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抛丸工艺及其管理

信息来源:paintkey.com  时间:2009-06-05  浏览次数:140

  抛丸工艺是一种除锈工艺。由于材质和成本的原因,汽车使用的厚度在3 mm以上的钢板多采用热轧钢板,而热轧钢板表面普遍存在着氧化皮和锈蚀,这严重影响后序涂层的质量和造成防腐性能下降,严重者导致涂装困难, 为此在涂装前必须除去氧化皮和锈蚀。以往大型除锈均采用化学除锈——酸洗除锈,但由于酸洗除锈环境污染较大,逐步被钢铁和汽车制造业所淘汰,而采用抛丸除锈。
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  抛丸除锈是利用高速旋转的叶轮将钢丸抛向钢铁表面来达到除锈目的,是一种对钢材进行除锈的较为先进的机械处理方法,不仅生产效率高,而且具有费用低、自动化程度高、可实现流水线操作、环境污染小的特点,被钢铁和汽车制造业广泛采用。

  典型的抛丸工艺就是抛丸和(抛丸后的)表面清理,单机是由带除尘设备的抛丸机组成,生产线是由带除尘设备的抛丸机和工件输送设备组成。

  解放公司卡车厂原采用酸洗除锈,为了消除环境污染,改为抛丸处理,且工件由一般热轧钢改为黑皮钢。由于生产中工件采用先冲压后抛丸的工艺, 工件表面存在拉延油,尤其是深拉延件表面油污较多,抛丸时将造成除尘设备的堵塞,需除油后抛丸,因此在抛丸前增加了清洗工艺。

  现卡车厂抛丸生产线由2条生产线组成,即纵梁抛丸线和横梁(小件)抛丸线,2条线全是由工件输送设备、清洗机和抛丸机三部分组成。其中纵梁抛丸线用于生产纵梁等大件,横梁抛丸线用于生产横梁、连接板、支架、吊板等小件。

  2条抛丸线的清洗部分和抛丸部分相似,清洗由脱脂→水洗→吹水(沥水)→烘干4道工序组成,抛丸由抛丸→清丸2道工序组成。

  2条抛丸线的区别是工件输送部分和生产方式不同,纵梁抛丸线采用辊道运输的通过式连续生产线,横梁抛丸线采用悬链运输的间歇式生产线。

  1 抛丸设备和工艺简介

  (1)纵梁抛丸线

纵梁抛丸线由辊道、上料装置、清洗机、抛丸机和下料装置组成,是通过式的连续生产线。

  a.辊道

  长58 378 mm,有效宽度2 000mm,输送速度0.5~6 m/min无级可调,工艺输送速度2~3 m/min,可以同时摆放4根纵梁。

  b.上料装置

  规格:9 576 mm×7 417 mm×850 mm,上料装置可以双侧同时摆料,每侧均可摆放4根纵梁,可通过最长12 m的纵梁。上料装置带自动升降和平移功能,按动按钮可将摆放在上料架上的纵梁自动输送到辊道上。

  c.清洗机

  规格:12 110 mm×2 700 mm×1 800 mm(L×W×H)。

  最大通过尺寸:2 000 mm×320mm(W×H)。

  清洗机由脱脂、水洗、吹水、烘干四部分组成。其中,脱脂和水洗是带加热的喷淋处理系统,采用上下双侧喷淋处理;吹水是压缩空气自动吹水系统;烘干是顶部采用辐射板加热,底部采用外加热器的热风循环加热。

  d.抛丸机

  规格:7 741.5 mm×3 718 mm×7 700 mm,带有8台Q034ZW抛丸器,采用上下双侧抛丸处理。抛丸机带有刮板和滚刷组成的自动清丸装置;带有丸粒循环净化系统,能将抛丸器抛出的丸粒进行自动分选净化后再次输送到抛丸器;带有自动吹灰的除尘装置。

