抛丸后工件表面残留水印问题的解决

张政，张弛

1.柳州五菱汽车工业有限公司 广西柳州 545007

2.上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州 545007

目前，吊钩抛丸清理技术是最常用的经济、可靠的表面处理方法。柳州五菱汽车工业有限公司为对某CVT无级变速器带轮及带轮轴产品进行表面抛丸清理，新购入一台吊钩式抛丸清理机用于该工序。

1 产品状态及抛丸要求

用于抛丸的产品是C V T无级变速器主动、从动带轮及带轮轴，工件材料为20CrMoH钢（GB/T 5216—2014），工件硬度为58~64HRC。上机前状态已经渗碳淬火、回火，带轮轴中心孔残留少量淬火油。

抛丸后要求：表面洁净、色泽均匀一致、无损伤，不允许有油斑、水迹和氧化皮，中心孔无钢丸残留，抛丸表面覆盖率≥98%。节拍要求：35s/件（两班制，10.5h/班，300天/年）。

2 抛丸设备信息

设备型号为吊钩式抛丸清理机SHBX-III-AL，设备技术参数见表1。

3 设备主要特点

1）吊钩公转、自转装置为摩擦盘式，两工位180°回转，带3点停止功能，最大吊重100kg/钩。

2）抛丸清理机上料区敞开，其中一个工位在进行抛丸清理时，另一工位可人工进行工件装卸。

3）抛丸室内采用高耐磨性硬保护：弹丸直射部位采用高锰钢耐磨护板（SMn80）及铸Cr15，内侧采用耐磨橡胶护板，可有效地防止弹丸对室壳的磨耗。

4）结构紧凑，密封性好，运行噪声低，适用于批量生产。

表1 设备主要技术参数

4 设备存在问题描述

工件在经过抛丸清理后，从动带轮内腔外壁及锥面无锈迹、水印，但每挂处于上层的工件有3~4件液压缸壁底侧存在1~4处浅色水印；另有部分主动带轮轴大端深孔内，用灯光照射检查发现有水印痕。延长抛丸时间至1800s，能去除水印，但延长抛丸时间后，生产节拍不能满足原设定的要求。

抛丸清理后有水印的工件如图1、图2所示。

图1 从动轮产品残留水印

图2 主轴产品深孔内有印痕

目前，客户对产品表面质量的要求越来越严格，产品出现肉眼可见的外观质量缺陷将被拒收，并会给客户留下不好的印象，可能对产品配套份额产生影响，因此必须认真对待、妥善解决。

5 水印出现的原因分析

影响抛丸清理表面质量的因素众多，我们从工件抛前表面质量、工艺参数、工装及抛丸机本身等因素着手，分析影响抛丸工件表面质量的可能原因，提出对策并进行工艺试验验证。

5.1 抛丸清理前工件表面质量

（1）工件抛丸清理前有锈蚀 经观察分析，2020年因受疫情影响，工厂春节后停产，工件库存时间过长，加上空气湿度大，使工件产生锈蚀，如图3、图4所示。

为改善工件锈蚀状况，除严控生产计划、尽可能缩短库存时间外，对库存的工件采取了防锈、包装遮蔽处理。

图3 带轮抛丸清理前锈迹

图4 带轮轴抛丸清理前锈迹

（2）工件在抛丸清理前，银灰色基体表面呈现无规则黄色花斑 经观察，黄斑主要在回火后出现（见图5），分析可能是清洗液存留物引起的。淬火后的清洗工序为：排油→脱脂（含浸泡+喷淋）→清洗（喷淋）→高温烘干。因工序中只有一道清洗工序，很容易将脱脂液混入清洗槽，导致清洗槽污染，污染的清洗槽液在工件烘干前未排净可能会产生水印。

图5 清洗后表面黄斑

为测试清洗剂浓度对工件表面产生黄斑的影响，我们采用2.5%、2.0%、1.5%不同清洗剂浓度的清洗液进行试验验证，发现改变浓度无法消除黄斑。改用甲醇清洗进行验证，黄斑可明显消除，如图6所示。因生产线没有位置增加清洗工位，为尽可能消除脱脂清洗液对工件表面的影响，拟在清洗后增加吹水工序，更换清洗剂型号，选用无残留类清洗剂，以消除此表面质量隐患。

