張敬勛 朱志勇 張萬(wàn)泉

摘 要：利用DOE進(jìn)行了金屬件拋丸工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了鋼丸直徑和拋丸時(shí)間對(duì)橡膠墊粘結(jié)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，橡膠與金屬件粘結(jié)強(qiáng)度的大小與鋼丸直徑呈負(fù)相關(guān)、與拋丸時(shí)間呈正相關(guān)，其中拋丸時(shí)間的影響比較大，鋼丸直徑的影響比較小。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)鋼丸直徑為0.5mm、拋丸時(shí)間為17min時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度為7.97MPa，與擬合值相差很小。

關(guān)鍵詞：橡膠墊;金屬件;拋丸工藝;粘結(jié)強(qiáng)度

在機(jī)車懸掛系統(tǒng)中，橡膠墊是非常重要的減震元件。橡膠與金屬件的粘結(jié)作用決定了橡膠墊的使用壽命。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，拋丸工藝對(duì)金屬件表面的粗糙度影響比較大[1-2]，進(jìn)而影響與橡膠的粘結(jié)強(qiáng)度[3]，因此，探究拋丸工藝對(duì)橡膠墊粘結(jié)強(qiáng)度的影響，是十分必要的。為了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，采用DOE進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[4]，探究拋丸工藝的影響，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與設(shè)備

主要原料：金屬件，粘結(jié)劑，橡膠，均為自制

主要設(shè)備：拋丸機(jī)，Q3730，青島華盛泰拋丸機(jī)械有限公司

萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，TH-8201S，蘇州拓博機(jī)械設(shè)備有限公司

1.2 試樣制備與測(cè)試

用粘結(jié)劑將拋丸處理的金屬件與橡膠材料粘結(jié)在一起，經(jīng)硫化后制得實(shí)驗(yàn)樣品。粘結(jié)強(qiáng)度參照GB/T13936-92測(cè)定。

1.3 拋丸工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 工藝參數(shù)分析與選擇

金屬件和橡膠的粘結(jié)強(qiáng)度是橡膠墊的重要性能之一，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累發(fā)現(xiàn)，金屬件的表面狀況對(duì)其粘結(jié)強(qiáng)度影響比較大，而拋丸過(guò)程是影響金屬件的表面粗糙度的主要因素。因此，將拋丸過(guò)程的拋丸時(shí)間和鋼丸直徑作為研究對(duì)象，采用響應(yīng)曲面法探究二者與粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系。

1.3.2 工藝參數(shù)水平的確定

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用minitab軟件，進(jìn)行拋丸工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，方案見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與討論

按照表2的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.1 模型表達(dá)式

以粘結(jié)強(qiáng)度為響應(yīng)值，以拋丸時(shí)間和鋼丸直徑為因子，經(jīng)擬合后的圖形表達(dá)式為：

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

式中：X1為拋丸時(shí)間;X2為鋼丸直徑。

經(jīng)過(guò)分析，式（1）中各項(xiàng)的顯著性p值均為0，表明各項(xiàng)對(duì)結(jié)果影響明顯，模型沒(méi)有失擬現(xiàn)象，說(shuō)明該回歸模型是有效的。

2.2 曲面圖

圖1為粘結(jié)強(qiáng)度與拋丸時(shí)間、鋼丸直徑的關(guān)系曲面圖。

從圖1中可以看出，隨著鋼丸直徑的減小和拋丸時(shí)間的延長(zhǎng)，金屬件與橡膠的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸在增大，同時(shí)，在圖片的左上角處出現(xiàn)粘結(jié)強(qiáng)度的最大值。我們期望粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到7MPa以上，因此，需要較小的鋼丸直徑和較長(zhǎng)的拋丸時(shí)間。該結(jié)論有利于優(yōu)化拋丸工藝。

結(jié)合該模型的柏拉圖和表達(dá)式（1）可知，拋丸工藝中拋丸時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響比較大，鋼丸直徑對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響次之。這是因?yàn)檎辰Y(jié)強(qiáng)度與金屬表面粗糙度有關(guān)，而拋丸工藝使金屬件表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[1-2]，較長(zhǎng)的拋丸時(shí)間使金屬件表面粗糙度和硬度增大。鋼丸直徑的變化，改變的是鋼丸與金屬件接觸面積，從而改變金屬件表面的粗糙度。二者相比，鋼丸直徑對(duì)金屬表面粗糙度的影響較小。

2.3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化及驗(yàn)證

為了得到更加優(yōu)化的拋丸工藝，使用優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)果為當(dāng)拋丸時(shí)間為17min，鋼丸直徑為0.5mm時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最大值7.95MPa。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值為7.97MPa，與擬合值相差0.02MPa，相差在0.30%以內(nèi)，說(shuō)明該模型有效。

3 結(jié)論

本文研究了拋丸時(shí)間和鋼丸直徑對(duì)金屬件與橡膠粘結(jié)強(qiáng)度的影響，通過(guò)DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并以粘結(jié)強(qiáng)度為響應(yīng)值進(jìn)行了建模，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該模型的有效性。具體結(jié)論有：①粘結(jié)強(qiáng)度的大小與拋丸工藝有關(guān)，并隨拋丸時(shí)間的延長(zhǎng)、鋼丸直徑的減小，粘結(jié)強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。其中拋丸時(shí)間的影響比較大，鋼丸直徑的影響較小;②經(jīng)過(guò)優(yōu)化，當(dāng)拋丸時(shí)間為17min、鋼丸直徑為0.5mm時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度最高;③經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，當(dāng)拋丸時(shí)間為17min、鋼丸直徑為0.5mm時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度為7.97MPa，與預(yù)測(cè)值相差在0.03%以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟曉歐，吉澤升.拋丸處理對(duì)ADC12合金擠壓鑄件表面硬度及粗糙度的影響[J].特種鑄造及有色合金，2017，37 （3）280-283.

[2]葉永生，肖文茂，劉志，等.拋丸工藝對(duì)SUS430熱軋卷除鱗能力及粗糙度的影響[J].寶鋼技術(shù)，2015（3）：30-34.

[3]李學(xué)民，王千士.橡膠與金屬的粘結(jié)強(qiáng)度研究[J].廣西輕工業(yè)，2007，10：21-22.

[4]何楨.六西格瑪管理[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2014.