阅读说明：本技术 投射材料和喷丸处理方法 (Projection material and shot peening method ) 是由 加藤佑人 谷口隼人 于 2019-01-18 设计创作，主要内容包括：形成混合料之前的投射材料的粒径分布具有双峰性并且实质上连续,与第一峰对应的第一粒子群和与第二峰对应的第二粒子群中,一者是具有角部的形状的粒子的集合,另一者是由凸曲面构成的形状的粒子的集合。(The particle size distribution of the shots before forming the mix is bimodal and substantially continuous, and one of the first particle group corresponding to the first peak and the second particle group corresponding to the second peak is a collection of particles having a shape of a corner, and the other is a collection of particles having a shape of a convex curved surface.)

投射材料和喷丸处理方法

技术领域

本公开涉及喷丸处理所使用的投射材料。

背景技术

在铸造后的铸造物的落砂、金属产品的去毛刺、锈等积垢(scale)的除去、涂装前的基底处理、涂装剥离、地面、壁面(例如混凝土道路面、轨道导轨用混凝土路地面、工厂混凝土地面、构造物混凝土壁面等)的表面薄层的除去等使用喷丸处理。

根据被处理物的材质、喷丸处理的目的，选择投射材料(喷丸处理中的朝向被处理区域投射的硬质粒子)的粒径。该粒径根据JIS(Japanese Industrial Standards：日本工业标准)等决定，但提出应喷丸处理能力提高的要求而调整了粒度分布的投射材料。(专利文献1)

专利文献1公开一种投射材料，其混合了与喷丸处理的目的对应的主粒体和成为直径比主粒体小且起到表面清洁作用的极限直径以上的副粒体。该投射材料的粒度分布至少具有基于主粒体的第一山(峰值)和基于上述副粒体的第二山(峰值)，第一山和第二山没有实质上的重叠。与仅通过主粒体进行喷丸处理的情况相比，该投射材料喷丸处理能力高，且消耗力少。

近年来，对喷丸处理后的被处理物的品质的要求趋严。因此，需要恰当地管理喷丸装置内的混合料(operating mix)形成后的投射材料的粒度分布，期望管理更容易的投射材料。

此外，混合料是指在喷丸装置的操作中与初始的粒度分布不同的稳定的粒度分布的材料。在喷丸装置的操作中，将规定量的投射材料投入喷丸装置，进行喷丸处理时，投射材料重复进行投射、回收、除去微粉和投射这种循环。在重复了投射的情况下，投射材料被粉碎成为微粉。这样的微粉通过分离器挑选并除去。喷丸装置内的投射材料量减少被除去的量，因此补充与减少量对应的投射材料。若重复投射材料的供给、粉碎、向装置外的排出，则装置内的投射材料的粒径分布以与初始的粒径分布不同的恒定的粒径分布稳定。混合料是指该稳定的粒径分布的状态。

专利文献1:日本特开2001-353661号公报

发明内容

鉴于以上内容，本公开提供能够高效稳定地进行喷丸处理的投射材料和喷丸处理方法。

本公开的一个方面是进行喷丸处理的铁系的投射材料。形成混合料之前的投射材料的粒径分布具有双峰性，并且实质上连续，与第一峰对应的第一粒子群和与第二峰对应的第二粒子群中，一者是具有角部的形状的粒子的集合，另一者是由凸曲面构成的形状的粒子的集合。

