张敬勋 朱志勇 张万泉

摘 要：利用DOE进行了金属件抛丸工艺实验设计，研究了钢丸直径和抛丸时间对橡胶垫粘结强度的影响。结果表明，橡胶与金属件粘结强度的大小与钢丸直径呈负相关、与抛丸时间呈正相关，其中抛丸时间的影响比较大，钢丸直径的影响比较小。实验表明，当钢丸直径为0.5mm、抛丸时间为17min时，其粘结强度为7.97MPa，与拟合值相差很小。

关键词：橡胶垫;金属件;抛丸工艺;粘结强度

在机车悬挂系统中，橡胶垫是非常重要的减震元件。橡胶与金属件的粘结作用决定了橡胶垫的使用寿命。在实际生产中发现，抛丸工艺对金属件表面的粗糙度影响比较大[1-2]，进而影响与橡胶的粘结强度[3]，因此，探究抛丸工艺对橡胶垫粘结强度的影响，是十分必要的。为了实验的科学性，采用DOE进行实验设计[4]，探究抛丸工艺的影响，更好地指导实际生产。

1 实验部分

1.1 原料与设备

主要原料：金属件，粘结剂，橡胶，均为自制

主要设备：抛丸机，Q3730，青岛华盛泰抛丸机械有限公司

万能实验机，TH-8201S，苏州拓博机械设备有限公司

1.2 试样制备与测试

用粘结剂将抛丸处理的金属件与橡胶材料粘结在一起，经硫化后制得实验样品。粘结强度参照GB/T13936-92测定。

1.3 抛丸工艺实验设计

1.3.1 工艺参数分析与选择

金属件和橡胶的粘结强度是橡胶垫的重要性能之一，经过长期的数据积累发现，金属件的表面状况对其粘结强度影响比较大，而抛丸过程是影响金属件的表面粗糙度的主要因素。因此，将抛丸过程的抛丸时间和钢丸直径作为研究对象，采用响应曲面法探究二者与粘结强度的关系。

1.3.2 工艺参数水平的确定

1.4 实驗设计

利用minitab软件，进行抛丸工艺实验设计，方案见表2。

2 结果与讨论

按照表2的实验方案进行实验，实验结果见表3。

2.1 模型表达式

以粘结强度为响应值，以抛丸时间和钢丸直径为因子，经拟合后的图形表达式为：

Y= 2.51+0.40887X1+1.537X2-0.00278X1*X1-0.952X2*X2-0.145X1*X2（1）

式中：X1为抛丸时间;X2为钢丸直径。

经过分析，式（1）中各项的显著性p值均为0，表明各项对结果影响明显，模型没有失拟现象，说明该回归模型是有效的。

2.2 曲面图

图1为粘结强度与抛丸时间、钢丸直径的关系曲面图。

从图1中可以看出，随着钢丸直径的减小和抛丸时间的延长，金属件与橡胶的粘结强度逐渐在增大，同时，在图片的左上角处出现粘结强度的最大值。我们期望粘结强度达到7MPa以上，因此，需要较小的钢丸直径和较长的抛丸时间。该结论有利于优化抛丸工艺。

结合该模型的柏拉图和表达式（1）可知，抛丸工艺中抛丸时间对粘结强度的影响比较大，钢丸直径对粘结强度的影响次之。这是因为粘结强度与金属表面粗糙度有关，而抛丸工艺使金属件表面结构发生变化[1-2]，较长的抛丸时间使金属件表面粗糙度和硬度增大。钢丸直径的变化，改变的是钢丸与金属件接触面积，从而改变金属件表面的粗糙度。二者相比，钢丸直径对金属表面粗糙度的影响较小。

2.3 实验优化及验证

为了得到更加优化的抛丸工艺，使用优化器进行优化设计，优化结果为当抛丸时间为17min，钢丸直径为0.5mm时，其粘结强度达到最大值7.95MPa。经实验验证，粘结强度实验值为7.97MPa，与拟合值相差0.02MPa，相差在0.30%以内，说明该模型有效。

3 结论

本文研究了抛丸时间和钢丸直径对金属件与橡胶粘结强度的影响，通过DOE实验设计，并以粘结强度为响应值进行了建模，实验结果表明了该模型的有效性。具体结论有：①粘结强度的大小与抛丸工艺有关，并随抛丸时间的延长、钢丸直径的减小，粘结强度呈上升趋势。其中抛丸时间的影响比较大，钢丸直径的影响较小;②经过优化，当抛丸时间为17min、钢丸直径为0.5mm时，其粘结强度最高;③经过验证，当抛丸时间为17min、钢丸直径为0.5mm时，粘结强度为7.97MPa，与预测值相差在0.03%以内。

参考文献：

[1]孟晓欧，吉泽升.抛丸处理对ADC12合金挤压铸件表面硬度及粗糙度的影响[J].特种铸造及有色合金，2017，37 （3）280-283.

[2]叶永生，肖文茂，刘志，等.抛丸工艺对SUS430热轧卷除鳞能力及粗糙度的影响[J].宝钢技术，2015（3）：30-34.

[3]李学民，王千士.橡胶与金属的粘结强度研究[J].广西轻工业，2007，10：21-22.

[4]何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人民大学出版社，2014.