連續通過式拋丸清理機在鑄造生產線的應用

張加溫，袁存波，王 偉，張成勛，孫新凱

（山東開泰拋丸機械股份有限公司，山東鄒平 256200）

0 引言

拋丸清理是利用旋轉的葉片把磨料加速甩出然后高速擊打零件表面，達到表面處理的目的，磨料拋擲速度一般在50～100m/s。早期由于鑄造、鍛造件等需要去除粘砂和氧化皮所以才有了拋噴丸技術的起源和發展。

傳統拋丸機多為間歇式、單機式拋丸機，例如吊鉤式、滾筒式等，傳統拋丸機作業方式為獨立一人操作一臺或兩臺拋丸機，小批量鑄件的生產完全可以滿足。但是隨著科技進步，鑄件自動化生產線有了很大的突破，月產量超1000t，甚至10000t的大型鑄造廠已初具規模。為適應自動化鑄造線的需要，鑄件的清理設備也要面臨自動化的升級，并與之產能相匹配。連續通過式拋丸清理機擁有一系列特點和優勢，拋丸清理效率高、效果好而且綜合成本顯著降低。可以實現與前后工序自動化設備的流水線生產，自動化程度高，可實現減少工人數量及勞動強度并且改善工作環境的目的。

本文共介紹連續擺床、連續鋼履帶、連續網帶三種通過式拋丸清理機可實現與自動化鑄造生產線的連線生產。拋丸清理設備一般是由拋丸室、拋丸器總成、彈丸循環系統、除塵環保系統、電控系統和工件承載系統組成。拋丸機呈現不同拋丸形式和型號，正是由于不同工件和工況，選擇了不同的工件承載系統。本文中介紹的三種拋丸機具備三種不同的工件承載系統，它們的相同點是可實現工件的通過式連續輸送，不同點是三種工件通過承載方式的不同造成了工件輸送時姿態各不相同，并具有各自獨特的優缺點，根據不同工件姿態配置不同的拋丸形式，就形成了本文介紹的三種拋丸清理機。

1 連續擺床通過式拋丸清理機

1.1 連續擺床通過式拋丸清理機結構及特點

連續擺床通過式拋丸清理機由拋丸室、傾斜擺床機構、拋丸器總成、彈丸循環系統、除塵系統、電控系統等組成。其結構簡圖如圖1 所示。

圖1 擺床輸送示意簡圖

該設備主要特點是利用傾斜擺床輸送系統進行工件輸送，工件在該系統中形成既可翻滾又可連續前行的姿態。擺床以120°的角度圍繞設備的縱軸左右擺動，鑄件在床體內隨著床體的擺動進行翻滾，從而使工件各個表面都能夠得到有效的拋打清理。擺床可以沿設備縱軸調整一定的傾斜角度，使床體形成傾斜的狀態。傾斜角度和擺床的擺動形成了工件在翻滾中前行的姿態，在這個姿態下拋丸室頂部的拋丸器投射出金屬磨料對工件進行拋丸清理，由于擺床的傾斜角度和擺動速度都是可調的，從而進一步保證了工件所在區域都能夠得到全方位有效的拋打清理。

該設備因為可實現工件連續通過的功能，故可以與前后工序的自動化設備進行銜接，實現工件不落地、流水線作業模式，這也是該設備最大的優勢。

1.2 連續擺床通過式拋丸清理機工作原理

整機工作流程為：除塵系統、分離器、提升機、螺旋輸送器、輸送系統等依次開始運行后，開啟拋丸器。首先，在室體進口處的進料系統（振動篩）接收流水線（鱗板輸送機或其他輸送機構）輸送來的工件，工件進入拋丸清理室，開始進行拋丸清理。工件在擺床機構中一邊前行，一邊翻滾，同時接受彈丸擊打，以清除工件表面的粘砂、氧化皮、鐵銹和污物等，直至離開清理室，進入輸送系統，完成拋丸清理。丸渣混合物經皮帶輸送機送入振動篩，分離出大塊雜物，細小雜物與丸料送入提升機，經提升進入磁選+風選分離器，分離出的雜物排出室體，干凈丸料回到料倉，等待拋丸器的再次利用，實現丸料的循環。

