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第 13 卷 - 2025 年 6 月刊
打开最后一个黑匣子，实时丸料分析已成可能
当丸料混合物静止时很容易注意到
手动筛分进行丸料分析
摄像头实时摄取混合丸料的影像
丸料状态分布数据会通过数字化显示
丸料数据分析显示在 HMI上，图表显示跟手动筛格式一致
Frank Eiterig，Wheelabrator数位产品与项目经理
从高规格喷丸到喷涂前的表面处理，严格控制丸料及其混合物对抛丸工艺非常重要。然而，无法实时查看关键工艺参数对丸料系统仍然是一个黑匣子。现在，一种新的成像技术可以改变这种情况。
为了确保稳定的丸料成分(并为客户记录)，操作者仍然通过手动筛分的方式进行定期检查，在准确性/频率与实用性和成本之间进行权衡。由于缺乏更好的方法来监测丸料状况，这阻碍了在关键应用中实现更高效、更高性能的抛丸处理。在这里，出于对当前丸料状态监测局限性的考虑，我们提出了一种新颖的实时监测方法，可以通过打开黑匣子的方式并将抛丸过程控制提升到一个新的水平。
完美的组合？
MFN读者知道我们所说的良好丸料混合的含义及其重要性，但为了讨论的目的，让我们简要回顾一下。
丸料混合物是指在设备运行时所定义的丸料构成。它始终是新加注的丸料和已经循环的丸料的混合物，该混合物的确切成分及其随时间的波动是抛丸性能的主要决定因素 - 无论是在工件表面处理结果和零件质量方面，还是在设备的生产效率方面。
归根结底，这与丸料大小有关。加入丸料混合物中的新丸料通常有其初始粒径，然后随着时间的推移逐渐变小，直到最终被分离出来。丸料混合物中的不同丸料尺寸范围以及不同丸料粒径的百分比对设备和工艺有重大影响。
运用正确的丸料混合物对抛丸结果至关重要，操作者需要特别注意它，并且(取决于客户和质量要求)目视检查丸料状况，这需要丰富的经验，或进行定期手动筛分分析，丸料样品通过多分筛以分离并测量出不同的颗粒大小。
对于那些对抛丸结果要求不是特别精确的应用，操作者通常根本不监控丸料状况，而只需根据需要重新填充新的丸料即可。这意味着他们不会注意到任何丸料混合物问题，直到它引发质量问题。到那时，不断恶化的丸料混合物已经影响了运营成本、循环时间和设备零部件的磨损。
如果丸料混合物远非完美，会发生什么？
性能不佳的丸料对不同应用的影响各不相同。以下是偏离轨道的丸料混合物的一些常见问题，以及控制它所需的(当前)措施。
抛丸强化
在抛丸强化中，丸料颗粒大小和形状对于工艺效率至关重要。丸粒大小(通过抛射丸料的质量)决定了施加在零件表面的动能和引入的压应力。
太小的丸粒将导致抛丸强度降低和覆盖范围缩小。这意味着在相同的覆盖率下，抛丸时间需要更长同时也意味着生产效率的降低。但至关重要的是，丸粒过小/低于规格的丸料尺寸会导致零件的疲劳强度不足，最终可能导致召回、维修或零件过早失效。
抛丸强化专家如何知道他们的丸料混合物是否处于最佳状态，而不只是等到通过阿门试片的测试结果？目前，答案是筛分——例如，每周筛分一次，以检测丸料状况的主要变化，但这样做在两次检查之间可能会存在盲点风险；或者更频繁地筛分，例如每天三次，投入大量资源以确保客户满意。
示例：齿轮强化
某维尔贝莱特客户专门制造汽齿和轴齿，对齿轮齿面进行抛丸处理可以延长齿轮的使用寿命。为了证明强化过程始终有效，他们通过进行阿门测试去验证丸料质量。这是通过每周两次的手动筛分分析来完成的。在两次检查之间，该过程仍然是一个黑匣子。
喷涂前的表面处理
无论抛丸处理是在电镀、粉末喷涂还是喷漆之前进行，当它准备表面进行喷涂以达到精确的粗糙度水平和覆盖范围以实现良好的涂层附着力和一致的表面处理时，丸料粒径决定了粗糙度和覆盖范围，而稳定的丸料配比决定了大体积零件或大面积粗糙度的一致性。
