濕式拋丸處理板表面粗糙度的控制

1  引言 

涂裝是工程機(jī)械產(chǎn)品制造工藝中的一個(gè)重要工序，其主要目的是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的防腐、裝飾和標(biāo)識(shí) 性能。涂裝前必須對(duì)鋼板表面進(jìn)行預(yù)處理，以除 去鋼板表面的鐵銹、雜質(zhì)等獲得干凈的表面，同時(shí) 毛化表面，提高涂層與基體的結(jié)合力。

常用的鋼板表面預(yù)處理方法有化學(xué)除銹法和機(jī) 械 除 銹 法。 化 學(xué) 除 銹 法 通 常 指 “酸 洗 法 ”，酸洗法處理的鋼板表面粗糙度低，但存在污染環(huán)境、易腐蝕設(shè)備、損害操作人員身體健康等缺點(diǎn)。

機(jī)械除銹法多采用干式拋丸法，拋丸法處理的鋼板 表面粗糙度大;除鱗率低;除鱗效率低;產(chǎn)生的大量 粉塵難以從磨料中徹底分離，易粘附在工件上，影響 表面質(zhì)量;會(huì)升高金屬板帶的溫度，引起變形等[6]。

2  濕式拋丸工藝

世界各國(guó)都在提倡清潔生產(chǎn)，倡導(dǎo)生產(chǎn)過程 綠色化，傳統(tǒng)的酸洗工藝已經(jīng)被列為落后工藝，國(guó)外在20世紀(jì)60年代普遍淘汰酸洗工藝，而拋丸工藝滿足不了高質(zhì)量表面和產(chǎn)能要求。為了能夠克服上述工藝缺陷，開發(fā)了一種濕式拋丸新工藝，其原理是將水與磨料均勻混合的漿液輸送 至 拋 丸 器 ，經(jīng) 拋 丸 器 加 速 ，高 速 拋 射 至 鋼 板 表 面 ， 以機(jī)械打擊方式清除鋼板表面的氧化層，其無(wú)塵、 無(wú)污染，是一種環(huán)保、高效的鋼板表面除鱗技術(shù)，工作原理如圖 1。

采用濕式拋丸法除鱗，可獲得均勻干凈的鋼 板表面。圖 2 為濕式拋丸工藝除鱗前后鋼板表面 對(duì)比圖，熱軋板經(jīng)過濕式拋丸后，表面氧化層清理 效果明顯，光澤均勻;EDS 能譜分析結(jié)果顯示(見 圖 3)，熱軋鋼板經(jīng)濕式拋丸除鱗后，氧元素消失， 表明氧化層已被徹底清除。

采用濕式拋丸法除鱗，可獲得均勻干凈的鋼 板表面。圖?2?為濕式拋丸工藝除鱗前后鋼板表面 對(duì)比圖，熱軋板經(jīng)過濕式拋丸后，表面氧化層清理 效果明顯，光澤均勻;EDS?能譜分析結(jié)果顯示(見 圖?3)，熱軋鋼板經(jīng)濕式拋丸除鱗后，氧元素消失， 表明氧化層已被徹底清除。

圖 4 為處理鋼板表面放大 50 倍形貌照片，經(jīng) 磨 料 打 擊 后 ，鋼 板 表 面 產(chǎn) 生 微 小 的 凹 坑 、犁 溝 ，粗 糙度相比酸洗板有所提高。

鋼板表面粗糙度太小不利于涂膜附著力的提高 ，但 粗 糙 度 過 大 ，會(huì) 使 涂 膜 分 布 不 均 勻 ，導(dǎo) 致 波峰 處 膜 厚 不 足 ，易 引 起 “點(diǎn) 銹 ”，而 在 波 谷 凹 坑 處會(huì)截留氣泡成為涂膜起泡的根源，這些均會(huì)影響涂 層 質(zhì) 量 ，涂 層 的 耐 腐 蝕 性 能 降 低。 因 此 ，如 何控制鋼板表面粗糙度是濕式拋丸除鱗工藝應(yīng)該重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題，實(shí)驗(yàn)中，通過改變多種工藝參 數(shù)，以及采用后處理設(shè)備對(duì)鋼板進(jìn)行處理，研究粗 糙度變化規(guī)律。

3  粗糙度控制

3.1 磨料顆粒度及原材料對(duì)粗糙度的影響

濕式拋丸除鱗過程實(shí)際上是磨料顆粒不斷打擊被清理表面的過程，磨料的動(dòng)能為:

E = 1/2（mv*v）

式中 m—顆粒質(zhì)量; v—顆粒速度。

由公式(1 )可見:磨料顆粒大小及密度決定了打擊效率和粗糙度的大小。磨料顆粒大、密度 大，動(dòng)能就大，表面粗糙度也大，但顆粒數(shù) /質(zhì)量比 小，在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)鋼板表面沖擊次數(shù)較少;相 反，磨料顆粒小、密度小，動(dòng)能就小，造成的粗糙度 也小，而顆粒數(shù) /質(zhì)量比大，在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)鋼板 表面沖擊次數(shù)多，覆蓋率高，見表 1 。

濕式拋丸工藝采用鋼砂與水的均勻混合漿體 作為介質(zhì)。不規(guī)則形狀的鋼砂與鋼丸相比，清理 效 率 高 ，工 件 亮 度 大 ，清 理 更 徹 底 ，但 表 面 粗 糙 度 略高;與非金屬磨料相比，它的優(yōu)勢(shì)更加明顯: 1金屬磨料使用壽命長(zhǎng)，清理成本低(1t 鋼砂的工作量相當(dāng)于 200t 石英砂的工作量)，經(jīng)濟(jì)效益 明 顯 ;2 可 進(jìn) 行 砂 塵 、砂 水 分 離 ，有 利 于 環(huán) 保 和 工 人身體健康;3金屬磨料的硬度、粒度和顆粒狀形 狀都有很大的選擇范圍，實(shí)際使用時(shí)可以采用鋼 丸 、鋼 砂 、鋼 絲 切 丸 混 合 搭 配 的 辦 法 ，使 表 面 處 理 質(zhì) 量 (包 括 清 潔 度 與 粗 糙 度 )可 得 到 保 證。

