CN107378799B - 抛丸器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛丸器，包括壳体，以及容置在壳体内的抛丸轮、与抛丸轮同轴装配的分丸轮，还包括从一端装配在壳体上，并向分丸轮提供弹丸的进料装置，所述分丸轮的一端为用于与抛丸轮间装配的座，另一端为用于承接进料装置的端环体，座与端环体间环形排列有用于确定分丸孔的柱体；所述柱体至少离心侧和周向侧为粉末冶金材料体。依据本发明使用寿命相对比较长，并且成本相对比较低。

Description

抛丸器

技术领域

本发明涉及一种抛丸器。

背景技术

抛丸技术是将来自进丸管的弹丸，经过分丸轮的初步加速，通过套在分丸轮外的定向套抛出，而后被叶片承接，沿叶片表面通过离心力继续加速，飞出抛丸器，从而实现对各种零部件表面的抛丸清理和强化。

由于抛丸清理不受被清理件大小、形状和重量的限制，而且能够提高机械产品和金属构件的抗疲劳性能，消除应力集中，应力集中的消除需要比较大的机械冲击，因此，要求冲击到零件表面的弹丸的速度非常快。另外，弹丸本身应是理想状态下的球形，但实际制作出来的弹丸难以做到理想的球形结构。并且为了节约成本，弹丸通常要回收利用，新的弹丸都要混入一定量的回收到的弹丸。通常，被回收利用的弹丸因产生了机械撞击而使其圆度变得更差，并且很大比例的回收得到的弹丸本身会存在凹坑或者破损，这些弹丸会对抛丸器产生比较大的磨损。

抛丸器中易于被磨损的部件主要是分丸轮和叶片，相对而言，由于弹丸在叶片表面的速度更快，因此，现在抛丸器失效研究的重点也主要落在叶片上，而对分丸轮较少关注。

分丸轮失效表现在区域不平衡上，用于确定分丸口的柱体会受到弹丸的直接冲击和摩擦，易于失效，而分丸轮的其余部位则不容易失效。藉此会产生短板效应，若因柱体失效而报废整个分丸轮，则会产生不必要的浪费。

如中国专利文献CN2885505Y，其对分丸器的一些基本参数给出了说明，例如其说明书具体实施方式部分指出，所限定抛丸器的最大抛丸量可以达到19吨/小时，而弹丸的最终速度可以达到60米/秒，足见分丸轮和叶片所使用的环境。此外，其还指出，所使用的弹丸除了弹丸外，还包括棱角钢砂，而带有棱角的弹丸所产生的摩擦更加剧烈。其用于解决磨损问题的技术手段是，分丸轮、叶片等易损件采用高铬抗磨铸铁材料铸造，以提高零件本身的耐磨性能，然而，如前所述，例如分丸轮，并非各处的耐磨性均有相同的要求，整体铸造尽管可以解决区域耐磨性的问题，但整体耐磨性的提高也意味着材料性能的浪费。

同样，如中国专利文献CN202640176U，其将分丸轮区分为安装座和筒体两个部件，为了提高耐磨性能，其筒体和安装座均采用高锰合金铸铁一体注塑成型。换言之，其整体材质仍然一致，存在着材料性能的浪费，而使的整体成本偏高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用寿命相对比较长，并且成本相对比较低的抛丸器。

依据本发明的实施例，提供一种抛丸器，包括壳体，以及容置在壳体内的抛丸轮、与抛丸轮同轴装配的分丸轮，还包括从一端装配在壳体上，并向分丸轮提供弹丸的进料装置，所述分丸轮的一端为用于与抛丸轮间装配的座，另一端为用于承接进料装置的端环体，座与端环体间环形排列有用于确定分丸孔的柱体；

