一、噴拋丸技術(shù)概述
噴拋丸(砂)技術(shù)分拋丸、噴丸(砂)技術(shù)，也有些行業(yè)稱噴砂、吹砂、噴珠、噴彈等，最早用于鑄造、鍛造件等粘砂和氧化皮等的去除。拋丸是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把丸砂拋擲出去高速撞擊零件表面，達(dá)到表面處理的要求，丸砂速度一般在50～lOOnds。噴丸(砂)是以壓縮空氣帶動丸砂通過專門工具(一般包括噴丸器和噴槍)，高速噴射于零件表面，利用丸砂的沖擊和摩擦作用，達(dá)到表面處理要求，丸砂速度一般在30～50m／s。上世紀(jì)30年代美國維爾貝萊特(wheelabrator)公司在世界上制成第一臺拋丸機(jī)。中國的噴拋丸設(shè)備生產(chǎn)始于上世紀(jì)50年代，主要是仿前蘇聯(lián)技術(shù)。60年代初，青島機(jī)械廠設(shè)計生產(chǎn)了一臺Q31 lO滾筒式拋丸清理機(jī)，標(biāo)志著中國噴拋丸技術(shù)與裝備從純仿制到可自行開發(fā)和制造的轉(zhuǎn)變，中國也開始有噴拋丸設(shè)備專業(yè)生產(chǎn)廠家。
多年來噴拋丸技術(shù)與裝備日臻完善，性能不斷提高，應(yīng)用范圍從單純的鑄造業(yè)的表面清理擴(kuò)大到冶金礦山、機(jī)械制造、汽車拖拉機(jī)、兵器制造、輕紡機(jī)械、船舶車輛、航空宇航等不同行業(yè)，其工藝范圍亦從鑄鍛件的表面清 理擴(kuò)展到金屬結(jié)構(gòu)件的強化、表面加工、噴拋丸成形等不同的領(lǐng)域。隨著噴拋丸工藝的廣泛應(yīng)用，至今世界上已經(jīng)發(fā)展了適應(yīng)各種不同工藝要求的噴拋丸設(shè)備上千種規(guī)格品種，反過來噴拋丸設(shè)備的發(fā)展又促進(jìn)了噴拋丸技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展了噴拋丸工藝的應(yīng)用。
磨料(彈丸或丸砂)是噴拋丸工藝中使用的介質(zhì)，根據(jù)形狀、大小、硬度、材料等分成很多類別，根據(jù)不同的噴拋丸工藝要求選用，其質(zhì)量高低也影響了噴拋丸質(zhì)量,。故磨料也是噴拋丸技術(shù)不可或缺的組成部分，與噴拋丸設(shè)備一起構(gòu)成了噴拋丸技術(shù)。磨料為鋼或鐵質(zhì)等金屬材料的拋射一般稱為噴拋丸，磨料為石英砂、鋼砂等拋射一般稱為噴砂。
二、噴拋丸技術(shù)應(yīng)用范圍
2.1 金屬表面的清理
2.1.1 各種鑄件的表面清理
噴拋丸設(shè)備首先應(yīng)用于鑄造業(yè)鑄鋼、鑄鐵件的表面粘砂及氧化皮的清除。幾乎所有的鑄鋼件、灰鑄件、瑪鋼件、球鐵件等都要進(jìn)行噴拋丸處理。這不僅是為了清除鑄件表面氧化皮和粘砂，同時也是鑄件質(zhì)量檢查前不可缺少的準(zhǔn)備工序，比如大型氣輪機(jī)機(jī)殼在進(jìn)行無損探傷以前必須進(jìn)行嚴(yán)格的噴拋丸清理，以保證探傷結(jié)果的可靠性。在一般鑄件生產(chǎn)中，噴拋丸清理是發(fā)現(xiàn)鑄件表面缺陷如皮下氣孔、渣孔以及貼砂、冷隔、起皮等的必不可少的工藝手段。有色金屬鑄件，如鋁合金、銅合金等的表面清理，除清除氧化皮、發(fā)現(xiàn)鑄件的表面缺陷外，更主要的目的是以噴拋丸來清除壓鑄件的毛刺和獲得具有裝潢意義的表面質(zhì)量，獲得綜合效果。
2.1.2 各種鍛件及熱處理件的噴拋丸清理
多數(shù)金屬工件在鍛造熱處理加熱中會產(chǎn)生表面氧化，這層氧化鱗皮對零件的化學(xué)涂層除銹有嚴(yán)重的破壞作用，需要噴拋丸清理。對需要切削加工的零件而言，清除氧化皮是減少刀具磨損、提高切削刀具使用壽命、保持機(jī)床精度、控制鍛坯尺寸以獲得最佳切削狀態(tài)的必要條件。對自動加工機(jī)床這一點更顯得重要。經(jīng)最終熱處理的工件進(jìn)行噴拋丸可以獲得清除氧化皮和強化工件的綜合效果。幾乎絕大多數(shù)汽車、拖拉機(jī)等車輛的齒輪要進(jìn)行熱處理后的噴拋丸處理。
2.1.3 冶金鋼鐵生產(chǎn)工藝應(yīng)用
