汽車緊固件拋丸黑色磷化滾浸自動生產(chǎn)線工藝

1.問題提出

某汽配機(jī)械廠的汽車緊固件滾浸磷化龍門式 自動線采用線上酸洗+高溫黑色錳系磷化工藝，運(yùn)?行1年左右后發(fā)現(xiàn)原工藝存在幾個問題:a.由于大量使用鹽酸(該線每月消耗鹽酸約3?t)，酸洗去除熱 處理氧化皮時，酸霧氣體太大，十分嗆人，操作困?難。雖然線上設(shè)置有抽風(fēng)系統(tǒng)(風(fēng)量1?500?m3/h)，?但抽酸霧效果甚微;b.自動線上機(jī)器設(shè)備(程控元?件、電機(jī)等)腐蝕嚴(yán)重，停機(jī)、換件頻繁，耽誤生產(chǎn)，而且增加了設(shè)備維修費(fèi)用;C.降低了工件的機(jī) 械強(qiáng)度，如30Cr、40?Cr等緊固件經(jīng)鹽酸酸洗吸氫?產(chǎn)生氫脆，工件在使用過程中有斷裂的危險性;d.高溫錳系磷化工藝存在諸多弊端(如能耗高、槽 液穩(wěn)定性差、磷化膜掛灰嚴(yán)重且粗糙等)，目前除 了有特殊性能要求的工件以外，一般很少采用該工藝。

為解決上述問題，該廠采用分步工藝改進(jìn)方 案。首先選用浸黑磷化工藝代替高溫錳系磷化工 藝，在試用可行的情況下，再以拋丸除銹代替酸洗 除銹。經(jīng)反復(fù)試用、改進(jìn)，最終獲得良好結(jié)果，解 決了困擾生產(chǎn)的難題。

2.拋丸

2.1機(jī)理與作用?

拋丸除銹過程在清理室內(nèi)完成。在清理室門關(guān)閉狀態(tài)下，工件被正旋轉(zhuǎn)履帶(轉(zhuǎn)速為3.6r/min)帶 動，彈丸以一定的線速度、呈扇形束均勻地打擊基材 表面，從而達(dá)到除去氧化皮和細(xì)化表面的目的。

鋼材表面受彈丸沖擊作用后，晶粒細(xì)化，疲 勞強(qiáng)度、抗腐蝕能力較拋丸前分別提高約80%和?約1倍(檢測拋丸緊固件耐鹽霧腐蝕3.5 h不銹)。

2.2拋丸清理機(jī)

拋丸清理機(jī)由拋丸清理室、拋丸器、砂丸提升分離機(jī)構(gòu)、除塵系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)等組成。

緊固件拋丸清理機(jī)可選用小型機(jī)，如QPLl000A 型(清理室尺寸為@600?mmX800?mm，裝載量約200?kg)、Q326C型(裝載量約150?kg)等。

2.3拋丸材料

2.3.1彈丸分類與作用

彈丸分為鑄鋼丸、鑄鋼砂和不銹鋼丸等。鑄鋼 丸具有細(xì)化基材表面的作用，鋼砂具有除去氧化皮 的作用，不銹鋼丸則具有除去精磨表面氧化膜和調(diào)節(jié)拋丸效果的作用(使拋丸表面更白亮、更細(xì)化)。 當(dāng)彈丸速率固定時，大彈丸用于打擊除去大 面積的雜質(zhì)，小彈丸用于除去小面積的雜質(zhì)，以獲得滿意的表面清潔度。如果使用的彈丸過大，雖 然清除雜質(zhì)效果好，但容易造成表面粗糙度過高;反之，彈丸過小，清除雜質(zhì)效果不好。因此，應(yīng)該 根據(jù)基材表面的雜質(zhì)狀況而選擇合適的彈丸尺寸 等級。此外，彈丸材料質(zhì)量的優(yōu)劣既影響拋丸效 果，又與彈丸的消耗量有關(guān):質(zhì)量越優(yōu)越耐用、消 耗量越少，反之則消耗多、成本高。某些表面加工 精度高(工件有精磨面)的汽車配件不允許使用鑄 鋼丸、和鑄鋼砂等，只能使用不銹鋼丸以保證精磨 面的光潔度。

