1前言1.1选题背景随着机械制造业的飞速发展，而作为获得毛坯、半成品乃至成品的铸造也也正快速进入发展时期，而如何将铸件的表面清理变得快速、高效已成为中小型企业特别是小型企业的问题。

正因为如此，许多企业包括科研机构，都不断的在研究新方法、新工艺以满足铸造业对铸件、锻件及焊接件表面清理的要求。

但是现代工业上用的抛丸机存在2种缺陷:1.工件需要人工加入，生产效率低。

2.工件在抛丸室的位置相对于抛出弹丸的方向不能全方位调整，因此抛出的弹丸只撞击到工件的部分表面，撞击不到的部分就得不到处理，清理不完全。

而本文就是基于这种缺陷，为实现对铸件、锻件及焊接件的机械化、自动化清理而设计。

1.2研究现状抛丸清理技术的发展和其他行业一样，经历了从仿制到自行研发直至快速法展的漫长阶段。

中国的抛丸强化设备生产始于上世纪50年代，主要是仿前苏联技术。

如：3.4mX3.4m(Q365)台车式抛丸清理机等产品。

那个时期，对抛丸技术的认知是很肤浅的，不具备自行研发的能力。

进入七十年代，抛喷丸技术领域逐渐形成自行研发的能力。

如，1964年，青岛设计生产了一台Q31lO滚筒式抛丸清理机，标志着中国抛喷丸技术与装备从纯仿制到可自行开发和制造的转变，中国也开始有抛丸设备专业生产厂家。

八十年代之前，抛喷丸技术多应用与中、小型铸件清理。

八十年代后，随着改革开发和计划经济向市场经济转变，社会各个行业对抛丸清理工业的需求变得广泛与迫切。

多年来抛丸技术与装备日臻完善，各种形式的抛丸机不断涌现，性能不断提高，应用范围从单纯的铸造业的表面清理扩大到冶金矿山、机械制造、汽车拖拉机、兵器制造、轻纺机械、船舶车辆、航空宇航等不同行业，其工艺范围亦从铸锻件及焊接件的表面清理扩展到金属结构件的强化、表面加工、抛喷丸成形等不同的领域。

现阶段，抛丸清理技术主要向着节能、环保、高效、安全、经济方向发展，相继出现了形式多样的清理机（如通过式抛丸清理机、转台式清理机、吊钩式清理机、履带式清理机、滚筒式清理机、链式清理机、喷丸式抛丸清理机等），在技术发展趋势上主要是结合新技术（如先进的虚拟制造技术、机器人技术）、使用新材料（如使用新材料解决耐磨问题）并且与计算机技术（如软件开发）结合，从而实现抛丸机的智能化，电子化及红外远距离控制，实现全自动化。

根据市场调查及各种媒介得到的信息，可分析得出抛丸清理技术的发展趋势：1)薄板清理技术与设备---防变形。

解决集装箱行业薄钢板，抛丸变形平面度在2mm/m3以内。

2)移动式清理机---弹丸密封与回收。

解决户外移动式抛丸设备弹丸循环问题。

3)机械手操纵清理机---机械手操纵技术。

如采用计算机监控解决发动机缸体、缸盖跑完清理机效果及抛丸机的电器控制水平；解决机械手的防护等。

4)爬壁式清理机---机器人爬壁技术。

国内对于机器人爬壁的报道，负载大都在50Kg以内，应进行大负载及爬壁抛丸机器人的研究。

5)结构形式、新工作开发。

采用最先进的虚拟现实技术，对抛丸技术进行开发和研究。

本设计是应东开泰抛丸集团要求设计。

同时又考虑到产品的后续发展，在对现有的抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。

本文进行了对抛丸器叶片的创新，采用了“直管式，管式曲线形叶片”，减少了叶片的磨损量，提高效率基础上，延长了寿命，降低了成本。

1.3本论文需要完成的工作①根据厂家对产品性能要求，本文需要完成：抛丸机主要组成部分的设计与计算，即抛丸机、丸砂分离装置、工作运载装置、丸砂循环系统、除尘系统及室体等的设计计算。