冶金鋼鐵生產(chǎn)中，噴拋丸一酸洗是保證鋼鐵大量生產(chǎn)中獲得高生產(chǎn)率而采用的機(jī)械一化學(xué)聯(lián)合去除磷皮的種工藝方法。硅鋼片、不銹鋼薄板等其他合金鋼板、帶的生產(chǎn)中，在冷軋工序過程中必須進(jìn)行退火一噴拋丸一酸洗處理，以保證冷軋鋼板的表面粗糙度及厚度精度。
2.1.4 鋼板、型鋼以及鋼結(jié)構(gòu)件的表面噴拋丸清理
在重型機(jī)器、礦山機(jī)械、船舶、車輛制造及各種高中壓容器、鍋爐制造業(yè)中，為使機(jī)器獲得最佳的表面質(zhì)量和防銹功能，對其原材料鋼板、各種型鋼等必須進(jìn)行噴拋丸除銹、噴漆，一般稱為預(yù)處理。預(yù)處理后金屬表面的氧化皮被清除，給以后工序特別是數(shù)控自動氣切割及各種自動焊接提供了良好的表面準(zhǔn)備，因為金屬表面有氧化皮的情況下，自動氣割及自動焊接的工藝質(zhì)量難以保證。另外，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)沖壓或焊接成型，在進(jìn)行涂漆以前，要進(jìn)行整體鋼結(jié)構(gòu)的表面噴拋丸除銹，一般稱為后處理。這種噴拋丸設(shè)備一般是大型、專用的，是針對特定被清理的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的，如火車整體車廂、大型集裝箱的噴拋丸清理即屬于這種類型。以上所述均為以清除金屬表面氧化皮為主要目的，其噴拋丸工藝多采用白鑄鐵彈丸或是中等硬度的鑄鋼彈丸，對彈丸的形狀及粒度要求不甚嚴(yán)格。鑄鍛件的噴拋丸清理，為獲得較高的噴拋丸清理效率，般采用較大粒度的彈丸，冶金鋼珠生產(chǎn)中的不銹鋼板硅鋼片的噴拋丸清理則常采用較細(xì)粒度的彈丸。
2.2 金屬工件的強化—提高疲勞強度
根據(jù)現(xiàn)代金屬強度理論，增加金屬內(nèi)部的位錯密度，是提高金屬強度的主要方向。實踐證明噴拋丸是增加金屬位錯結(jié)構(gòu)的行之有效的工藝方法。這對一些金屬不能通過相變硬化(如馬氏體淬火等)或?qū)崿F(xiàn)相變硬化的基礎(chǔ)上而要求再進(jìn)一步強化的工件而言，更具有十分重要的意義。航空、宇航工業(yè)、汽車、拖拉機(jī)等零部件要求輕質(zhì)化，但可靠性要求越來越高，其重要工藝措施就是采用噴拋丸工藝提高構(gòu)件的強度和疲勞強度。
2.2.1 彈簧噴拋丸強化
彈簧等零部件經(jīng)各種熱處理工藝，仍不能滿足負(fù)載對工件的要求，在這種情況下，再進(jìn)行噴拋丸強化可以得到十分顯著的效果。實驗證明高速發(fā)動機(jī)的氣門彈簧的疲勞斷裂壽命，經(jīng)噴拋丸強化可以由十萬次提高到百萬次以上，汽車的主負(fù)載板簧經(jīng)噴拋丸強化疲勞強度也能成倍提高。目前高負(fù)荷彈簧均采用噴拋丸強化來進(jìn)一步提高疲勞強度。
2.2.2 連桿、扭桿、齒輪等零部件的噴拋丸強化
汽車、拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)連桿、齒輪及扭桿等零部件由于受結(jié)構(gòu)尺寸限制制造過程中雖然經(jīng)過熱處理其材料力學(xué)性能有很大改善，但在運行中仍不能保證其疲勞壽命高于發(fā)動機(jī)或車輛的整體壽命，因而這些零部件經(jīng)常因為疲勞失效引起整機(jī)破壞性事件。所以這些零部件已普遍采用噴拋丸工藝進(jìn)行強化，提高其疲勞壽命。噴拋丸強度化工藝已經(jīng)成為目前汽車、拖拉機(jī)、發(fā)動機(jī)制造業(yè)中必不可少的制造工藝，也是最有效、最經(jīng)濟(jì)的工藝方法。
2.2.3諸此應(yīng)用在航空、宇航業(yè)等起升支架、螺旋槳等關(guān)鍵部件都進(jìn)行嚴(yán)格的噴拋丸強化。
2.3表面加工
噴拋丸技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鑄造行業(yè)等金屬表面噴拋丸清理的范圍，而發(fā)展成為金屬表面加工的主要工藝方法之一，與磨削、拋光等躋身于金屬表面加工技術(shù)行列，并有磨削、拋光所不及的工藝特點。