2.3.2彈丸混合比 為了獲得滿意的拋丸質(zhì)量和提高拋丸效率，

通常將兩種或兩種以上的彈丸材料按一定比例混 合使用。緊固件拋丸可使用的幾種混合彈丸如 下，緊固件廠家究竟采用哪種混合比的彈丸，需要 通過生產(chǎn)試驗確定。

a.(鑄鋼丸SSl 10/SS0.3):(鑄鋼砂G40/GO.7): (鑄鋼砂G50/GO.5>=2:2:1。

b.(鑄鋼丸SSll0/SS0.3):(鑄鋼砂G40/GO.7): (鑄鋼砂G50/GO.5)=1:1:1。

c.(鑄鋼丸SSll0/SS0.3):(鑄鋼砂G50/GO.5)= 1:1。

d.(鑄鋼丸SSll0/SS0.3):(鑄鋼砂G50/GO.5): (不銹鋼丸)=4:5:1。

2.3.3拋丸時間

一般拋丸時間越長，拋丸質(zhì)量越好，磷化質(zhì)量越優(yōu)。但拋丸時間過長可能造成螺紋牙拋損過 度，同時增加生產(chǎn)成本。根據(jù)螺栓、螺母不同的磷 化質(zhì)量要求，通常螺栓的拋丸時間為20—40 min， 螺母拋丸15~20 min，以拋凈銹物為準(zhǔn)。為縮短拋 丸時間，有的廠家采取先線外酸洗再拋丸，但酸洗 會帶來污染。

2.4拋丸后處理?

2.4.1防銹

為了防止拋丸件在轉(zhuǎn)運(yùn)和順牙過程中返銹， 拋丸件應(yīng)使用水基防銹液或煤油+少量防銹油進(jìn)?行防銹處理。

2.4.2順牙

為了保證螺栓、螺母的裝配性，拋丸的螺栓 (除小件的防松螺栓外)應(yīng)順牙后及時轉(zhuǎn)入磷化工序。?

2.5拋丸的操作程序

a.在拋丸清理室內(nèi)加入規(guī)定的混合彈丸(75~125?kg)。?b.將工件裝入清理室內(nèi)(油污嚴(yán)重的工件需預(yù)除油)，關(guān)閉清理室門。裝載量按機(jī)器規(guī)定。 c.依次按下除塵、拋丸、提升和滾筒等按鈕，此時拋丸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。觀察工作電流是否正常，若工作 電流<12?A，表明彈丸量不足，應(yīng)立即補(bǔ)加彈丸，?使電流達(dá)到12~15 A范圍。事先設(shè)定拋丸時間，預(yù)定時間一到，自動停機(jī)。 d.卸件。停機(jī)后稍等片刻，打開清理室門，按下滾筒反轉(zhuǎn)開關(guān)，自動卸料。?

2.6拋丸清理機(jī)的維護(hù)

a.如在工件拋丸時發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)烈振動或噪聲，應(yīng) 立即停機(jī)并檢查。

b.應(yīng)該經(jīng)常檢查拋丸器易損件(包括分丸輪、 定向套、葉片、端護(hù)板、側(cè)護(hù)板和頂護(hù)板等)的磨損 情況，當(dāng)磨損至原厚度的1/5時要及時更換;同時 還要檢查履帶使用過程中的漲緊狀況。

c.定期清除積塵箱中落入的塵埃。 2.7拋丸故障處理 2.7.1拋丸量下降，拋丸時間長

a.彈丸量不足:應(yīng)補(bǔ)充彈丸。

b.彈丸過小:更換合適彈丸。

c.彈丸流量小:調(diào)節(jié)電磁閥門，增大彈丸流量; 若彈丸循環(huán)量不足，應(yīng)加入彈丸。

d.輸丸管被堵塞:清理堵塞物。

e.拋丸器故障:修理拋丸器。 2.7.2工件表面清潔度不一致

a.履帶松動:漲緊履帶。 b馮區(qū)動滾筒不轉(zhuǎn):修理驅(qū)動減速機(jī)。

c.工件太多:減少裝載量。

3.浸黑

3.1作用?將經(jīng)過拋丸處理的鐵基材工件浸入浸黑液中

至規(guī)定時間，工件表面會形成均勻、疏松的黑膜，?作為磷化處理的底層，繼而形成黑色復(fù)合磷化膜?(簡稱浸黑磷化)。浸黑磷化膜的構(gòu)成為Fe/黑膜/磷化膜，該復(fù)合膜的耐蝕性更好。?