如果表面粗糙度覆盖范围发生波动，则必须不断调整后续工序以进行补偿。如果这种波动未被检测到，零件的最终喷涂质量可能会不足，无法通过质量验证或导致客户退货。如果零件以大批量进行抛丸处理，丸料混合物的问题将同时影响大量零件，可能需要返工，甚至最终被视为废品。
同样，频繁的手动检查是目前确保下游工艺参数能够及时调整的唯一选择。
示例：准备用于电镀的锻造零件
某维尔贝莱特客户制造优质手动工具，在电镀前对锻造零件进行抛丸处理。如果抛丸后的零件表面粗糙度和覆盖范围发生变化，镀层可能会完全失效或需要调整后道浸泡槽的温度和化学成分。因此，客户希望运行极其稳定的抛丸工艺。丸料混合物的波动可能会导致表面粗糙度或覆盖范围超出公差范围，这是一个真正的挑战，需要取样并停止生产，以使电镀过程稳定下来。
抛丸和钢材除锈
在更容易发现抛丸结果变化的应用(如清理)中，正确、稳定的丸料可确保经济高效地获得抛丸效果。对于更温和的工艺(例如，敏感表面的抛丸或钢材除锈)，它还可以确保处理过的表面不会损坏。
在所有这些应用中，使用配比范围更广的丸料混合物可以实现相同的外观效果，但并非所有丸料混合物都具有成本增益、高生产率或对设备友好的属性。例如，丸料中高比例的细小丸料会导致磨损加剧并缩短耐磨件的使用寿命。细小丸料会进入设备部件内部，导致它们堵塞或卡死。
当丸料混合物逐渐变成更小、更细的颗粒时，生产效率会降低，这意味着需要更长的循环时间从而导致产能降低，只能通过提高抛头的转速或增加能耗来提高丸料的抛射速度。另一方面，如果通过频繁地添加新的丸料来平衡迅速恶化的丸料配比，那么丸料成本将飙升。
目前没有简单的在线方法来检查丸料状况，以证明工艺稳定性或在变化波动变成问题之前捕捉它们。
获取真实的场景
为解决抛丸处理工艺中最难以控制的最后一个领域，维尔贝莱特的抛丸和数字专家团队一直在与客户合作开发一种在线实时丸料监测方法。
目标是在生产过程中对丸料进行快速简单的测量和分析，获得易于阅读的可视化结果，从而实时快速地采取纠正措施。
该方法在客户的生产环境中进行了持续测试和验证，它通过旁路系统从丸料仓中获取连续的样品，然后，该样品通过振动槽，形成一个薄的幕帘，从而可以由相机连续捕获其状态。整个系统可以是固定的，也可以是移动的，也可以集成到新机器中或改装到现有设备上。
相机图像清晰地显示了丸料混合物的大小、形状和配比。自动图像分析将视觉数据转换为相关指标(例如，转换为手动筛分分析生成的格式)。测量结果显示在机器界面或数字仪表板上(如果有)。至关重要的是，丸料状况的监控和易于跟踪逐渐变成了显而易见的趋势。
根据设定的条件进行自动测量，提供不同的测量配置条件以满足不同的要求。可以通过设置报警条件来通知操作者对超出范围的丸料采取纠错措施。
工业物联网—整备丸料数据
该装置的一个主要优点是它可以非常快速地把视觉数据转化成数字数据。这使得丸料状态数据随时可用于数字流程优化，并允许操作者结合其他数据采集来进行丸料数据分析。
该装置设计为工业物联网设备，可以内置在Monitizer | DISCOVER设备中，使用户能够创建数据库并对历史数据进行分析。
抛丸工艺操作者需要频繁地检查丸料混合物，无论是抛丸强化还是喷涂前，这种新的在线监测方法都为满足最终客户的质量保证要求提供了更经济的方法。但更重要的是，它打开了抛丸清理中仅存的黑匣子，提供了新的见解，并使过程控制达到了一个全新的水平，对质量和效率产生了重大的积极影响。
最终，我们的愿景是构建一个能够自我纠正的系统，可以不断进行细微调整，以使整个过程自动且持续地保持在最佳状态。
Wheelabrator Group GmbH
Industriestraße 55
48629 Metelen, Germany
电话：+49.2556.880
邮箱：Frank.Eiterig@noricangroup.com
www.wheelabratorgroup.com
