起重機鋼結(jié)構(gòu)材料拋丸技術(shù)研究

徐文娟，柯希均，蘭希園 （咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系，湖北 咸寧437100）

起重機屬于特種機械設(shè)備，國家對特種機械設(shè)備的選材、生產(chǎn)制造工藝及制造過程均有嚴格規(guī)定，現(xiàn)階段我國采用的起重機主體材料一般是大型熱軋鋼板，為保證質(zhì)量，在使用前都要進行預(yù)處理，如拋丸處理。在湖北三六重工有限公司的生產(chǎn)制造中，采用Q6930型鋼材表面預(yù)處理生產(chǎn)線對鋼板進行拋丸處理，但鋼板表面處理后存在2個方面的問題，其一是拋丸后鋼板變形量較大，影響焊接質(zhì)量，從而影響制造精度；其二是拋丸后鋼板表面粗糙度不合適，產(chǎn)品油漆容易脫落。針對拋丸處理技術(shù)上存在問題，企業(yè)要求通過立項開展技術(shù)研究，在保證企業(yè)使用油漆類型、油漆工藝不變的情況下，找出拋丸機使用過程中的技術(shù)參數(shù)設(shè)置與材料表面處理質(zhì)量的關(guān)聯(lián)，做出相應(yīng)技術(shù)改進方案?咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級重點課題 （2012yja001）。。

1 試驗設(shè)備情況分析

在湖北三六重工有限公司使用的是XX省XXX機械廠有限公司的Q6930型鋼板預(yù)處理拋丸機，拋丸機一共有8個QXL－250型拋丸器，拋丸除銹在拋丸室進行，鋼板上、下表面可受到來自空間結(jié)構(gòu)的不同方向的8個拋丸器總成的密集強力彈丸的打擊與磨擦，拋丸室輥道的線速度即為處理鋼板速度，在做試驗時要嚴格保證輸入輥道、拋丸室輥道、輸出輥道全線驅(qū)動的同步性［1］。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

拋丸機中與拋丸處理的有關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如下：處理工件尺寸，厚度5～30mm，寬度≤3000mm，長度3000～12000mm；處理鋼板速度0.5～2.5m／min（變頻調(diào)速）；輸送輥道速度0.5～5m／min （變頻調(diào)速）；彈丸拋丸速度100～105m／s；表面清浩度GB8923－88 （ISO8501－1，88）A－Bsa2.5級；表面粗糙度Ra30～100μm；使用磨料為鋼絲切斷丸和鑄鋼丸，?1.2～1.5mm。

1.2 拋丸器的結(jié)構(gòu)和工作過程

拋丸器總成由葉輪、葉片、定向套、導(dǎo)入管、軸承座、電機等組成，彈丸由導(dǎo)入管流入分丸輪中進行預(yù)加速，后經(jīng)定向套口拋出，再利用葉片繼續(xù)對其加速，進而高速拋射到工件上進行強力打擊。

1.3 拋丸技術(shù)參數(shù)調(diào)整情況

生產(chǎn)線工作臺上可調(diào)的只有2個參數(shù)，一個是拋丸室輥道的轉(zhuǎn)速，另一個是拋丸器工作電流。拋丸室輥道的轉(zhuǎn)速控制處理鋼板的速度，這個參數(shù)可以通過測輥道轉(zhuǎn)速計算出其線速度；拋丸器工作電流的讀數(shù)反映的是彈丸流量的大小，電流表讀數(shù)越大，彈丸流量越大，它們之間存在對應(yīng)關(guān)系，但彈丸流量的大小要與處理鋼板的速度相對應(yīng)，來控制拋丸后鋼板的變形量和表面粗糙度。對于板厚度δ＞12mm，變形量是較小的；當δ≤12mm板的變形量較大，要控制鋼板的變形量，不僅要調(diào)節(jié)好處理鋼板速度，還要控制打在板上、下表面彈丸的速度和流量，拋丸器彈丸的打出速度為100～105m／s，這個參數(shù)在工作中是沒法調(diào)整的，是一個不可變量，可調(diào)的只有彈丸的流量，也即拋丸器工作電流。因為當處理鋼板的速度一定時，改變拋丸器工作電流，彈丸的流量不一樣，同一時間內(nèi)打在鋼板單位面積上的粒子數(shù)也不一樣，彈丸打在板上、下表面的力也不一樣。