在本公开的一技术方案中，也可以是，第一粒子群所含的粒子是具有角部的圆柱形状的粒子，维氏硬度为HV400～760。

在本公开的一技术方案中，也可以是，第二粒子群所含的粒子是球形的粒子，维氏硬度为HV300～900。

在本公开的一技术方案中，也可以是，第一粒子群的粒径区间为0.600mm～1.000mm，第二粒子群的粒径区间为0.300mm～0.500mm。

在本公开的一技术方案中，也可以是，第二粒子群的频次为第一粒子群的频次的2倍以上。

本公开的其他方面是喷丸处理方法。该喷丸处理方法包括以下的(A)～(C)的工序。

(A)将未使用的投射材料装填于喷丸装置的工序。

(B)使喷丸装置工作而形成使上述投射材料的粒径分布以恒定的粒径分布稳定的混合料的工序。

(C)将形成了混合料的投射材料朝向被处理物投射的工序。

而且，形成了混合料之后的粒径分布具有包含第三峰和第四峰的双峰性，与第三峰对应的粒子群的粒径区间和与第一峰对应的第一粒子群的粒径区间实质上相同。

本公开的一技术方案也可以是，在形成了混合料之后的粒径分布中，与第二粒子群的粒径区间对应的频次小于与第一粒子群的粒径区间对应的频次。

根据本公开的一方面和一技术方案，能够提供能够高效稳定地进行喷丸处理的投射材料和喷丸处理方法。而且，根据本公开的一方面和一技术方案，能够提供比以往的投射材料寿命长的投射材料。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的投射材料的粒径分布的示意图。

图2是表示在本公开的一实施方式中使用的喷丸装置的示意图。

图3是表示本公开的一实施方式的喷丸处理的流程图。

图4是表示本公开的混合料的形成工序的流程图。

图5是表示本公开的一实施方式的混合料形成后的投射材料的粒径分布的示意图。

具体实施方式

使用附图对本公开的一实施方式的投射材料进行说明。在以下的说明中，上下左右方向除非特别说明否则是指附图中的方向。

另外，以下的说明的粒径是指粒径区间的下限值。粒径区间以JIS Z8801-1：2006所规定的试验用筛(金属制网筛)为基准。表1示出代表值。

表1

本公开的一实施方式的投射材料由铁系材料构成。例如，作为添加元素，也可以包含C、Mn、Si等。

图1是一实施方式的投射材料的粒径分布的示意图。粒径分布是按每种粒子大小(粒径)的存在比率的分布。纵轴表示频次的重量百分比(质量％)，横轴表示粒径(mm)。粒径分布例如也可以通过由直线连结频次来表现。如图1所示，在一实施方式中，形成混合料前的投射材料的粒径分布具有双峰性并且实质上连续，并具有与第一峰对应的第一峰值P1和与第二峰对应的第二峰值P2。即，一实施方式的投射材料包括与第一峰值P1对应的第一粒子群A和与第二峰值P2对应的第二粒子群B而构成。粒子群是粒子的集合。双峰性是指在以最大频次值作为山顶的山的棱线中，向山的外侧突出的部位(峰)存在两处这种特征。峰不需要是极大值，存在向外侧突出的角部即可。成为最大频次值的山顶构成两个峰中的一个峰。换句话说，存在成为最大频次值的山顶和另一个峰这两个角部的分布可以说具有双峰性。此外，存在两个成为最大频次值的山顶的分布也可以说具有双峰性。

与第一峰值P1对应的粒径D1和与第二峰值P2对应的粒径D2满足D1＞D2的关系。由粒径大的粒子构成的第一粒子群A有助于对被处理区域整体进行喷丸处理。但是，第一粒子群A的覆盖率(每单位面积的投射材料的实际瘪痕面积)低。由粒径比第一粒子群A所含粒子小的粒子构成的第二粒子群B的覆盖率比第一粒子群A高。但是，第二粒子群B对被处理区域整体进行喷丸处理的能力比第一粒子群A差。第二峰值P2由第一粒子群A和第二粒子群B构成，能够补充基于上述的第一粒子群A的效果和基于第二粒子群B的效果这双方。即，虽相对于第一粒子群A和第二粒子群B各自的效果而言较差，但由于具备双方的功能，所以能够高效地处理被处理面整体。具备第一粒子群A和第二粒子群B双方且具有第一峰值P1和第二峰值P2的粒径分布的一实施方式的投射材料，能够通过各自协同效果而实现喷丸处理能力的提高和处理时间的缩短。

