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浅析新型磨料在铸件抛丸工艺中降本增效的应用
浅析新型磨料在铸件抛丸工艺中降本增效的应用
2015-10-25
摘要
       铸造作为人类最早的热加工工艺,已经成为了现代制造工业重要的基础工艺之一,随着科技的进步和铸造业的蓬勃发展,人们对铸件的质量、成本、生产效率等方面的要求也越来越高,铸件清理作为铸件生产的重要后加工工序,关系着铸件的最终表面质量、生产效率及铸件的成本,因此也越来越受到人们的关注。
抛丸清理是铸件清理的关键工序,是指通过抛丸机高速运转的叶轮产生的离心力或通过压缩空气,将磨料抛打到铸件上,对铸件表面进行连续不断的敲击,清除粘砂、氧化皮和其他污物,使铸件获得光整、清洁的表面,这一工序虽然不像熔炼、造型、浇注等工序对铸件质量有根本性的影响,但清理工序控制的好坏对铸件的生产成本和生产效率也起着至关重要的作用。
关键词:铸造;抛丸;表面清理;降本增效 
 一、 现在很多铸造企业在抛丸清理这一环节存在的问题:
1、 铸件清理不彻底、清理质量低;
2、 磨料消耗量大,消耗成本高;
3、 抛丸机的叶轮、叶片、衬板等零配件消耗大,更换频繁;
4、 抛丸效率低,影响整个生产线生产节奏;
5、 粉尘大,造成环境污染和排放压力大。
二、影响抛丸清理的主要因素:
1、 抛丸用磨料的质量:如磨料的种类、配比、性能指标等;
2、 抛丸工艺的合理性:设备状态、抛丸时间、速度、流量等。
三、我们分析一下磨料的质量对这些问题的影响:
1、铸件抛丸清理常用的磨料有钢丸、钢砂、钢丝切丸,各产品的特点如下:
钢丸:是最常用的铸件清理用磨料,但由于金属磨料行业还不够规范,因此市场上的钢丸质量水平参差不齐,而仅仅通过外观的检查很难判断出钢丸质量的高低,低质量的钢丸带来的是不仅是更高的消耗成本,而且会降低清理效率,增加设备维护、除尘、人工等多方面的成本。
钢砂:近几年,欧美的铸造企业为了提高清理质量和清理效率,降低人工成本,采用钢丸和钢砂的混合品进行铸件清理,充分利用钢丸、钢砂各自的优势,并取得了很好的效果,现在在国内的一些独资或合资铸造企业也已经在使用钢砂进行清理,效果很好,但对钢砂的质量要求较高,尤其是对钢砂的硬度、颗粒形状和金相组织要求很高。

钢丝切丸:国内市场上的钢丝切丸大多是用废旧的轮胎钢丝或钢丝绳切割而成,大多数应用钢丝切丸的铸造企业是感觉钢丝切丸的寿命更长,但钢丝切丸的磨损低除了其没有气孔等缺陷外,还与其硬度相对较低和抛打时的作用力小有很大关系,而其最大的缺陷是由于其外形不规则造成的抛丸质量低和对设备的磨损大,而且是非标准的产品,大多由小规模的家庭式工厂生产,无论从货源供应还是从质量控制上都很难给用户长久的保障,因此大多应用领域都在逐步放弃选择使用钢丝切丸。