擺床的工作原理：傾斜擺床機構是由軸向的主梁以及徑向的骨架構成主體，支撐起整個床體，覆蓋在搖床框架結構上的耐磨錳鋼組成了擺床的外殼以及內襯板，保護床體主要支撐骨架不被鋼丸拋打到。擺床機構上的每一塊錳鋼板均有螺栓固定在骨架上，便于拆裝、更換，多角擺床機構如圖2 所示。

圖2 擺床

多塊內襯高錳鋼板跟隨支撐托架的形狀鋪設，形成內部隆起的多個凸角，便于工件反轉。多角擺床內襯為20mm 厚高耐磨錳板，內襯底部網孔有助于丸料的排出與回收。

多角擺床以120°角度圍繞槽的縱軸左右擺動，保證被清理的產品在拋丸過程中得到柔和翻滾。在擺床翻滾過程中，磨料不斷的被篩分，由于搖床機構的翻滾被清理工件的內腔存留的磨料也可以被清理出來。拋丸室內被拋打出來的丸料和廢料，穿過搖床落入下方的傳送帶上，多角擺床擺動角度范圍見圖3。

圖3 擺床擺動角度范圍120°

1.3 連續擺床通過式拋丸清理機關鍵技術參數

由表1 可以看出連續通過式擺床清理機清理的工件最大尺寸為680mm×500mm×350mm，單件最重150kg，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數量根據生產線產能要求可選擇為4、6、8、10 臺，單臺拋丸器功率37～45kW。

表1 連續擺床通過式拋丸清理機關鍵技術參數

由此可見，連續擺床式拋丸機可適用于不同產能、不同工況的各個環境，其具備高集成化、流水線作業、節省人工、降低成本、改善作業環境的優勢。但由于擺床以120°的角度進行來回擺動翻轉工件，所以工件翻轉不僅僅是由擺床擺動造成的，還有可能是擺床來回擺動過程中導致工件產生位移或高度差造成的，所以工件之間、工件和床體之間的碰撞比較嚴重。

2 連續鋼履帶通過式拋丸清理機

2.1 連續鋼履帶通過式拋丸清理機的結構及特點

連續鋼履帶通過式拋丸清理機由拋丸室、連續鋼履帶輸送系統、拋丸器總成、彈丸循環系統、除塵系統、電氣控制系統等部件組成，其結構簡圖如圖4。

圖4 鋼履帶輸送機構結構圖

該設備主要特點是利用連續鋼履帶輸送系統進行工件輸送，工件在鋼履帶系統中形成即可翻滾又可連續前行的姿態。鋼履帶在前后滾筒的支撐下，形成工件承載的容腔，鋼履帶的連續旋轉帶動鑄件在容腔內隨著履帶板的旋轉進行翻滾，從而使工件各個表面都能夠得到有效的拋打清理。鋼履帶可以沿設備縱軸調整一定的傾斜角度，使容腔形成傾斜的狀態。傾斜角度和履帶的旋轉形成了工件在翻滾中前行的姿態，在這個姿態下拋丸室頂部的拋丸器投射出金屬磨料對工件進行拋丸清理，由于鋼履帶的傾斜角度和旋轉速度都是可調的，從而進一步保證了工件所在區域都能夠得到全方位有效的拋打清理。

拋丸過程中產生的丸渣混合物經底部振動輸送機構，分離出較大體積的雜物，灰塵和丸砂進入底部橫向螺旋輸送機，輸送至提升機，經提升進入二級磁選+三級風選分離器中，分離出的灰塵和粘砂排出，干凈可利用丸料回到儲砂箱，等待拋丸器的再次利用，實現丸料的清理與循環。

