探究金屬材料在生產設備中的應用

劉彥博，李冰，黃海強

（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，這三者被統稱為人類社會進步以及發展的三大支柱產業，其中研究應用最廣，時間最長的就是金屬材料。隨著科學技術的不斷發展，金屬材料在現代化工業中得到了全面推廣與應用，在金屬材料的使用過程中，既要熟悉了解金屬材料的機械性能及其他功能，也要考慮實際生產加工的可行性等問題。本公司通過研究金屬材料的性能優勢，利用科學技術將金屬材料應用于產品之中，并盡可能地發揮其性能，以達到客戶的產品視覺要求。

2 金屬材料在工程生產中的應用

2.1 金屬材料的性能

金屬材料指具有光澤、延展性、容易導電、傳熱等性質的材料，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構材料，稱為“工業的骨骼”。隨著科學技術的進步，各種新型化學材料和新型非金屬材料的廣泛應用，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，鋼鐵在工業原材料構成中的主導地位還是難以取代的。一般來說，在金屬材料的加工過程中，其結構組織會受到一定的影響而發生改變。因此，研究分析金屬材料的特性，對利用金屬材料進行加工具有至關重要的作用。

金屬材料的性能決定著材料的適用范圍及應用的合理性。金屬材料的性能主要分為四個方面，即：機械性能、化學性能、物理性能、工藝性能。

①機械性能。金屬在一定溫度條件下承受外力（載荷）作用時，抵抗變形和斷裂的能力稱為金屬材料的機械性能（也稱為力學性能）。②化學性能。金屬與其他物質引起化學反應的特性稱為金屬的化學性能。在金屬的化學性能中，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、熱膨脹性系數、磁性能等。④工藝性能。金屬對各種加工工藝方法所表現出來的適應性稱為工藝性能，主要有以下四個方面：切削加工性能；可鍛性；可鑄性；可焊性。

2.2 金屬材料生產設備中的應用

2.2.1 噴砂機金屬殼體的金屬材料應用

根據生產產品的雕刻工序和工藝需求，配備噴砂機以提高生產效率，噴砂機金屬殼體的選擇尤為重要。根據殼體的金屬材料硬度要求，殼體應具有一定的剛性及耐磨性，只有具備此性能，才能保障噴砂機在運行過程中，除了能夠支撐各種傳動裝置，還能夠對高速噴射的砂料具有耐沖擊性。

如果因不了解金屬材料的性能，選擇不能滿足生產工藝特點的殼體材質，可能會出現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，各裝置結構間出現位移等問題，最終導致設備異響、磨損嚴重，增加設備的報廢率。因此，選擇的金屬材料殼體是性能優秀的T10A碳鋼。T10A 碳鋼是一種通用的低淬透性模具鋼、高級工具鋼，其優點是可塑性強、可加工性能優良，性價比較高，市場上貨源供給充足,質量穩定。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，它也因此具有淬火變形大、淬透性較差的缺點，如進行低碳低溫淬火，可使其獲得較高的耐磨性和強韌性，可預防和減少變形和開裂等現象。

2.2.2 噴砂機噴槍的金屬材料應用

噴砂槍主要分為加壓式砂槍和負壓式噴砂槍，依生產工序故采用用的是負壓式噴砂槍。負壓式噴砂槍主要由噴砂槍腔體、槍嘴、進氣管和進砂管組成。其原理是高速流動的氣體經過腔體，形成負壓，從進砂管吸入砂料后在腔體內混合，形成穩定的氣砂混合體，再經槍嘴噴出。根據噴砂槍的特殊性要求，噴砂槍的腔體應具備耐磨性，槍嘴應具備耐用性。故生產所需噴砂槍的腔體及進氣、進砂接口均采用優質的耐磨碳鋼。

由于進氣的壓力處于0.05~0.7MP 之間調節，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，導致噴砂嘴的口徑變大，從而降低了噴砂的效率。為此，經過對諸多金屬材料性能的不斷分析研究，以及反復大量的實踐，從碳化硼、合金鋼、碳化鎢、鐵等金屬材料中，優選出碳化硼，作為最耐用的噴砂嘴。

2.2.3 金屬噴砂槍的金屬材料應用

常用的噴砂槍由噴槍腔體與噴嘴組成，常規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。當采用由噴管與噴嘴組合的噴射方法時(如圖1 所示)，因壓縮空氣的進入導致腔體的壓力突然變大，氣體會產生渦流從而導致噴砂效果的不理想，且對噴砂嘴的沖擊損耗較大。為了優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，結構更為合理，可以達到延長噴嘴使用壽命的目的。

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

圖2 中l 與d1和d2有關。d1為16～51mm，d2為6～16mm時，l 一般控制在100～200mm，噴嘴長度應控制在10～35mm為宜。噴管用噴砂耐壓膠管，工作壓力P≥1MPa，夾布層數為≥3 層。膠襯亦采用噴砂耐壓膠，工作壓力因與夾布層數和噴管相同，不同之處應根據噴槍內錐孔定制。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。當卸扣夾緊后，才能保證工作時噴槍出砂穩定且噴槍不會從噴管中脫出。

金屬材料是材料工業發展的前提和先行者，它的發展在很大程度上決定著新興產業的發展進程，即使對于傳統的制造業，其技術的改進也需要結合金屬材料來完成。

圖1 改進前的噴槍原理圖

圖2 改良后的噴槍工作原理

3 結語

在生產加工過程中，分析并把握金屬材料特殊性質，選擇適合企業生產需要的特性材料，充分利用和發揮金屬材料效能，促使其性能得到最大發揮，進而提高加工工藝，提升生產效率，對公司科技創新具有非常重要的作用。隨著科學技術的不斷發展，設備的不斷提升，以及工藝手段的不斷提高和完善，金屬材料在產品生產制造中的應用將會有更多的領域和發展空間，因此，探究金屬材料在生產設備中的應用也更具有深遠意義。