                 钢丝切丸                                              抛打后低覆盖率、粗糙度高
2、针对常用的清理用磨料—钢丸、钢砂,下面从其各项指标分析对其性能的影响:
⑴.磨料的材质:材质是影响磨料质量最重要的因素,采用高质量的原材料、高端的冶炼工艺,加入足够的合金成分,可得到优良的材质,如磨料的材质不够好,则会直接降低其使用寿命和使用效果,常见的质量问题是:碳(C)含量过高、硅(Si)、锰(Mn)合金元素含量过低,硫(S)、磷(P)有害元素含量过高等,尤其是有害元素的含量,对性能影响较大,应尽可能的低一些。
⑵. 磨料的硬度:磨料的硬度应尽可能高一点,至少要高于铸件表面HRC5-10,高硬度的磨料能使铸件清理更彻底,提高清理效率,但必须保证其更高的内在质量,以保证磨料在高硬度下也有足够的抗破碎能力,很多磨料厂家把磨料的硬度做得很低,以造成磨料不易破碎、消耗量低的假象,但对使用来说是得不偿失的,由于磨料硬度低,其抛丸动能完全被磨料颗粒本身的变形所吸收,不能很好地清理铸件表面,还会造成因为清理效率低带来的人工、动能等成本的上升。
⑶、磨料的粒度,即磨料的颗粒大小。磨料的粒度大小要适中,粒度太小,粗糙度小,但冲击力小,易造成清理不彻底,清理效率低;粒度太大,单个颗粒的冲击力大,但单位时间内抛打在铸件上的颗粒数少,降低了清理效率,并使粗糙度加大。
⑷、磨料的寿命:寿命是磨料的综合性能体现,在抛丸过程中,正常钢丸的消耗是一个逐渐磨损的过程,在反复的冲击过程中,每经过一次冲击,钢丸会产生一次变形,表面会剥落一层,使用中的钢丸外形是一个类似足球的多边形,每一个角度对铸件的冲击效果是相等的,在使用中不断变小,小到一定程度后被除尘器吸走,高质量的钢丸变小的过程更慢一些,低质量的钢丸则会很快变小,甚至经过几次抛打后就会破碎,很快变成粉末状,不良的材质、硬度、金相都是产生低质量磨料的原因,低质量的磨料必将带来更高的抛丸成本、更低的清理速度和更大的粉尘污染。

优质钢丸抛打后状态:

劣质钢丸抛打后状态:

 ⑸、磨料的动能:即磨料的作用力,这与磨料的质量和抛丸工艺有关系,就磨料自身而言,更高的硬度和密度以及更致密的金相组织可以使磨料在工作过程中具有更高的动能,从而在工作时产生更大的作用力。
更高寿命和更大动能的结合是高质量磨料的体现,根据铸件清理的基本要求以及磨料的自身特点,单一品种和型号的磨料很难满足更高的清理要求,尤其是考虑到铸造企业对清理成本、效率和环境要求越来越高,因此在选用高质量磨料的同时,也应注重不同类型,不同型号的磨料进行合理混合配比,采用高性能的混合磨料也是全球很多表面处理领域的应用趋势。
四、  针对这一应用趋势,为了更好的帮助铸造企业达到降本增效的目的,我们成功研制了新型高性能磨料——低贝混合磨料。
低贝混合磨料是我们经过多年的应用实践积累,依托我们先进的冶炼装备,结合我们“贝氏体钢丸”、“清理铸件专用混合磨料”等多项专利产品和技术研发而成。
在生产过程中,我们采用了多项独特的技术工艺来提高磨料的性能:
1、 材质:我们采用电弧炉炼钢,利用电弧炉可调节成分的特性,通过脱碳、脱硫、脱磷以及增加铁合金使其具备优质低碳合金钢的材质,并通过造渣——除渣来净化钢水,减少钢水内杂质含量,从而使磨料获得最佳的材质。

电弧炉炼钢                                                                              光谱仪

2、 外形:根据钢丸、钢砂的生产工艺,决定了其会含有少量的缺陷颗粒,例如钢丸中的空心、裂纹,钢砂中的裂纹、片状颗粒等,这些缺陷都是造成磨料消耗过大的直接因素。我们采用了高速离心成形,加上我们在浇铸时对成形工艺、冷却速度的把握,使形成的钢丸颗粒大幅降低了缺陷的比例,同时形成了贝氏体的金相组织,避免了钢丸在使用过程中产生破碎现象。
在钢砂的成形方面,我们采用特定尺寸的钢丸进行破碎加工,并采用了独特的破碎工艺,使形成的钢砂颗粒饱满,裂纹少,在使用过程能产生足够的动能,不易破碎。