（3）回火处理后工件表面残留有油污，抛丸难以去除 经分析，因回火炉排气管道垂直于炉子上方，拆开管路检查发现接口处残留油污，当油污直接流回回火炉时，经过风扇搅拌后掉落至工件表面形成油污点，如图7、图8所示。

图6 用甲醇清洗表面无黄斑

图7 回火后表面残留油斑

图8 排气管道残留油污

改进措施：对原有管道进行改造，在管道底部增加接油、排油装置，避免油污进入回火炉，烟道接排油装置如图9、图10所示。

5.2 工艺参数对抛丸清理表面质量影响分析

工艺参数包括钢丸材料、直径、速度、流量、抛射角度、距离、时间和覆盖率等，其中任何一个参数的变化都会不同程度地影响抛丸清理效果。

图9 接排油装置示意

图10 烟道接排油装置

将工装挂满工件，按照正常加工条件，通过调整钢丸的流量、硬度、大小以及不同的抛射角度、时间，调整工件位置、朝向、数量等进行工艺试验，对比各工况下工件清理效果的差异，寻找抛丸清理合格需要的参数及时间，为进一步提出整改方案、改善工件表面质量提供依据。

根据试机现场验证情况，经讨论研究后重新确定了工艺条件：主动、从动带轮轴由9个/挂改为15个/挂，主动、从动带轮由20个/挂改为28个/挂，钢丸由φ0.6mm换成φ0.8mm，硬度由45~52HRC提高至58~63HRC，再次工艺验证的结果见表2，清理合格时间为1260~1500s。

表2 工艺参数对抛丸表面质量的影响

6 缩短生产节拍对策

经过更换工装及各种工艺参数进行试验验证，在节拍时间内表面质量改善不明显，受设备制约，电流及抛丸流量无法再调高，若延长抛丸时间，生产节拍又达不到设定要求，因此经分析研究，决定对设备进行改造。

1）将抛丸器2个7.5k W的电动机更换为2个11kW的电动机，更换2个变频器，更换带轮、电器件等配件，使抛丸清理时间可缩短到节拍要求范围内。

2）根据工装挂具表面钢丸击打痕迹，重新制作抛丸测试板，验证抛头钢丸有效抛射区域。

3）缩小挂具直径尺寸，调整轴悬挂倾斜角度，零件装挂时开口朝外，使抛射出来的钢丸可以正击内腔、锥面。

4）主动带轮、从动带轮工件数由28个/挂改为24个/挂，每层减少一个，以免工件互相遮挡，影响抛丸清理效果。主动带轮轴、从动带轮轴工装由三层15个/挂，改为四层16个/挂。

改造后设备技术参数见表3。

表3 设备改造后技术参数

7 最终工艺验证结果

设备改造完成后，通过对抛头角度、频率、电流等工艺参数再次优化，对4种工件进行了总计约1000件的小批量工艺验证，结果见表4。

表4 最终工艺验证结果

主动带轮轴抛丸525s，工件表面无锈迹、水印，但一些工件大端深孔内仍有少量印痕。反方向再抛丸120s，印痕基本清除，但单件节拍40.3s/件，超过了35s/件的设定要求。考虑到4种工件为1套，每套工件总的节拍时间要求为140s，现1套工件实际生产时间为116.875s，总节拍时间在要求范围内。

8 结束语

抛丸工艺验证是个重要的工艺过程，在不同的工艺参数、抛射强度和覆盖率下进行取样，以确定哪一个因素组合能得到更好的表面质量。

通常抛丸电流直接反应抛丸量，一般调校时会将上下抛丸器的电流值调成一致，但实际上由于下抛丸器是将钢丸向上抛出，在相同载荷下，抛出的钢丸比上抛丸器少，因此为使上下工件的表面质量更趋一致，我们初始时将下抛丸器的电流值调成比上抛丸器大了约5%。在实际工艺验证过程中，发现上层的工件表面水印比下层更难去除，为此反过来将上抛丸器的电流值调成比下抛丸器大了约10%，使上下工件的表面质量趋于一致。

在工艺验证过程中，发现通过调整工装和工艺参数，将电流和抛丸流量调至最大，工件表面质量、节拍也未全部达到要求，最终进行设备改造，更换了更大功率的电动机，工艺验证表明，设备可满足产品质量及节拍的要求，解决了抛丸后工件表面残留水印的问题。设备改造后已投产4个月，累计生产已超22万件，效果良好。