3.2工藝條件

3.2.1浸黑劑

浸黑劑可以購買或自行配制(由引黑劑、助溶 劑和固膜劑等組分配制)。浸黑劑無毒，應(yīng)選擇使 用方便、成膜快、溶液穩(wěn)定、耗量少、成本低的浸黑 劑并通過生產(chǎn)驗證使用效果。 3.2.2浸黑劑的質(zhì)量濃度按規(guī)定配制工作液，控制pH值約為0.5。生 產(chǎn)過程中根據(jù)浸黑效果(速度快慢和黑度深淺) 調(diào)節(jié)溶液濃度。把握了調(diào)節(jié)方法，溶液穩(wěn)定、使 用壽命延長，可以達(dá)到兩個星期換一次槽。以該 線900L槽液為例，El處理工件約為5 t，El補(bǔ)加浸 黑劑7~8 L。

3.2.3浸黑時間 浸黑時間不能太短或過長，一般為2~5 min。

太短反應(yīng)不完全，膜太薄且黑色淺;過長則膜疏?松、太厚，磷化膜易脫落。為了方便掌握滾筒內(nèi)工 件的浸黑程度，可以在滾筒外系上相同工件，滾筒 出槽后，直接觀察掛件的浸黑程度。

4磷化

4.1工藝流程

裝筒一預(yù)脫脂(連續(xù)滾動6?min，2圈/min，下同，80°C)一脫脂(同前)一水洗1(連續(xù)滾動 1 min)一預(yù)處理(連續(xù)滾動6min)一水洗2(同水洗 1)一浸黑(間斷滾動2 min，入槽浸15 s一滾45 s一浸15 s一滾45 s，常溫)一水洗3(同水洗1)一表調(diào) (連續(xù)滾動1 min)一磷化(靜置浸泡12 min， 75°C)一水洗4(同水洗1)一熱水洗5(同水洗1， 80°C)一油封(浸1 min，80°C)一卸件一空滾筒除 油(浸脫脂液2 min，80°C)一返回裝桶工序(該線 有6個滾筒周轉(zhuǎn))。

注意:防松螺栓不允許油封，螺紋部位滾涂膠 后自干。

4.2工藝說明?

4.2.1滾筒裝載量

滾筒裝載工件約200?kg(有孔眼六角形不銹鋼?滾筒長740?mm)，滾筒裝滿工件并壓實，以減少工 件之間的滑動摩擦，避免后續(xù)的浸黑膜和磷化膜被擦傷、出現(xiàn)白點。

4.2.2滾筒的滾動方式

浸黑膜疏松、易脫落，為防止因滾動而擦傷，?規(guī)定浸黑采取間斷滾動方式(工件人槽片刻不能 滾動)。而磷化則靜置浸泡不滾動，曾一度進(jìn)行間?斷滾動，但在其他條件不變情況下，磷化膜厚度偏 薄，耐鹽霧腐蝕60 h不合格，才取消滾動。 4.2.3預(yù)處理預(yù)處理的作用是活化拋丸表面，為浸黑處理 提供良好的基面。每天根據(jù)槽液El處理量補(bǔ)加1~2L預(yù)處理劑，兩個星期換1次槽。

4.2.4表調(diào)

表調(diào)是磷化不可缺少的工序，其作用是加快?成膜速度、細(xì)化結(jié)晶、縮短磷化時間等。浸黑膜在?磷化前同樣也需要進(jìn)行表調(diào)，在細(xì)化磷化膜的同 時能防止浸黑殘留液污染磷化液。控制膠體鈦表?調(diào)液的pH值為8.9~9.5，每日補(bǔ)加0.5 kg表調(diào)劑，4 天換1次槽。