3、 

低贝磨料无裂纹等缺陷                                         高倍放大的金相组织
磨料的金相组织和硬度:我们采用了的独特的等温二次淬火+低温回火的工艺,对淬火介质和温度进行了特别的控制,使钢丸获得了更耐冲击的贝氏体+马氏体复相组织,更精确的热处理温度和时间控制,使磨料的硬度更均匀。 
 五、喷丸(抛丸)强化产品系列
很多企业需要对金属零部件进行表面强化处理,如齿轮、连杆、弹簧、叶片等,
 喷丸强化过程是弹丸流不断冲击金属材料表层并使表层材料发生循环塑性变形,从而形成变形强化层的过程。经受喷丸形成很高的宏观残余压应力,将明显地提高材料的抗疲劳和应力腐蚀性能,使材料表面性能得到强化。
 针对这一应用领域,我们研制开发了喷丸强化专用高性能磨料,介绍如下:
1、 低贝强化钢丸——性能优于普通强化钢丸2倍以上
  高端的生产装备和多项专利技术的结合,使低贝强化钢丸具备了高强度、高韧性、高寿命的特性,在喷丸强化应用过程中,使用寿命是普通强化钢丸的2倍以上,优于进口强化钢丸,性能更稳定,提高强化质量的同时,能有效降低生产成本。
  应用特点:
⑴.能在高硬度下保持更高的疲劳寿命,降低弹丸消耗成本;
⑵.颗粒圆度好,大小均一,使用中不破碎,能获得更高的强化质量;
⑶.应用在硬度为HRC40-50的机械零部件的喷丸强化方面时,性价比最高。
2、钢丝圆丸——性能优于普通强化钢丸和钢丝切丸
采用优质合金钢丝,经冷拉获得均匀的直径,经热处理获得合适的硬度和金相组织后,用专用设备切割成均匀的丸粒,并根据不同的应用要求进行棱角钝化和磨圆处理(G1、G2、G3)。

G1                                                          G2                                              G3

应用特点:
⑴、强化质量更高:能获得更理想的强化层和表面粗糙度,显著提高被处理工件的疲劳寿命。
⑵、使用寿命长:耐冲击强,能够在更快更短的时间内达到喷(抛)丸强化,消耗更低;
⑶、强化效率高:能带来更高的喷(抛)丸强度,并显著提高喷(抛)丸效率;
⑷、 降低设备磨损:避免破碎颗粒对抛头和内衬材料的磨损,延长关键零部件使用寿命。
六、  除了对磨料质量的控制,对抛丸工艺的合理运用也是铸造企业降本增效的有效途径,以下几个方面需特别注意:
1. 抛丸速度:磨料在运行中产生的动能可以用E=1/2MV2计算,相同粒度的磨料,抛射速度越高,对铸件的抛射力度越大,清理能力越强,得到的表面粗糙度也越大,适当的抛丸速度才能获得理想的清理效果和表面质量。
2. 抛丸时间:铸件抛丸的时间由多个因素决定,包括铸件的结构、表面状况、抛丸机器的状态及磨料的性能,在能达到表面质量的前提下,抛丸时间应尽可能短一些,以保证更高的清理效率。
3. 抛丸设备状态:抛丸设备运行的状态是否良好是影响清理成本和效率很重要的因素之一,包括抛头抛射的角度、丸砂分离器状态、易损件的完好程度等,因此,应经常对设备进行检查和调整。
4. 磨料的状态和流量的控制:抛丸时磨料的流量大小影响着清理效率的高低,除了通过调整电流来加大磨料流量外,还应关注机器内使用中的磨料的状况,包括:磨料类型的搭配、磨料的粒度大小和分布,因此应定期检查磨料状态,并制定合理的新磨料添加频率。
5. 为了帮助铸造厂锁定并降低铸件清理成本,并消除厂家对磨料质量、抛丸工艺、设备调整和维护等方面的顾虑,我们可对铸造厂的抛丸、打磨、清砂、精整、喷漆、设备维护包括人工等实行部分或全部工序承包,有利于帮助铸造企业降低磨料消耗,解决劳务人力资源匮乏问题,降低社保、安全、后勤成本。目前我们已为国内许多知名铸造厂提供此项服务,受到一致认可和好评。
七、结论
      在竞争日益激烈的市场环境下,铸造企业也在关注每一个生产环节的成本降低,我们在关注原材料、造型、成品率等大宗物资和关键环节的同时,更要多关注铸件清理这一环节的控制,选用高性能的磨料无疑是铸件清理降本增效最便捷的方法,大多铸造企业也在磨料供应商的选择上从单纯的比较价格上,转变为更关注磨料的性价比、技术支持能力等,这一转变无论对铸件清理的应用技术,还是对金属磨料行业的技术提升都会有所促进,从而更好地帮助铸造企业真正做到降本增效!    
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