在一实施方式中，第一粒子群A所含的粒子也可以是具有角部的圆柱形状的粒子。通过角部能够更加提高喷丸处理能力。并且，与以往的投射材料相比，在后述的混合料形成之前和之后成为极值的粒径的变动小，因此能够更稳定地进行喷丸处理。

圆柱形状的粒子的一个例子是线材段。对线材段的制造方法的一个例子进行说明。从被称为钢坯的圆柱状的块状物通过轧制，形成所希望的直径的线材。轧制中，若以穿过多个拉伸模的方式拉拔钢坯，则赋予应力，因此能够提高机械性质(例如韧性)。其后，通过以所希望的长度直列地切断而得到投射材料。

此处，若第一粒子群A的粒径过大，则使被处理面粗糙化成所需程度以上的程度，或者以所需程度意思以上的程度切削被处理面。另外，若第一粒子群A的粒径过小，则对于被处理面整体的处理效率降低。而且，也考虑到后述的混合料的形成，在一实施方式中，也可以使与第一峰值P1对应的粒径D1成为0.600mm～0.850mm(即，实际的粒径0.600mm～1.000mm)。

若第一粒子群A的硬度过硬，则被处理面粗糙化成所需程度以上的程度，或粒子本身的寿命降低。相对于此，若第一粒子群A的硬度过于柔软，则无法充分地进行喷丸处理。也可以考虑喷丸处理的效率和寿命而将第一粒子群A的维氏硬度调整为HV400～760。

通过利用铁系材料制造第一粒子群A，能够利用热处理调整上述的维氏硬度。

在一实施方式中，也可以使第二粒子群B所含的粒子为球状的粒子。球状是大致成为球的形状，作为一个例子，是由凸曲面构成的形状。能够对于没有通过第一粒子群A形成瘪痕的区域，均衡地形成瘪痕。另外，通过粒子的曲面碰撞，从而能够使被处理面没有粗糙化成所需程度以上的程度地进行喷丸处理。

球状的粒子的一个例子是丸粒。对丸粒的制造方法的一个例子进行说明。该粒子通过水雾化法、气体雾化法、圆盘雾化法等制造。例如，以水雾化法作为例子，对制造方法进行说明。通过使作为原料的金属熔化而成的熔融金属滴下并在此时喷射高压水而得到球状粒子。其后，通过热处理进行硬度的提高和韧性的赋予，得到第二粒子群B。

此处，若第二粒子群B的粒径过大，则对于被处理面的覆盖率提高的效果低。另外，若第二粒子群B的粒径过小，则对于被处理面整体的处理效率降低。而且，也可以是，还考虑了后述混合料的形成，在一实施方式中，使与第二峰值P2对应的粒径D2为0.300mm～0.425mm(即，实际的粒径0.300mm～0.500mm)。

若第二粒子群B的硬度过硬，则被处理面粗糙化为所需程度以上的程度，或粒子本身的寿命降低。相对于此，若第二粒子群B的硬度过于柔软，则无法充分地进行喷丸处理。也可以考虑到喷丸处理的效率和寿命，将第二粒子群B的维氏硬度调整为HV300～900。

通过利用铸钢制造第二粒子群B，能够利用热处理调整上述的维氏硬度。

此外，也可以使第一粒子群A所含的粒子为球状的粒子，使第二粒子群B所含的粒子为圆柱形状的粒子。换句话说，第一粒子群A和第二粒子群B中的一者是具有角部的形状的粒子的集合，另一者是由凸曲面构成的形状的粒子的集合即可。

接下来，对使用一实施方式的投射材料进行喷丸处理的方法进行说明。

首先，参照图2对一实施方式的喷丸处理所使用的喷丸装置进行说明。喷丸装置01包括：进行投射材料的存积和定量供给的料斗10；对投射材料进行投射的叶轮单元20；使投射材料循环的循环装置30；从包含投射材料的粒子群分离出能够重新利用的投射材料和除此以外的粒子(以下将它们统称为“投射材料等”)的分离器40；集尘装置50；对由集尘装置50形成的吸引力进行调整的阻尼器60；投射室70；以及控制喷丸装置的工作的控制装置(未图示)。

