抛丸清理机

定义

抛丸清理机指用抛丸器产生的髙速弹丸流冲击工件表面，从而去除粘砂、氧化皮、旧漆等附着物或改善表层性能的设备，在行业分类上属铸造机械与金属表面处理装备^[1]。其核心部件是抛丸器，机器还需配以封闭的抛丸室、弹丸循环输送与分离系统、除尘系统，以及承载和输送工件的机构^[2]。

它与以压缩空气推动磨料的喷丸(砂)设备在动力来源上不同:抛丸靠叶轮旋转产生的离心力加速弹丸，弹丸速度可达约50100米每秒，而喷丸方式下磨料速度一般在3050米每秒^[3]。口语中有些地区也把这类设备称为打砂机或喷砂机，但二者并非同一原理^[1]。

原理

抛丸器的叶轮体由两片圆盘铆合而成，上面安装多片叶片，叶轮体与位于中心的分丸轮同装在一根由电动机驱动的主轴上;罩壳内衬护板，外侧装有定向套与进丸管^[2]。工作时弹丸从进丸管进入，先由与叶片同步旋转的分丸轮赋以初速度，再经定向套的窗口飞出，落到高速旋转的叶片上被二次加速，最后抛向工件表面^[2]。

从力学角度看，弹丸离开叶片时的抛出速度由叶轮转速与叶片半径共同决定，近似满足 $v \approx \sqrt{2aR}$ 的加速关系，其中 $a$ 为弹丸沿叶片的加速度、$R$ 为叶轮半径;因此提高转速或增大叶轮直径都能增大冲击能量，但同时加大叶片磨损与功率消耗^[4]。弹丸在封闭室体内循环使用，经丸砂分离器去除碎丸与粉尘后重新供丸，粉尘则由除尘系统排出^[1]。

新机使用前需调整定向套窗口角度，使弹丸流尽可能落在工件表面，既保证清理效果，也减少对室体耐磨件的无效磨损^[2]。弹丸按材质分为铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等金属丸，以及钢砂、玻璃珠、陶瓷微粉等非金属磨料^[2]。

发展历程

20世纪30年代，美国的维尔贝莱特(Wheelabrator)公司制成世界上首台抛丸机，此前抛射磨料多依赖压缩空气装置，离心抛射方式免去了空压机、压力罐等设备^[3]。美国Pangborn公司则在1958年开始采用抛丸落砂设备，到1970年发展为可在同一设备上完成铸件落砂与表面清理^[5]。

中国的喷抛丸设备生产起步于20世纪50年代，最初主要仿制苏联技术;60年代初，青岛机械厂设计制造出Q3110滚筒式抛丸清理机，此后国内开始出现专业生产厂家，并逐步具备自行开发能力^[3]。至今适应不同工艺要求的喷抛丸设备已发展出上千种规格品种，应用范围也从铸造清理扩展到金属结构强化、表面加工与喷抛丸成形^[3]。

应用

抛丸清理机最早用于铸造业，清除铸钢件、铸铁件表面的粘砂与氧化皮;这类处理同时是质量检查前的准备工序，例如大型汽轮机机壳在无损探伤前须经抛喷丸清理，以保证探伤结果可靠^[1]。锻件与热处理件也需经抛丸去除加热产生的氧化鳞皮，以便减少刀具磨损并控制锻坯尺寸^[3]。

在冶金钢铁生产中，抛丸与酸洗同为去除钢铁表面鳞皮的手段;硅钢片、不锈钢薄板等冷轧带材在退火后需经抛丸或酸洗处理，以保证表面粗糙度与厚度精度^[1]。造船、汽车、机车车辆、桥梁与机械等行业则用这类设备对钢板、型材及结构件做除锈和涂装前预处理，借抛丸形成的粗糙度提高涂层附着力^[6]。

按承载工件的机构不同，设备可分为滚筒式、链板式、转台式、台车式、鼠笼式与吊挂式等:滚筒式和链板式适合不怕碰撞的中小型铸件，转台式、台车式与吊挂式多用于大中型铸件，抛丸室常装设多个抛丸器从不同方位抛射以提高效率与质量^[1]。钢板型材类设备则采用辊道通过式结构，可连续处理一定宽度与厚度的板材^[6]。

除清理之外，抛丸亦用于强化:高速弹丸反复冲击使工件表层发生塑性变形，引入残余压应力并改变表层组织，从而提高疲劳强度;航空、宇航、汽车与拖拉机的部分零部件即以此提高构件强度^[2]。模具、路面与管道等场景亦有相应的专用机型^[1]。

局限

抛丸清理的覆盖范围受工件位置与弹丸抛射方向的限制。早期设备的工件在抛丸室内相对弹丸流方向不能全方位调整，弹丸只能撞击工件部分表面，未被打到的部位得不到处理，清理不完全^[7]。

抛丸器叶片是主要易损件。传统直板形叶片在抛丸时磨损大、寿命短，机械效率偏低;部分设计因此改用曲线形叶片并配合工件自转、公转的吊挂结构，以改善覆盖与磨损问题^[7]。

设备运行还伴随噪声与粉尘，须依靠密封的室体、丸砂分离与除尘系统控制;定向套窗口位置若调整不当，弹丸会大量打在室体衬板上，反而加剧耐磨件损耗^[2]。此外，抛丸属于机械冲击式处理，对薄壁、易变形或不耐冲击的零件并不适用，这类工件通常改用喷丸等其他方式^[1]。

参见

• 抛丸 —— 本词条所依托的工艺，指以高速弹丸冲击工件表面的冷处理过程。

• 喷丸 —— 以压缩空气驱动磨料喷射的表面处理方式，与抛丸原理不同。

• 喷砂 —— 用砂粒等磨料喷射清理表面的工艺，常与抛丸并列讨论。

• 表面处理 —— 抛丸清理机所服务的工序大类。

• 铸造机械 —— 抛丸清理机常被归入的设备门类。

• 磨料 —— 钢丸、钢砂等弹丸材料，是抛丸作业的消耗介质。