抛丸除锈设备在线材表面清理中的应用研究

李孝卫，陈仁钦，尹晓伟

（青岛昌佳机械有限公司，山东青岛 266400）

我们都知道对线材的表面进行除锈是整个线材加工之中必不可少的工作。据笔者了解，很多企业在对线材表面进行除锈时都是采用传统的化学酸洗的方法，这一除锈方法在酸洗的过程之中会产生一定量的酸雾以及含酸的废水，根据国家环保排放的要求，企业必须对酸洗过程中产生的酸雾和含酸的废水进行处理才能进行排放，加之该技术的操作难度较高，投资运营成本也相对较高，为此，很多企业逐渐对传统的化学酸洗的方法进行升级改进，甚至有部分企业还采用抛丸技术来取代传统化学酸洗的方法。在对线材表面的清理中，采用抛丸技术能够大大的避免传统化学酸洗技术出现的缺陷，并且随着抛丸技术应用范围的扩展，其装备和技术也逐渐的成熟，也正是如此，很多金属制品企业也逐渐的接受抛丸技术对线材表面进行清理。

1 抛丸除锈设备的原理以及构成部分

1.1 抛丸除锈的原理

抛丸除锈主要是通过物理打击的方式，借助抛射丸粒冲击线材表面，使得线材表面的氧化物与线材脱离，从而达到对线材表面清理的目的。当线材进入到抛丸位置时，经过抛丸器内部将弹丸快速的抛射出来，高速抛射出来的弹丸通过强大的冲击力和摩擦力，就会对线材表面的锈蚀物、氧化物以及其他污迹进行清理，线材表面就会形成具有一定粗糙度的光亮平面，从而达到对线材表面的锈蚀物、氧化物以及其他污迹清理的目的。

1.2 抛丸设备的构成部分

由于在对线材表面的清洁过程之中是利用抛丸的高速运动来进行的，所以这就要求工作人员在一个封闭的环境中去对线材表面进行清理。一般来说，抛丸除锈设备是由除尘装置、抛丸机主机以及线材运输装置这三个部分组成的，其中抛丸机主机主要包括三个部分，分别是弹丸循环输送装置、抛丸器以及抛丸室组成。弹丸循环输送装置是由在清理室底部的输送装置、提升机装置、弹丸流量调节系统以及弹丸分离器装置等组成；抛丸器是由溜丸管、定向套、分丸轮以及叶轮等部分组成；抛丸室主要是由钢板之间焊接而成，其内部有耐磨防护板并以此形成独立的分区结构形态。为了能够达到给线材表面清理的要求需要相关的工作人员对抛丸器的数量以及抛丸的规格做好控制。

1.3 抛丸设备的工作原理

在对线材表面进行抛丸的时候，弹丸在经过弹丸调整装置之后，持续不断的从溜丸管进入到分丸轮装置中，而在此过程之中分丸轮是和叶轮同步实现高速运动的，这时弹丸就会通过定向套上狭口分配到每一个叶轮的叶片上，并受到叶轮的旋转作用后高速抛出。狭口的位置可以通过使用转向定向套来调整弹丸的抛射方向，在这一过程中实际弹丸的抛射量可以根据电流负荷而使用电流表测出。

2 线材抛丸的方式

2.1 整捆抛丸

在对线材表面进行清理的时候，整捆线材是重复着“上下起伏—左右摆动—正反旋转”的动作，这就会使得整捆线材的每一处表面都能够处于弹丸的抛射范围之中，都能受到弹丸的打击。抛丸室是根据不同的角度和断面来布置6～8 台，并且要保证电机的功率达到22～30kW。虽然这一种抛丸清理方式覆盖面相对较广，但是这种抛丸清理的方式容易受到线材直径的影响。因为直径越小的线材，线材和线材之间所摆动的距离就会减小，这就会使得除锈的效果变差，使得清理之后的线材仍然存在残余的氧化物的情况，这就会在一定程度上影响到线材后面的磷化处理工序环节，容易对线材的质量造成影响。另外，这一种方式的抛丸是不能和拉丝机联线使用的，也不能达到传统化学酸洗工艺的效果。

2.2 成组多线抛丸

成组多线抛的工艺流程主要包括以下这几个部分，分别是放卷、热处理、水淬、空冷、多根抛丸处理、磷化以及收卷。一般来说，抛丸室的设置主要考虑从不同的角度以及不同的断面来布置4～6台抛丸机，电机功率确保在18.5～22kW 之间。弹丸所形成的抛射面的范围可以最多覆盖16 根线材。这种方式虽然弹丸所形成的覆盖面相对狭窄，但是可以对线材形成全方位、多角度的抛丸处理，从而对线材表面的氧化物、锈迹以及污迹实现清理。这种方式的抛丸非常适合与热设备一起使用，形成完整的产品线。

2.3 单线抛丸

单线抛丸指的是线材经过开卷、放线、预矫的方式，对单根线材进行抛丸。一般来说，抛丸室的设置主要考虑从不同的角度以及不同的断面来布置4 台抛丸机，电机功率保持在11～22kW，其所形成的弹丸能够全面的覆盖到整个线材的表面，也是目前应用范围最广的线材表面抛丸技术。通过这种方式对线材表面进行处理，能够保证完全去除线材表面的氧化层，且操作相对简单。工作人员完全可以通过丸粒的数量以及抛丸的抛射角度来对其进行控制，这就在一定程度上避免了由于传统化学酸洗工艺所带来的诸多问题，如：对线材进行过度酸洗等。由于该抛丸技术是对线材的单线进行抛丸，这就会在一定程度上导致这种抛丸技术的效率相对低下，但是工作人员可以通过提升线材的输送速度来确保工作效率。另外，这种抛丸技术可以直接和拉丝机或者是倒立式拉丝机联合起来形成生产线，也是替代传统化学酸洗的重要工艺。

