋼鐵生產(chǎn)中，噴拋丸一酸洗是保證鋼鐵大量生產(chǎn)中獲得高生產(chǎn)率而采用的機(jī)械一化學(xué)聯(lián)合去除磷皮的種工藝方法。硅鋼片、不銹鋼薄板等其他合金鋼板、帶的生產(chǎn)中，在冷軋工序過(guò)程中必須進(jìn)行退火一噴拋丸一酸洗處理，以保證冷軋鋼板的表面粗糙度及厚度精度。
2.1.4 鋼板、型鋼以及鋼結(jié)構(gòu)件的表面噴拋丸清理
在重型機(jī)器、礦山機(jī)械、船舶、車(chē)輛制造及各種高中壓容器、鍋爐制造業(yè)中，為使機(jī)器獲得最佳的表面質(zhì)量和防銹功能，對(duì)其原材料鋼板、各種型鋼等必須進(jìn)行噴拋丸除銹、噴漆，一般稱(chēng)為預(yù)處理。預(yù)處理后金屬表面的氧化皮被清除，給以后工序特別是數(shù)控自動(dòng)氣切割及各種自動(dòng)焊接提供了良好的表面準(zhǔn)備，因?yàn)榻饘俦砻嬗醒趸さ那闆r下，自動(dòng)氣割及自動(dòng)焊接的工藝質(zhì)量難以保證。另外，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)沖壓或焊接成型，在進(jìn)行涂漆以前，要進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)的表面噴拋丸除銹，一般稱(chēng)為后處理。這種噴拋丸設(shè)備一般是大型、專(zhuān)用的，是針對(duì)特定被清理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，如火車(chē)整體車(chē)廂、大型集裝箱的噴拋丸清理即屬于這種類(lèi)型。以上所述均為以清除金屬表面氧化皮為主要目的，其噴拋丸工藝多采用白鑄鐵彈丸或是中等硬度的鑄鋼彈丸，對(duì)彈丸的形狀及粒度要求不甚嚴(yán)格。鑄鍛件的噴拋丸清理，為獲得較高的噴拋丸清理效率，般采用較大粒度的彈丸，冶金鋼珠生產(chǎn)中的不銹鋼板硅鋼片的噴拋丸清理則常采用較細(xì)粒度的彈丸。
2.2 金屬工件的強(qiáng)化—提高疲勞強(qiáng)度
根據(jù)現(xiàn)代金屬?gòu)?qiáng)度理論，增加金屬內(nèi)部的位錯(cuò)密度，是提高金屬?gòu)?qiáng)度的主要方向。實(shí)踐證明噴拋丸是增加金屬位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的行之有效的工藝方法。這對(duì)一些金屬不能通過(guò)相變硬化(如馬氏體淬火等)或?qū)崿F(xiàn)相變硬化的基礎(chǔ)上而要求再進(jìn)一步強(qiáng)化的工件而言，更具有十分重要的意義。航空、宇航工業(yè)、汽車(chē)、拖拉機(jī)等零部件要求輕質(zhì)化，但可靠性要求越來(lái)越高，其重要工藝措施就是采用噴拋丸工藝提高構(gòu)件的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
2.2.1 彈簧噴拋丸強(qiáng)化
彈簧等零部件經(jīng)各種熱處理工藝，仍不能滿足負(fù)載對(duì)工件的要求，在這種情況下，再進(jìn)行噴拋丸強(qiáng)化可以得到十分顯著的效果。實(shí)驗(yàn)證明高速發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)彈簧的疲勞斷裂壽命，經(jīng)噴拋丸強(qiáng)化可以由十萬(wàn)次提高到百萬(wàn)次以上，汽車(chē)的主負(fù)載板簧經(jīng)噴拋丸強(qiáng)化疲勞強(qiáng)度也能成倍提高。目前高負(fù)荷彈簧均采用噴拋丸強(qiáng)化來(lái)進(jìn)一步提高疲勞強(qiáng)度。
2.2.2 連桿、扭桿、齒輪等零部件的噴拋丸強(qiáng)化
汽車(chē)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、齒輪及扭桿等零部件由于受結(jié)構(gòu)尺寸限制制造過(guò)程中雖然經(jīng)過(guò)熱處理其材料力學(xué)性能有很大改善，但在運(yùn)行中仍不能保證其疲勞壽命高于發(fā)動(dòng)機(jī)或車(chē)輛的整體壽命，因而這些零部件經(jīng)常因?yàn)槠谑б鹫麢C(jī)破壞性事件。所以這些零部件已普遍采用噴拋丸工藝進(jìn)行強(qiáng)化，提高其疲勞壽命。噴拋丸強(qiáng)度化工藝已經(jīng)成為目前汽車(chē)、拖拉機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)中必不可少的制造工藝，也是最有效、最經(jīng)濟(jì)的工藝方法。
2.2.3諸此應(yīng)用在航空、宇航業(yè)等起升支架、螺旋槳等關(guān)鍵部件都進(jìn)行嚴(yán)格的噴拋丸強(qiáng)化。
2.3表面加工
