抛丸清理技术的起源与发展史（1870年－1954年）

刘如伟，张来斌，王瑞国，宋庆安，吴成民

（山东开泰集团有限公司，山东邹平 256217）

抛丸清理技术的起源与发展史（1870年－1954年）

刘如伟，张来斌，王瑞国，宋庆安，吴成民

（山东开泰集团有限公司，山东邹平 256217）

本文介绍了抛丸、喷丸、喷砂清理技术的发展史，及其领域的重要人物、相关发明及重要事件。

抛丸清理；喷丸清理；喷砂清理；Benjamin Chew Tighman；历史

1 重要人物——本杰明切尔蒂尔曼（Benjam in Chew Tighm an）和约翰欧文（John F.Ervin）

抛丸、喷丸及喷砂界的鼻祖本杰明切尔蒂尔曼（Benjamin Chew Tilghman）（1821.10.26.－1901.7.3.）（图1），出生于美国费城，父亲曾是英国海军的外科医生，后从英国移居到美国马里兰州。青少年时期，他在宾夕法尼亚州巴克斯县（Bucks County,Pennsylvania） 的布里斯托天主教学院（Bristol College）学习，后在宾夕法尼亚（Pennsylvania）大学学习法律，1839年毕业，继承家族的传统，获得律师从业资格，但从没帮任何人打过官司。

美国南北战争（1861年-1865年)爆发后，他应征入伍成为一名上尉，并很快从上尉晋升至上校，在塞勒维尔（Chancellorsville）战役中身体多处受伤，战争快结束时，晋升为上将。在军中，他仔细观察大风刮起沙漠中的砂子，不断冲击裸露在外的玻璃，玻璃不断被刻蚀，受此启发，他在离开军队7年后，于1870年获得第一个喷砂清理发明专利。这或许仅是一个理论、一个灵感，但一百四十年前本杰明切尔蒂尔曼的伟大发明，像漫漫黑夜中的星星之火，逐渐演变为当今全球工业领域中最重要的分支之一，即抛丸、喷丸及喷砂清理、强化、成形的表面处理行业，推动了全球表面处理工业的发展。

之后，他同弟弟Richard一起，游历欧洲，参观各国的实验室和化工厂，并广泛开展合作研究，逐渐改进高硬度急冷铸铁丸的生产工艺，并把铸铁丸产品用于石材的锯切、钻探等方面。他是一个和蔼可亲、平易近人的北欧裔美国人，与同事相处融洽，并具非凡的毅力和卓越的领导才能，他创立的维尔贝莱特蒂尔曼（Wheelabrator Tilghman）公司，至今已走过了133年。

抛丸、喷丸及喷砂用金属磨料行业的伟大先驱约翰欧文（John F.Ervin，1883年－1959年）（图 9），1920年，约翰欧文（John F.Ervin）于美国密歇根州（Michigan）创立了欧文（ERVIN）公司，从事铸钢丸、铸钢砂及铸铁丸等金属磨料的研究、开发与生产，并获得多项美国金属磨料专利。1952年，创立Amasteel品牌的铸钢磨料，后来成为北美地区金属磨料的最大生产商，并在英国、韩国等地开设了金属磨料工厂，相继研发出不锈钢丸，对全球金属磨料行业带来了革命性的变革。之后，他又发明了ERVIN寿命试验机，用于金属磨料寿命、抛喷丸强度测试，并依此制订了美国汽车工程师协会SAE-J445 METALLIC SHOT AND GRIT MECHANICAL TESTING金属磨料测试标准。

2 抛丸（喷丸、喷砂）清理的发展史

1870年，本杰明切尔蒂尔曼获得了利用空气、水或其他气体，推动石英砂、铸铁砂、细钢丝切断的颗粒进行喷砂处理第一个美国专利U.S.104408"Sandblasting"（图2），从理论深度、完整性方面阐明了压力、吸砂管负压与喷射砂子的关系（图3），在抛丸、喷丸及喷砂领域中具有划时代的意义。早期的喷砂应用见图4，此发明于1871年第40届美国学院纽约城市展览会上荣获发明奖，此后还荣获富兰克林学院颁发的Elliott Cresson奖。

1870年，他为解决上述发明中“虹吸方法”的不足，发明了“真空加压技术”，并获得英国专利UK 2147，Sandblasting，即用一个大容器装砂子，在砂子上面引入空气给砂子加压（图5）。

1870年，本杰明切尔蒂尔曼发明了一种利用磨料通过漏斗下落，被高速旋转的叶片冲击抛出的方法，即抛射和甩出技术，获得了英国专利UK 2900"blast wheel"，方法之一是为避免砂子破碎，用包裹橡胶的叶片高速冲击砂子（图6），目前广泛使用的欧文（ERVIN）金属磨料寿命试验机即采用此原理；方法之二是磨料通过管道输送（图7），砂子进入管子后，受离心力作用，经高速旋转的叶轮甩出。

