噴砂機噴槍及其運動路徑的改進設計*

武 亮

(連云港太平洋石英股份有限公司，江蘇 連云港 222300)

0 引 言

噴砂機主要原理是在管道內(nèi)利用壓縮空氣將粉狀顆粒物料從進砂管輸送到噴砂管內(nèi)，砂粒在管路內(nèi)被壓縮空氣推動向前運動，由動能轉(zhuǎn)化為勢能的過程中，使高速運動的粉狀顆粒物料快速流向加工件的表面，從而達到改善物體表面質(zhì)量的作用。壓縮空氣以一定流速和壓力從噴槍噴嘴射出的同時，連同研磨砂一起噴出，作用于工件表面，起到去毛刺和強化工件的作用，噴砂作業(yè)在密閉的噴砂箱內(nèi)進行。噴砂處理后的混合研磨砂,從噴砂箱的下部落下,通過回收管和風管吸入上方的回收箱[1]。回收箱為旋風分離器構(gòu)造，粉狀的、不適合使用的研磨砂以及噴砂產(chǎn)生的粉塵被分離出來，并由集塵機吸出。集塵機內(nèi)部裝有粉塵過濾器，粉塵被濾芯捕捉和阻擋，凈化的空氣由排風機的排風口排出。能夠再次使用的研磨砂落到回收箱下方，再經(jīng)由分配器和噴砂管，重新進入噴砂嘴，進行再次噴砂作業(yè)。合適的給砂量、風量和風壓是決定砂粒流動效果的關鍵因素。風量應當使空氣在管路內(nèi)的流速至少要大于砂子最大顆粒的沉降速度；風壓足以克服空氣在管路內(nèi)推動砂粒流動的摩擦損失和阻力，這樣才能保證管路內(nèi)砂粒的通暢流動。

然而，隨著管路的增長，風壓逐漸降低，氣流速度減小，懸浮顆粒先出現(xiàn)非均勻懸浮流動，進而出現(xiàn)疏密不均的流動狀態(tài)。當氣流速度小于某一數(shù)值時，就出現(xiàn)了脈動流動狀態(tài)，隨著氣流速度進一步減小，一部分物料顆粒將停滯在管路的底部，另一部分則滑動著向前運動，進而使停滯的物料層作不穩(wěn)定移動，最后形成堵塞，導致工作失效。針對噴槍容易堵塞、更換不方便的問題，筆者提出了新的噴槍設計結(jié)構(gòu)，通過將氣嘴芯分段安裝，解決了由于噴嘴或氣嘴芯的損壞而更換整個噴槍的問題，此方法便于檢查噴嘴的單邊磨耗情況，避免因噴嘴的損耗而造成研磨材料的擴散度偏移。

1 噴槍結(jié)構(gòu)的改進及原理

文中對噴槍結(jié)構(gòu)內(nèi)氣嘴芯進行分段安裝，將原氣嘴芯與噴槍本體整體結(jié)構(gòu)改為分段設計，便于更換氣嘴芯，降低使用成本。達到了解決和避免噴槍阻塞的目的。噴槍由噴槍本體、噴嘴、氣嘴芯、旋緊螺母和進砂嘴組成，如圖1所示。氣嘴芯連接空氣軟管,當研磨砂從噴槍支管吸入后，空氣加速壓縮，促使噴砂從噴嘴噴射而出。噴射的壓力由空氣減壓閥調(diào)整,壓力表顯示調(diào)整的壓力值。

圖1 噴槍結(jié)構(gòu)圖1.噴嘴 2.旋緊螺母 3.噴槍本體 4.氣嘴芯 5.進砂嘴

(1) 噴嘴與氣嘴位置的設計調(diào)整

噴嘴與氣嘴相對位置的大小,決定了其加工能力有所差異。

① 氣嘴芯4是分段安裝的，在氣嘴的頭部設置分段刻度線，每兩根刻度線之間的距離為2 mm，在安裝時作為基準。

② 噴嘴1通過旋轉(zhuǎn)螺母2固定在噴槍本體3上，拆卸更換方便，降低了制造成本；氣嘴芯4通過螺紋與噴搶本體3連接，這樣就可以最大限度避免由于噴嘴或氣嘴芯的損壞而更換整個噴槍。圖2為噴嘴與氣嘴之間的安裝位置圖，在實際安裝時按照該圖來規(guī)范噴嘴與氣嘴之間的安裝間隔。