在湖北三六重工有限公司起重機的制造中，常用板的厚度為6、8、10mm 3種，使用磨料為直徑?1.2～1.5mm的鋼絲切斷丸。

根據(jù)以上分析，能改變的因素有3個：處理鋼板速度、拋丸器工作電流和處理工件厚度。

2 試驗方案

2.1 試驗?zāi)康暮鸵?/h3>

針對湖北三六重工有限公司在拋丸技術(shù)上存在變形量大和表面結(jié)構(gòu)不合適2個方面的問題，在保證材料質(zhì)量的前題下，通過調(diào)整拋丸技術(shù)參數(shù)進行試驗分析，得到最為合理的拋丸技術(shù)參數(shù)指標，保證鋼板變形量不影響焊接質(zhì)量，并使拋丸后的鋼板有一定合適的表面粗糙度，在企業(yè)使用油漆類型、油漆工藝不變的情況下，這一表面粗糙度能保證材料對油漆附著力較大，使產(chǎn)品在室內(nèi)、室外經(jīng)久耐用；在滿足變形量和表面結(jié)構(gòu)的情況下，盡量縮短噴丸時間，節(jié)約成本，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)率，最終給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。

2.2 試驗方法

拋丸處理質(zhì)量與拋丸技術(shù)參數(shù)之間是存在著密切關(guān)系，拋丸技術(shù)參數(shù)主要有丸粒直徑、彈丸打出速度、工件處理速度、工件裝載量、拋丸時間等等［2］，其中任何一個參數(shù)的變化都會不同程度地影響拋丸處理質(zhì)量的效果。而湖北三六重工有限公司存在問題的主要原因是處理鋼板速度和工作電流調(diào)整不當。用簡單試驗法來進行拋丸試驗，試驗龐大，主次難分，根據(jù)所要解決的技術(shù)問題及試驗設(shè)備的情況采用正交試驗法。

2.3 試驗指標

根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵螅x用直徑?1.2～1.5mm的鋼絲切斷丸作為磨料，通過改變處理鋼板速度和拋丸器工作電流處理鋼板，得出一組最佳拋丸使用參數(shù)。所以可以確定試驗的指標為2個：表面粗糙度和板的變形量。

2.4 試驗因素及水平

研究項目中所采用的試驗設(shè)備可改變的參數(shù)有2個，企業(yè)拋丸用的鋼板根據(jù)具體用途不同而采用不同厚度鋼板，因此，確定試驗的因素為3個：處理鋼板速度V （0.5～2.5m／min）、拋丸器工作電流I（20～30A）和板的厚度δ （6、8、10mm）。

根據(jù)正交試驗原理，通過分析可確定處理鋼板速度V的3個水平為0.85、1.5、2.15m／min；拋丸器工作電流A的3個水平為22、25、28A；確定板的厚度δ的3個水平為6、8、10mm。

2.5 正交試驗方案

根據(jù)確定的試驗指標、試驗因素及水平，選擇正交表L9（34），正交試驗如表1所示。

表1 正交試驗表格

根據(jù)正交試驗要求，在試驗時，隨機抽取試驗序號，根據(jù)試驗序號中所列因素進行試驗，并認真做試驗數(shù)據(jù)的記錄。

3 試驗數(shù)據(jù)檢測和收集

根據(jù)正交試驗方案要求，要進行9次試驗，每一次試驗需要檢測鋼板的變形量和鋼板表面粗糙度Rz值。變形量的檢測采用無基準檢測方法［3］求平均數(shù)；表面粗糙度的檢測方法是在測量鋼板若干點的變形量的同時，用表面粗糙度儀0918測量該點Rz的值［3］，并記錄數(shù)據(jù)。為了試驗數(shù)據(jù)的準確性，每一次試驗是連續(xù)拋了3塊同樣規(guī)格的板，并將3塊板的數(shù)據(jù)分析求平均值作為本次試驗的最終數(shù)據(jù)，將9次試驗的數(shù)據(jù)進行匯總?cè)绫?所示。

