镁合金表面喷丸处理

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作磨料，处理时间较长。所以如工艺参数控制良好，干式喷砂亦可达致大部分 湿式喷砂的效果，除非是一些特别工艺或效果。
拋丸的原理
拋丸是靠叶轮高速旋转，将在叶轮中心 的磨料，经过调流块(Regulator)及叶轮推动 器(Impeller)预加速，送入叶片区再将磨料高 速拋出，速度可超过 100m/s，由于拋丸覆盖 范围较大，所以不需利用气压，能源效益远 高于喷枪。叶轮是拋丸机的心脏，由电动马 达直接或间接驱动，每家叶轮生产商均有独 特的设计，主要分为单碟和双碟叶轮。
另外，叶轮在拋丸室的摆放位置亦很重要，如覆盖范围、与工件距离、工 件移动范围、受磨料二次反弹或其它叶轮的相互覆盖范围、保养更换的方便性 等。经验显示倾斜的叶轮对工件覆盖较好，而数个小功率叶轮较一个大功率叶 轮在运作时会较灵活和效果更佳。拋丸工艺损耗性很高，其中包括叶轮和内衬 钢板等会较易磨损，因此它们的寿命对生产工序很重要。高铬铸钢叶轮如使用 48HRC 硬度的钢砂，寿命约为 800 小时，钢丸则为 1500 小时。加硬了的叶轮 寿命可达 4000 小时。
在选择那种磨料最合适本身的生产工序，要先了解工件材料类别、工件原 始状态及最终要求、机器类型(如氧化铝不可用于拋丸机)和操作成本(包括机器 操作成本、磨料消耗量、处理时间等)，才能提高生产效率及减低成本。
镁合金件的表面喷砂清理
针对镁铸件表面喷砂，以下各点必须留意。在磨料选择方面，不可选择含 重金属如铁、镍、铜等的材料，建议选用铝丸、玻璃砂或陶瓷砂及氧化铝。喷 砂机或拋丸机两者均可采用，若选择喷砂拋丸机，机腔材料尽可能不要选用钢 板，而要选用聚安脂或橡胶内衬，可避免产生静电或火花。而机器最好是专用 于处理镁铸件，若可能要处理其它材料，最低限度要使用专用的吸尘管道的。 此外，吸尘设备必需是湿式系统。市面上有多种湿式集尘器，当中以文杜里式 (Venturi)效果最佳，它利用文杜里原理将气流加速，高速气流(相对速度达 40150m/s)和旋风式运动令空气和雾水充分混和，镁粉尘黏上雾水变重而堕下，可 过滤小于 0.1-0.4mm 之镁尘粒，尘料过滤效率(按德国过滤标准 DIN70)高达 99.9%。在德国，生产过程排出大气之尘粒标准要少于 20mg/m3，镁合金熔炼 产生之尘粒标准要少于 10mg/m3，而在人工打磨工位上更要少于 3mg/m3。
在各喷砂机类型中，最简单的是密封喷砂 室式的，操作人员可透过橡胶手套持着工件，脚踏喷枪开关，透过窗口观察喷 砂过程，这类喷枪常与叶轮拋丸共同使用，喷枪一般与工件距离 150-200mm， 处理直径范围约 30mm。其次，喷砂亦可分为干式和湿式的，例如真空吸回型 (Pressure Vacuum)是属于直接压力型和干式的，它直接吸回磨料，主要用于现 场维修工作。 而湿式喷流型(Wet pressure)是属于间接注射式的，它利用液体(水 或油性液体)与幼细磨料混合作喷砂步骤，能提供较细致的表面质感。但湿式喷 砂有不少缺点，如不适宜于黑色金属工件，因较易造成腐蚀，亦不可使用钢丸
喷砂工艺的好处
喷砂工艺可分为气压喷枪及叶轮拋丸两种，而喷砂工艺的优点在于它能够 除披峰、去除在压铸、冲压、火焰切割和锻压后的毛刺，对较薄工件及有毛孔 的毛刺效果更好，它可清理砂铸过程残余的砂粒、清理铸铁件或钢材的锈渍、 清理热处理、烧悍、热锻、辗压等热工序后的除氧化皮。另外，在涂层应用 上，它可把现有的涂料或保护层除去，在覆盖铸件上的缺陷如龟裂或冷纹，提 供光泽表面。再加上于表面应力上，它能提供一致性的粗化表面，上油及喷涂 效果，在高应力的金属件如弹簧和连接杆经局部被不断敲打，会产生变形并呈 现强化现象。此强化效果是需要使用圆形磨料如不金秀钢丸，在高能量的拋丸 机或专用强力喷砂机中使用。如要测定机器的表面强化效果，可把 Almen 测试 工件进行拋丸或喷砂处理，然后测出变形量是否符合要求。
悬挂式(Overhead Rail)
有些较大的工件表面需要较佳的覆盖处理， 工件之间亦不希望产生碰撞，悬挂式会是最好的 选择。工件挂在吊钩上，然后进入拋丸室，工件 便会自转和上下前后摇摆，此动作令工件表面喷 砂均匀。由于需要每件挂上及取下，而且每次的 处理量不大，因此生产率较低，若是大型铸件或 需要大产量的，可视乎需要设计较长的拋丸室， 以流水线方式生产。