其中：抛丸器设计包括：弹丸选用、抛丸器的磨损、抛丸器参数选择与设计计算、抛投的结构形式及传动方式的选择、幕帘式分离器的设计计算、螺旋输送器的设计。

工件载运装置设计包括:电动机预选、抛丸机室体的设计。

②主要图纸：抛丸机总装图A0.1张。

零件图A1.1张零件图A2.1张零件图A3。

2张2 设计原始资料、任务与要求2.1原始资料①中小型不锈钢铸件、锻件及焊接件：单件≤227Kg,总重量≤1362Kg。

②最大生产率按质量计算：480 kg/min③工件概况：铸件及锻件、小型圆簧、轴承。

型砂：粉粒状，粒度为0-0.5mm，堆积密度ρ≤1.5t/m3，温度小于250℃的中温材料：不锈钢件带有30%重量的型砂。

④清理时间：10—30min。

⑤类型：履带式自动上料抛丸机。

⑥抛丸机适用范围：铝件及某电机、有色金属、不锈钢精密铸件、锌合金压铸件、铸铁件、铝合金压铸件、铜铸件、摩托车车架及铸钢制品件的表面清理、光饰、强化。

2.2设计任务本设计是应东开泰抛丸集团要求设计。

同时又考虑到产品的后续发展，在对现有的抛丸机大量调查、研究的基础上，针对现有抛丸机存在的问题作了改进。

解决2个问题：1.工件需要人工加入，生产效率低。

2.工件在抛丸室的位置相对于抛出弹丸的方向不能全方位调整，因此抛出的弹丸只撞击到工件的部分表面，撞击不到的部分就得不到处理，清理不完全。

2.3总体要求①实现机械化，消除清砂工人的繁中体力劳动。

②能够实现多方位清理，尽量清理死角。

③采用先进的抛丸清理技术。

④设备工作可靠，整机造价较低，操作方便、维护简单，具有较高的生产效率和劳动生产率。

⑤改善作业环境，按国家法定标准规范工作场地的受污染程度。

3 履带式自动上料抛丸清理机抛丸器的设计3.1履带式自动上料抛丸清理机的工作原理及特点3.3.1 组成本系列抛丸机有清理室、履带转动、弹丸循环系统、抛丸器、加料机及其电气结构。

区分抛丸设备型式的标志主要是载运工件的装置，不同载运铸件的形式形成了不同的类型，而抛丸机中抛丸器、丸砂分离器是抛丸机的核心部分。

3.3.2 履带式自动上料抛丸清理机的清理机理在清理室中加入规定数量的工件，机器启动后，抛丸器高速抛出的弹丸形成流丸束，均匀地打击在工件表面上，从而达到清理、强化的目的。

抛出的弹丸及砂粒，流入提升机内，由提升机提升到分离器中进行分离。

粉尘由风机吸送到除尘器中过滤，清洁空气排入大气中，布袋上的灰尘经机械振打落入除尘器底部的集尘箱中，用户可定期清除，废砂由废料管流出，用户可回用。

丸砂混合物由回用管收回进入室体，待分离器分离后再回用，干净的弹丸由电磁供丸闸门进入抛丸器抛打工件。

3.3.3 特点本机综合国内外技术，是一种清理效果好、结构紧凑、噪声小的清理设备，具有以下特点：①该机采用了悬臂离心式抛丸器，具有使用寿命长、结构简单等特点；②适合各种材料的清理，具有良好的清理效果。

③皮带轮采用国际上先进的快换结构，有利于提高生产效率，降低劳动强度。

④采用先进分离器，具有良好的分离效果和较高的生产率，对提高叶片寿命有积极的作用；⑤采用先进除尘器，粉尘排放浓度低于国家的标准，改善了工人的劳动环境。

3.3.3 适用范围履带式抛丸机是专门为贵公司设计的抛丸清理机。

它利用高速回转的叶轮，将弹丸抛向室体内的工件上，达到清理的目的。

它适合用于小型铸件、锻件、冲压件、齿轮、弹簧等件的清砂、除锈、去除氧化皮和表面强化，特别适用于怕碰撞的零件的清理及强化。

3.2弹丸的选用表3.1 铸件、喷抛丸清理弹丸选用表丸号丸径（mm）用途20、25 2~2.5 大型铸钢件表面清理15、20 1.5~2 大型铸钢件、中型铸铜件清理10、12 1~1.2 中小型铸铁件、小型铸铜件5、8 0.5~0.8 小铸件表面清理3、5 0.5~0.5 有色金属铸件表面清理弹丸选用的合理程度与清理效果有直接关系，一般，弹丸选择的根据是被清理件的材质、尺寸大小、厚度以及对工件表面的要求等。

