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抛丸器叶片-抛丸机耐磨件

文章出处:www.sdpaowanji.com人气:602发表时间:2019-03-01

  抛丸器叶片介绍:
  叶片按照形状可以分为以下几类:
(1)平面直叶片(即直叶片)。如图 3-1 所示:

图3-1 平面直叶片

图3-1 平面直叶片
(2)曲线(面)叶片,以左视顺时针方向为正方向,分为前曲叶片和后曲叶片两种。如图 3-2、3-3 所示:

图 3-2 前曲叶片

图 3-2 前曲叶片
图3-3 后曲叶片

图3-3 后曲叶片
(3)管状叶片。
(4)带一定倾角的倾斜叶片。
  在直径和转速都一定的前提下,平面直叶片、前曲叶片和后曲叶片的抛打效果和寿命都在居中位置,所以根据实际情况,当前工业生产上主要使用这三种抛丸器叶片进行抛丸清理[24]。

抛丸器叶片优化方案:
  直叶片抛丸器的缺点非常明显,就是弹丸刚进入叶片时“跳跃”现象严重,损失大量能量,抛射速度较低,无法满足生产需要,所以现在绝大多数企业已经不再使用。前曲叶片抛丸器可以使弹丸拥有更高的绝对抛射速度,降低了丸粒的“跳跃”程度,减少弹丸运动过程中的能量损耗,有效地提高了抛射效率。
  在前曲叶片上运动的弹丸,其受力和速度分析图如图 3-4 所示:
图3-4  前曲叶片弹丸受力和速度分析图

图3-4  前曲叶片弹丸受力和速度分析图
由牛顿第二定律:
在某一点的切线方向有公式:

由牛顿第二定律:

计算公式

  由上式可以看出,N≥0,所以在前曲叶片中,弹丸不会在叶片端部前提前飞出。
  在考虑摩擦力的情况下,结合大量实验研究可知,弹丸在叶片上运动如果只考虑滚动摩擦和滑动摩擦,弹丸的运动状态基本是相同的。 假设弹丸只做滑动,则有 Ff Nf= ,因此有:

计算公式

公式(3-1)到(3-10)中:m 为单个弹丸的质量;τaa 为弹丸绝对加速度在叶片切线方向的分量;naa 为弹丸绝对加速度在叶片法向方向的分量;ea 为弹丸的牵连加速度;ra 为弹丸的相对加速度;ca 为弹丸科氏加速度;av 为弹丸绝对速度;rv 为弹丸的相对速度;ev 为弹丸的牵连速度;tF 为切向分力;
nF 为法向分力;fF 为弹丸在叶片切向受到的摩擦力; N 为弹丸受到叶片的压力;bR 为叶片的内径; ρ 为弹丸位置回转半径; w 为弹丸相对质心的角速度;l 为叶片的曲率半径; f 为弹丸和叶片间摩擦因素。
  取Bρ=R (BR 为叶片外径)时,即可求得弹丸离开叶片时的绝对速度。

确定叶片结构曲率:
  当丸粒刚由定向套射出进入叶片上时,会有“跳跃”现象产生,造成大量能量损失,为了有效减少弹丸“跳跃”现象,且不会因为初始时期叶片与弹丸间相互作用时间过长而加剧叶片的磨损,将叶片靠近转动圆周圆心的一端设计为一段前曲结构。
  弹丸在叶片上不再发生“跳跃”现象时,弹丸将与叶片保持同等的角速度做圆周运动,且弹丸的牵引速度方向与叶片转动方向一致。在工业生产中,抛丸器壳体尺寸基本一致,其叶片沿转动圆周半径方向上的长度为 112mm 左右,常使用曲率半径为70mm 的前曲叶片和曲率半径为 212mm 的前曲叶片。