所述柱体至少离心侧和周向侧为粉末冶金材料体。

上述抛丸器，可选地，所述柱体具有：

第一结构，整体为粉末冶金材料体；或

第二结构，柱体包括与端环体和座一体的基体柱和一粉末冶金材料材质的槽体；

相应于第一结构，于座和端环体上开有嵌装槽，以用于柱体在座和端环体上的装配；

相应于第二结构，槽体扣在柱体上，而包绕槽体的向心侧和周向的两侧。

可选地，相应于第一结构，嵌装槽具有分丸轮轴向的约束结构。

可选地，所述嵌装槽为第一燕尾槽或第一T型槽。

可选地，抛丸轮具有单端座板，该单端座板为叶轮，叶轮上设有叶片固定结构；

相应地，叶片通过所述叶片固定结构固定在叶轮上。

可选地，叶片为从向心端到离心端的两节段结构；

上述的两节段结构中的两节段为平板；

两平板间通过与两平板相对端相切的过渡弧连接。

可选地，位于离心段的平板长度d2大于位于向心端的平板长度d1。

可选地，d2为1.2~1.5倍的d1。

可选地，两平板间的夹角为165~175度。

可选地，叶片固定结构为成型在叶轮端面的第二燕尾槽或者第二T型槽，并在第二燕尾槽或者第二T型槽的离心端设有第一销孔；

相应地，叶片的座部构造为燕尾结构或者T型结构，并相应开有第二销孔或挡座；

提供一连接销，通过第一销孔和第二销孔或挡座约束叶片的离心向自由度。

依据本发明的实施例，提出具有较长使用寿命的分丸轮，该分丸轮既不是常规材质的分丸轮，也不是整体的昂贵材质的分丸轮，而只是对分丸轮的柱体进行加强，成本相对较低的情况下，具有比较长的使用寿命。

附图说明

图1为一实施例中一种抛丸器主剖结构示意图。

图2为相应于图1的左视结构示意图。

图3为一种分丸轮结构示意图。

图4为另一种分丸轮结构示意图。

图5为一种抛丸轮结构示意图。

图6为一种叶轮结构示意图。

图7为一种叶片结构示意图。

图8为一种进丸装置结构示意图。

图9为一种叶片结构参数图。

图中：1.进料装置，2.分丸轮，3.抛丸轮，4.壳体，5.主轴，6.环形压板。

11.料斗，12.抛出窗口，13.分丸轮容置腔。

21.进丸口，22.端环体，23.镶柱，24.座板，25.座，26.基体柱，27.镶块。

31.叶片，32.叶轮。

311.离心端，312.挡座，313.安装座，314.向心端，315.第一段，316.过渡段，317.第二段。

具体实施方式

参照说明书附图1，主轴5是抛丸器的基础参考系，分丸轮2、抛丸轮3、壳体4、定向套等基本部件都需要与主轴5保持较高的同轴度。抛丸器上主要部件在主轴5轴向的两端，例如主轴5的轴向，用于确定端面。

在图1中壳体4的左端盖设有轴承座，用于主轴5的引入，壳体4的右端盖用于安装进料装置1。

主轴5通过轴承座安装在壳体4上，并通过轴承座孔探入到壳体4内部，该探入到壳体4内的轴头用于安装抛丸轮3和分丸轮2，图8中具有抛丸窗口12的套体结构为定向套，分丸轮2位于定向套内，通过抛丸窗口12抛出后进入到抛丸轮3中。相对而言，抛丸器中受摩擦力最大的部件是抛丸轮3的叶片31，次之是分丸轮2，再者是定向套，在本发明的实施例中，第一目的是分丸轮2的耐磨性问题。再一目的是抛丸轮3的装配结构事宜。

在图1所示的结构中，其壳体4与鼓风机的风鼓壳体相似，都是鼓型结构，即具有主轴5轴向的两个端盖和大致以主轴5轴线为轴的柱面或者大致的回转体结构，用以确定一个大致是柱面或者两端小中间大的鼓型内腔。

壳体4两个端盖中的一个可以与回转体结构整体铸造成型，也可以两个端盖单独成型后与独立成型的壳体4主体组配。

抛丸器的功能部件大多数都被容置在壳体4内，其中的由主轴5驱动的部件是抛丸轮3和分丸轮2，主轴5位于壳体4内的轴头通过键或者其他固定结构将抛丸轮3安装在上述轴头上，而分丸轮2通常直接或者间接的安装在主轴5上。

在图3所示的分丸轮2的右端，是分丸轮2的座25，该座25具有一个圆柱头，圆柱头与图中座板24连接的一端侧面设有键，而在图5所示的抛丸轮3上的中心孔（图6中所示的座孔324）则开有对称设置的键槽，相应地，分丸轮2的座25可以安装在抛丸轮3的中心孔上，然后轴向固定，实现两者的同轴装配。

图1中，从进料装置1进入的弹丸通过自重产生的加速抛射进入到分丸轮2中，在分丸轮2通过主轴驱动所产生的旋转，使弹丸得到初步加速，相对而言，虽然弹丸在分丸轮2中的速度相对比较慢，但也因为速度慢，而在分丸轮2中滞留的时间稍长，其所受到的磨损比抛丸轮3稍小，而在抛丸器处于第二易于被磨损的部件。

