凯发国际首页 汽車緊固件拋丸黑色磷化滾浸自動線的工藝改進

〔摘要〕介紹了一條原酸洗＋高溫錳系黑色磷化自動線改為拋丸＋浸黑磷化的工藝改進與應用效果和經驗。拋丸取代酸洗，從根本上治理了酸洗給周邊環境和生產場所帶來的不良影響，浸黑磷化取代高溫猛系磷化，為穩定生產和提高磷化質量，提供有效措施，且具有明顯節能效果。本文由 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理

〔關鍵詞〕汽車緊固件；拋丸；浸黑；磷化；環保；工藝改進案。

１問題提出

某汽配件機械廠原使用一條汽車緊固件滾浸磷化龍門式自動線（線上酸洗＋高溫錳系磷化），運行一行的情況下，再將拋丸除誘代替酸洗除銹，經反復試用，較終獲得工藝改進的良好結果，使拋丸黑色磷化達到較理想的工藝水平，解決了工廠生產燃眉之急和后顧之憂問題（酸洗除銹畢竟不是長久之計），為磷化生產找到一條環保型可行途徑。年左右，發現原Ｔ藝設計存在幾個問題：①由于使用大量鹽酸（該線每月消耗鹽酸約３噸左右），酸洗除熱處理氧化皮時，酸霧氣體太大，十分嗆人，操作困難（雖然線上設置抽風系統，風量１５０００ｍ３／ｈ，抽酸霧效果甚微。）②線上機械配件，電氣元件和電機等設備受腐蝕氣體侵蝕嚴重，因電器短路造成電機燒壞，程控失靈等現象，設備（如槽液沉渣高位凈化裝置，脫脂油物分離器等）停運，停產檢修、換件，耽誤生產，且增加了設備維修費用。③降低高強度合金鋼機械性能如一先選用浸黑磷化代替高溫錳系磷化，在試用可行的情況下，再將拋丸除銹代替酸洗除銹。

３０Ｃｒ，４０Ｃｒ緊固件等，因吸氫產生氫脆（磷化后未去

２拋丸

筆者于幾年前提出汽車緊固件拋丸磷化工藝，并極力在工業生產中推廣應用，目前進人到大規模工業應用階段。

２．１機理與作用

拋丸是通過履帶清理室完成除銹過程。在清理室門關閉狀態下，彈丸（鑄鋼丸＋鑄鋼砂）以一定的線速度呈扇形均勻的打擊基材表面（履帶轉速為３．６轉／ｍｉｎ，未變頻），工件被履帶飛旋轉帶動，從而達到除去銹物和氧化皮的目的。氫），增加工件使用斷裂的危險性。④高溫錳系磷化存在諸多弊端（如能耗高，槽液穩定性差，磷化膜產生掛灰嚴重，粗糙等缺陷）。目前除工件性能有特殊要求外，一般很少應用，基本上用其他黑色磷化代替高溫錳系磷化。鋼材表面受彈丸沖擊作用，晶粒細化，增大強度（約提高疲勞強度８０％）和抗腐蝕能力（約１倍）。

２．２拋丸清理機

針對上述問題，某廠采用分步法的工藝改進方機器由拋丸清理室，拋丸器，丸砂提升分離機構、

除塵系統、電器控制系統等組成。緊固件拋丸清理機可選用ＱＰＬｌ０００Ａ型（清理室尺寸為ｑ）６００ｍｍ×８００ｍｍ，裝載重２００ｋｇ）、Ｑ３２６ｃ型（裝載量１５０ｋｇ）等。