(1)由公式(3-6)、(3-9)和(3-10)计算可知:当曲率半径为 70mm,叶片承接住弹丸,使弹丸不再发生“跳跃”现象,即当弹丸与叶片保持同等的角速度做圆周运动时,其沿转动圆周半径方向长度至少为 25mm,又因为当长度相同时,曲率半径为 70mm 的前曲叶片比曲率半径为 212mm 的前曲叶片弧度大,更易承接住丸粒,减少“跳跃”现象,于是,方案一将叶片靠近转动圆周圆心的一端设计为一段曲率半径为 70mm,沿转动圆周半径方向长度为(25±0.5)mm 的曲面,曲面后相切一段长度为(87±0.5)mm 的平面,这样设计后的叶片沿转动圆周半径方向长度仍为(112±0.5)mm,其三维图如图 3-5 所示:

图3-5  曲-直叶片三维示意图

图3-5  曲-直叶片三维示意图
(2)结合公式(3-6)、(3-9)和(3-10),为尽量增大丸粒的抛射速度,但又不会因为曲面长度过长、曲率半径过大而加剧叶片的磨损,若要弹丸抛出时加速度达到曲率半径为 212mm 的前曲叶片抛射丸粒的弹丸加速度,其前曲段沿转动圆周半径方向长度至少为 57mm。因此方案二将叶片靠近转动圆周圆心的一端设计为一段长度为(55±0.5)mm 的平面,后相切于一段曲率半径为 212mm,沿转动圆周半径方向长度为(57±0.5)mm 的曲面,其三维图如图 3-6 所示:

图3-6  直-曲叶片三维示意图

图3-6  直-曲叶片三维示意图
(3)为了降低弹丸“跳跃”的程度,在起到较大加速弹丸的效果的同时,还可以尽量减少叶片的磨损,方案三将叶片靠近转动圆周圆心的一端设计为一段曲率半径为 70mm,沿转动圆周半径方向长度为(25±0.5)mm 的曲面,曲面后相切一段长度为(26±0.5mm)的平面,后相切于一段曲率半径为 212mm,沿转动圆周半径方向长度为(61±0.5)mm 的曲面,其三维图如图 3-7 所示:

计算公式

 

图3-7  曲-直-曲叶片三维示意图
方案三叶片(不含底座)二维尺寸图(单位 mm)如图 3-8 所示:
图3-8  曲-直-曲叶片二维示意图

图3-8  曲-直-曲叶片二维示意图
  以上三种方案均在不同程度上降低了抛丸过程中出现的问题,且三种方案叶片在转动圆周的半径方向上长度相同,不会增加抛丸器工作的范围,不需要修改抛丸器外壳的大小。
确定叶片铸造工艺:

  因为叶片是整个抛丸器机构中最关键的零部件,所以其铸造工艺的选择合适与否,直接影响了叶片的耐磨性和使用寿命。本研究选取耐高温覆膜砂精密铸造技术作为叶片的铸造工艺。
  覆膜砂是一种壳型精密铸造用造型材料,主要用于铸铁、铸钢、合金铸铁铸钢及有色金属铸件的生产工序。以前国内外各企业一般采用锆砂作为原砂加工成覆膜砂。
  但锆砂资源稀少,价格非常昂贵。为了降低覆膜砂的制造加工成本,目前一种新型石英砂材料被研究出来代替锆砂。这种新型石英砂基覆膜砂技术可以代替锆砂覆膜砂来生产各种材质的复杂精密铸件,其高温性能和铸造性能都可以达到工业生产需求,铸件的成品率和质量不低于锆砂覆膜砂。该覆膜砂经生产实际应用证明,其综合性能优于进口的高强度低膨胀覆膜砂,经济效益显著[25]。
(1)对抛丸过程中直叶片、后曲叶片和前曲叶片存在的问题进行了介绍,确定了前曲叶片的研究价值。
(2)对弹丸在前曲叶片上的受力和速度进行了分析,并确定了优化方案。
(3)针对抛丸过程中叶片出现的问题,设计出三种不同形状的前曲叶片方案,并利用 SolidWorks 绘制出三种方案叶片的三维图。
(4)综合考虑生产中的要求和叶片存在的问题,确定叶片的铸造工艺。