該設備因為可實現工件連續通過的功能，故可以與前后工序的自動化設備進行銜接，實現工件不落地、流水線作業模式，這也是該設備最大的優勢。

2.2 連續鋼履帶通過式拋丸清理機工作原理

整機工作流程為：除塵系統、分離器、提升機、螺旋輸送器、輸送系統等依次開始運行后，開啟拋丸器。首先，待清理的工件從在室體進口處的進料系統（振動篩）接收流水線（鱗板輸送機或其他輸送機構）到達該設備的上料振動輸送機構上。隨后經進料滾筒，通過拋丸區，由安裝在拋丸室頂部的拋頭對通過拋丸區的工件表面進行徹底完全地拋丸清理，同時由鋼履帶搭接形成的滾筒使工件不停地翻滾，工件一邊前行，一邊翻滾，同時接受彈丸擊打，以清除工件表面的粘砂、氧化皮、鐵銹和污物等，直至離開清理室，完成拋丸清理。工件翻滾的同時確保了表面殘余磨料的清除。清理后的工件被送至下料振動輸送器上，接著再送達客戶提供的輸送器上。

鋼履帶的工作原理：鋼履帶輸送機構由鋼履帶機構和進出口滾筒組成。

鋼履帶機構由左右鏈環及固定在左、右鏈環上的履帶板搭接而成，形成一定容量的工件輸送筒體。拋丸機工作時履帶板承載工件的同時接受鋼丸的直接擊打，所以履帶板采用25mm 厚高耐磨耐沖擊的軋制Mn13 護板切割而成，板上有?12mm 的穿孔，便于丸料的排出與回收。履帶板搭接而成的滾筒在驅動軸的作用下轉動，帶動工件在筒體內翻轉，工件翻轉頻率及行走快慢可通過控制器調節減速機轉速來實現，保證形狀各異的工件在拋丸過程中得到柔和翻滾。在筒體轉動過程中，丸料不斷被排出，甚至工件內腔的丸料也可以清理干凈。

進出口滾筒由焊接滾筒、軸承、軸承密封等組成，筒體內襯為軋制Mn13，筒體上有?12mm 的漏沙孔，便于型砂與丸料排出。滾筒通過軸承與室體緊固，一端壓在連接履帶板的鏈環處，使搭接的履帶板形成筒體形狀。通過調整傾角調整機構可改變拋丸室的傾斜角度，改變工件的通過速度；通過改變鋼履帶的轉速可調整工件的翻滾速度，以適應不同工況的需要。

2.3 連續鋼履帶通過式拋丸清理機關鍵技術參數

由表2 可以看出連續通過式傾角可調鋼履帶清理機清理的工件最大對角線尺寸為500mm，單件最重100kg，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數量為4～6 臺，單臺拋丸器功率為37～45kW。配備整套環保和安全設備設施，滿足相關國家環保標準的要求。

表2 連續鋼履帶通過式拋丸清理機關鍵技術參數

由此可見，連續通過式鋼履帶拋丸機可適用于不同產能、不同工況的各個環境，其具備高集成化、流水線作業、節省人工、降低成本、改善作業環境的優勢。

相比于連續通過式擺床拋丸機，鋼履帶翻滾工件的過程中對工件的碰撞更加柔和，拋丸器可并列布置，設備的長度和占地面積更加緊湊。但是鋼履帶的履帶板在安裝時是存在安裝間隙的，所以扁平薄壁件不適合選用該機型。

3 連續金屬網帶通過式拋丸清理機

3.1 結構及特點

連續金屬網帶通過式拋丸清理機主要由清理室、前后密封室、網帶輸送系統、拋丸器總成、丸料循環系統、檢修平臺等輔助系統、丸料吹掃系統、除塵系統、電控系統等部分組成，其結構件圖與原理如圖5。

