探究金屬材料在生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用

劉彥博，李冰，黃海強(qiáng)

（珠海醇逸科技有限公司，廣東 珠海519100）

1 引言

能源、材料和信息，這三者被統(tǒng)稱為人類社會進(jìn)步以及發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)，其中研究應(yīng)用最廣，時(shí)間最長的就是金屬材料。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬材料在現(xiàn)代化工業(yè)中得到了全面推廣與應(yīng)用，在金屬材料的使用過程中，既要熟悉了解金屬材料的機(jī)械性能及其他功能，也要考慮實(shí)際生產(chǎn)加工的可行性等問題。本公司通過研究金屬材料的性能優(yōu)勢，利用科學(xué)技術(shù)將金屬材料應(yīng)用于產(chǎn)品之中，并盡可能地發(fā)揮其性能，以達(dá)到客戶的產(chǎn)品視覺要求。

2 金屬材料在工程生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 金屬材料的性能

金屬材料指具有光澤、延展性、容易導(dǎo)電、傳熱等性質(zhì)的材料，一般分為黑色金屬和有色金屬兩種。黑色金屬包括鐵、鉻、錳等，其中鋼鐵是基本的結(jié)構(gòu)材料，稱為“工業(yè)的骨骼”。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種新型化學(xué)材料和新型非金屬材料的廣泛應(yīng)用，使鋼鐵的代用品不斷增多，對鋼鐵的需求量相對下降。但迄今為止，鋼鐵在工業(yè)原材料構(gòu)成中的主導(dǎo)地位還是難以取代的。一般來說，在金屬材料的加工過程中，其結(jié)構(gòu)組織會受到一定的影響而發(fā)生改變。因此，研究分析金屬材料的特性，對利用金屬材料進(jìn)行加工具有至關(guān)重要的作用。

金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應(yīng)用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個(gè)方面，即：機(jī)械性能、化學(xué)性能、物理性能、工藝性能。

①機(jī)械性能。金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時(shí)，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機(jī)械性能（也稱為力學(xué)性能）。②化學(xué)性能。金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在金屬的化學(xué)性能中，特別是抗蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著重要作用。③物理性能。金屬的物理性能主要包括密度（比重）、熔點(diǎn)、熱膨脹性系數(shù)、磁性能等。④工藝性能。金屬對各種加工工藝方法所表現(xiàn)出來的適應(yīng)性稱為工藝性能，主要有以下四個(gè)方面：切削加工性能；可鍛性；可鑄性；可焊性。

2.2 金屬材料生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用

2.2.1 噴砂機(jī)金屬殼體的金屬材料應(yīng)用

根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的雕刻工序和工藝需求，配備噴砂機(jī)以提高生產(chǎn)效率，噴砂機(jī)金屬殼體的選擇尤為重要。根據(jù)殼體的金屬材料硬度要求，殼體應(yīng)具有一定的剛性及耐磨性，只有具備此性能，才能保障噴砂機(jī)在運(yùn)行過程中，除了能夠支撐各種傳動裝置，還能夠?qū)Ω咚賴娚涞纳傲暇哂心蜎_擊性。

如果因不了解金屬材料的性能，選擇不能滿足生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的殼體材質(zhì)，可能會出現(xiàn)不同部位的鋼板因受到砂料不一致的沖擊力，造成鋼板厚薄不一，殼體穿孔漏砂，各裝置結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)位移等問題，最終導(dǎo)致設(shè)備異響、磨損嚴(yán)重，增加設(shè)備的報(bào)廢率。因此，選擇的金屬材料殼體是性能優(yōu)秀的T10A碳鋼。T10A 碳鋼是一種通用的低淬透性模具鋼、高級工具鋼，其優(yōu)點(diǎn)是可塑性強(qiáng)、可加工性能優(yōu)良，性價(jià)比較高，市場上貨源供給充足,質(zhì)量穩(wěn)定。但是T10A 碳鋼中含有碳的含量為0.1%，因而合金元素較少，所以回火抗力低，因而其承載能力較低。同時(shí)，它也因此具有淬火變形大、淬透性較差的缺點(diǎn)，如進(jìn)行低碳低溫淬火，可使其獲得較高的耐磨性和強(qiáng)韌性，可預(yù)防和減少變形和開裂等現(xiàn)象。

