车体抛丸除锈试验探究

王 静,杨振祥,郭振兴（中南大学交通运输工程学院,长沙 410072）



车体抛丸除锈试验探究

王 静,杨振祥,郭振兴
（中南大学交通运输工程学院,长沙 410072）

摘 要：文章基于目前车体抛丸除锈生产线只能依靠工人经验选取影响参数的问题，以除锈质量为评价指标，对C70型敞车车体下侧面进行抛丸除锈试验探究。通过试验分析，提出在丸料中混合一定比例钢丝切丸的丸料选择方案，确定3mm/min的牵引速度，并给出以放慢牵引速度的途径来提高除锈质量的思路。

关键词：抛丸除锈；丸料；牵引速度

在车辆维修段站，车体表面的除锈处理是首先要完成的工艺流程。目前除锈工艺主要有喷砂除锈[1]、抛丸除锈、超高压纯水射流除锈[2]和高压水喷丸除锈[3]等。抛丸除锈以其优良的除锈性能、较高的丸料再生回收利用率和低维修费用的优点在铁路车辆维修站段得到广泛应用。相关研究与生产实践表明抛丸除锈质量的优劣与很多参数相关。艾菊兰通过试验得到钢丸粒度越大、抛丸速度越高，铸件表面粗糙度就越高。杨青林等采用有限元方法，以残余应力为评价指标仿真研究了抛丸过程中钢丸直径、速度、碰撞角度等对除锈质量的影响。唐和平在客车车体抛丸除锈质量的控制中指出除锈不彻底、车体表面除锈后存在变形的问题，并给出相应的控制措施。上述研究对生产现场起到一定的指导作用，但针对生产线上如何选取良好的参数，多数工厂仍处于经验选取阶段。

本文以除锈质量为评价指标，设计完成车体抛丸除锈试验研究，分析丸料种类、车体牵引速度对抛丸质量的影响。

1 试验装置与方案设计

试验在某车体通过式抛丸生产线抛丸除锈室进行，车体由牵扯卷扬机牵引以恒定速度通过抛丸室，分布在抛丸室的抛丸器将一定速度的丸料送出，不断击打处于抛打区的车体。针对固定的生产线、同种车型的车体，抛丸器的数目和位置固定，抛丸角度随之固定。因此，试验不考虑抛丸角度，主要从丸料种类、车体牵引速度对抛丸质量的影响考虑。C70型敞车是铁路货运中使用较普遍的车型，仅车辆中部承载能力就达到39t，下侧门作为重要组成部分，其耐腐蚀性、封闭性是敞车运行的关键。试验选择对此部件进行除锈质量评定，图1为车体下侧门试验前表面情况。

图1　车体下侧门试验前表面情况

2 试验结果与分析

2.1 丸料对抛丸除锈质量的影响

抛丸除锈时牵车速度很低（3m/min，即50mm/s），为便于讨论丸料种类对抛丸质量的影响，试验时忽略车辆行进速度。采用不同规格的丸料均匀投放于布置相同的抛丸器内，通过每次抛打时间为40秒，人工均匀投放抛丸25kg的参数进行抛丸作业，所用丸料试样如图2所示。

图3是采用四种不同丸料试验抛丸试验后的车体下侧面表面质量图。如图3（a）所示，采用φ1.5mm钢丝切丸，抛打后，车体表面较为清晰、干净，各种污垢、锈蚀层等均被清理干净，但仍然存在少量片状、条状的杂质。对照GB/T8923-2011，判定清洁等级为Sa2.5；如图3（b）所示，采用φ1.7mm铸钢丸抛打，车体表面大部分的锈蚀层、涂料和各种杂质被清除，但少量的金属层暗斑仍然清晰可见，且其与基体结合紧密，清洁等级为Sa2；如图3（c）所示，采用φ2.0mm铸钢丸抛打，车体表面基本不存在油污、松动的锈蚀层、涂料和其他杂质，但仍然残留有锈蚀层、金属暗斑等，清洁等级为Sa1；如图3（d）所示，采用φ1.5mm钢丝切丸与φ1.7mm铸钢丸3:1的混合抛丸试验，清洁等级为Sa2，车体表面与（b）相比，质量稍好。