圖2 噴嘴與氣嘴安裝位置圖

(2) 噴嘴與氣嘴組合及壓縮空氣間的關系

往噴槍上裝噴嘴和氣嘴時，需要按相同的型號進行組合使用，其與壓縮空氣的使用壓力和氣量的關系，如表1所列。表中數(shù)字為噴出的空氣量/(Nm3/min)。

表1 空氣使用壓力與氣量關系表

實際使用的時候，考慮到管路中壓力損失等因素，應增加20%的裕度。

2 噴槍運動路徑改進

2.1 存在問題

由于噴砂機磨料對工件表面的沖擊和切削作用，工件表面獲得了一定清潔度和不同粗糙度，工件表面的機械性能得到改善，提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾，打磨清除了表面的雜質(zhì)、雜色及氧化層，同時使介質(zhì)表面粗化，消除了工件殘余應力。當鋼帶的寬度不同，固定的噴槍位置容易造成噴砂不均勻，影響鋼帶表面質(zhì)量，因而需要不斷地調(diào)整噴槍的位置及數(shù)量，為了使工作效率最大化和噴槍損耗最低化，在此對噴槍的運動路線做了優(yōu)化設計[2]。

2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

噴砂機通過電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)全自動噴砂，可以自動調(diào)節(jié)噴砂角度、噴砂時間、噴砂距離、噴槍的運動、工作臺的轉(zhuǎn)速等。電氣控制系統(tǒng)主要有橫移組件、縱移組件、噴砂組件、吹凈組件、除塵組件等幾個部分組成，所有的組件都是由PLC事先設定的參數(shù)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。此次改進是基于原噴砂機的電氣控制系統(tǒng)，將噴嘴驅(qū)動改為類似“8”形的運動驅(qū)動裝置，此裝置由兩個部分組成[3]：①噴嘴的前后往復驅(qū)動裝置；②噴嘴的左右往復驅(qū)動裝置，如圖3。噴嘴的前后往復運動和左右往復運動同時進行，形成類似“8”形的運動軌跡。噴嘴的前后往復運動驅(qū)動裝置裝在噴砂機本體內(nèi)部后側(cè)，由齒輪減速機驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)速37 r/min。通過偏心輪和滑動板，使噴嘴水平往復直線運動保持37次/min。噴嘴的左右運動驅(qū)動裝置裝在噴砂機本體外部左側(cè)，通過一根長軸與噴嘴的前后運動驅(qū)動裝置相連，并與噴嘴的前后運動驅(qū)動裝置同時運動，由齒輪減速機驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)速14.8 r/min。往復運動裝置由偏心輪和滑動板組成，如圖4，偏心輪1由電機驅(qū)動做旋轉(zhuǎn)運動，軸承2安裝在偏心輪1上，運動軌跡限制在兩個限位塊3中間，由此隨著電機轉(zhuǎn)動則循環(huán)做左右往復運動。當前后與左右的齒輪減速機同時工作時就能驅(qū)使噴槍做“8”字軌跡運動，其噴砂范圍可以很好地覆蓋鋼帶表面，即使工件放置位置不準確也不會造成表面噴砂不良[4]。

圖3 驅(qū)動裝置1.前后往復驅(qū)動 2.左右往復驅(qū)動 3.噴槍

圖4 往復運動結(jié)構(gòu)1.偏心輪 2.軸承 3.限位塊

2.3 具體方法

噴嘴最后擺動的幅度，可以通過調(diào)整偏心輪的偏心量來獲得。調(diào)整的方法如圖4所示：打開驅(qū)動箱子上方和左側(cè)的蓋板，松開偏心輪鎖緊螺母，根據(jù)工件寬度，適當調(diào)整偏心量，確認以后將其鎖緊。

噴嘴是噴砂機極其重要的部件，文中對噴槍結(jié)構(gòu)和噴砂工藝做了創(chuàng)新設計，使其更加便于更換噴槍內(nèi)芯；采用“8”字形的運動驅(qū)動裝置，其左右運動驅(qū)動裝置裝在噴砂機本體外部，與噴嘴的前后運動驅(qū)動裝置同時運動，成功解決了鋼帶噴砂不均勻問題，使得噴砂后的產(chǎn)品沒有色差，通過對鋼帶表面進行噴砂試驗，發(fā)現(xiàn)改善后的產(chǎn)品表面噴射均勻，沒有色差，如圖5所示。

圖5 改善效果對比

3 結(jié) 語

文中通過對噴槍結(jié)構(gòu)及噴槍運動軌跡的創(chuàng)新設計，實現(xiàn)噴槍呈“8”字型自動搖擺噴砂，該噴砂方式覆蓋面積大，靈活性強，使噴槍可以對應不同寬度的鋼帶而不用反復調(diào)整噴槍位置，增強了鋼帶表面的噴砂均勻度，使得噴砂后的鋼帶表面沒有色差，提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，實現(xiàn)了成本低廉、性能優(yōu)異的噴砂機升級改造。