李卫东

(天津中集物流装备有限公司 天津300457)

0 引 言

钢托盘是由金属管、板、网、棒等材料通过焊接加工而成的钢结构产品，可满足汽车、风电、医药、农业、建筑等领域的通用化和个性化应用需求。钢托盘传统加工工艺为：金属原材料经过剪、冲、锯、压等加工后进行零部件焊接，下线的黑活产品经过酸洗磷化处理后进行静电粉末涂装。在国家出台新的环保战略背景下，寻求一种环保、经济、高效的表面处理方法迫在眉睫。

1 抛丸工艺的提出

为研究切实可行的环保型钢托盘表面前处理工艺，我们围绕“酸洗磷化”做了大量的环保型工艺试验，但效果都不理想。受集装箱抛丸前处理工艺启发，拟将这种纯物理表面处理方式应用于钢托盘并提出钢托盘抛丸工艺。但由于托盘箱产品采用的大多为薄壁型原材料，产品的结构和尺寸多属非标，结构规格繁杂，抛丸工艺的应用需要根据行业特色进行个性化研究与配置。

2 抛丸机选择

2.1 抛丸机优缺点及适用性对比

抛丸机按工件承载体的结构不同，分为滚筒式、辊道式、悬链式、吊钩式、履带式、台车式、鼠笼式、转台式等。现结合上述各类抛丸机的性能特点和适用范围，对其在钢托盘产品上应用的适用性进行分析(表 1)。

表1 适用性分析Tab.1 Applicability analysis

通过对比可知，我司产品属于单体、中小体积和重量的钢结构件，悬链式、辊道式和吊钩式 3种类型抛丸机比较适合我司产品。

2.2 悬链式、辊道式和吊钩式抛丸机适用性对比

悬链式、辊道式和吊钩式抛丸机适用性及成本对比如表2所示。

表2 悬链式、辊道式和吊钩式抛丸机适用性及成本对比Tab.2 Applicability and cost comparison of catenary，roller and hook shot blasting machines

图1 运行成本对比图Fig.1 Operating cost comparison chart

运行成本数据，采自自行车车架抛丸和我司产品外协(尝试中)的数据，具体见图1。

人字轨吊钩式改善空间不大，但应用范围广，可对一些一体式或尺寸较大的产品进行前处理加工。悬链连续通过式改善空间较大，如：采用双抛丸室体，提高抛丸速度等能提高效率；改进室体结构，抛丸钢砂耗量会有一定程度的下降；使用平衡吊等设备能够进一步改善，实现少人化，降低费用。辊道式因适用产品大小的局限性和维修成本高，被剔除备选项。综上，确定采用悬链通过式抛丸机与人字轨抛丸机相结合的加工方式。从成本角度考虑，需估算设备运行所需电能和钢丸的支出。

3 抛丸器电机的选择

3.1 总抛丸量计算

根据我司的产品结构特点，抛丸器配置数量单侧3×2台，双面 12台(悬链通过式)；按面积计算的生产效率在200～600m2/h。质量要求：钢结构表面出现金属光泽，表面粗糙度符合国家标准规定GB 8923—1988，Sa2.5级(level)。

按所需清理工件表面积计算总丸量的公式：

式中：GF为按工件表面积计算的每小时清理用总丸量(kg/h)；Q 为按面积计算的最大生产率(m2/h)，我司取 480m2/h；gf为清理每平方米工件表面积所需弹丸量(kg/m2)，按表 3选取中间值 130；η为考虑工件装卸和运输时间的工作时间利用系数，取值范围0.5～0.85，单件小批量生产取较小值，大批量生产取较大值，我司多品种小批量，取η＝0.5。则：

表3 清理效率选用Tab.3 Selection of cleaning efficiency

3.2 每台抛丸器的抛丸量计算

式中：ga为每个抛丸器的平均抛丸量(kg/min)；GF为清理工件用的总抛丸量(kg/h)；n为抛丸器数量。则：

3.3 抛丸器功率的近似计算

式中：N为抛丸器所述电动机功率(kW)；Q 为抛丸量(kg/min)；n为抛丸器叶轮转速(r/min)；D 为抛丸器叶片旋转圆外径(m)；C为修正系数，取 1.3～1.4的中间值。则：

查通用电机型号，为保证清理效率和质量，抛丸器选配15kW电机。为节约电能安装独立变频器，以调节输出频率降低能耗。

4 钢丸选择

工件厚度大部分介于1.2～6mm之间，以热轧型材和管材为主。所以选择钢丸时，要充分考虑较厚的氧化皮、工件较易变形和钢丸的性价比，具体见表4—表6所示。

表4 丸径选用Tab.4 Pill diameter selection

表5 磨料的粒度与粗糙度关系Tab.5 Relationship between abrasive particle size and roughness

表6 钢丸材质的使用效果对比Tab.6 Contrast of use effect of steel pill material

综合考虑，我司钢托盘产品适合使用钢丝段，丸径规格0.8～1.0mm。

现在，两台设备均已投产，质量达标，成本和工效均超出预期，既为新形势下企业发展做出了贡献，也为行业的工艺变革探索了新思路。