探究金属材料在生产设备中的应用

刘彦博，李冰，黄海强

（珠海醇逸科技有限公司，广东 珠海519100）

1 引言

能源、材料和信息，这三者被统称为人类社会进步以及发展的三大支柱产业，其中研究应用最广，时间最长的就是金属材料。随着科学技术的不断发展，金属材料在现代化工业中得到了全面推广与应用，在金属材料的使用过程中，既要熟悉了解金属材料的机械性能及其他功能，也要考虑实际生产加工的可行性等问题。本公司通过研究金属材料的性能优势，利用科学技术将金属材料应用于产品之中，并尽可能地发挥其性能，以达到客户的产品视觉要求。

2 金属材料在工程生产中的应用

2.1 金属材料的性能

金属材料指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料，一般分为黑色金属和有色金属两种。黑色金属包括铁、铬、锰等，其中钢铁是基本的结构材料，称为“工业的骨骼”。随着科学技术的进步，各种新型化学材料和新型非金属材料的广泛应用，使钢铁的代用品不断增多，对钢铁的需求量相对下降。但迄今为止，钢铁在工业原材料构成中的主导地位还是难以取代的。一般来说，在金属材料的加工过程中，其结构组织会受到一定的影响而发生改变。因此，研究分析金属材料的特性，对利用金属材料进行加工具有至关重要的作用。

金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。

①机械性能。金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。②化学性能。金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重要作用。③物理性能。金属的物理性能主要包括密度（比重）、熔点、热膨胀性系数、磁性能等。④工艺性能。金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：切削加工性能；可锻性；可铸性；可焊性。

2.2 金属材料生产设备中的应用

2.2.1 喷砂机金属壳体的金属材料应用

根据生产产品的雕刻工序和工艺需求，配备喷砂机以提高生产效率，喷砂机金属壳体的选择尤为重要。根据壳体的金属材料硬度要求，壳体应具有一定的刚性及耐磨性，只有具备此性能，才能保障喷砂机在运行过程中，除了能够支撑各种传动装置，还能够对高速喷射的砂料具有耐冲击性。

如果因不了解金属材料的性能，选择不能满足生产工艺特点的壳体材质，可能会出现不同部位的钢板因受到砂料不一致的冲击力，造成钢板厚薄不一，壳体穿孔漏砂，各装置结构间出现位移等问题，最终导致设备异响、磨损严重，增加设备的报废率。因此，选择的金属材料壳体是性能优秀的T10A碳钢。T10A 碳钢是一种通用的低淬透性模具钢、高级工具钢，其优点是可塑性强、可加工性能优良，性价比较高，市场上货源供给充足,质量稳定。但是T10A 碳钢中含有碳的含量为0.1%，因而合金元素较少，所以回火抗力低，因而其承载能力较低。同时，它也因此具有淬火变形大、淬透性较差的缺点，如进行低碳低温淬火，可使其获得较高的耐磨性和强韧性，可预防和减少变形和开裂等现象。

2.2.2 喷砂机喷枪的金属材料应用

喷砂枪主要分为加压式砂枪和负压式喷砂枪，依生产工序故采用用的是负压式喷砂枪。负压式喷砂枪主要由喷砂枪腔体、枪嘴、进气管和进砂管组成。其原理是高速流动的气体经过腔体，形成负压，从进砂管吸入砂料后在腔体内混合，形成稳定的气砂混合体，再经枪嘴喷出。根据喷砂枪的特殊性要求，喷砂枪的腔体应具备耐磨性，枪嘴应具备耐用性。故生产所需喷砂枪的腔体及进气、进砂接口均采用优质的耐磨碳钢。

由于进气的压力处于0.05~0.7MP 之间调节，因此砂料的流动摩擦极易造成喷枪嘴的损坏，最常见的问题是由于砂料的频繁流动摩擦，导致喷砂嘴的口径变大，从而降低了喷砂的效率。为此，经过对诸多金属材料性能的不断分析研究，以及反复大量的实践，从碳化硼、合金钢、碳化钨、铁等金属材料中，优选出碳化硼，作为最耐用的喷砂嘴。

2.2.3 金属喷砂枪的金属材料应用

常用的喷砂枪由喷枪腔体与喷嘴组成，常规的喷砂嘴主要是用铸铁件、陶瓷件或合金件制成，其中以合金制件较为普遍。当采用由喷管与喷嘴组合的喷射方法时(如图1 所示)，因压缩空气的进入导致腔体的压力突然变大，气体会产生涡流从而导致喷砂效果的不理想，且对喷砂嘴的冲击损耗较大。为了优化气体及砂体混合后的喷射方式，因而采用由喷枪腔体与喷嘴组合的喷射方法，效果较之前的相比，结构更为合理，可以达到延长喷嘴使用寿命的目的。

经过改良后的喷枪工作原理(如图2)，在砂流恒定的条件下，喷枪内的气体压力逐渐增大，喷嘴采用由硬质合金制成的金属材料，喷枪和枪内胶衬无需经常更换，使用寿命也大为延长。

图2 中l 与d1和d2有关。d1为16～51mm，d2为6～16mm时，l 一般控制在100～200mm，喷嘴长度应控制在10～35mm为宜。喷管用喷砂耐压胶管，工作压力P≥1MPa，夹布层数为≥3 层。胶衬亦采用喷砂耐压胶，工作压力因与夹布层数和喷管相同，不同之处应根据喷枪内锥孔定制。因喷枪和喷管的配合为插入方式，胶衬外径原则上应稍小一些。外壳与喷管的配合尺寸以套紧为原则，外壳插入喷管部分的0≤d1≤0．05mm。当卸扣夹紧后，才能保证工作时喷枪出砂稳定且喷枪不会从喷管中脱出。

金属材料是材料工业发展的前提和先行者，它的发展在很大程度上决定着新兴产业的发展进程，即使对于传统的制造业，其技术的改进也需要结合金属材料来完成。

图1 改进前的喷枪原理图

图2 改良后的喷枪工作原理

3 结语

在生产加工过程中，分析并把握金属材料特殊性质，选择适合企业生产需要的特性材料，充分利用和发挥金属材料效能，促使其性能得到最大发挥，进而提高加工工艺，提升生产效率，对公司科技创新具有非常重要的作用。随着科学技术的不断发展，设备的不断提升，以及工艺手段的不断提高和完善，金属材料在产品生产制造中的应用将会有更多的领域和发展空间，因此，探究金属材料在生产设备中的应用也更具有深远意义。