２．３拋丸規范

２．３．１彈丸材料

（１）彈丸分類與作用

彈丸分為鑄鋼砂、鑄鋼丸、不銹鋼丸等。鑄鋼砂起除去氧化皮作用；鑄鋼丸起細化作用，不銹鋼丸起細化作用（耐腐性好）。

緊固件可選用Ｓ１１０／ＳＳ０．３（目數２５～３０，粒經０．３ｍｍ）鑄鋼丸；Ｇ４０／ＳＧ０．７（目數５０，粒徑０．７ｍｍ）

鑄鋼砂和Ｇ５０／ＳＧ０．４（目數８０，粒徑０．４ｒｎｍ）鑄鋼砂兩種。其中鑄鋼丸的型號越小，粒徑越細；鑄鋼砂型號越大，粒徑越細。當彈丸速率固定時，大彈丸所擁有的動能較大，用于打擊除去大的雜質；小彈丸所擁有的動能較小，用于除去小的雜質，以獲得滿意的表面清潔度。如果使用的彈丸過大，雖然除雜質效果好，但得到表面質量反而不好（粗糙度過高）；反之，彈丸過小，清除雜質效果不好。因此，選擇所需的彈丸尺寸等級很重要（視拋丸基材表面的雜質狀況而定）。除此外，彈丸材料的質量優劣既影響拋丸效果，又與消耗量有關（質量優的耐用消耗小；反之，消耗多，成本高）。遇到某些表面加工精度高的汽配件（工件有精磨面）時，不允許使用鑄鋼丸鋼砂等，只能選用不銹鋼丸。

（２）彈丸混合比

為了獲得滿意的拋丸質量和提高拋丸效率，通常需要使用兩種以上彈丸材料按一定比例混合使用，達到除銹和細化基材表面的雙重效果。緊固件拋丸可

使用的幾種彈丸混合比如下：

①（鑄鋼丸Ｓ１１０／ＳＳ０．３）：（鑄鋼砂Ｇ４０／ＳＧ０．７）：（鑄鋼砂Ｇ５０／ＳＧ０．５）＝２：２：１（質量比）。

②（鑄鋼丸Ｓ１１０／ＳＳ０．３）：（鑄鋼砂Ｇ４０／ＳＧ０．７）：（鑄鋼砂Ｇ５０／ＳＧ０．５）＝１：１：１（質量比）。

③（鑄鋼丸Ｓ１１０／ＳＳ０．３）：（鑄鋼砂Ｇ５０／ＳＧ０．５）：＝１：１（質量比）。

④（鑄鋼丸Ｓ１１０／ＳＳ０．３）：（鑄鋼砂Ｇ５０／ＳＧ０．５）：ｍ（還銹鋼丸）＝４：５：１（質量比）。

緊固件廠家究竟采用何種彈丸混合比為宜，需通過生產試驗確定。

２．３．２拋丸時間

一般拋丸時間較長，拋丸質量越好，磷化質量越優。但時間過長也不好。原因①可能造成螺紋牙，磨損過度。②增加生產成本。根據螺栓，螺帽的磷化質量要求不同，通常螺栓拋丸時間為２０～４０ｍｉｎ（以拋凈銹物為準）；螺帽拋丸１５—２０ｍｉｎ。為了縮短拋丸時間，有的線外酸洗再拋丸（酸洗會帶來污染）。

２．４拋丸后處理

（１）防銹

為防止拋丸件在轉運和待加工期間內返銹（如順牙過程），拋丸件應防銹處理（水基防銹液或煤油加少量防銹油）。

（２）順牙

為了保證螺栓與螺帽裝配性好，拋丸螺栓除小件和防松螺栓外，必須順牙，順牙后及時轉入磷化工序。

２．５操作程序與機器維護

２．５．１

程序

（１）在拋丸清理室內加入規定量的混合彈丸（７５～１２５ｋｇ）。

（２）將規定室的工件裝入清理室內（油污嚴重的工件預除油），關閉清理室門。裝載前約１５０～２００ｋｇ（按機器規定量）。

（３）依次按下除塵，拋丸，提升，滾筒等按鈕，此時拋丸機運轉。觀察工作電流是否正常，若工作電流＜１２Ａ，表明彈丸量不足，立即補加彈丸使電流達到１２～１５Ａ范圍為止。事先設定拋丸時間，預定時間一到，自動停機。

（４）卸件。停機后稍等片刻，打開清理門，按下滾筒反轉開并，自動卸件。

２．５．２維護

（１）如在工作時發現有強動或噪音，應立即停機，檢查。

（２）機器運轉期內，應該檢查拋丸器易損件的磨損情況（包括分丸輪、定向套、葉片、端護板、側護板、預護板等）。當磨損至原厚度１／５時更換。并要檢查履帶使用過程中的張緊狀況。