鋼板處理后表面粗糙度?Ra?值一般不能大于 底漆的厚度，應(yīng)控制在涂層總厚度的?25% ~30%?范圍內(nèi)。通常電泳漆膜厚度在?15μm ~30μm之間，則粗糙度Ra?應(yīng)控制在3.75μm~9.0μm，結(jié) 合表2并依據(jù)GB/T1031中Ra與Ry關(guān)系，應(yīng)選 擇?G40 ~G120?規(guī)格范圍的鋼砂。

生產(chǎn)過程中，在滿足表面粗糙度要求的前提 下 ，盡 可 能 選 用 較 大 的 鋼 砂 ，以 提 高 清 理 效 率 ，最 好使用級(jí)配鋼砂，即由不同名義尺寸的鋼砂混合 組成，可同時(shí)兼顧沖擊力和覆蓋率。實(shí)驗(yàn)采用兩 種級(jí)配鋼砂方案:一是由 50%G80 +50%G120 組 成;二是由 50%G50 +50%G80 組成。

實(shí)驗(yàn)中拋丸器設(shè)定轉(zhuǎn)速 1600r/min，在此條件 下采用兩種級(jí)配鋼砂，對(duì)不同強(qiáng)度的鋼板進(jìn)行處 理，以除鱗率達(dá)到 Sa3.0 為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量最終的鋼板 表面粗糙度，實(shí)驗(yàn)用鋼種及強(qiáng)度如表 2。兩種級(jí) 配鋼砂方案對(duì)不同強(qiáng)度鋼板除鱗的最終粗糙度曲 線如圖5。

從 統(tǒng) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 看 ，相 同 的 鋼 種 ，鋼 砂 顆 粒 度 小 ， 粗糙度也小;采用同一級(jí)配鋼砂處理，高強(qiáng)度的鋼 板，抵抗沖擊載荷的能力強(qiáng)，鋼砂沖擊所形成的凹 坑小，粗糙度低，而低強(qiáng)度的鋼板粗糙度大。

3 .2 處理時(shí)間對(duì)粗糙度的影響

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著打擊次數(shù)的增加，鋼板表面粗糙度也不斷變化，最后趨于穩(wěn)定。采用 50% G50 +50%G80 級(jí)配鋼砂對(duì) Q235 材質(zhì)鋼板進(jìn)行 除鱗，以除鱗徹底達(dá)到 Sa3.0 為標(biāo)準(zhǔn)，最終表面粗 糙度約為 Ra5.5μm，粗糙度隨打擊次數(shù)變化曲線 如圖6。

3 .3 拋射速度對(duì)粗糙度的影響

由公式(1?)可見，除磨料顆粒大小是影響粗糙度的因素之一外，拋射速度對(duì)粗糙度的影響更 大。在相同的條件下，拋射速度以拋丸器轉(zhuǎn)速代 替，采用 50%G50 +50%G80 級(jí)配鋼砂對(duì) Q235 材 質(zhì)鋼板進(jìn)行除鱗，以除鱗徹底達(dá)到 Sa3.0 為標(biāo)準(zhǔn)， 測(cè)得粗糙度與拋射速度的關(guān)系曲線如圖 7。

3 .4?平整對(duì)粗糙度的影響

平整是通過小壓下量的軋制變形，使帶鋼獲得必要的性能和表面質(zhì)量，消除屈服平臺(tái)，滿足后 工序加工的要求，通過微小的壓下率使帶鋼表面 更加平坦，可以降低粗糙度。經(jīng) 50%G50 +50% G80 級(jí)配鋼砂除鱗的鋼板，表面粗糙度 Ra 約為 5.0μm ~6.5μm，采用不同壓下率對(duì)其進(jìn)行平整 處理，粗糙度變化曲線如圖 8。

可見，經(jīng)過平整，鋼板表面粗糙度有明顯降 低 ，因 此 ，對(duì) 粗 糙 度 要 求 嚴(yán) 苛 的 用 戶 ，可 在 濕 式 拋 丸設(shè)備之后配置一臺(tái)平整機(jī)。如果結(jié)合上述幾種 方 法 ，既 能 獲 得 滿 意 的 除 鱗 效 率 、降 低 生 產(chǎn) 成 本 ， 又能有效控制除鱗后鋼板的表面粗糙度。

4  結(jié)論

1)采用顆粒度小的鋼砂除鱗獲得的粗糙度 小，反之粗糙度大;高強(qiáng)度的鋼板除鱗后粗糙度 小，低強(qiáng)度的鋼板形成的粗糙度大;

2)鋼板表面粗糙度與磨料拋射速度有密切的 關(guān)系，打擊速度越大，表面粗糙度越高;

3)拋丸時(shí)間或打擊次數(shù)對(duì)鋼板的表面粗糙度 也有影響，隨著拋丸時(shí)間的增加，粗糙度值趨于某 一定值;

4)通過調(diào)整拋丸工藝參數(shù)控制粗糙度有限， 可以通過平整軋制的方式來進(jìn)一步降低粗糙度。

專業(yè)濕式拋丸機(jī)設(shè)備制造商，可以根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)生產(chǎn)復(fù)合拋丸需要的濕式拋丸機(jī)，電話：182 0189 8806。