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铝压铸件表面的抛丸机抛丸清理工艺分析

   随着汽车、摩托车、航空航天、仪器仪表等行业的发展,铝合金件以种种优势,其应用逐渐扩大,同时对铝合金件的表面质量也提出了更高的要求。针对铝合金压铸件表面的清理要求,分析抛丸清理的特点、所用设备的种类,对所选用的弹丸作了分析与推荐
 
1 抛丸清理工艺的特点
 
对铝合金压铸件进行抛丸清理后,可达到如下效果。
(1) 抛丸清理生产率高。由于采用新型的抛丸器以110~260 kg/min的抛射量,抛射速度为50~75 m/s的弹丸抛向工件,在几分钟之内便可完成清理。对于批量较大或尺寸较大的工件可采用多个抛丸器同时抛丸。
(2) 对零件表面起到清理、增色、光饰作用。经过抛丸处理后,可去除工件表面的附着物、薄边、飞翅、斑渍,消除划痕,使工件呈现基体本色。
(3) 消除表面应力集中。零件在冷却过程中,由于壁厚不均,冷却速度不一致,导致表面产生应力集中。经抛丸清理后,可改善表面组织结构,消除表面应力(拉应力)集中,提高疲劳强度,并使表面硬度略有提高。
(4) 增加表面美感。由于抛射的弹丸为球形丸,抛射到工件上产生细小凹孔,呈球面状,犹如凹面镜一般,在光线照射下,如繁星闪烁,令人赏心悦目。
(5) 提高表面喷涂附着力。抛丸清理后粗糙度可达Ra1.6~6.3 μm,表面积大大增加,同时消除了表面污物,因此对表面喷漆或其它涂料时,其附着力大大增强。
(6) 工艺简单,投资节省。由于采用干式抛丸,并配备除尘系统,因此抛丸清理后即可转入下道工序,省却了液体喷砂后冲洗干燥所需的装置费用。
 
2 铝合金件与黑色金属件所用抛丸清理设备的区别
 
   铝合金件(有色金属件)与黑色金属件使用的抛丸清理设备从结构上来看基本一样,工作原理也趋于一致。但由于通常铝合金件尺寸不大,重量较轻,清理时使用的弹丸粒度小,产生的铝粉容易爆炸等特点,因此,与黑色金属件使用的抛丸清理设备亦有如下区别。
(1) 工件承载装置的承载能力不需很大。因为相同体积下,铝合金件的重量仅为钢铁件的1/3左右。
(2) 分离器的过滤风速应降低。由于采用φ0.2~φ0.6 mm的弹丸,风速过高易被吸走,通常风速选取2~3 m/s即可(清理黑色金属件时,分离器的风速一般为4~5 m/s)。同时分离板顶点的坐标位置亦相应变化,即变更分离板上的可调整板。
(3) 弹丸的抛射速度有所变化。由于铝合金件硬度不高,要达到规定的表面粗糙度要求,在既定弹丸粒度和弹丸材质的条件下,弹丸的抛射速度需要通过实验才能确定。但往往比黑色金属件抛丸清理时选择的抛射速度要低。
(4) 除尘系统应设防爆装置。铝合金件在抛丸清理时产生铝粉,而铝粉为导电性易燃易爆粉尘,应特别注意。按其物理性质,铝粉为ⅢA级,引燃温度分在T组(>270 ℃),高温表面沉积粉尘(5 mm厚)的引燃温度为320 ℃,云状粉尘的引燃温度为590 ℃,爆炸下限浓度为37~50 g/m3。铝粉爆炸是一种连锁反应,即尘云在火源引发下,产生原始小火球,靠粉尘燃烧的热量维持火球温度,当火球的表面温度达到粉尘的自然点以上时,连锁反应得以建立,火球不断扩大而形成爆炸。所以控制设备表面温度,就成了防止铝粉爆炸发生的一个突出问题。因此抛丸清理设备不应放在热处理炉、熔化炉等温度较高或有明火产生的装置附近,而应放在车间阴凉通风处。除尘器最好放在车间外面或车间靠墙一侧,为防万一,在除尘器的顶部和除尘管道上应设置防爆自动开启窗口。为安全起见,所有电机、风机、电控元件均应采取防爆型。 
 