（３）定期清除積塵箱中落人的塵埃。


２．６拋丸故障處理

（１）拋丸量下降，拋丸時間長

①彈丸不足，補加彈丸。②彈丸過小，更換合適彈丸。③彈丸流量小，調節電磁閥門，增大彈丸流量，若彈丸循環不足，應加入彈丸。④輸丸管堵塞，清理堵塞場。⑤拋丸器故障，修理拋丸器。

（２）工作表面清潔度不一致

①履帶松動，拉緊履帶。②驅動滾筒不轉，修理驅動減速機。③工件太多，減少裝載量。３浸黑

３．１作用

經過前處理的工件（鐵基材）或磷化件浸入浸黑液中至規定時間內，工件表面形成一層均勻疏松黑膜，作為后處理的底層，繼而組成黑色復合磷化膜（簡稱浸黑磷化）。復合磷化膜構成為Ｆｅ／黑膜／磷化膜或Ｆｅ／磷化膜／黑膜／磷化膜，后種復合腹的耐蝕性更好。至于浸黑反應機理不詳，有待探討。
黑色磷化膜質量完全依靠浸黑膜均勻完整和磷化膜覆蓋徹底（固化）。３．２條件

（１）浸黑劑

浸黑劑可市售或自配（由引黑金屬元素、無機酸、重金屬鹽、促進劑等組成），不同類型浸黑劑質量有差異，選擇使用方便、成膜快、溶液穩定、耗量少、成本低等浸黑劑至關重要。通過生產試用驗證。

（２）質量濃度

浸黑液可以按濃縮比配制，工作液ｐＨ＝０．５～１。根據浸黑效果（速度快慢和黑度深淺），酌量調整溶液。把握調整方法，溶液穩定，使用壽命延長（定期清渣即可，無需換槽）。如９００Ｌ浸黑液，日處理量約５ｔ左右，日補加浸黑劑６Ｌ。

（３）時間

時間不能太短或過長。太短則膜太薄；過長則膜太厚，控制２～３ｍｉｎ為宜。為了方便掌握滾桶內工件浸黑程度，可在滾桶外系上相同工件，等滾桶出槽后，可觀察到掛件浸黑程度。

４磷化

４．１工藝流程

裝筒一預脫脂（連續滾動６ｒａｉｎ，２圈／ｍｉｎ，８０ｃＣ）＿脫脂（同前）一水洗１（連續滾動１ｍｉｎ，２圈／ｒａｉｎ）一預處理（連續滾動６ｒａｉｎ，２圈／ｍｉｎ）一水洗２（同水洗１）＿÷浸黑（間斷滾動２ｍｉｎ，２圈／ｍｉｎ，人槽浸１５ｓ一滾４５ｓ＿浸１５ｓ一滾４５ｓ，常溫）－÷水洗３（同水洗１）＿÷表調（連續滾動１ｒａｉｎ，２圈／ｍｉｎ）＿磷化（間斷滾動１２ｍｉｎ，２圈／ｒａｉｎ，人槽浸９０ｓ＿滾６０ｓ＿浸１２０ｓ＿÷滾６０ｓ＿÷浸至出槽，７５。Ｃ）＿÷水洗４（同水洗１）＿熱水洗５（同水洗１，８０℃）一油封（浸漬１ｍｉｎ，８０％）＿÷卸件－÷空滾桶除油（浸脫脂液２ｒａｉｎ，８０ｃＣ）＿÷返回裝桶工序（該線有６個滾桶往返周轉）

４．２工藝因素

（１）滾桶裝載量

滾桶裝載工件約２００ｋｇ（有孑Ｌ眼六角形不銹鋼滾桶長７４０ｍｍ），即滾桶裝滿工件壓實，可減少工件之間的摩擦，避免后繼的浸黑膜、磷化膜被劃傷。

（２）滾桶滾動方式

考慮到浸黑膜的疏松易脫落性和磷化反應的沉積性，規定浸黑和磷化的滾動方式，宜間斷滾動（特別是工件人槽片刻不能滾動，有利化學反應順利進行），過度滾動有可能導致浸黑膜和磷化膜出現缺陷（露底、擦傷等）。轉速須慢（２圈／ｍｉｎ）。