对于跑完清理丸径，可按表选用。

此外在选用时，还应考虑以下因素：①弹丸粒度弹丸粒度表示弹丸直径，力度大直径就大，所用弹丸直径达，对表面打击力度就大，每个弹丸的清理作用就越强。

可是这样工作表面弹痕就深，所形成表面粗糙度就大，单位时间内对工件的打击次数就较少。

总的清理效果不仅要看每次打击力度的大小，还要看总的打击次数。

理想的弹丸应是大，中，小粒度弹丸的组合。

大粒度的弹丸用来击碎坚硬的皮层，小粒度的弹丸用以清理工件的表面。

只有这样，单位重量的弹丸才具有最多的打击次数和最大的打击力量，从而发挥出最大的清理效果。

②弹丸硬度弹丸硬度高，刮削作用强，清理效果好。

但硬度过大，一般容易碎裂成小碎块，这将减少弹丸的打击力度：另外，由破碎快，不仅不能充分利用弹丸反弹后的第二次打击力度，而且加快清理设备磨损。

弹丸硬度过低，弹丸容易变形，反弹性能也不好，虽然使用寿命长，但清理效果不好。

③弹丸材质弹丸材质选择要根据弹丸的硬度及本身的使用寿命，该种弹丸对清理设备零件的磨损速度，清理效率和弹丸价格等因素进行综合性的考虑。

各种弹丸材质的使用效果参表表3.2各种弹丸材质对照使用表叶片磨损速度清理效率价格10~15 6 11 2.5 5~81 1 4~51.5~2 2 4~5综合筛选，选用10.15.20号弹丸，以达到最佳的清理效果和最合理的经济效率。

3.3分析抛丸器的磨损。

抛丸器的零件处于强烈的磨料磨损状态，且承受弹丸的反复冲击。

影响抛丸器零件使用寿命的因素有零件的材质，弹丸的材质，抛丸量，丸速和丸径。

零件的材质特别是叶片的材质，不仅要耐磨还要求韧性好。

叶片、分丸轮、定向套和护板多用耐磨性和韧性都好的铬合金铸铁，叶轮多用40Cr制造。

常用叶片材料有含铬25%~30%的高铬铸铁和碳化钨合金，它们的使用寿命分别是500-1000h和1000h 左右。

由于我们使用管式叶片，为了提高叶片寿命，我们采用了耐磨性很强的高铝陶瓷材料。

抛丸器零件的使用寿命与丸速的四次方成反比。

除非清理工艺的需要，否则不宜采用过高的丸速。

叶片的使用寿命与丸径的立方成反比。

一般丸径选 0.5~2mm，过大的丸径将使叶片断裂机会大大增加。

3.4丸器的设计计算图3.1抛丸器的构造抛丸器的构造(图3.1):电动机通过带轮，由V带传动带动抛丸器轴旋转。

抛丸器轴由轴承和轴承座支撑。

轴的一端装有结合盘，而双圆盘则是用螺栓固定在结合盘上，在结合盘上装有八个管式叶片，它用圆柱销固定在圆盘上。

轴的顶端还有用螺栓固定着的分丸轮。

这样，在轴旋转时，分丸轮、圆盘、叶片便随同轴一起旋转。

在下罩壳上固定着进丸轮和定向套。

罩壳内装有耐磨护板.更换叶片时，可以将带有弧形护板的上罩壳转开。

这是双圆盘式机械进丸的抛丸器。

3.4.1 抛丸器的性能参数。

①抛丸量、抛丸率和抛丸速度。

抛丸机每分钟抛出弹丸的质量即为抛丸量当抛丸器叶轮转速降低时，其抛丸量将变大。

当抛丸量不变时，工表面所接受到的弹丸的数量与工件到抛丸器距离的平方成反比。

清理中小型工件时多采用100-500kg/min抛丸量的抛丸器。

抛丸器抛出的丸速一般在60-80m/s，大型工件和铸件及多砂清理采用较大的丸速，一般为75-80m/s。

②扇形角、轴向扩散角和抛出角。