3 铝合金件所用抛丸清理设备的类型及特点
 
由于铝合金件形状、尺寸、重量、表面清理要求不同,因此所选用的抛丸清理设备也不一致。目前使用的设备主要有以下几种。
3.1 吊钩式抛丸清理机
吊钩作为零件的承载装置,一般以吊重500 kg和1 000 kg两种为主。工作时需制吊具,将工件挂于吊具上,然后将整个吊具挂在吊钩上。吊钩进入抛丸室,并由自转机构带动吊钩回转,同时带动吊具及吊具上所有的零件回转,边回转边抛丸清理,因此所有零件的上下四周表面均可一次清理完毕。然后吊钩移出抛丸室体,将工件卸下,完成一次工作循环。该机型大中型、中小批量生产,如汽车、摩托车的缸体、缸盖,变速箱、离合器壳体,排气管,铝轮毂等。
3.2 转台式抛丸清理机
转台作为工件承载装置,按转台直径可分为φ1 200 mm,φ1 600 mm,φ1 800 mm,φ2 500 mm等。该种清理机有的配一台抛丸器,有的配二台或多台抛丸器,并且有的进行连续式工作,有的进行间歇式工作,这依自身需要而定。其工作原理是:将工件置于转台上(工件之间有距离,不接触,不碰撞),转台带工件进入抛射区而进行抛丸清理,当转到放件位置时,可将工件取下。因此该种类型最适合有一面不需清理的工件,否则应将工件再翻转一次清理。目前此种机型有Q3512,Q3525D,Q361等。
3.3 带式通过抛丸清理机
传送带作为工件的承载体,传送带又分为钢丝网带和耐磨橡胶带两种方式。抛丸室的一端为装件工位,另一端为卸件工位。工作时,在装件工位将零件置于传送带上,传送带缓缓连续进入抛丸室进行抛丸清理,接着送到卸件工位将工件取下。此机特点是:连续进行工作,无任何碰撞,中小件均适合,生产批量大。目前该机型有ZJ186等。
3.4 橡胶履带式抛丸清理机
用橡胶履带形成的凹腔作为工件承载体。工作时,履带转动,带动凹腔内的工件翻滚,因此零件的内外表面均能获得较好的清理效果。该种机型分为手动和自动装卸料方式,最适合于大批量小型零件的抛丸清理。由于采用橡胶履带,减轻了工件与履带的撞击和划痕,并且占地面积小,操作极为方便,从而为众多厂家采用。目前该机型有Q326C,QR3210等。
3.5 吊链步进/连续式抛丸清理
以悬挂链作为工件承载装置。悬挂链可进行连续式或步进式工作,吊钩吊重以300 kg和500kg居多。其工作原理是将工件置于多个吊钩上,吊钩依次进入抛丸室进行抛丸清理,清理时工件在吊钩自转装置的作用下转动,清理好的工件移出室并卸下,再装上待清理工件。依次循环进行。该机型由于采用悬挂链作为运载装置,因此可与压铸工部、清理工部、修整工部、检测工部及喷涂工部等成线使用,最适合大中型零件的成批生产。目前该机型有ZJ438,ZJ485,ZJ583,ZJ585等。
 
4 使用的弹丸
 
铝合金件抛丸清理所用的弹丸一般有三种:铝合金丸、不锈钢丸和特种合金钢丸。
4.1 铝合金丸
常用的有球形铝合金件没有任何污染,自始至终能得到良好的表面粗糙度和光亮度。其缺点是:用铝丸清理时,产生的铝粉较多,容易引起粉尘爆炸。因此在西欧一些国家很少采用,国内使用单位也很少。 
4.2 不锈钢丸
常用的有进口的球形不锈钢丸和国产的不锈钢丝切断丸。其优点是:该种钢丸密度较铝丸大2倍多,因此抛丸速度适当降低仍可达到理想的清理效果,对工件自始至终无任何污染,使用寿命比铝丸高得多。其缺点是:价格非常昂贵,进口不锈钢球形丸的价格一般为6~7万元/t,一般厂家使用不起。
4.3 特种合金钢丸
此丸是一种以含铬、锰、钼、镍为主的合金球形钢丸,粒度从0.3~1.5 mm。其优点是:合金钢丸具有不锈钢丸部分特性,硬度和强度较高,不易破碎和生锈,使用寿命长,价格低廉。正常使用时清理效果可与不锈钢丸相媲美。因此为国内众多厂家所采用。其缺点是:此种合金钢丸需退火处理,退火后表面带有一层薄的氧化皮,刚使用时,清理后的铝件表面光泽暗淡。但使用几小时后,表面氧化皮即可脱落,以后使用效果最佳。因此开始使用时,最好先对铝废件进行抛丸清理,然后再对合格件进行抛丸清理。
 
    铝合金件的抛丸清理是提高零件表面质量最有效的途径之一,它的独特工艺特点必将得到进一步推广和应用,并随着压铸技术的发展,适合于特殊复杂铝铸件表现清理的专用丸机设备也不断相应推出。
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