汽车、航空航天和医疗工业等先进制造业通常采用抛喷丸强化和喷砂工艺实现增强疲劳强度和产生表面纹理的制造要求。在这些行业中，特别是航空航天和医疗行业，整个组件形态的表面光洁度一致性至关重要。这种工艺要求对复杂几何形状的部件造成了巨大挑战，例如飞机发动机组件和某些医疗植入物需要使用带有铰接喷嘴的自动化设备。如果抛喷丸强化工艺具有以有形强度值(通常在一个范围内)和覆盖率(%)的形式定义的终点，则可以根据Ra和Rz值测量表面粗糙度并验证喷砂效果。从本质上来看，抛喷丸强化、喷砂和喷砂清洁可以通过一个公式加以解释，即0.5*质量*速度的平方。通常称为“冲击能”、“传输能”或“动能”，这一因素决定了磨料颗粒(喷丸或喷砂介质)撞击组件后产生表面性质。

在抛喷丸强化工艺中，这种冲击能会导致球形铸钢丸或钢丝切丸颗粒(使用非金属介质抛喷丸强化时玻璃珠或陶瓷)产生凹痕(压缩)。介质的尺寸(例如：S70、S660、AWCR32等)及其被推进到部件上的速度(喷砂机的速度或空气压力)决定了冲击能。钢丸颗粒越大，冲击能越强，产生的强度也越大，反之亦然。相比之下，喷砂能够产生蚀刻或凿刻状表面轮廓，主要是因为喷砂介质的形状有一定的外形，具有明显的锐利边缘并产生蚀刻效果。钢丸产生冲击的机制与非金属介质相同，其中空气压力和介质尺寸与冲击能成正比。

通过全面研究介质推进技术、介质回收和工艺控制将解释这两种工艺的相似之处。

介质的选择决定了抛喷丸强化和喷砂机的几个方面。对于金属抛喷丸强化介质，抛喷丸强化采用了铸钢丸和钢丝切丸，而喷砂工艺普遍采用氧化铝(在某些情况下使用碳化硅)。金属弹丸介质可以通过喷嘴和叶轮离心式抛丸器推进，而氧化铝则采用压缩空气推进。叶轮式抛丸强化机在汽车行业中应用更为广泛，因为叶轮式抛丸的产量和效能能够比喷丸机推动更多的弹丸介质。鉴于本次讨论的重点，应着重探讨喷砂机和喷丸机之间的相似之处，两者都使用压缩空气进行介质推进。

速度控制在这两种工艺中至关重要。在气动喷丸机中，速度与空气压力成正比，而且在某种程度上与喷嘴设计水平成正比(文丘里管优先于直孔)。速度通过PID(比例-积分-微分)回路，以气压的形式进行监测和控制，该回路采用模拟比例调节器进行调节，并使用压力传感器(开关)实时感应压力数值。这种工艺使喷丸或喷砂循环保持恒定压力，有助于防止可能导致加压介质输送到部件表面异常的波动。航空航天和医疗应用往往要求达到这种精确的工艺控制。在处理这两个行业的相关组件时，这种布置有助于维持喷丸强化和喷砂工艺中操作的准确性和可重复性。

通过介质的“操作”或“工作混合”实现喷射，而抛喷丸强化和喷砂仅在介质尺寸恒定的情况下发挥作用。为了在这些工艺过程中维持恒定的介质尺寸，气动喷丸机内装配了一个振动分级设备。这是广为人知的事实，但很少为人所知的是，分级设备的效能因所用磨料(或抛喷丸强化介质)类型而异。一家振动分级设备知名制造商提供的参考图表列出了机器中使用钢丸或粗砂时的机器效能。与钢丸相比，使用粗砂的特定尺寸筛选处理能力下降到其尺寸的八分之一。喷砂介质的棱角及其缺乏“流动性”是造成这种大幅度下降的主要原因。此外，使用粗砂会导致筛网出现盲孔的风险相当高，因此为了缓解这种风险，分级设备加装了一个球形托盘，通其振动和持续运动去除可能堵塞筛孔的粗砂。

因此，尽管抛喷丸强化和喷砂机中可能装配多种组件，但在选择设备时应准确评估其生产能力。球形托盘增加了分级机装置的高度，并且可能会限制在缺乏净空高度空间的安装位置。与推动氧化铝的喷砂机相比，由于其各自的比重差异(钢介质约为280磅/立方英尺，氧化铝约为120磅/立方英尺)，钢丸工艺每分钟始终能够推动更大质量的介质。

