鋼托盤拋丸工藝的設備選型

李衛東

(天津中集物流裝備有限公司 天津300457)

0 引 言

鋼托盤是由金屬管、板、網、棒等材料通過焊接加工而成的鋼結構產品，可滿足汽車、風電、醫藥、農業、建筑等領域的通用化和個性化應用需求。鋼托盤傳統加工工藝為：金屬原材料經過剪、沖、鋸、壓等加工后進行零部件焊接，下線的黑活產品經過酸洗磷化處理后進行靜電粉末涂裝。在國家出臺新的環保戰略背景下，尋求一種環保、經濟、高效的表面處理方法迫在眉睫。

1 拋丸工藝的提出

為研究切實可行的環保型鋼托盤表面前處理工藝，我們圍繞“酸洗磷化”做了大量的環保型工藝試驗，但效果都不理想。受集裝箱拋丸前處理工藝啟發，擬將這種純物理表面處理方式應用于鋼托盤并提出鋼托盤拋丸工藝。但由于托盤箱產品采用的大多為薄壁型原材料，產品的結構和尺寸多屬非標，結構規格繁雜，拋丸工藝的應用需要根據行業特色進行個性化研究與配置。

2 拋丸機選擇

2.1 拋丸機優缺點及適用性對比

拋丸機按工件承載體的結構不同，分為滾筒式、輥道式、懸鏈式、吊鉤式、履帶式、臺車式、鼠籠式、轉臺式等。現結合上述各類拋丸機的性能特點和適用范圍，對其在鋼托盤產品上應用的適用性進行分析(表 1)。

表1 適用性分析Tab.1 Applicability analysis

通過對比可知，我司產品屬于單體、中小體積和重量的鋼結構件，懸鏈式、輥道式和吊鉤式 3種類型拋丸機比較適合我司產品。

2.2 懸鏈式、輥道式和吊鉤式拋丸機適用性對比

懸鏈式、輥道式和吊鉤式拋丸機適用性及成本對比如表2所示。

表2 懸鏈式、輥道式和吊鉤式拋丸機適用性及成本對比Tab.2 Applicability and cost comparison of catenary，roller and hook shot blasting machines

圖1 運行成本對比圖Fig.1 Operating cost comparison chart

運行成本數據，采自自行車車架拋丸和我司產品外協(嘗試中)的數據，具體見圖1。

人字軌吊鉤式改善空間不大，但應用范圍廣，可對一些一體式或尺寸較大的產品進行前處理加工。懸鏈連續通過式改善空間較大，如：采用雙拋丸室體，提高拋丸速度等能提高效率；改進室體結構，拋丸鋼砂耗量會有一定程度的下降；使用平衡吊等設備能夠進一步改善，實現少人化，降低費用。輥道式因適用產品大小的局限性和維修成本高，被剔除備選項。綜上，確定采用懸鏈通過式拋丸機與人字軌拋丸機相結合的加工方式。從成本角度考慮，需估算設備運行所需電能和鋼丸的支出。

3 拋丸器電機的選擇

3.1 總拋丸量計算

根據我司的產品結構特點，拋丸器配置數量單側3×2臺，雙面 12臺(懸鏈通過式)；按面積計算的生產效率在200～600m2/h。質量要求：鋼結構表面出現金屬光澤，表面粗糙度符合國家標準規定GB 8923—1988，Sa2.5級(level)。

按所需清理工件表面積計算總丸量的公式：

式中：GF為按工件表面積計算的每小時清理用總丸量(kg/h)；Q 為按面積計算的最大生產率(m2/h)，我司取 480m2/h；gf為清理每平方米工件表面積所需彈丸量(kg/m2)，按表 3選取中間值 130；η為考慮工件裝卸和運輸時間的工作時間利用系數，取值范圍0.5～0.85，單件小批量生產取較小值，大批量生產取較大值，我司多品種小批量，取η＝0.5。則：

表3 清理效率選用Tab.3 Selection of cleaning efficiency

3.2 每臺拋丸器的拋丸量計算

式中：ga為每個拋丸器的平均拋丸量(kg/min)；GF為清理工件用的總拋丸量(kg/h)；n為拋丸器數量。則：

3.3 拋丸器功率的近似計算

式中：N為拋丸器所述電動機功率(kW)；Q 為拋丸量(kg/min)；n為拋丸器葉輪轉速(r/min)；D 為拋丸器葉片旋轉圓外徑(m)；C為修正系數，取 1.3～1.4的中間值。則：

查通用電機型號，為保證清理效率和質量，拋丸器選配15kW電機。為節約電能安裝獨立變頻器，以調節輸出頻率降低能耗。

4 鋼丸選擇

工件厚度大部分介于1.2～6mm之間，以熱軋型材和管材為主。所以選擇鋼丸時，要充分考慮較厚的氧化皮、工件較易變形和鋼丸的性價比，具體見表4—表6所示。

表4 丸徑選用Tab.4 Pill diameter selection

表5 磨料的粒度與粗糙度關系Tab.5 Relationship between abrasive particle size and roughness

表6 鋼丸材質的使用效果對比Tab.6 Contrast of use effect of steel pill material

綜合考慮，我司鋼托盤產品適合使用鋼絲段，丸徑規格0.8～1.0mm。

現在，兩臺設備均已投產，質量達標，成本和工效均超出預期，既為新形勢下企業發展做出了貢獻，也為行業的工藝變革探索了新思路。