陳昌中 王成根 譚德強(qiáng) 范召卿

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

熱水器搪瓷水箱實際生產(chǎn)過程，先將瓷釉涂覆在內(nèi)膽基材表面，然后經(jīng)過高溫?zé)墒蛊淙廴?，最后通過冷卻使金屬和玻璃質(zhì)無機(jī)材料兩種性質(zhì)不同的材料結(jié)合成為一個整體，使各自的缺點(diǎn)得到很好的補(bǔ)償，優(yōu)點(diǎn)得到很好的體現(xiàn)[1]，最終成為搪瓷鋼。這種搪瓷鋼材料可以承受（-60～+450）℃的溫度變化范圍，并且能夠承受甚至高達(dá)200 ℃的溫度驟變[2]，具有抗酸堿、耐腐蝕、無毒的特性，深受消費(fèi)者喜愛。內(nèi)膽流搪前需對噴砂預(yù)處理，將磨料高速噴射到工件表面，由于磨料對內(nèi)膽內(nèi)表面的沖擊和切削作用，使工件表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度[3]，即在鋼板基材表面形成大量的微坑，增大了基材與涂層的附著力，從而提高涂層的使用壽命。噴砂工藝的最主要評價標(biāo)準(zhǔn)是噴砂后所得到的粗糙度，良好的粗糙度即可以提升涂層的附著力[4]。目前，某公司搪瓷水箱內(nèi)膽噴砂一次合格偏低，通過觀察測量，內(nèi)膽噴砂粗糙度測量值Rz一直徘徊在20 μm左右，達(dá)不到噴砂工藝所要求的質(zhì)量等級和表面粗糙度要求（噴砂粗糙度測值Rz控制在25～35 μm之間），嚴(yán)重制約著搪瓷水箱內(nèi)膽的產(chǎn)能，增加了車間內(nèi)部產(chǎn)品返修成本和制造成本，該問題亟待解決。

本文以搪瓷水箱內(nèi)膽作為研究對象，選擇影響噴砂效果的三個關(guān)鍵因子（空氣壓力、噴砂入射角、磨料直徑）實驗驗證，從而找到適合搪瓷鋼板噴砂的最佳工藝參數(shù)，大幅度提升搪瓷內(nèi)膽的噴砂表面粗糙度，達(dá)到提高、穩(wěn)定搪瓷內(nèi)膽噴砂一次合格率的目的。

1 實驗部分

1.1 試驗材料設(shè)備

本試驗采用壓縮空氣作為動力的噴砂機(jī)，隨機(jī)配有氣壓測量表，能對噴砂過程中的空氣壓力進(jìn)行實時測量，棕剛玉磨料的添加量為 3～5 kg，輸入空氣壓力0.3～1.0 MPa。為保證實驗時噴槍與工件間的相對位置，噴槍需要夾具夾持。實驗中可根據(jù)入射角的需要，選用不同夾角β的噴槍夾具。

1.2 試驗材料

搪瓷鋼板材料為BRT330R，尺寸為 100 mm×100 mm，力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度400～520 MPa，屈服強(qiáng)度 330 MPa，伸長率≥22 %，見表1。

表1 BRT330R材料的化學(xué)成分

試驗用棕剛玉磨料的主要化學(xué)成分為Al2O3，另含有少量的TiO2、SiO2、Fe2O3，磨料粒徑尺寸為0.2～0.6 mm。

1.3 試驗方法

通過前期對噴砂過程進(jìn)行FMEA分析，選擇RPN值高于60的三個關(guān)鍵因子，空氣壓力、噴砂入射角（即噴嘴與工件水平面間的角度）、磨料直徑（即砂粒直徑）進(jìn)行實驗驗證。根據(jù)歷史經(jīng)驗，空氣壓力、噴砂入射角、磨料直徑之間可能會有交互作用，因此，特設(shè)計3因子2水平實驗，結(jié)合噴砂工藝?yán)碚?、搪瓷水箱噴砂工藝文件及小批驗證，各因子水平選取如表2。

表2 3因子2水平實驗取值

通過不同水平的噴砂工藝對噴砂表面粗糙度影響分析，各個試驗設(shè)計水平均可滿足搪瓷鋼板表面粗糙度的要求，繼續(xù)安排3因子、2水平部分因子試驗和4次中心點(diǎn)實驗，共12次實驗，實驗結(jié)果見表3。

表3 3因子2水平實驗數(shù)據(jù)

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣壓力、噴砂入射角、砂粒直徑對噴砂表面粗糙度的影響結(jié)果