4 試驗數(shù)據(jù)處理

收集到的正交試驗數(shù)據(jù)用SPSS 19.0對其進行處理分析，確定最優(yōu)或較優(yōu)因素水平組合。

4.1 表面粗糙度Rz

板的厚度δ（A）、處理鋼板速度V （B）、拋丸器工作電流I（C）對表面粗糙度Rz的單因素影響統(tǒng)計表如表1～3所示。從表1～3結(jié)果可以看出，板的厚度對表面粗糙度影響強弱的順序是A3＞A1＞A2；處理鋼板速度對表面粗糙度影響強弱的順序是B1＞B2＞B3；拋丸器工作電流對表面粗糙度影響強弱的順序是C3＞C2＞C1。

表1 板的厚度δ（A）對表面粗糙度Rz影響的統(tǒng)計表

表2 處理鋼板速度V（B）對表面粗糙度Rz影響的統(tǒng)計表

表3 拋丸器工作電流I（C）對表面粗糙度Rz影響的統(tǒng)計表

表面粗糙度Rz的方差分析表 （主體間效應(yīng)的檢驗）如表4所示。從表4結(jié)果可以看出，各因素對試驗結(jié)果的重要次序為B＞C＞A；處理鋼板速度對表面粗糙度有顯著影響 （P＜0.05）。綜合各種因素，選定表面粗糙度最佳因素組合是A3B1C3（對應(yīng)7號試驗）。

表4 表面粗糙度Rz的方差分析表 （主體間效應(yīng)的檢驗）

4.2 板的變形量Δ

板的厚度δ（A）、處理鋼板速度V（B）、拋丸器工作電流I（C）對板的變形量Δ的單因素影響統(tǒng)計表如表5～7所示。從表5～7結(jié)果可以看出，板的厚度對板的變形量影響強弱的順序是A2＞A3＞A1；理鋼板速度對板的變形量影響強弱的順序是B2＞B1＞B3；拋丸器工作電流對板的變形量影響強弱的順序是C3＞C1＞C2。

表5 板的厚度δ（A）對板的變形量Δ影響的統(tǒng)計表

板的變形量Δ的方差分析表 （主體間效應(yīng)的檢驗）如表8所示。從表8結(jié)果可以看出，各因素對試驗結(jié)果的重要次序為B＞C＞A。處理鋼板速度因素對鋼板變形量有極其顯著影響（P＜0.05）。綜合各種因素，選定鋼板變形量最佳因素組合是A2B2C3（對應(yīng)5號試驗）。

表6 處理鋼板速度V（B）對板的變形量Δ影響的統(tǒng)計表

表7 拋丸器工作電流I（C）對板的變形量Δ影響的統(tǒng)計表

表8 板的變形量Δ的方差分析表 （主體間效應(yīng)的檢驗）

5 結(jié)語

通過對正交試驗的數(shù)據(jù)計算及分析得出，5號試驗和7號試驗所得數(shù)據(jù)是有參考意義，處理鋼板速度因素對鋼板變形量有極其顯著影響 （P＜0.05），拋丸工作電流因素對鋼板表面結(jié)構(gòu)有其顯著影響。后續(xù)試驗將通過改變工作電流，以得到不同表面結(jié)構(gòu)參數(shù)，研究附著力關(guān)系。

［1］ 滕厚軍 .鋼材表面預(yù)處理線應(yīng)注意的問題 ［J］ .冶金設(shè)備，2003（1）：47－48.

［2］ 蘭希園 .起重機用鋼板拋丸處理工藝技術(shù)的研究 ［J］.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（2）：166－167.

［3］ 徐文娟 .拋丸鋼板變形量的檢測方法探討 ［J］.長江大學(xué)學(xué)報 （自科版），2014，11（22）：75－76.