气压喷枪的原理 喷枪的气压输入主要分直接压力缸(Direct
Pressure Vessel)及间接注射式(Pressure Injection)。直接压力缸将磨料放于压力罐，并 施以 6-7bar 大气压力，直接喷出磨料。它的好 处是压力大，缺点是当要添加压力罐内的磨料 时需要暂停操作。但如需要长时间连续喷砂而 不受间断，可使用双压力缸设计，使添加磨料 不必停止操作。而间接注射式则利用高速气流 吸入磨料，它的好处是添加磨料时不会干扰正 常生产，设备简单及投资小，因此最为普遍。
严格来说，集尘器并非拋丸机的主要组成部分，但在拋丸喷砂过程中所产 生的粉尘必须经过处理才可排出大气，因此每部喷砂拋丸机必须连接集尘器，
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此举亦保证车间环境不受污染。而用于喷砂拋丸的集尘器有干式(机械过滤)及 湿式系统两种。选择规格视乎所需的空气流量，差压和粉尘种类等。
干式集尘系统利用合成纤维材料对含尘空气作多重过滤，过滤盒必须定期 更换或清洗，对容易发生爆炸燃烧的粉尘如铝粉，当积聚太多会产生危险，必 须有防爆保护，包括防静电过滤盒，火花保护抽气扇，及 压力过高时磨料粉尘管道可即卸出厂外。而湿式集尘系统 是比较安全，不同型号的湿式集尘器其效率各有不同，主 要分为 Scrubbing Tower，Jet Scrubber，Cyclone Scrubber 和 Venturi Scrubber，规格差别在于可分离的尘粒大小，尘 粒过滤的效率，用水量和差压要求等。相对来说，干式集 尘系统较湿式的设计成本较低和除尘效率较高。
令磨料可循环使用。这里所介绍的气流重力分离器(Gravity Air Flow Separator)，首先是把含粉尘的磨料经过一个多段的分离活动拍，形成帘形后堕 下并穿过流向集尘器的干净气流，气流将粉尘吹进粉尘收集室，把最细小的粉 尘吸进集尘器接管，气流量可透过调节阀控制吹走粉尘颗粒，穿过气流堕下的 磨料再穿过筛隔回流到叶轮。
磨料选择
磨料的选择对工件表面效果有决定性的影响。磨料可分为固体或流体(如干 冰、水、油溶液)，而固体磨料可分为金属(黑色与有色金属类)与非金属(矿物与 有机合成类)，常用的包括： 高碳铸铁丸(Chill Cast Iron Grain)－属于高硬度材料，硬度约 60-68HRC，呈丸 状及砂砾状，直径约为 0.05-2.0mm，主要用于高强度要求的表面清理如去锈、 氧化皮和除涂层等。 低碳钢丸(Cast Steel Shot)－硬度约 55HRC，呈丸状及砂砾状，直径大约 0.052.8mm，它适中的硬度及损耗率，使其应用范围最广。 镍铬不锈钢丸(Rust & Acid Resistant Steel Shot)－主要是丸状，直径约 0.081.2mm，适用于高质量之有色轻金属铸件(除镁合金外)、重金属、贵金属及有色 重金属，能提供均匀及光泽的表面，提高工件抗酸及防锈性能。 锌、铝切丝丸－属于圆柱型的，因制造是从拉伸后再切成丝形，所以材质结构 较稳定，使用一段时间后会变圆，主要用于清理铝、镁、锌合金铸件。 銅铜－砂可用于清理铜铸件，或作电子零件除毛刺用。 氧化铝(Corundum)－因磨损性高的关系，使损耗率亦高。只适合表面粗化或作 喷涂前处理，而由于损耗性太强，只会用于气压喷枪。 陶瓷/玻璃砂(Ceramic/glass)－有丸状及砂砾状，直径约为 0.03-0.6mm，它可提 高工件的抗酸及防锈性能，而陶瓷多用于拋丸而玻璃砂多用于喷枪。 蜜胺/尼龙(Melamine/nylon)－主要用于电子产品，因需要严格控制清理力度。
市场现时有各类型的拋丸机，选购时需要视乎本身的 生产量、投资操作成本、地方空间、自动化程度、与前后 工序的连接性、工件形状大小和工件要求精密性等。而机 器设有可调校的参数大致上是叶轮转速、输送带速度及清 理时间，本文会就几个主要拋丸机种类进行介绍。
履帶式(Tumble Belt)
履带式是目前最普遍的拋丸机，它的 L 型循环履 带转动，把工件带动升起并翻滚，而履带上的孔洞 让磨料流回收集区。橡胶履带适用于中小型工件， 钢带则较适用于较大和重、或锐角的工件。要达致 最佳的覆盖效果，工件总体积约为拋丸室体积的 30-40%，如需要自动化，可配上自动倒料器批量倒 入拋丸室及震动运输带把完成工件自动卸出送走。
