張進坡 （凱傲（濟南）叉車有限公司，山東濟南 271100）

0 引言

在市場競爭日益嚴峻的形勢下，為降低成本、提高盈利空間，作為成本投入大戶的涂裝工藝，選擇合理的工藝參數(shù)及涂裝體系，選用性價比高的輔料，降低企業(yè)運營成本已是大勢所趨。某主機廠因新投入拋丸機設備，進行了3種材質拋丸砂的壽命試驗，采集疲勞壽命數(shù)據(jù)，從而選擇出性價比高的拋丸砂，減少拋丸灰的產(chǎn)生，以達到降本增效的目的。下面對此作一介紹。

1 背景描述及研究方法解讀

因拋丸機設備剛剛投入生產(chǎn)，使用的是某廠0.8 mm的高碳拋丸砂，生產(chǎn)班組反饋拋丸灰產(chǎn)量較多，破碎率較高，除塵器有鋼丸析出，通過對拋丸灰產(chǎn)出量為期3個月生產(chǎn)日（2020.4.2～7.6）的統(tǒng)計，得知拋丸灰單日產(chǎn)出量0.72 t/d，見表1；對拋丸砂的消耗量也進行了為期3個月生產(chǎn)日（2020.4.2～7.6）的統(tǒng)計，得知拋丸砂單位面積使用量0.34 kg/m2，見表2。

表1 拋丸灰產(chǎn)出量統(tǒng)計Table 1 Statistics of shot blasting ash output

表2 拋丸砂消耗量統(tǒng)計＊Table 2 Statistics of shot blasting sand consumption

為選擇到性價比高的拋丸砂（損耗少、拋丸灰產(chǎn)生量少），經(jīng)與多職能部門溝通，共計收集4個廠家8個樣品，通過對其粒度、硬度、疲勞壽命、表觀密度、金相組織及化學元素含量等進行檢測，并作出綜合排名，從而擇優(yōu)選用。期間用到的檢測儀器有：拍擊式標準篩機，C-S元素分析儀，顯微維氏硬度計，Si、P、Mn元素分析儀，ERVIN 疲勞壽命試驗機，金相顯微鏡。

2 各樣品收集及編碼

因本次合金鋼丸收集不全，故著重對高低碳鋼丸進行全面性能對比。廠家以甲、乙、丙、丁表示，樣品以A、B、C表示，具體編碼見表3。

表3 編碼細則Table 3 Coding rules

樣品提供要求：

各個廠家提供的S280丸料，需至少500 g（須留存剩余丸料，便于后期批量供應時，質量對比檢測，必要時進行第三方檢測，確定樣品真實性），否則無法使用100 %替代法檢測。

3 各項目檢測及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

3.1 拋丸砂粒度檢測

檢測標準：SAE J444。

檢測工具：量筒、電子秤。

檢測方法：（1）取干燥樣品100 g；（2）用全目篩網(wǎng)篩選樣品，晃動5 min；（3）逐層主目數(shù)篩網(wǎng)依次收集稱重；（4）記錄各目數(shù)篩網(wǎng)質量ni；（5）計算目數(shù)百分比ni/100；（6）依據(jù)GB/T 18838.4—2008《丸料粒徑分布標準》判定樣品粒徑，相應的檢測結果見圖1。

圖1 各樣品粒度檢測結果Figure 1 Particle size test results of each sample

由圖1可知，C2樣品規(guī)格為1.0 mm，是鋼絲切斷，不是鑄鋼丸，其余樣品規(guī)格均為0.8 mm，但A2、A3、B2、B4樣品18#百分比超標，只有A1、A4、B1樣品符合國標要求。

3.2 含碳量、化學成分含量檢測

依據(jù)GB/T 18838.4—2008第3、第4部分標準[1-2]，利用C-S元素分析儀及Si、P、Mn元素分析儀，判定待測樣品高碳、低碳及其他各個元素含量范圍是否符合國標，相應的檢測結果見圖2。

由圖2可知，A1、A2為低碳，其余均為高碳，但B1、B2、B4樣品中Mn含量未達標，其余樣品的元素含量均符合國標要求。

圖2 各樣品化學成分含量檢測結果Figure 2 Test results of chemical composition content of each sample

3.3 表觀密度檢測

檢測標準：GB/T 19816.4—2005[3]或ISO11125—4：1993。

檢測工具：量筒、電子秤。

檢測方法：（1）取干燥樣品100 g；（2）用100 mL量筒量取50 mL蒸餾水；（3）將100 g樣品加入到量筒中；（4）靜置；（5）讀取葉片刻度數(shù)n；（6）按下式ρ=100/（n-50），g/cm3計算表觀密度，相應結果見表4。

表4 各樣品的表觀密度＊ Table 4 Apparent density of each sample g·cm-3

由表4可見，除B 1表觀密度數(shù)據(jù)未達標（≥7.2 g·cm-3），其余樣品表觀密度均符合國標要求。

3.4 維氏硬度檢測

檢測方法：取一定量樣品，將其鑲嵌成塊（見圖3），然后用打磨機將端面打磨光亮，觀察拋丸砂內部是否有結構缺陷，并用硬度機測量10次洛氏硬度數(shù)據(jù)，對照德國標準DIN 50150—2000[4]，將洛氏硬度轉化為維氏硬度，相應檢測結果見圖4。