两种机器中的介质回收系统通常采用真空式，配有由耐磨材料(如聚氨酯)制成的回收管和一个旋风回收器。将废介质从喷丸室移动并通过这些回收组件的气动抽吸由下游的排气扇输送到集尘器。与使用非金属介质的喷丸机相比，使用钢丸介质的抛喷丸强化机通常会配备高静压排气扇。有趣的是，钢砂，特别是不锈钢砂，可用于喷砂工艺，可提供更强的耐用性和更低的总体运营成本。然而，这类介质的使用受到了几十年前起草的终端用户工作说明的限制，其中仅将非金属介质列为可接受介质。

在同一个喷丸室中也可以使用多种尺寸的介质，但这些尺寸不能太过相近。经验法则是在使用的不同尺寸介质之间至少允许使用一种尺寸，以便最大限度地减少交叉污染的发生率。下图显示了Langtry Blast Technologies的三介质系统和一个分流阀，该阀门可将排放的介质引导到三个分级机之一。这是避免不同尺寸介质之间发生交叉污染的有效方法。

介质流速定义为每单位时间(通常是几分钟)从喷嘴推动的介质量(以千克或磅为单位)。虽然喷丸和喷砂工艺多种多样，但必须保证在喷丸或喷砂周期内从单个或多个喷嘴持续排放。这种工艺要求通过喷砂罐出口处的阀门进行控制。这种阀门一般处于关闭状态，只提供手动流量调节功能。对于闭环调节，业内采用了磁性流量控制阀，或微波操作实现金属介质校准，或重量/传感器运行实现非金属介质校准。金属介质流量控制阀的在业内的应用已超过25年。市售的非金属流量控制阀正在迅速普及，还有一些处于开发阶段。为开发使用计量螺旋和伺服电机的阀门并实现这一确切目的，Langtry Blast Technologies已投入研究工作。本出版物发表时，其开发的阀门正在加拿大安大略省工厂的生产机器上进行测试并获得了令人满意的结果。

气动喷丸机中介质流速的波动会对强度产生直接影响。在相同气压下更高的介质流速会导致强度下降，这也是维持恒定流速对于部件所有区域实现可重复结果至关重要的主要原因。

在组件外部和内部(ID)区域进行抛喷丸强化处理。喷砂工艺同样采用这种方式。Langtry Blast Technologies的工程师近期致力于开发石油和天然气行业的一项应用，他们设计了一个喷枪，用于对管道内径进行喷砂处理以除垢并在表面形成轮廓。这种工艺涉及使用多种喷嘴排放方式进行测试，从45度偏转器尖端开始、到三出口尖端，最终测试的渐进式排放尖端可有效减少其他两种类型喷嘴方式造成的损失。

这里需要注意的要点是，与喷丸外部区域相比，在相同的强度值条件下，管内喷丸时的气压要求更高。在喷砂方面，不仅是空气压力，喷射时间对最终的表面粗糙度也具有决定性影响。较长的暴露时间往往会中断介质在周期的初始阶段产生的峰值。

1. 工艺控制是本次讨论的重点，无论是抛喷丸强化工艺还是喷砂工艺，介质维护都是最重要的一项工作。使用新介质补充系统时，建议多次少量添加。同时“倾倒”大量介质会破坏操作混合平衡并影响部件轮廓。

2. 介质系统匮乏也会影响流动模式。确保设备储料斗始终至少填充2/3的介质。避免将介质直接添加到喷丸室中，因此建议使用介质添加器。

3. 虽然您的系统可能装配了流量控制阀，但我们建议您定期校准流量并使用捕获/下落测试装置维持其受控状态。

4. 喷射时间对表面粗糙度有直接影响，增加暴露时间不仅会影响粗糙度，还会导致更大的介质损坏，最终导致运营成本增加。

5. 氧化铝等非金属介质相对较硬(莫氏硬度为8)。在工艺允许的条件下，应将金属介质(如不锈钢砂)作为一种可行方案。

抛喷丸强化和喷砂设备与工艺设计相同，但预期结果不同。多数航空航天喷砂应用具有与抛喷丸强化设备相似的严格标准。Langtry Blast Technologies能够为汽车、航空航天和医疗领域的客户设计并制造与喷丸强化设备相同数量的计算机控制机器人和自动喷砂机。

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