2.3.1刀具刃具的表面強化
鉆頭，絲錐，成型銑刀、滾刀、絞刀等熱處理以后進(jìn)行噴拋丸來提高工件疲勞強度，清除熱處理氧化層，獲得裝飾性噴拋表面的綜合效果。以強化工具刃具為主要目的噴拋丸所用的彈丸要求較高的硬度；而經(jīng)馬氏體淬火的刀具刃具往往采用石英砂、氧化鋁等高硬度彈丸，這些彈丸的粒度也較表面清理用的細(xì)小。
2.3.2為獲得金屬光潔表面的噴拋丸加工
在某些情況下，為獲得窄細(xì)溝槽的光潔表面，采用磨削因受砂輪外形尖銳度的限制，往往顯得無能為力或者費用很高，在這種情況下采用細(xì)小彈丸來拋射工件，則可達(dá)到比較理想的效果。
2.3.3獲得一定金屬表面毛糙度的噴拋丸加工
在鋼鐵制造業(yè)中，一些薄板的表面有一定的特殊要求，如制造搪瓷制品的鋼板、熱鍍鋁板、不銹鋼板等，為利于涂層與基體金屬的結(jié)合，要求金屬具有定的毛糙度來增加其附著力或亞光效果。獲得毛糙度有兩種方法，一是采用具有一定毛糙度的精軋輥進(jìn)行軋制，二是直接進(jìn)行拋、噴射。第一種方法所用的精軋輥要經(jīng)熱處理淬火硬化得到HS95以上硬度，然后以外圓磨床進(jìn)行磨削加工，得到一定的軸向鼓形度和Ra0．8的表面粗糙度，然后采用硬度HRC58以上的、形狀為多角形的、粒度經(jīng)嚴(yán)格篩選的彈丸(鋼丸)的拋(噴)射，來獲得要求的毛糙度。這種表面加工技術(shù)是上世紀(jì)70年代末武漢鋼鐵公司一七口口工程從原西德引進(jìn)的。這種方法主要是對大型制品或批量生產(chǎn)適用。在單件、小批生產(chǎn)的情況下，可以采用第二種方法，金屬表面一定毛糙度的獲得可以直接用彈丸拋、噴射，而不必以昂貴的軋輥來軋制。
2.3.4 裝飾鍍層的噴拋丸拋光
大量的鍍鉻裝飾件，為獲得光亮奪目的表層，傳統(tǒng)作法是進(jìn)行布輪拋光，這種拋光勞動條件惡劣，對工人健康危害大，生產(chǎn)效率低。為解決這些問題可以采用拋(噴)丸拋光，拋光用的彈丸亦是含有一定磨料的專用塑料丸。此外，噴拋丸還用來清除細(xì)小橡膠制品、塑料制品的毛刺、飛邊，具有較高的生產(chǎn)率，代替手工操作。
2.4噴拋丸成形
噴拋丸成形工藝是將金屬板材料的噴拋丸成形及強化結(jié)合起來，已經(jīng)應(yīng)用到飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身等薄殼結(jié)構(gòu)的制造中，美國波音飛機(jī)采用了噴拋丸成型技術(shù)，不僅節(jié)省了大型壓力機(jī)，降低了制造費用，同時還提高了薄殼結(jié)構(gòu)的強度和剛度，對改進(jìn)飛機(jī)的負(fù)載性能起了重要作用。
2.5 其他方面的應(yīng)用
噴拋丸技術(shù)的應(yīng)用不僅是上述金屬材料的加工處理，還應(yīng)用到非金屬的加工中，如剪除各種橡膠制品和塑料制品的毛刺是一件效率低、費人工的操作，現(xiàn)已應(yīng)用帶有冷凍裝置的噴拋丸設(shè)備，將各種橡膠制品低溫冷凍脆化后，在噴拋丸設(shè)備中接受彈丸拋、噴射，毛刺很容易被清除。酚醛類塑料制品采用核桃皮制成的彈丸噴射，既可清除毛刺又不破壞其制件的表面粗糙度；變壓器總成后要去掉其上的一些多余線頭或其它不需要的雜物，采用核桃皮制成的彈丸噴射可有效清除。另外在現(xiàn)代化機(jī)場、高速公路的養(yǎng)護(hù)中，需要對舊水泥地面清刷干凈才能接合新水泥層，采用專用的移動式噴拋丸設(shè)備進(jìn)行地面拋射，得到具有高結(jié)合強度的表面，施工效率高，可有效降低工程造價。新型建材，如砌塊，已經(jīng)采用噴拋丸工藝增加砌塊的表面效果；大理石等石材業(yè)開始采用噴拋丸工藝逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火燒方法，提高成材率和表面光飾效果。有些模具清理或清洗采用了噴拋丸或噴砂，也有采用噴射干冰等工藝。
總之，噴拋丸技術(shù)作為一種加工工藝，應(yīng)用范圍越來越廣泛，已經(jīng)從鑄造領(lǐng)域脫穎而出滲透到各行各業(yè)中，噴拋丸裝備市場和應(yīng)用范圍也越來越大、越寬。
文章來源：齒輪傳動