4.2.5中溫鋅系磷化

?a.酸度:TA(總酸度)為30~40點，F(xiàn)A(游離酸)為1—2點，根據(jù)酸度變化補(bǔ)充磷化劑。為了維 持酸度穩(wěn)定，添加磷化劑時應(yīng)分少量多次補(bǔ)充。

b.時間:控制時間/>10 rain，時間過短，不能完全覆蓋浸黑膜，并且容易脫落。

c.采用間歇除渣法去除磷化沉渣:每Et生產(chǎn)結(jié)束后，將磷化液泵人高位沉淀槽，沉淀一夜;次日?上班前將凈化液泵回工作槽。每個星期清槽1次。

d.拋丸至磷化的間隔時間:拋丸工件應(yīng)在24?h?內(nèi)磷化完畢。間隔時間過長，容易返銹;同時，間隔時間過長還導(dǎo)致螺母攻絲的潤滑油易干涸，造成脫脂困難。

5注意事項

5.1提高磷化前處理質(zhì)量

除嚴(yán)控拋丸質(zhì)量外，保證脫脂質(zhì)量也十分重要。雖然拋丸后的表面很干凈，但經(jīng)過順牙處理后?會增加油污。另外，如果脫脂槽油污較重(脫脂槽?補(bǔ)料不足等原因)，導(dǎo)致脫脂不干凈，工件表面的殘 余油污就會被帶入其他槽中;滾筒卸件后未除去殘?余油污。滾筒表面油污靠其懸空2 min自由滴落至?回收槽中，顯然在2?min內(nèi)油污很難滴凈。當(dāng)滾筒?從卸件方向返回到裝筒工序的運(yùn)行過程中，滾筒表 面的殘余油污繼續(xù)滴落到其他槽中，成為常態(tài)污染 源。上述原因造成油污串槽污染嚴(yán)重，大大降低了?槽液的清潔度和穩(wěn)定性，直接降低工件的除油質(zhì)量，進(jìn)而影響磷化效果。為此，采取如下措施。 a.加強(qiáng)槽液管理:編制槽液管理規(guī)程，根據(jù)槽?液日消耗量來估算El補(bǔ)加藥劑量和更換周期(甚 至包括水槽的換水周期);保持脫脂槽的油一水分離器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最大限度地提高工件前處理質(zhì)量。 b.排除油物的污染源:增加了對卸件滾筒進(jìn)行 除油的工序，將原來的回油槽改為脫脂槽，徹底除?去滾筒攜帶的油污，減少卸件滾筒殘留油污串槽現(xiàn)象。

?5.2優(yōu)化磷化膜的防護(hù)性

a.在原熱水洗槽中加入適量無機(jī)防銹劑，磷化件經(jīng)熱水洗后，形成一層薄防銹膜，再油封，形成復(fù)合防銹層，防銹效果更好。

b.優(yōu)選防銹油:油封原來采用混合水基防銹處理(乳化油+防銹油+水)，該油膜無粘性，雖然能滿 足客戶要求，但防銹性略低于防銹油;現(xiàn)選擇優(yōu)質(zhì) 防銹油，油膜較厚，防銹性更佳，與磷化膜匹配，大 幅度提高了黑色磷化膜的綜合防銹性能。

6.應(yīng)用效果

6.1磷化膜產(chǎn)品合格率高?

6.1.1外觀

膜層黑色均勻結(jié)晶細(xì)致，無掛灰。

6.1.2性能

a.結(jié)合力牢固，無脫落現(xiàn)象

b.耐蝕性能尚好，原水基乳化油油封，耐中性鹽霧試驗48小時，現(xiàn)優(yōu)質(zhì)防銹油耐中性鹽霧試驗≥72?h，?達(dá)到汽車緊固件功能磷化的耐蝕性要求。

?6.2設(shè)備運(yùn)行完好率提高

減輕了酸性氣體對設(shè)備的腐蝕，設(shè)備故障少、?正常運(yùn)行率高、使用壽命延長、維修費(fèi)用降低。

6.3有利于環(huán)境保護(hù)

大大減少了酸性廢水的排放量，杜絕了酸性 氣體的揮發(fā)，降低了對周邊環(huán)境的污染，改善了車間空氣條件。