2.2.2 噴砂機(jī)噴槍的金屬材料應(yīng)用

噴砂槍主要分為加壓式砂槍和負(fù)壓式噴砂槍，依生產(chǎn)工序故采用用的是負(fù)壓式噴砂槍。負(fù)壓式噴砂槍主要由噴砂槍腔體、槍嘴、進(jìn)氣管和進(jìn)砂管組成。其原理是高速流動的氣體經(jīng)過腔體，形成負(fù)壓，從進(jìn)砂管吸入砂料后在腔體內(nèi)混合，形成穩(wěn)定的氣砂混合體，再經(jīng)槍嘴噴出。根據(jù)噴砂槍的特殊性要求，噴砂槍的腔體應(yīng)具備耐磨性，槍嘴應(yīng)具備耐用性。故生產(chǎn)所需噴砂槍的腔體及進(jìn)氣、進(jìn)砂接口均采用優(yōu)質(zhì)的耐磨碳鋼。

由于進(jìn)氣的壓力處于0.05~0.7MP 之間調(diào)節(jié)，因此砂料的流動摩擦極易造成噴槍嘴的損壞，最常見的問題是由于砂料的頻繁流動摩擦，導(dǎo)致噴砂嘴的口徑變大，從而降低了噴砂的效率。為此，經(jīng)過對諸多金屬材料性能的不斷分析研究，以及反復(fù)大量的實(shí)踐，從碳化硼、合金鋼、碳化鎢、鐵等金屬材料中，優(yōu)選出碳化硼，作為最耐用的噴砂嘴。

2.2.3 金屬噴砂槍的金屬材料應(yīng)用

常用的噴砂槍由噴槍腔體與噴嘴組成，常規(guī)的噴砂嘴主要是用鑄鐵件、陶瓷件或合金件制成，其中以合金制件較為普遍。當(dāng)采用由噴管與噴嘴組合的噴射方法時(shí)(如圖1 所示)，因壓縮空氣的進(jìn)入導(dǎo)致腔體的壓力突然變大，氣體會產(chǎn)生渦流從而導(dǎo)致噴砂效果的不理想，且對噴砂嘴的沖擊損耗較大。為了優(yōu)化氣體及砂體混合后的噴射方式，因而采用由噴槍腔體與噴嘴組合的噴射方法，效果較之前的相比，結(jié)構(gòu)更為合理，可以達(dá)到延長噴嘴使用壽命的目的。

經(jīng)過改良后的噴槍工作原理(如圖2)，在砂流恒定的條件下，噴槍內(nèi)的氣體壓力逐漸增大，噴嘴采用由硬質(zhì)合金制成的金屬材料，噴槍和槍內(nèi)膠襯無需經(jīng)常更換，使用壽命也大為延長。

圖2 中l(wèi) 與d1和d2有關(guān)。d1為16～51mm，d2為6～16mm時(shí)，l 一般控制在100～200mm，噴嘴長度應(yīng)控制在10～35mm為宜。噴管用噴砂耐壓膠管，工作壓力P≥1MPa，夾布層數(shù)為≥3 層。膠襯亦采用噴砂耐壓膠，工作壓力因與夾布層數(shù)和噴管相同，不同之處應(yīng)根據(jù)噴槍內(nèi)錐孔定制。因噴槍和噴管的配合為插入方式，膠襯外徑原則上應(yīng)稍小一些。外殼與噴管的配合尺寸以套緊為原則，外殼插入噴管部分的0≤d1≤0．05mm。當(dāng)卸扣夾緊后，才能保證工作時(shí)噴槍出砂穩(wěn)定且噴槍不會從噴管中脫出。

金屬材料是材料工業(yè)發(fā)展的前提和先行者，它的發(fā)展在很大程度上決定著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，即使對于傳統(tǒng)的制造業(yè)，其技術(shù)的改進(jìn)也需要結(jié)合金屬材料來完成。

圖1 改進(jìn)前的噴槍原理圖

圖2 改良后的噴槍工作原理

3 結(jié)語

在生產(chǎn)加工過程中，分析并把握金屬材料特殊性質(zhì)，選擇適合企業(yè)生產(chǎn)需要的特性材料，充分利用和發(fā)揮金屬材料效能，促使其性能得到最大發(fā)揮，進(jìn)而提高加工工藝，提升生產(chǎn)效率，對公司科技創(chuàng)新具有非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備的不斷提升，以及工藝手段的不斷提高和完善，金屬材料在產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的應(yīng)用將會有更多的領(lǐng)域和發(fā)展空間，因此，探究金屬材料在生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用也更具有深遠(yuǎn)意義。