综合比较以上4组试验，采用φ1.5mm钢丝切丸的下侧门除锈质量最好，φ1.5mm钢丝切丸与φ1.7mm铸钢丸3:1混合次之，纯铸钢丸除锈质量明显比前两种方式要差，而采用φ1.7mm铸钢丸比φ2.0mm铸钢丸的质量要好。

图2　不同种类的丸料试样

图3　不同丸料试样抛丸试验后下侧门表面图

2.2 牵引速度对抛丸除锈质量的影响

车体牵引速度是影响车体表面除锈效果的重要参数，牵引速度过慢，车体表面被彻底清理之后，仍然持续击打，部分区域会出现变形、击穿现象；而速度过快，除锈质量随之变差，也会造成丸料的浪费以及抛丸器等设备的损耗。因此，合理选择车体牵引速度有重要意义。试验中选择一定份量的丸料进行试验，丸料为φ1.5mm钢丝切丸与φ1.7mm铸钢丸3:1比例的混合物，车体牵引速度分别为6、3、2m/ min，如图4所示。

图4　车体牵引速度抛丸试验后下侧门表面图

如图4（a）所示，在6m/min牵引速度下，经过抛丸抛打后，除锈的直观效果很差，车体表面较为松动涂层、氧化皮、杂质等被清理了，但呈现出大量的金属暗斑，且与基体结合紧密，清理等级为Sa1；在3m/min牵引速度下，如图4（b）所示，除锈的直观效果较好，车体表面呈现的银灰色较为暗淡，各种污垢、锈蚀层和杂质基本被清理干净，清理等级为Sa2.5；如图4（c）所示，在2m/min牵引速度下，车体表面呈现出一致银灰色，各种污垢、锈蚀层和杂质清理彻底，清理等级为Sa3。

综合以上3组试验，在丸料一定时，牵扯速度越慢，除锈质量越好，且牵引速度对除锈质量影响明显。采用中速3m/min时，除锈质量达到Sa2.5级，接近Sa3级。

3 结论

通过生产现场生产的数据采集与试验结果的比较，研究得出如下结论：

（1）丸料选择方面，φ1.5mm钢丝切丸除锈的质量最佳，是由于切丸的棱角锋利，“剪切”锈层的能力较强。然而，较尖的棱角会对抛丸器的叶片造成一定损伤，当钢丝切丸循环使用2、3次后，这些棱角不断被磨去，而除锈效果依然很好。通过多次改进后，现场根据车体的表面质量，以一定的比例将钢丝切丸与铸钢丸混合，与传统地单独使用铸钢丸相比，除锈质量效果明显提高。

（2）牵引速度方面，低速除锈效果较佳，但低速除锈丸料使用量大，生产效率降低，车体较薄区域会出现稍许变形。综合考虑，工厂目前使用3m/min的中速牵引速度较佳，对于锈层较为严重的车体，可采用2m/min的慢速牵引速度。

（3）除锈质量与很多参数有关，针对固定生产线，工厂使用时考虑的是如何在保证除锈质量情况下，提高生产效率。钢丝切丸的使用在一定程度上损坏了抛丸器，整体上拉低了生产效率、加大了维修费用。根据上述试验结果分析，牵引速度对除锈质量影响更大，为此目前工厂更多地选用放慢牵引速度来保证除锈质量。

参考文献：

[1]王守仁,王瑞国.抛（喷）丸清理工艺与设备[M].北京:机械工业出版社,2012:1-2

[2]任启乐,郭宏彬,庞雷等.大直径旋转磨料水射流除鳞除锈技术研究[J].流体机械,2012(12):11-14.

[3]戴敏,张风友,任嗥.高压水射流喷砂技术的除漆应用[J].清洗世界,2006,22(12):15-17.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.005