3 单根在线线材抛丸机应用

3.1 单根在线线材抛丸机结构

3.1.1 抛丸机

在单线抛丸的工艺中，配置了4 台功率为11～22kW 的电机，其使用线材的直径为5～40mm，当然工作人员可以根据线材直径的大小来更换相对应的叶片，具体如表1 所示。为了进一步的提高抛丸的覆盖面和利用率，我们将4 台抛丸机分别设置在线材的上下左右这四个方位上，使其与线材形成无死角、全方位的覆盖，具体如图1 所示。

图1 抛丸器的摆放以及抛射带的示意图

表1 叶片内宽所对应的线路直径

3.1.2 清理室

清理室的结构为腔板式箱型，其内壁设置有耐磨的防护板，清理工作主要在密封的腔内开展。在密封的腔中，能够充分的发挥出弹丸的反弹功能，有效的对线材表面开展有效打击，这样就能大大的提高清洁的工作效率以及质量。在抛丸室中是设有4 台内置型QY-120 式的抛丸机，确保线材每一个横截面都能至少经过两次以上的弹丸弹射，避免线材出现阴阳面的情况。另外，在抛丸的直射点位置，通过加设一层高锰铸钢护板使其内部形成分区的结构，这样在某种程度上来说就能有效的降低运行成本。此外，对其两端的附室进行加长处理并使用螺旋的方式将其密封起来，这样能够确保弹丸中的丸尘不外溢，同时还能在一定程度上降低弹丸和线材表面之间所产生的弱磁现象，具体分区内置结构如图2 所示。

图2 分区内置抛丸结构图

3.1.3 弹丸循环输送机构

弹丸循环输送机构主要由这四个部分组成，分别是分离器装置、弹丸流量调整装置、提升机装置以及螺旋输送器装置所组成。

3.1.3.1 分离器

分离器主要是由旋风和风选式分离器所组成的，其分离的效率可以达到99%以上，且还能确保钢丸的清洁回用。分离器作为抛丸器的重要部件，能够在一定程度上影响到抛丸器的叶片使用期限以及线材经过抛丸后的表面效果。

3.1.3.2 提升机

提升机主要是连接下部进料口和螺旋输送器，实现上部出料口和溜槽分离器这两部分之间的相连，从而完成垂直输送弹丸的过程。

3.1.3.3 螺旋输送器

螺旋输送器的主要功能是将弹丸水平运送到提升机的下面。由于螺旋输送器是弹丸循环系统中的非常关键的部件。为此，工作人员在抛丸之前需要严格的控制好螺旋轴的同轴度，确保螺旋叶片能够达到既定的耐磨度。为了进一步的确保螺旋输送器做到彻底输送，我们需要保证螺旋输送器中正常弹丸堆积的数量不能超过20%。

3.1.3.4 弹丸流量调整装置

弹丸流量调整装置主要是负责气缸控制、气缸行程、抛丸器的转速，相关的工作人员可以根据具体情况来实现手动或者是设置好自动调整抛丸量和抛射速度，从而达到既定的粗糙度要求。弹丸流量调整装置主要是由以下三个方面组成，分别是闸门、控制汽缸以及传动螺杆。该装置可以灵活的去依据线材的种类、规格、运转速度、抛丸电机的工作频率以及电机的负荷来调整供弹丸的数量以及弹丸的抛射速度，从而在一定程度上确保线材表面的清理效果。

3.2 抛丸器的主要工艺参数

众所周知，抛丸量是抛丸器的关键参数之一。可以说，抛丸量的大小完全是取决于电机的功率大小和叶轮的转动速度，而这两个因素之间的相互作用则影响着线材表面抛丸后的质量。在对线材表面进行抛丸的时候工作人员需要灵活的去根据线材的种类、直径以及线材的移动速度来对抛丸量进行调节，当然也可以通过气缸螺杆的行程手动的进行抛丸量调整。手动的调整对工作人员的操作能力以及水平都是极高的。而自动调整则是通过改变抛丸电机的频率，改变叶轮转速来调整抛丸量，其自动化应用的水平和程度相对较高。目前，据了解XQ-TI 型线材抛丸机已经可以自动对抛丸量进行调整，工作人员只需要在操作中选择对应的线材种类、线材直径以及线材的运动速度等参数，这时抛丸电机就能根据对应分参数调整到对应的频率，从而对线材实现准确抛丸。

4 结束语

综上所述，目前我国在对线材表面清理的过程中仍采用传统化学酸洗的方式来进行，这无论对于环境的污染还是企业的效益来说都是不利的。随着抛丸技术在线材表面清理中的应用，不仅能够为线材表面的清理提供了更加可控化、方便、环保的方法，而且还可以对线材生产线进行连续拔拉、探伤以及热处理等，这对于企业而言是非常有利的。虽然有一部分企业也采用了抛丸技术对线材表面进行清理，但是有一部分的工作人员并没有形成一套规范的抛丸技术，这容易对线材表面造成损伤。为此，相关的工作人员需要进一步明晰抛丸技术的原理以及相关抛丸除锈设备的工作原理，这样在使用抛丸技术处理线材表面时才能将对线材表面的损伤降到最低，确保线材设备能够正常的运行。