  e.下料装置

  下料装置和上料装置完全一样,只是作用和动作相反,用于下料。

  f.工艺

  上件→脱脂→水洗→吹水→烘干→抛丸→清丸→下件。

  (2)横梁抛丸线

  横梁抛丸线是由悬链、清洗机和抛丸机组成,是间歇式生产线,每次处理2个吊点,即2挂工件。

  a.悬链

规格:L=81 600 mm,带有30个吊点,吊点下配有30个挂具,步进间距5 440 mm,链度0.6~6 m/min(可调),单钩最大负重500 kg。工件处理时,吊点是旋转的,吊点通过挂具带动工件在处理室内旋转,以保证工件被处理得均匀和彻底。

  b.清洗机

  规格:22 500 mm×2 500 mm×4 837 mm(L×W×H)。

  工件最大通过尺寸 (直径×长) :Φ800 mm×1 200 mm。

  清洗机由脱脂、水洗、沥水、烘干四部分组成。其中脱脂和水洗是带加热的喷淋处理系统,采用左右双侧喷淋处理;沥水是通过旋转离心沥水;烘干是采用左右双侧采用辐射板和外加热器的热风循环混合加热。

  c.抛丸机

  规格:5 980 mm×1 600 mm×2 200 mm,带有8台Q034ZW抛丸器,采用单侧(前进方向右侧)抛丸处理,由于同时处理2组工件,因此每组有4台抛丸器。抛丸机带有丸粒循环净化系统,能将抛丸器抛出的丸粒进行自动分选净化后再次输送到抛丸器;带有自动吹灰的除尘装置。

  d.工艺

  挂件→脱脂→水洗→沥水→烘干→抛丸→下件。

  2 工艺管理

  (1)上件(挂件)

  a.纵梁抛丸线上件

  纵梁上件采用天车吊运,一次4根,尾端朝前放在上料架上,人工摆放。具体要求如下。

  ● 纵梁外表面朝上,防止纵梁积水和积丸。

  ● 纵梁和辊道垂直(纵梁和纵梁之间平行),防止纵梁运行时走偏和卡件。

  ● 纵梁和纵梁之间间距≥100mm,防止纵梁翼面清洗抛丸不净。

  b.横梁抛丸线挂件

  每个挂具挂件后的最大高度≤1 400 mm,挂具在宽度方向呈圆形,挂件后其直径应控制在Φ 800mm以内,严禁超过Φ 900 mm。具体要求如下。

????● 挂具设计要求在宽度方向装挂为单数,以保证丸粒通过2个工件之间的间隙抛到对面工件的内侧;挂具在高度上可以根据零件规格采用多层设计,我们采用2~3层挂具;挂具每层挂钩的多少以挂满工件不超宽为宜,根据我公司零件的规格采用的是5钩、7钩挂具2种;在主钩侧面可以增加副钩,用于装挂小件。见图1。



图1

  ● 装挂时尽量采用套挂,即在不超过最大通过尺寸的前提下,尽可能多挂,工件之间间距大于30 mm即可。如上排挂大件,可在下排挂中件或小件。

  ● 挂具维护。由于挂具是易损件,随着抛丸处理的进行其磨损会日益增加, 因此装挂前应检查挂具,发现变形或磨损严重应及时更换。维修工应进行周点检,发现变形或磨损严重应及时维修,确保不发生掉件现象。

  (2)脱脂

  脱脂的目的是为了除去工件表面的油污。带油污的工件抛丸后将粘有抛丸的灰尘形成油泥,影响涂装质量, 同时油污将堵塞除尘过滤,导致降低过滤的使用寿命,严重时将堵塞除尘设备,导致除尘设备报废。