噴拋丸技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鑄造行業(yè)等金屬表面噴拋丸清理的范圍，而發(fā)展成為金屬表面加工的主要工藝方法之一，與磨削、拋光等躋身于金屬表面加工技術(shù)行列，并有磨削、拋光所不及的工藝特點(diǎn)。
2.3.1刀具刃具的表面強(qiáng)化
鉆頭，絲錐，成型銑刀、滾刀、絞刀等熱處理以后進(jìn)行噴拋丸來(lái)提高工件疲勞強(qiáng)度，清除熱處理氧化層，獲得裝飾性噴拋表面的綜合效果。以強(qiáng)化工具刃具為主要目的噴拋丸所用的彈丸要求較高的硬度；而經(jīng)馬氏體淬火的刀具刃具往往采用石英砂、氧化鋁等高硬度彈丸，這些彈丸的粒度也較表面清理用的細(xì)小。
2.3.2為獲得金屬光潔表面的噴拋丸加工
在某些情況下，為獲得窄細(xì)溝槽的光潔表面，采用磨削因受砂輪外形尖銳度的限制，往往顯得無(wú)能為力或者費(fèi)用很高，在這種情況下采用細(xì)小彈丸來(lái)拋射工件，則可達(dá)到比較理想的效果。
2.3.3獲得一定金屬表面毛糙度的噴拋丸加工
在鋼鐵制造業(yè)中，一些薄板的表面有一定的特殊要求，如制造搪瓷制品的鋼板、熱鍍鋁板、不銹鋼板等，為利于涂層與基體金屬的結(jié)合，要求金屬具有定的毛糙度來(lái)增加其附著力或亞光效果。獲得毛糙度有兩種方法，一是采用具有一定毛糙度的精軋輥進(jìn)行軋制，二是直接進(jìn)行拋、噴射。第一種方法所用的精軋輥要經(jīng)熱處理淬火硬化得到HS95以上硬度，然后以外圓磨床進(jìn)行磨削加工，得到一定的軸向鼓形度和Ra0．8的表面粗糙度，然后采用硬度HRC58以上的、形狀為多角形的、粒度經(jīng)嚴(yán)格篩選的彈丸(鋼丸)的拋(噴)射，來(lái)獲得要求的毛糙度。這種表面加工技術(shù)是上世紀(jì)70年代末武漢鋼鐵公司一七口口工程從原西德引進(jìn)的。這種方法主要是對(duì)大型制品或批量生產(chǎn)適用。在單件、小批生產(chǎn)的情況下，可以采用第二種方法，金屬表面一定毛糙度的獲得可以直接用彈丸拋、噴射，而不必以昂貴的軋輥來(lái)軋制。
2.3.4 裝飾鍍層的噴拋丸拋光
大量的鍍鉻裝飾件，為獲得光亮奪目的表層，傳統(tǒng)作法是進(jìn)行布輪拋光，這種拋光勞動(dòng)條件惡劣，對(duì)工人健康危害大，生產(chǎn)效率低。為解決這些問(wèn)題可以采用拋(噴)丸拋光，拋光用的彈丸亦是含有一定磨料的專(zhuān)用塑料丸。此外，噴拋丸還用來(lái)清除細(xì)小橡膠制品、塑料制品的毛刺、飛邊，具有較高的生產(chǎn)率，代替手工操作。
2.4噴拋丸成形
噴拋丸成形工藝是將金屬板材料的噴拋丸成形及強(qiáng)化結(jié)合起來(lái)，已經(jīng)應(yīng)用到飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身等薄殼結(jié)構(gòu)的制造中，美國(guó)波音飛機(jī)采用了噴拋丸成型技術(shù)，不僅節(jié)省了大型壓力機(jī)，降低了制造費(fèi)用，同時(shí)還提高了薄殼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，對(duì)改進(jìn)飛機(jī)的負(fù)載性能起了重要作用。
2.5 其他方面的應(yīng)用
噴拋丸技術(shù)的應(yīng)用不僅是上述金屬材料的加工處理，還應(yīng)用到非金屬的加工中，如剪除各種橡膠制品和塑料制品的毛刺是一件效率低、費(fèi)人工的操作，現(xiàn)已應(yīng)用帶有冷凍裝置的噴拋丸設(shè)備，將各種橡膠制品低溫冷凍脆化后，在噴拋丸設(shè)備中接受彈丸拋、噴射，毛刺很容易被清除。酚醛類(lèi)塑料制品采用核桃皮制成的彈丸噴射，既可清除毛刺又不破壞其制件的表面粗糙度；變壓器總成后要去掉其上的一些多余線頭或其它不需要的雜物，采用核桃皮制成的彈丸噴射可有效清除。另外在現(xiàn)代化機(jī)場(chǎng)、高速公路的養(yǎng)護(hù)中，需要對(duì)舊水泥地面清刷干凈才能接合新水泥層，采用專(zhuān)用的移動(dòng)式噴拋丸設(shè)備進(jìn)行地面拋射，得到具有高結(jié)合強(qiáng)度的表面，施工效率高，可有效降低工程造價(jià)。新型建材，如砌塊，已經(jīng)采用噴拋丸工藝增加砌塊的表面效果；大理石等石材業(yè)開(kāi)始采用噴拋丸工藝逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火燒方法，提高成材率和表面光飾效果。有些模具清理或清洗采用了噴拋丸或噴砂，也有采用噴射干冰等工藝。
總之，噴拋丸技術(shù)作為一種加工工藝，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，已經(jīng)從鑄造領(lǐng)域脫穎而出滲透到各行各業(yè)中，噴拋丸裝備市場(chǎng)和應(yīng)用范圍也越來(lái)越大、越寬。
文章來(lái)源：齒輪傳動(dòng)