（３）預處理

預處理起到活化拋丸表面作用，為浸黑處理提供良好的基面，有利于成膜。按槽液日處理量，每Ｅｌ補加預處理劑４Ｌ。

（４）表調

表調成為磷化不可缺少的工序，它起到加快成膜速度、細化結晶、縮短磷化時間等諸多作用。同樣，浸黑膜磷化前也需耍表調，否則，磷化膜較粗糙。

工作條件：膠體鈦表調液ｐＨ＝８．５～９．５。每日補加０．５ｋｇ表調劑。４天換一次槽。

（５）中溫鋅系磷化

①酸度。ＴＡ（總酸度）＝４０～６０點，ＴＡ（游離酸）＝０～３點。每日補加磷化劑２５ｋｇ（分二次加），調節酸度。每日上午和下午各補加一次水至工作面。

②時間。控制時間≥ｌＯｍｉｎ，時間過短，不能完全覆蓋且浸黑膜易脫色。

③除磷化沉渣。每日工作結束后，將磷化液泵人高位沉淀槽，次日上班前將凈化液泵回工作槽。

④拋丸件至磷化的間隔期。凡轉入磷化車間的拋丸順牙螺栓和攻絲螺帽，必須在２４ｈ內處理完，存放時間過長，易生銹。同時，攻絲的潤滑油易干涸，給脫脂帶來麻煩。

５改進工藝

５．１提高磷化前處理質量

除嚴格拋丸質量外，保證脫脂良好也十分重要。雖然拋丸表面干凈，但經過順牙處理后增加油污。另外，脫脂槽油污較重，其原因是①脫脂槽補料不足，脫脂效果差，工件殘留油污被帶入其他槽中。②未除去滾桶卸件后的殘留油污。因為滾桶表面油污靠懸空

自由滴入回收槽中，顯然２ｍｉｎ內油物很難滴凈。當空滾桶從卸件工序返回到裝桶工序的運行過程中，桶表面殘留油污繼續滴人其他槽中，成為常態污染源。上述原因造成的油物串槽污染現象嚴重，大大降低了槽液的清潔度，直接影響工件表面的除油質量，降低磷化效果。為此，采取如下措施：

（１）強化槽液管理

編制槽液管理規程。根據一班制日磷化量為５～６ｔ估算，規定每槽日補加藥劑量和更換周期，甚至規定了水槽的換水期。并保持脫脂槽的油水分離器的常規運轉，連續地除去脫脂液表面的飄浮油物，提高脫脂效果。

（２）排除油物的污染源

增加卸件滾桶的除油工序，將原來的油回槽改為脫脂槽，克服了滾桶殘油串槽現象。５．２優化磷化膜的防護性

（１）增加水基防銹作用
于原熱水洗槽５中加人適量無機防銹劑，磷化件經熱水洗后，可形成一層薄防銹膜，再油封即形成復合防銹層，防銹效果更好。

（２）更換防銹油

現用水基乳化油作油封處理（乳化油＋防銹油＋水），油膜薄不發黏，以滿足客戶要求，但該油膜的防銹性能略低于防銹油。建議將防銹油加煤油稀釋，既可減少油膜厚度，又能保持一定的防銹性能。

６應用效果

（１）磷化質量優良可靠，產品合格率高

１）外觀膜層黑色均勻，結晶細致，無掛灰。
２）性能

①結合力牢固，無脫落現象。

②耐蝕性尚好。耐中性鹽霧試驗４８ｈ。若更換優質防銹油，完全可以達到≥７２ｈ。筆者試驗浸黑磷化膜油封可達到ｌＯＯｈ。

（２）設備受損程度明顯減少，運行完好率提高因設備減輕酸氣腐蝕性，故障少，正常運行率高，使用壽命延長，維修費用降低。

（３）優化環保條件，促進環境保護大大減少了酸性廢水的排放量，避免了揮發性酸性氣體，降低了周邊環境的污染性，改善了車間空氣條件。

本工藝對拋丸浸黑磷化作了有益探索，并取得實質性的應用效果，為磷化行業提供借鑒經驗，具有現實指導意義。今后仍需要引進有磷廢水處理設備，達到無磷排放標準，進一步提升廢水治理水平。

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