  卡车厂抛丸线的脱脂采用带有加热的喷射式处理系统, 工艺要求:温度为40~70 ℃;槽液浓度为1~5点。

  生产时应及时调整以确保达到工艺要求的范围。

  横梁抛丸线还应控制喷射压力在 0.2~0.4 MPa范围内,过低易清洗不净,过高易将工件从挂具上击落。

  清理与维护:脱脂槽每周换水1次,并彻底清理沉渣; 过滤网每 2h清洗1次;喷嘴每天调整1次,要求方向准确,不堵塞;每月清洗2次管路。

(3)水洗

  水洗设备与脱脂相似,也是采用带有加热的喷射式处理系统,但只控制温度(40~70 ℃),不需要控制浓度,其他管理同脱脂。

  (4)沥水

  纵梁抛丸线是采用压缩空气吹水的强制沥水,而横梁抛丸线采用的是旋转的离心沥水,都是自动控制。其要求是能把工件表面的浮水基本沥净,用来减轻烘干的压力,节约能源。

  (5)烘干

  烘干温度要求70~120 ℃,确保烘净工件表面的残水。

  沥水、烘干的管理重点是去除工件表面的水分。带水的工件进入抛丸机,比带油产生的后果更为严重。首先,带水工件抛丸后,极易产生锈蚀,影响涂层质量;其次,水进入抛丸机可以导致钢丸、抛丸产生的灰尘生锈并结块,造成抛丸机丸粒输送系统和除尘系统堵塞,严重时导致两系统报废。所以,生产时必须保证去除工件表面的水分。

  (6)抛丸

  抛丸是全线最重要的部分,它是利用高速旋转的叶轮将钢丸抛向钢铁表面来达到除锈目的。抛丸机的主体是抛丸器,卡车厂的2条抛丸线各有8台抛丸器;抛丸机带有能将丸粒进行自动分选净化的丸粒输送装置和除尘装置。抛丸器的型号与参数如下。

  型号:Q034ZW。

  叶轮直径 :Φ420 mm。

  功率 :18.5 kW。

  转速 :2 930 r/min。

  丸粒初速:83.7 m/s。

丸粒流量 :280 kg/min。

  抛丸工艺的管理应着重如下几个方面。

  a.丸粒的选择

  丸粒按材质划分,有石英砂、钢丸等。石英砂虽然价格低,但易碎导致产生大量粉尘,不适应流水线生产,主要用于手工喷丸处理。

钢丸虽然价格高,但使用寿命长且粉尘量小,适用于流水线生产。钢丸按材质又分为铸铁丸、铸钢丸、合金钢丸、不锈钢丸等。铸铁丸虽然价格低,但使用寿命短,性价比低, 逐步被淘汰; 铸钢丸及合金钢丸价格适中, 其使用寿命长、性价比高,被广泛应用于抛丸工艺;不锈钢丸等价格昂贵的丸粒,只是用于特殊材料或有特殊要求的抛丸处理。

  各生产厂家按丸粒技术标准生产的产品稍有不同,在检查合格的前提下,选择价格低、使用寿命长的产品,即性价比高的产品。

  丸粒选择的另一个项目是丸粒粒度。粒度的大小直接影响清理速度和工件表面的粗糙度。在同等条件下,粒度越大清理速度越快、粗糙度越大、使用寿命越短,因此选择粒度小的好,但粒度太小则降低清理速度,满足不了生产节拍的需要,故应选择满足工艺要求的最小粒度。

  卡车厂现采用铸钢丸,根据工艺试验粒度采用Φ 1.0~1.2 mm。

  b.抛丸工艺的管理

  工艺管理从工艺调试开始,经过试生产验证最终确定最佳工艺参数,之后按新的参数控制管理,确保其贯彻执行。

  ● 投料。抛丸线设备调试完成后,便开始工艺调试。首次投料4~5 t,在投入4 t后,将丸粒输送管路控制阀门调到最大,开动设备继续投料,当抛丸器电流基本不变时,表示丸粒投满,停止投料。

● 抛丸器的调整。投料后,开始工艺调试。将准备好的工件进行抛丸处理,根据工件表面处理的情况, 稍微调整抛丸器的定向套方向,调整到工件各个面均能被处理到,见图2。通过试生产确定最佳方向后,用记号笔标记好,今后如生产工件品种无大的变化,则不需要调整。

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图2

● 抛丸器转速(丸粒初速度)的控制。丸粒的初速度越大,清理速度越快,但初速度大将导致钢板厚度薄的冲压件变形。因此,通过其电机转速来控制初速度。

对于钢板厚度不同零件混流生产的抛丸线,如有条件应选用变频器,通过调节电机转速来调节丸粒的初速度。对钢板厚度小的工件,采用低转速抛丸,避免工件变形。卡车厂抛丸器没有变频器,对钢板厚度小的工件,只能降低抛丸时间(由于和厚板工件混流生产,也无法降低钢丸粒度和流量)。

