何龙
杭州金固环保设备科技有限公司，浙江省杭州市 311400
摘要：CVT无级变速传动滑轮和滑轮轴表面抛丸清理后，发现部分工件表面残留少量水痕。在喷丸前采取提高工件表面质量、修改工艺参数、更换工装、更换弹丸等措施后，状态有所改善，但无法完全解决。延长抛丸时间可以去除表面水印，但生产速度不能满足要求。最后通过更换甩头电机解决。
关键词:抛丸清理；残留水印；原因分析；过程验证
目前，吊钩抛丸清理技术是最常用的经济可靠的表面处理方法。本文采用抛丸清理的方法对无级变速器无级变速传动皮带轮和皮带轮轴表面进行了清理。
1产品状态和喷丸要求
抛丸用产品是无级变速器的主动带轮、从动带轮和带轮轴。工件材料为20CrMoH钢(GB/T5216—2014)，工件硬度为58~64HRC。在机器上运行之前，已经渗碳、淬火和回火，少量淬火油残留在皮带轮轴的中心孔中。
抛丸后要求:表面洁净，颜色均匀，无损伤，无油点、水迹和水垢，中心孔无钢丸残留，抛丸表面覆盖率≥98%。
2设备的主要特征
1)吊钩回转和旋转装置是具有两个工位的摩擦盘式装置180°旋转，带三点停止功能，最大起重量100kg/钩。
2)抛丸机的装载区是开放的，其中一个工位可以在进行抛丸时手动装卸工件。
3)抛丸室采用高耐磨硬质防护:抛丸直接抛丸部位采用高锰钢耐磨护板(SMn80)和铸造Cr15，内侧采用耐磨橡胶护板，可有效防止抛丸磨损室壳。
4)结构紧凑，密封性能好，运行噪音低，适合大批量生产。
3设备问题描述
工件经抛丸清理后，被动带轮内腔外壁和锥面无锈蚀和水印，但上层悬挂的3~4个工件的液压缸壁底侧有1~4个浅色水印；此外，通过灯光检查，在一些活动带轮大端的深孔中发现了水痕。将喷丸时间延长到1800s可以去除水印，但延长喷丸时间后，制作节奏无法满足原设定要求。
目前，客户对产品表面质量的要求越来越严格，肉眼可见的外观质量缺陷会被剔除，给客户留下不良印象，可能会影响产品的配套份额，必须认真对待，妥善解决。
4水印产生的原因分析
影响抛丸清理表面质量的因素很多。从喷丸前工件表面质量、工艺参数、工装和喷丸机本身等因素分析了影响喷丸工件表面质量的可能原因，并提出了对策，进行了工艺试验验证。
4.1喷丸前工件的表面质量
(1)喷丸前工件生锈。经过观察分析，工件库存时间过长，空气湿度大，使工件生锈。
为了改善工件的腐蚀状况，除了严格控制生产计划，尽可能缩短库存时间外，还对库存工件进行了防锈和包装屏蔽处理。
(2)喷丸前，银灰色基体表面呈现不规则的黄色斑点。经观察，黄点主要出现在回火后，可能是清洗液残留造成的。淬火后的清洗程序为:排油→脱脂(包括浸泡+喷涂)→清洗(喷涂)→高温干燥。由于过程中只有一个清洗过程，很容易将脱脂液混入清洗槽，导致清洗槽污染。被污染的清洗槽液可能会在工件干燥前产生水印。
为了测试清洗剂浓度对工件表面黄色斑点的影响，我们采用2.5%、2.0%和1.5%不同清洗剂浓度的清洗液进行实验验证，发现改变浓度并不能消除黄色斑点。用甲醇洗验证，可以明显消除黄斑，如图6所示。由于生产线上没有地方增加清洗站，为了尽可能消除脱脂清洗液对工件表面的影响，建议增加清洗后的水吹工序，更换清洗剂型号，选择无残留清洗剂，消除这种表面质量隐患。
(3)回火后，工件表面残留油污，喷丸难以去除。
经分析，由于回火炉排气管与炉顶垂直，拆管后发现接口处残留油污。当油污直接流回回火炉时，经风扇搅拌后落到工件表面，形成油污。
改进措施:改造原有管道，在管道底部增加收排油装置，避免油污染进入回火炉。
4.2工艺参数对抛丸清理表面质量的影响分析
工艺参数包括钢丸材料、直径、速度、流速、抛掷角度、距离、时间和覆盖率等。这些参数中任何一个的变化都会不同程度地影响爆破清理效果。工装上挂着工件。根据正常的加工条件，通过调整钢丸的流量、硬度和尺寸，不同的抛掷角度和次数，调整工件的位置、方位和数量，进行工艺试验。通过比较不同工况下工件清洗效果的差异，找出合格抛丸清理所需的参数和时间，为进一步提出整改方案和提高工件表面质量提供依据。