拋丸机种类及结构
拋丸机由叶轮部分(Blade Wheel)、拋丸室结构 (Blasting Chamber)、控制系统、磨料输送装置(Blasting Media Conveying)、磨料回收(Media Recovery)、及集尘器 (Dust Separator)组成。
拋丸室内衬为耐磨高锰钢，它是其中一个重要但又易 磨损的工件；防护门的封边 橡胶必需耐用及密封性好， 并装有安全控制，以防止粉 尘外泄。磨料输来自百度文库装置是将 拋丸室内的磨料及尘屑，通 过底部的漏斗形状收集，并 输送至磨料回收区。最常见 的有横卧式螺杆(Blasting Media Screw)，将底部 收集的磨料粉尘输送，然后倒入立式运输带吊桶 (Bucket Elevator)内，再升上粉尘分离器上部。磨 料回收部分(或粉尘分离器)是把已混合的磨料及 粉屑(包括破碎和变小的磨料及工件粉屑)分离，
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转台式(Rotary Table)
主要针对品种较多、产量小和不可碰伤的工件。
滚轴或网带通过式(Roller or Wire Mesh Conveyor)
适合长型或大面积的工件如板材、异型材和工字铁等。叶轮可放置于工件 的上下面同时拋丸，进口及出口室设有多重橡胶帘保护，出口室会根据工件形 状，清除附在工件上的磨料。
磨料規格
一般的情况下，砂砾规格是由一定尺寸范围的颗粒组成，在中位数的磨料砂砾 会占大多数，但当中亦含有少量较大或较小的颗粒，由于磨料在拋丸过程中损 耗，部分会经过回收再用而部份会过滤筛出，导致颗粒比例改变，所以要令喷 砂效果保持稳定，就要定时添加新磨料。如果添料时间相隔太长，磨料便明显 变小，令表面效果降低，延长清理时间。
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耗电量亦相对较低，此设计特别适用在去锈皮、锈渍、处理大型工件或用于工 件表面强化。
磨料耗用量
对于喷砂工艺，成本考虑是非常重要。磨料高速从叶轮拋出并击在工件表面， 磨料动能迅速转化，令磨料变形压缩，或产生内应力导至断裂。圆颗粒会破 开，砂砾会呈菱角形脱落，断裂之小块会被筛出，留下颗粒会变得较圆。而撞 击亦会强化磨料，令使用过的磨料硬度比新料高，不同生产商的磨料消耗率亦 有所不同，总括来说，高硬度的磨料、工件和高拋出速度会导致较高的磨料消 耗量。
每片叶轮可装上 4 至 8 块叶片。单碟叶 轮较轻及设计成弧形叶片；双碟式叶轮较 重，但较易装卸叶片及准确控制拋出磨料。 叶片的形状有直身或弧形设计，直身叶片设 计简单，可独立装卸，虽然这种叶片设计可清理的范围(见下文)较小和拋出速 度较低，但由于成本低，因此较为普遍。弧形叶片较难装卸和成本较高，但可 清理的范围较大及拋出速度较高。
拋丸范围(Hot Spot)
从叶轮 拋出的磨料 覆盖范围是 呈椭圆形 的，由于扩 散关系，令 有效清理范 围(Hot Spot) 较小，叶轮/ 工件距离和 撞击工件速 度对有效范 围有不同程度的影响。Rosler 的双涡流叶轮设计可令磨料有效地经过推动器预 加速，叶片的弧形设计令磨料流畅地拋出，速度超过 100m/s，有效扩大清理范 围，由于磨料较易流动，磨料之间的磨擦损耗较少，从而减低磨料的消耗量，
连续履带式(Through Feed Tumble Belt)
它的原理与履带式的一样，特点是适用于流水线生产方式，整个工作信道 分为进料区、拋丸区与出料区，工件由运输带送入进料区，而拋丸区顶部装有 两个叶轮，工件在倾斜的信道上翻滚并向出料区推进，推进速度或工件清理时 间由履带转动速度控制。大型或精密的工件若又不希望互相踫撞，可把工件逐 一放入，而在一般的情况下，铸件可大批送入进口信道。
镁合金件表面喷砂清理
喷砂(Sand Blasting)处理在金属表面的应用是 非常普遍的，原理只是将加速的磨料颗粒向金属 表面撞击，而达至除金秀、去毛刺、去氧化层或 作表面预处理等，它能改变金属表面的光洁度和 应力状态。而一些影响喷砂技术的参数是需要留 意的，如磨料种类、磨料粒度、喷射距离、喷射 角度和速度等。除了喷砂处理外，拋丸处理亦是 其中的一个很好选择，本文将会为大家介绍此两 项金属表面处理技术和在镁合金件的应用，希望 令读者有进一步的了解。