● 抛丸器电流(丸粒流量)的控制。丸粒的流量越大,清理速度越快。由于丸粒流量无法显示,因此通过抛丸器电机的电流来显示,丸粒的流量越大则电流越大,工艺管理控制的是电流。电流是抛丸的重要参数之一,它是靠丸粒的多少和输丸管路控制阀调节。

从设备使用角度来看,电流不应太高,达到额定电流的80%~90%为宜,即读数控制在23.8~31.5 A(18.5 kW电机)为宜。先调整输丸管路控制阀,使8个抛丸器的电流基本相同,均控制在30 A左右,并在控制阀处做好标记,不经工艺人员同意则不允许调整。

通过抛不同的工件,调整电流进行多组试验来选择最佳电流参数,结论是20~25 A电流时喷丸效果较好,低于15 A时效果变差,低于10 A时工件明显不合格,所以电流工艺定为15~30 A,日常控制在20~25 A为宜。

日常电流的控制是靠丸粒投入的多少来控制。随着生产的进行,丸粒被磨损破碎变为粉尘排除,丸 粒总量在减少,电流下降,需及时补加丸粒,以保证电流控制在工艺范围内。每班的补加量,按定额与产量的乘积补加,特殊情况按工艺员指令补加。

● 抛丸时间的控制。抛丸处理时间越长,工件表面的粗糙度越大。处理时间过短,造成处理不净,影响涂层质量。处理时间过长,一是造成能源浪费和丸粒消耗增加,增加成本;二是造成工件表面的粗糙度变大,导致涂装消耗增加和防腐性能降低。所以,必须控制合理的处理时间。

由于钢板的厚度不同,其氧化皮的厚度也不同,所采用抛丸时间则不同。氧化皮薄的工件处理时间短,氧化皮厚的以及锈蚀严重的工件则相应增加处理时间。根据生产试验,抛丸时间应控制在60~180 s。

横梁抛丸线是间歇式抛丸线,采用单侧双抛丸器处理,抛丸时通过工件的旋转达到工件表面处理均匀。其抛丸时间为60~180 s。但由于横梁抛丸线为多种工件混流生产,其工件氧化皮厚度不同,再加上锈蚀件,所以抛丸时间也不同,应根据表1随时调整。

表1



















工件的钢板厚度/mm

抛丸时间/s

3~5

60~80

6~7

70~90

≥8

90~120

严重锈蚀件

120~180


  纵梁抛丸线是通过式抛丸线,采用双侧双抛丸器处理。抛丸时工件在辊道上运行,采用上下抛丸同时处理工件。其抛丸时间靠链速调节,工艺链速为2~3 m/min。

● 日常管理。主要是调整抛丸的电流、时间(有变频器的调转速)之间的合理搭配。

  电流: 日常靠丸粒的多少控制。电流低时补加丸粒可以迅速提高,但电流高时,需随着丸粒消耗缓慢下降(可以通过丸粒输送管路调节阀进行调节,但调节繁琐,没有大的工艺变动则不要调)。

  时间/链速:间歇式抛丸线的抛丸时间通过计时器随时调整;通过式抛丸线的链速通过变频器随时调整。

  横梁抛丸线其日常控制电流为15~25 A,工件变化时靠时间来调整(按表1)。虽然提高电流可以降低抛丸时间,但由于是单侧抛丸处理,靠工件的旋转来保证工件处理均匀,当时间小于50 s时,易造成抛丸不均。另外,由于该线抛丸器没有变频器,转速无法调整,在工件进行抛丸处理过程中,对于钢板厚度≥4 mm的工件,不会发生工件变形;对于钢板厚度<3 mm的工件,变形严重,应禁止处理;对于厚度3~3.5 mm的工件抛丸时间应控制在60 s左右,避免工件变形。对于钢板较薄的工件在理论上应考虑增加变频器。