根据试验机的现场验证，研究后重新确定工艺条件:主动、从动滑轮轴由9/挂改为15/挂，主动、从动滑轮由20/挂改为28/挂，钢丸由φ0.6mm改为φ0.8mm，硬度由45~52HRC提高到58~63HRC，重新工艺验证合格清洗时间为1266
5缩短生产时间的对策
更换工装和各种工艺参数后，生产节拍内表面质量没有明显改善。由于设备的限制，电流和抛丸流量不能调高。如果喷丸时间延长，生产节奏达不到设定的要求。所以经过分析研究，决定对设备进行改造。
1)用两台7.5kW的抛丸器电机替换两台
对于11kW电机，更换两个变频器、皮带轮、电器部件等配件，可以将抛丸清理时间缩短到节拍要求。
2)根据钢丸在工具吊架表面的撞击痕迹，重新制作抛丸试验板，验证钢丸的有效抛丸面积。
3)减小吊架的直径，调整轴悬挂的倾斜角度，零件安装时开口朝外，使射出的钢丸能撞击内腔和锥面。
4)主动带轮和从动带轮的工件数由28个/挂改成24件/挂，每层减少一件，以免工件相互堵塞，影响喷砂清理效果。主动滑轮轴和从动滑轮轴的工装由15/挂在三楼改为16/挂在四楼。
6最终过程验证结果
设备改造后，再次优化了抛角、频率、电流等工艺参数，对4种工件进行了约1000件的小批量工艺验证。用主动带轮轴喷丸525s后，工件表面无锈迹或水印，但部分工件大端深孔仍有少量痕迹。反方向喷丸120s后，痕迹基本去除，但单件节拍为40.3s/件，超过了35s/件的设定要求。考虑到四种工件一套，每套工件总节拍时间为140s，一套工件实际生产时间为116.875s，总节拍时间在要求范围内。
7结束语
抛丸工艺验证是一个重要的过程。在不同的工艺参数、喷丸强度和覆盖率下取样，以确定哪种因素组合可以获得更好的表面质量。一般抛丸电流直接反映抛丸量，调整时会调整上下抛丸器的电流值一致。但实际上，下抛丸器向上抛丸，在相同载荷下，抛丸量小于上抛丸器，所以为了使上下工件的表面质量更加一致，我们初步调整了下抛丸器的电流值，使其比上抛丸器大5%左右。在实际工艺验证中，发现工件上表面的水印比下表面的水印更难去除。因此，将上喷丸器的电流值调整为比下喷丸器大10%左右，使上下工件的表面质量趋于一致。
在工艺验证过程中，发现通过调整工装和工艺参数，将电流和抛丸流量调整到最大，工件的表面质量和节拍都没有达到要求。最后对设备进行了改造，更换了功率更大的电机。工艺验证表明，该设备能够满足产品质量和节拍要求，解决了喷丸后工件表面残留水印的问题。
参考文献：
[1]云中煌，丁洁琼，李东风，等．抛丸处理对Ａ５０８３铝合金焊接接头疲劳性能的影响［Ｊ］．焊接工艺，２０１４，４４（３）：８９－９２．
[2]吴寿喜，王德志，卢军，等．中国抛喷丸技术与装备现状分析［Ｊ］．中国铸造装备与技术，２００９（６）：６－１０．
[3]ＣＡＴＯＴＢ．锻造车轮的预应力抛丸处理［Ｊ］．国外机车车辆工艺，１９８１，５（１）：３４－３８．
[4]阎学成．浅谈对铝压铸件表面的抛丸清理［Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００１（Ｓ１）：５８－６２．
[5]WANG RZ,RUJL.Overall evaluation of the effect of residual stress induced by shot peening in the improvement of fatigue fracture resistance for metal materials[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering,2015(2):417-418.