模型判斷及因子效應(yīng)分析：實驗結(jié)果ANOVA表，如表 4、5、6。

表4 噴砂表面粗糙度的估計效應(yīng)和系數(shù)（已編碼單位）

表5 噴砂表面粗糙度的方差分析（已編碼單位）

表6 噴砂表面粗糙度的估計系數(shù)（使用未編碼單位的數(shù)據(jù)）

擬合因子：噴砂表面粗糙度與空氣壓力，噴砂入射角，砂粒直徑。

1）分析結(jié)果

主效應(yīng)項P=0.008＜0.05，表明要拒絕原假設(shè)，說明回歸總效果是顯著的。

失擬項P=0.306＞0.05，無法拒絕原假設(shè)，可以認(rèn)為回歸并無失擬現(xiàn)象。

彎曲項P=0.654＞0.05，表明無法拒絕原假設(shè)，說明本模型并沒有彎曲現(xiàn)象。

總體效果評價：R-Sq = 96.77 %，R-Sq（調(diào)整）=91.58 %，兩者間差距較大，說明模型還有改進(jìn)的余地。

3個主效應(yīng)中空氣壓力（因子A），噴砂入射角（因子B），砂粒直徑（因子C）均是顯著的，三個交互效應(yīng)項空氣壓力*噴砂入射角、空氣壓力*砂粒直徑和噴砂入射角*砂粒直徑均不顯著。

通過上表中，同時可以得出原始變量的回歸系數(shù)。

為了能更直觀的看到各項效應(yīng)的顯著性，運(yùn)用正態(tài)效應(yīng)圖、Pareto效應(yīng)圖進(jìn)行分析。

從圖1、圖2可以更直觀的看出，空氣壓力（因子A），噴砂入射角（因子B），砂粒直徑（因子C）對表面粗糙度的效應(yīng)是均是顯著的?？諝鈮毫Γㄒ蜃覣），噴砂入射角（因子B）對表面粗糙度具有正效應(yīng)。

2）確認(rèn)主效應(yīng)及交互效應(yīng)的顯著性

從圖3中可以看出，空氣壓力（因子A），噴砂入射角（因子B），砂粒直徑（因子C）三者回歸線較陡，故主效應(yīng)影響確實顯著。如果僅僅處于使噴砂表面粗糙度達(dá)到最大，空氣壓力（因子A）越大越好，噴砂入射角（因子B）在80 °左右較好，砂粒直徑（因子C）在0.2 mm越好。

針對以上的分析，我們選擇最佳的參數(shù)組合，即將空氣壓力選擇在0.7 Mpa，噴砂入射角選定80 °，砂粒直徑選擇0.2 mm，驗證了13天水箱生產(chǎn)，其內(nèi)膽表面粗糙度測量結(jié)果如表7所示。

表7 表面噴砂粗糙度測量結(jié)果表（單位: μm）

經(jīng)過以上參數(shù)調(diào)整對策實施后，我們通過統(tǒng)計近2周的搪瓷內(nèi)膽的噴砂表面粗糙度，發(fā)現(xiàn)測量值已從原來的20 μm提高到29 μm左右，達(dá)到并超過了我們預(yù)定的目標(biāo)。同時，也大大提升了水箱內(nèi)膽搪瓷質(zhì)量，提升了搪瓷內(nèi)膽整體的使用壽命。

3 結(jié)果與討論

通過DOE試驗方法研究空氣壓力、噴砂入射角、砂粒粒徑等關(guān)鍵工藝參數(shù)對搪瓷鋼板表面粗糙度的影響，并得到以下結(jié)論：

1）隨著空氣壓力的增大，噴槍內(nèi)部的空氣流量會增加，當(dāng)噴嘴內(nèi)徑不變時，經(jīng)噴嘴噴出的磨料粒子獲得的總動量越大，加大對鋼板的沖擊力，從而使鋼板表面產(chǎn)生的粗糙度越大。

2）隨著噴砂入射角α的增大，磨粒對鋼板試件的正面沖擊力會增大，使得噴砂后形成的表面微坑變深，表面粗糙度變大；

3）砂粒的直徑越大，其質(zhì)量越大，在其它試驗條件相同的情況下，隨著砂粒直徑的增大，對鋼板的沖擊力變小，形成的粗糙度Rz逐漸降低；

4）結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀以及生產(chǎn)經(jīng)驗，找出影響噴砂效果的主要關(guān)鍵因子，通過DOE設(shè)計試驗方案，借助Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，最終得出噴砂關(guān)鍵工藝因素的最佳參數(shù)值：空氣壓力0.7 Mpa，噴砂入射角80 °，砂粒（即磨料）直徑0.2 mm。