  纵梁抛丸线其日常管理以控制链速为主,一般控制在2.5 m/min左右,当产量高时可提至3 m/min。对应不同的链速采用不同的电流如下。

  链速2 m/min:电流15~20 A。

  链速2.5 m/min:电流20~25A。

  链速3 m/min:电流25~30 A。

  c.清丸

  横梁抛丸线工件立挂并且旋转,丸粒自动脱离工件;纵梁抛丸线采用滚刷和刮板自动清理。

  d.检查

  抛丸后工件表面要求无油、无锈、无氧化皮,表面粗糙度Ra为12.5~50 μm (GB/T 1031—1995),表面清洁度为Sa2或Sa2 1/2 (GB/T 8923 —1988)。

  由于有的参数需要仪器检查,生产中检查有困难,可制作样板,将检查合格的样板作为标准板进行对比检查。

  e.设备清理与维护

  除尘器:每天除尘一次;除尘过滤袋每年更换一次。

  抛丸室:每周清理一次。

  重点点检:抛丸室防护板、抛丸器内的防护板和叶片均为易损件,应由维修人员每周点检一次,发现问题应及时维修或更换。

  抛丸产生的灰尘是易燃品,应注意防火。

  (7)下件

  a.纵梁抛丸线

  工件经下料装置自动输送到下料架上,合格工件用天车吊运至转运车上再运往下序,不合格工件则返工。

  b.横梁抛丸线

  将合格工件由挂具上卸下,装在专用工位器具中运往下序,不合格工件则返工。

  3 抛丸常见问题及处理

  抛丸常见问题及处理方法见表2。

  4 丸粒技术标准

  a.丸粒粒径Φ 1.0~1.2 mm。

  b.外形及裂纹。外形为圆形或近似圆形,成品中长条状(长、短轴之比大于2)、连体、尖角、拖尾及破碎等畸形丸的总量不得超过成品总数的10%。

  c.化学成分见表3。

  d.硬度为40~50 HRC。

e.内部金相组织。金相组织应是均匀的回火马氏体或屈氏体,碳化物均匀分布。碳化物网状不得大于3级。

  非上述金相组织的钢丸不得超过成品总数的15%。

  f.密度大于7.2 g/cm3。

  g.使用寿命。击打次数应大于1 800次。

表2







































































问题

原因

措施

抛丸处理不良

供给钢丸不足

此时抛丸器的电流值比规定值低,应补加丸粒

进入抛丸的工件带水,造成丸粒结块,堵塞抛丸室底部或丸粒输送管路

清理堵塞设备。调整清洗机沥水和烘干部分,确保工件不带水

钢丸粒度变细(含有应分离去除的细小丸粒)

检查分离器,调节挡板,增加分离器风量

抛丸射向不当

检查定向套方向及调整

叶轮、滚筒回转方向不对

修正

叶轮、定向套、分丸轮磨损

检查并更换

工件锈蚀严重或油污严重

前者增加抛丸时间或重抛;后者调整清洗,保证脱脂效果

设备故障(含设备漏丸)

检修设备

分离器中排出的废丸中含有较粗可用丸粒

分离器风量过大

调节蝶阀,降低风量

丸粒的粒度细且带灰尘

分离器风量不足

调节蝶阀,增加风量

分离器的滑动斜板位置偏高

适当调低斜板位置,使风口扩大

除尘器总风量低

总阀开大

丸粒脏带油污

工件脱脂不净,污染丸粒和工件

调整清洗,保证脱脂效果

粉尘从抛丸室逸出

排风调节因振动发生位移,造成排气风量不足

调节挡板

除尘器过滤袋积灰过多,造成排气风量不足

清理或更换过滤袋

除尘器除尘不及时,内部积灰过多,造成排气风量不足

及时清理

除尘设备故障

检修设备

设备漏丸

丸粒输送软管接头或抛丸器顶盖松动

及时调整

抛丸器、输丸管、抛丸室漏

及时维护、定期点检


表3 %
















C

Mn

Si

P

S

0.85~1.20

0.6~1.20

0.4~1.5

≤0.05

≤0.05

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