圖5 連續通過式金屬網帶拋丸清理機結構簡圖

網帶輸送系統由金屬網帶、主動輥筒、從動輥筒、拋丸室輥道、密封室輥道、托輥和氣動漲緊裝置等組成。

金屬網帶為進口產品，具備較強的耐磨性，材質：錳鋼，錳鋼絲6.3mm,橫軸鋼絲直徑8mm。

主動輥筒、從動輥筒均采用優質大口徑鋼管制作，外表面進行掛膠處理，以增加網帶與輥筒之間的摩擦力，使運轉更順暢。網帶的運行由變頻調速的軸裝減速機驅動，保證工件通過的速度實現無級調速，達到工件一次性通過清理。

網帶的漲緊裝置采用氣動漲緊方式。網帶輸送的靠近室體底部位置設置安全防護裝置，保護工人不會被接觸到處于運動狀態的網帶。

該設備主要特點是拋丸器布置于拋丸室上下，前后有4～8 個拋丸器呈多角度透過金屬網帶的網孔對工件進行拋丸清理。工件由金屬網帶承載并進行連續輸送，在輸送過程中拋丸室上下布置的拋丸器對工間進行拋丸清理，網帶的網孔尺寸根據工件大小分2～3 種規格。

3.2 連續金屬網帶通過式拋丸清理機工作原理

整機工作原理：本機工作時的準備工作，即除塵系統、提升機、螺旋輸送器、網帶輸送系統等依次開始運行后，開啟拋丸器，設備預備工作。首先，在清理室外的網帶上裝載工件（單層平鋪），工件隨著網帶前進，進入清理室。在清理室入口前有檢測裝置，當工件的頭部通過時進行檢測，經過PLC的計算并完成延時后，供丸閘閥自動打開，開始對工件進行拋丸清理。工件一邊前行，一邊接受彈丸擊打，以清除工件表面的氧化皮等，直至離開清理室，工件便一次性清理完畢（若工件較輕，在拋丸過程中會存在偏移現象，影響拋丸效果；對于較復雜的工件會存在死角，影響拋丸效果）。工件完全離開清理室后，在出料口網帶上將工件卸下。

3.3 連續金屬網帶通過式拋丸清理機關鍵技術參數

由表3 可以看出連續通過式金屬網帶清理機清理的工件最大寬度為1500mm，重量小于100kg/m2，可以承受的工件最高溫度為80℃，拋丸器數量為4～8 臺，單臺拋丸器功率為11～22kW。配備整套環保和安全設備設施，滿足相關國家環保標準的要求。

表3 連續金屬網帶通過式拋丸清理機關鍵技術參數

因為該機型采用前進后出連續通過方式，所以該機型同樣可以與前后工序自動化設備進行連線或者流水線作業，但是工件相對于網帶是靜止的，隨網帶的前進進行遷移，由于底部拋丸器位于網帶下部，其拋出的鋼丸要透過網帶打擊工件，故對于底部較平的工件，與網帶接觸的部位會留下網印（拋丸遮擋位）。再者工件相對于網帶是靜止的，無法實現翻轉，所以拋丸時工件必須單層平鋪在網帶上，在工件進入拋丸機前段要有人來平鋪工件。再者因網孔大小的局限性，對于尺寸小與2倍網孔尺寸的工件，存在掉入網孔，導致設備故障的隱患。所以相對連續鋼履帶通過式設備和連續擺床通過式拋丸清理設備其具有一定的局限性，在工件無法翻轉的工況下，具有一定適用性。

4 結束語

通過對連續擺床、連續鋼履帶、連續網帶三種通過式拋丸清理機的工作原理、結構特點和使用狀況進行分析，可以得出：

（1）連續式、連線、流水線式拋丸機是未來提高生產工藝及產能、改善工作環境、降低工人勞動強度的發展趨勢。

（2）連續擺床通過式拋丸機適合于可翻轉、產量大、單重大、但不怕磕碰的工件。

（3）連續鋼履帶通過式拋丸清理機適合于可翻轉、產量大、單重適中、允許輕微磕碰的工件，但是對于薄壁件不適用。

（4）連續金屬網帶通過式拋丸清理機適合于不易翻轉、產量適中、單重較輕，不允許磕碰的工件，但是對于尺寸過小和對工件底部拋丸網印有特殊要求的不適合。