一般而言，分丸轮2是一体成型，例如由铸钢材料整体铸造成型，然后再进行后续的加工后产生，其制作工艺相对简单，但如背景技术部分所述，由于受材料本身性能的限制，使的其易于被磨损而失效。

在背景技术部分所引用的文献中，尽管也存在简单组装结构的分丸轮2，但其主要部分仍然需要整体成型，并且为了满足整体的成型，要求被整体成型的各个部分的材质完全一样，为了提高整体的使用寿命，分丸轮2整体上由贵重合金制作而成，例如中国专利文献CN202640176U中采用高锰合金铸铁整体成型，而中国专利文献CN2885505Y则由高铬铸铁合金整体铸造而成。

整体铸造工艺性简单，分丸轮2的使用寿命也很长，但整体成本偏高，其更换必须整体更换。

由于分丸轮2的转速比较高，例如在一些应用中可以达到2460r/min，整体铸造有其重要的技术性和工艺性要求，在于高速转动下，若分丸轮2各个部分不同心，易于产生比较大的震动，不仅噪音大，而且容易损伤主轴5的轴承。而整体铸造，则易于保证分丸轮2各个部分同轴，换言之，产生偏心的概率相对较低。

另，参见图3所示的结构，类同于鼠笼式电动机的定子形状，其具有一个座25，该座25用于分丸轮2在叶轮32或者主轴5上的装配，并具有一个端环体22，环内部分用作进丸口21，用于承接来自进料装置1抛射的弹丸。

分丸轮2首先要保证的是端环体22与座25间的同轴度，能做到理想的同轴度最好，即便是达不到理想的同轴度，也需要比较高的同轴度，例如同轴度为0.01mm。

整体制造时，图3中所示的座25、座板24、镶柱23、端环体22一体成型，易于保证同轴度，也易于保证镶柱23在分丸轮2周向分布的均匀性和各自装配结构的一致性。从而保证镶柱23间所确定分丸口（或孔，术语名称不同，但实质结构相同）的一致性。

在本发明的实施例中，分丸轮2中的镶柱23或者镶块27与弹丸直接接触，而易于失效，因此，这两类部件采用耐磨性能比较好的粉末冶金材料制作。

粉末冶金是以金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。关于粉末冶金工艺已经比较成熟，在此不再赘述。

基于本发明的构思，例如镶柱23应具有良好的耐磨性能，粉末冶金选材范围比较广，并且绝大多数都具有良好的耐磨性能。此外，目前还存在对粉末冶金材料进一步改性，从而提高其某一方面性能的材料，例如粉末冶金烧结铁基材料，如Fe-C-RE和Fe-C-Cu-P-Mo等粉末冶金材料，通过表面改性，可以获得更佳的耐磨性。对此，在粉末冶金领域也属于常规的选择，在此不再赘述。

记用于连接端环体22和座板24的结构部分为柱体，该柱体有部分结构与弹丸不产生接触，因此，该部分结构可以采用常规材质，例如铸钢，需要进行耐磨性加强的部位是柱体至少离心侧和周向侧，离心侧和周向侧为粉末冶金材料体。图3中的镶柱23大致是一个四棱体结构，其中除了离心侧的侧面外，其余侧面为粉末冶金材料。

可以理解的是，面在几何中仅是不具有厚度的几何元素，因此，所谓的离心侧的侧面，受柱体其余部分的构造，其余部分至少应当具备相应的厚度，因此，离心侧的侧面采用常规材料并不是全部，而是局部结构。

图3显示了一种柱体结构，在图3中，柱体整体由粉末冶金材料制作而成，记为第一结构。

第一结构中，镶柱23与端环体22和座25（通常记座板24为座25的一部分，以下类同）之间的连接采用嵌装槽进行连接，镶柱23与嵌装槽之间采用过盈连接，过盈连接结构简单，不需要额外的紧固件。

需要说明的是，用于镶柱23连接的结构主要用来克服镶柱23的离心力，而弹丸作用于镶柱23上的力相比于镶柱23所受到的离心力可以忽略，而单纯的离心力完全可以基于过盈配合克服，实现镶柱23与端环体22和座25的可靠连接。