1872年，本杰明切尔蒂尔曼发明了冷硬铸铁喷丸的制造方法，即将溶化的金属液体倒在潮湿的铁板上获得急冷铸铁丸，由此获得美国专利U.S.187239；后来，与他的弟弟理查德（Richard）在费城（Philadelphia）的南第11街1112至1126号成立了蒂尔曼（B.C.&R.A.Tilghman）公司，生产急冷铸铁丸，用于石材加工行业，后来，还将急冷铸铁丸用作喷砂磨料提高喷射效率。

1877年，马修森（J.E.Mathewson） 发明了刻蚀玻璃、石材、大理石、木头、金属及其他硬材料的设备。同年，威拉德与范布伦特（Willard A.,Van Brunt）获得美国专利U.S.252279"Cut tivator tooth"，即用喷砂方法生产锉刀的方法。

1879年，本杰明切尔蒂尔曼在伦敦的灰色客栈（Gray's Inn）街成立了蒂尔曼（Tilghman）喷砂公司，后又在谢菲尔德市（Sheffield）设立喷砂公司，利用急冷铸铁丸磨料喷砂方法生产锉刀，替代从美国进口锉刀。

同年，本杰明在英国创立了维尔贝莱特蒂尔曼（Wheelabrator Tilghman）公司，后发展为全球最大的抛喷丸设备生产厂商，为世界抛喷丸表面清理、强化及成形行业的发展奠定了基础。

1885年，本杰明切尔蒂尔曼获英国专利UK 13510"Roughening iron and steel rolls"，即将磨料装在漏斗中，靠重力送到喷嘴，以4.92kg/cm2的压力喷砂。

1887年，托马斯尼科尔森（Mr.Thomas E.Nicholson）开始在英国生产铸铁丸。

1892 年，BMD（Badische Maschinenfabrik Durlach）公司获得了德国Kaiserliches Patentamt抛丸设备专利。

1895年，苏格兰人通过喷砂工艺翻新Ardrie房子。

1897年，报道了在纽约、亚特兰大，利用喷砂工艺来消除战舰上的旧漆和锈蚀、公共事业部门利用喷砂工艺来清理高架桥及地铁结构表面的锈蚀。

1932年，原美国铸造设备公司即路易斯派克Louis D.Peik公司，后被维尔贝莱特（Wheelabrator）公司收购，发明了履带式喷砂设备（图8）。

1933年，路易斯派克（Louis D.Peik）公司利用离心式抛头，发明了抛丸设备，1933年首次在世界博览会上亮相，命名为"进步的世纪"。同年奥特百福（Otto Pfaff）公司将首台抛丸设备卖给了密歇根州的本顿海港压延（Benton Harbour Malleable）公司。

1935年，维尔贝莱特（Wheelabrator）公司发明了叶片式抛丸设备。

同年，英国蒂尔曼（Tilghman）和德国伯格（Berger）公司获得制造美国铸造设备，即维尔贝莱特（Wheelabrator）公司抛丸设备的许可权。

1937年，乔治费舍尔（Georg Fischer）公司开始为美国铸造设备公司（American Foundry Equipment Compan）生产抛丸设备，二战期间，美国成为设计和开发铸造用抛丸设备的主要生产国。

1939年，欧文（ERVIN）获得美国专利U.S.2141757"Metallic abrasive material"金属磨料材料。

1941年，美国欧文（ERVIN）公司首次生产铸钢丸、铸钢砂及铸铁丸。

1943年，在短短的10年里，维尔贝莱特公司生产了2000多台抛喷丸设备。

1946年，美国铸造设备公司考虑到维尔贝莱特品牌的重要性，将其更名为美国维尔贝莱特设备公司(American Wheelabrator&Equipment Company)。

1950年，乔治费舍尔（George Fischer） 公司引进线材和钢带抛丸清理去氧化皮的设备。

1950年，维尔贝莱特（Wheelabrator）公司在马里诺尼（Marinoni）生产的抛丸设备用于钢材涂装前处理，即钢材表面除锈与清理（图 10）。

1951年，维尔贝莱特（Wheelabrator）成为全球最大的抛喷清理设备和金属磨料制造商，为市场带来了众多创新之举。

1952年，欧文公司（ERVIN）创立Amasteel品牌铸钢磨料，成为后来北美地区的铸钢丸、铸钢砂金属磨料的最大生产商。

1954年，美国维尔贝莱特设备公司（American Wheelabrator&Equipment Company）更名为维尔贝莱特集团（Wheelabrator Corporation）。

The Origin and Development History(1870-1954)of Shot Blasting Cleaning Technology

LIU RuWei,ZHANG LaiBin,WANG RuiGuo,SONG QingAn,WU ChenMin
（Shandong KaiTai Shot Blasting Machinery Co.Ltd.,Zhouping 256217,Shandong China）

The development history of shot blasting cleaning technology has been introduced with the important character Benjamin Chew Tighman in this field,relative inveention and milestone.

Shot blasting cleaning;Sand-blasting cleaning;History

TG246;

A；

1006－9658（2012）03－0001-3

2011－12－13

2011－171

刘如伟（1962-），男，全国标准化委员会SAC/TC186/SC3抛丸喷丸分技术委员会副秘书长、SAC/TC5/SC6涂漆前金属表面处理及涂漆工艺分技术委员会副秘书长