圖3 各個樣品嵌塊Figure 3 Each sample block

圖4結果表明，各樣品的10個樣點硬度均值均在國標要求的范圍之內，但A2、A3、B2、B4部分樣點硬度存在兩極端情況，硬度不均勻，測量均值都滿足硬度要求范圍。

圖4 各個樣品的維氏硬度檢測結果Figure 4 Vickers hardness test results of each sample

A3、B2有少量空心拋丸砂，空心率滿足國標要求（≤5 %），其余均正常。

3.5金相組織檢測

3.4中嵌塊做完硬度檢測后，繼續(xù)打磨一下，用酸腐蝕，2 min后用金相顯微鏡觀察組織結構，結果見圖5。

圖5 嵌塊酸腐蝕后組織結構圖Figure 5 Microstructure of block after acid corrosion

由圖5可見，A1出現(xiàn)比較致密的馬氏體和貝氏體的復相組織，A2、A3出現(xiàn)板條狀馬氏體，其余樣品顯示均一的回火馬氏體或屈氏體，區(qū)別不大。

3.6 疲勞壽命檢測

檢測方法：100 %替代壽命值測試方法。

檢測工具：美國E R V IN疲勞壽命試驗機（25 r/min）、全目篩網(wǎng)、電子秤。

檢測步驟：（1）相同規(guī)格丸粒分別取樣100 g，用電子天平稱重；（2）將100 g樣品投入疲勞壽命試驗機內；（3）設定計數(shù)器每次500 圈，然后開啟機器。待機器運轉500 圈后，將剩余的鋼丸全部傾出；（4）剩余鋼丸經(jīng)過50#（0.3 mm）標準篩網(wǎng)篩選并將余量稱重，然后取同型號鋼丸補足100 g，再投入機器運行，直至總損失量≥100 g，停止試驗；（5）計算鋼丸的疲勞壽命值，相應計算結果見圖6。

圖6 各樣品的疲勞壽命數(shù)據(jù)Figure 6 Fatigue-life data of each sample

壽命值=總轉數(shù)-（設定圈數(shù)/最后一次損失量）×（總損失量-100）

從圖6可看出，A1疲勞壽命值最高，表明其耐磨程度較高，A3疲勞壽命值最低，反映在加料頻率增加上，其余樣品壽命值均在3 400～3 900 r上下，差別不大。

為測試各個樣品在相同轉數(shù)下的損耗程度，設置轉速3 000 r，待完成測試后，測量剩余丸料的質量占比，相應的檢測結果見圖7。

圖7 相同轉數(shù)下各樣品的損耗、剩余質量對比Figure 7 Comparison of the loss and remaining amount of each sample at the same rotation speed

從圖7可看出，相同轉數(shù)下，A1損耗量最少，A3損耗最多，其余樣品差別不大。

根據(jù)產(chǎn)品定價，核算各個樣品的損耗及殘余價值，相應結果見圖8。

圖8 各樣品相同轉數(shù)（3 000 r）下的損失價值、 剩余價值對比Figure 8 Comparison of loss value and surplus value of each sample at the same revolution（3 000 r）

通過圖8中累計損失總量、剩余價值（多者為好）的對比，得到8種樣品整體得分排名為（以實際含碳量區(qū)分高、低碳）：A1（低碳）＞A2（低碳）＞B4（高碳）＞B1（高碳）＞A4（高碳）＞B2（高碳）＞A3（高碳），這表明低碳拋丸砂整體性能要優(yōu)于高碳拋丸砂。各個樣品全部檢測項目的綜合排名得分見表5。

表5 各個樣品全部檢測項目綜合排名得分Table 5 Comprehensive ranking scores of all testing items of each sample

由表5可知：8種樣品整體得分排名為（以實際含碳量區(qū)分高、低碳）：A1（低碳）＞A4（高碳）＞A2（低碳）＞B1（高碳）＞B4（高碳）＞A3（高碳）＞B2（高碳）；8種樣品疲勞壽命得分排名為：A1（低碳）＞A2（低碳）＞B4（高碳）＞B1（高碳）＞A4（高碳）＞B2（高碳）＞A3（高碳），這表明低碳拋丸砂的整體性能要優(yōu)于高碳拋丸砂。

4 后續(xù)切換跟蹤

經(jīng)過多維度對比、排名，最終選擇A1樣品作為后期拋丸機用丸料，經(jīng)過3個月切換周期，將原某高碳產(chǎn)品全部替換為A1產(chǎn)品后，跟蹤生產(chǎn)穩(wěn)定周期3個月后，對拋丸灰產(chǎn)出量及拋丸砂單位消耗量進行統(tǒng)計，結果見表6、7。

表6 更換后拋丸灰產(chǎn)出量統(tǒng)計Table 6 Statistics of shot blasting ash output after replacement

由表1、表2、表6、表7對比可知，將高碳丸料切換為低碳丸料后，拋丸砂單位消耗量由0.3438 kg/m2降至0.1332 kg/m2，降幅61.25 %；拋丸灰產(chǎn)量由0.72 t/d降至0.576 t/d，降幅20 %，按照每年120 t拋丸砂需求計算，年節(jié)約40.425萬元，減少拋丸灰委外處理費用25.92萬元，二者合計年節(jié)約66.345萬元。

表7 更換后拋丸砂單位面積消耗量統(tǒng)計Table 7 Statistics of unit area consumption of shot blasting sand after replacement

5 結語

拋丸砂作為整個涂裝線最容易忽視的輔料，其材質、粒徑是影響工件清理質量等級、表面粗糙度數(shù)據(jù)的關鍵因素，作為日常消耗品的涂裝大戶，更需要對日常輔料做出相應的細節(jié)探討、對比，在保證企業(yè)產(chǎn)品優(yōu)良競爭力的條件下，為企業(yè)在低利潤空間競爭中取得優(yōu)勢，是每一個涂裝工藝從業(yè)者的職責所在。希望本次試驗結果能為同行業(yè)選擇性價比更高的拋丸砂提供數(shù)據(jù)參考。