组装分丸轮2时需要专门的工装，该工装具有一个圆柱头，端环体22恰好能够套在在圆柱头上，与圆柱头相对地，提供具有一键槽的管套，该管套与座25适配连接，并顶压在圆柱头的端面。管套与圆柱头通过架体以保证同轴度。

对于端环体22与座25之间的距离，则不必专门定位，在嵌装槽安装镶柱23时，即能够确定端环体22与座25间的位置关系。

图3所示的分丸轮2作为一个总成，其维持总成的构造完全依赖于镶柱23与嵌装槽间的结合力，分丸轮2的基本运动形式是回转，对抗剪能力要求较低，对抗拉能力要求则更低，单纯的依靠镶柱23与嵌装槽间的结合力可以满足构造要求。

在优选的实施例中，通过构造异型的嵌装槽和匹配的镶柱头，可以增加结合面的面积，使结合更加可靠。

在一些实施例中，嵌装槽构造为燕尾槽或者T型槽，比单纯的矩形槽接触面积大，可以提高结构可靠性，并且燕尾槽和T型槽具有对镶柱23在分丸轮2轴向的约束。

在一些实施例中，则参见说明书附图4，在图4中，端环体22、座板24和座25可以一体成型，一体成型意味着端环体22与座板22间存在连接体，该连接体即为如图4中所示的基体柱，该基体柱与端环体22、座板24和座25整体成型，例如制造成型，易于保证端环体22与座25间保持较好的同轴度，并且整体结构可靠性远高于图3所示的结构。

第二结构中，基体柱26相比于主体，需预留出嵌装余量，相应地，提供槽型的镶块27，镶块27的槽与基体柱26也通过过盈配合装配，换言之，镶块27通过槽与基体柱26的配合实现压合。

基体柱26与端环体22、座板22一体成型，对于镶块27的装配而言，纯粹的镶柱23的装配工艺要简单。

关于抛丸轮3，通常具有两个座板，构成抛丸轮3的两个端板，叶片31通常采用两端固定方式，相应安装在两个端板上，这种结构装配可靠性高，可以保证叶片的动刚度。不过发明人认为由于叶片自身刚度比较高，采用双端板的必要性并不是很大，并且弹丸是向离心侧抛离，而不会沿抛丸轮3的轴向抛射，单端固定，装配工艺相对比较简单。因此，在图5所示的结构中，对叶片31采用单端固定，固定端提供叶轮32，叶轮32是叶片31的安装基体，在图5和6所示的结构中，用于叶片安装的结构是叶片槽323，利用型锁和实现连接，对叶片31自身刚度破坏小。

对于双端固定的叶片31，大多采用穿设螺栓的方式对叶片31进行固定，需要在叶片31上开螺栓孔，而叶片31通常比较薄，开螺栓孔后，对局部强度削弱比较明显。

在图7和图9中，叶片31为从向心端到离心端的两节段结构，如图7中所示的第一段315和第二段317，这两段均为平板，两段之间通过如图7中所示的过渡段316平滑过渡，过渡段316与第一段315和第二段317均相切，保证叶片31的连续性。

目前叶片主要有两种，一种是平叶片，叶片的工作面是平板，另一种是前曲叶片，叶片的工作面是弧面或者其它曲面，图7所示的叶片结构相较于平面叶片，第一段315和第二段317间的夹角越大，叶片31所受压力越大，故抛射速度越大，但对叶片31的磨损也越严重，故寿命越短；对于前曲叶片，由于该前曲叶片还要受到一个比较大的向心力，故本实施例中的叶片31所受到的压力要小一些，抛射速度要小一些，但是寿命有所提升，相对而言，依据本发明实施例的叶片31兼具平面叶片和前曲叶片的有点。

由于弹丸在叶片31上一直被加速，所以理论上叶片31平面越长，速度越大；又因为在叶片31离心端311的平板部分的压力明显大于向心端314的平板部分的压力，故增加叶片31离心端311的平板部分的长度，增速效果更加明显。因此在优选的实施例中，位于离心端311的平板长度d2大于位于向心端314的平板长度d1。

优选地，d2为1.2~1.5倍的d1。

此外，如前所述，综合考虑叶片磨损与抛射速度的关系，同一叶片上的两平板间的夹角为165~175度。

进而，关于叶片31的固定结构，构造为成型在叶轮端面的第二燕尾槽或者第二T型槽，如图6中所示的叶片槽323，并在第二燕尾槽或者第二T型槽的离心端设有第一销孔，如图6中所示的销孔321。

相应地，叶片31的座部，如图7中所示的安装座313，构造为燕尾结构或者T型结构，并相应开有第二销孔或挡座。

提供一连接销，通过第一销孔和第二销孔或挡座约束叶片的离心向自由度。

当如图7所示，叶片上为连接销所约束的结构是挡座312，而不是销孔，这种结构的应力集中比较小，有利于提高整体的使用寿命。相应地，在此条件下，连接销构造为挡销。

此外，如图8所示，料斗11（又称进丸管）与定向套构造为一体，一体铸造。定向套部分长度L，定向套开口为一正方形，如图8中所示的抛出窗口12，其边长取l，为保证弹丸高效抛出，故开口大小为：

L=（0.4-0.6）l。

假设料斗11尾端延伸到定向套部分的水平距离为L’,则：

L’=(0.3-0.35)L。

假设料斗11外壁（远离壳体4的壁面）与水平的夹角为A，内壁（靠近壳体4的壁面）与水平的夹角为A’，料斗上半部直线部分与下面圆弧部分相切，内圆弧（上母线）半径为R1，外圆弧（下母线）半径为R2，且内外圆弧同圆心，圆心与开口左侧位于同一条垂直线上。为减小弹丸对管道的冲击，取：

夹角为A’=（1.3-1.5）A。

A=（40-60）°。

对于抛丸轮的其它结构参数，分述如下：

假设分丸轮总长度为E，如镶柱23的长度为e1,则：

e1=(0.70-0.85)E。

假设镶柱23单侧超出分丸轮窗口的距离为e2（与嵌装槽配合的部分）,为保证配合可靠，取：

e2=0.03-0.05E。

假设叶片31片体厚度为h，叶片固定部分（安装座313在叶片厚度方向上的厚度）厚度为H，则：

h=(0.25-0.35)H。

假设叶片固定部分的倒角为α（安装座313采用燕尾结构时，此处的α为燕尾的底角），则：

α=25-35°。

Claims (9)

1.一种抛丸器，包括壳体，以及容置在壳体内的抛丸轮、与抛丸轮同轴装配的分丸轮，还包括从一端装配在壳体上，并向分丸轮提供弹丸的进料装置，其特征在于，所述分丸轮的一端为用于与抛丸轮间装配的座，另一端为用于承接进料装置的端环体，座与端环体间环形排列有用于确定分丸孔的柱体；

所述柱体至少离心侧和周向侧为粉末冶金材料体；

端环体与座间的同轴度为0.01mm；

所述柱体具有：

第一结构，整体为粉末冶金材料体；或

第二结构，柱体包括与端环体和座一体的基体柱和一粉末冶金材料材质的槽体；

相应于第一结构，于座和端环体上开有嵌装槽，以用于柱体在座和端环体上的装配；

相应于第二结构，槽体扣在柱体上，而包绕槽体的向心侧和周向的两侧。

2.根据权利要求1所述的抛丸器，其特征在于，相应于第一结构，嵌装槽具有分丸轮轴向的约束结构。

3.根据权利要求2所述的抛丸器，其特征在于，所述嵌装槽为第一燕尾槽或第一T型槽。

4.根据权利要求1~3任一所述的抛丸器，其特征在于，抛丸轮具有单端座板，该单端座板为叶轮，叶轮上设有叶片固定结构；

相应地，叶片通过所述叶片固定结构固定在叶轮上。

5.根据权利要求4所述的抛丸器，其特征在于，叶片为从向心端到离心端的两节段结构；

上述的两节段结构中的两节段为平板；

两平板间通过与两平板相对端相切的过渡弧连接。

6.根据权利要求5所述的抛丸器，其特征在于，位于离心段的平板长度d2大于位于向心端的平板长度d1。

7.根据权利要求6所述的抛丸器，其特征在于，d2为1.2~1.5倍的d1。

8.根据权利要求5所述的抛丸器，其特征在于，两平板间的夹角为165~175度。

9.根据权利要求4所述的抛丸器，其特征在于，叶片固定结构为成型在叶轮端面的第二燕尾槽或者第二T型槽，并在第二燕尾槽或者第二T型槽的离心端设有第一销孔；

相应地，叶片的座部构造为燕尾结构或者T型结构，并相应开有第二销孔或挡座；

提供一连接销，通过第一销孔和第二销孔或挡座约束叶片的离心向自由度。