料斗10具备：存积有投射材料的存积部11；和设置于存积部11的下部的截流闸门12。截流闸门12是用于使处于从存积部11朝向叶轮的路径上的开口部的面积可变的构件，且能够将恒定量的投射材料供给叶轮单元20。

叶轮单元20通过旋转的叶片使从料斗10供给的投射材料加速，向在设置于投射室70内的载置台71载置的被处理物W投射。由此，进行喷丸处理。

循环装置30具备螺旋输送机31和斗式提升机32。通过螺旋输送机31将喷丸处理后的投射材料等向斗式提升机32引导。然后，投射材料等由斗式提升机向喷丸装置01的上方输送，向分离器40供给。另外，在斗式提升机32设置有投射材料补充口33，能够对喷丸装置01补充投射材料。

在斗式提升机32与分离器40之间配置有穿孔金属部41，能够从投射材料等中预先除去粗大的粒子(例如毛刺)。对于穿过了穿孔金属部41的投射材料等，进行分离成能够重新利用的投射材料和除此以外的粒子的处理。在一实施方式中，通过风力方式进行。投射材料等以裙状落下。分离器40与集尘装置50连接，通过使由于集尘装置50的工作而产生的气流迎着落下方向和推力方向，从而挑选出能够重新利用的投射材料和除此以外的粒子。较重的粒子亦即能够重新利用的投射材料进一步持续落下，向料斗10供给。另一方面，较轻的粒子亦即其他粒子由集尘装置50吸引而得到回收。

阻尼器60在从分离器40朝向集尘装置50的路径上设置，对迎着投射材料等的气流的风量、风速进行控制。通过阻尼器60，能够调整分级精度，因此能够形成并维持后述的混合料。

未图示的控制装置对构成上述的喷丸装置01的各要素进行控制。控制装置例如能够使用个人计算机等各种运算装置、可编程逻辑控制器(PLC)和数字信号处理器(DSP)等运动控制器、高功能移动终端和高功能移动电话等。

接着，进一步参照图3对基于该喷丸装置01的喷丸处理方法的工序进行说明。

＜S1：投射材料的装填＞

在使喷丸装置01起动之后，未使用的投射材料从投射材料补充口33装填于喷丸装置01。

＜S2：混合料的形成＞

通过喷丸装置01的工作，实施重复进行投射投射材料、向装置外排出微粉和补充微粉这一系列操作。作为其结果，喷丸装置01内的投射材料的粒径分布以与未使用的投射材料的粒径分布不同的恒定的粒径分布稳定。即，成为形成了混合料的状态。对于投射材料而言，关键在于管理混合料形成之后的装置内投射材料的粒径分布，以便可高效地进行喷丸处理。

图4是表示混合料形成工序(步骤S2)的说明图。为了形成混合料，首先，在步骤S21中，准备由例如与被处理物W相同的材质构成的虚设工件，在步骤S22中起动喷丸装置01，实施重复进行通过与铸物的研磨时相同的条件对虚设工件投射投射材料、微粉的装置外排出、微粉的补充这一系列操作。作为其结果，喷丸装置01内的投射材料的粒径分布成为与未使用的投射材料的粒径分布不同的粒径分布。此外，也可以不使用虚设工件而空投投射材料。

在步骤S23中，进行与后述的步骤S5相同的判断，在补充投射材料的情况下进入步骤S25，其后，返回步骤S23。在不补充投射材料的情况下进入步骤S24。

在接下来的步骤S24中，判断投射时间是否达到为了形成混合料而预先设定的相当时间。在投射时间达到了相当时间的情况下，进入步骤S26，在没有达到的情况下，返回步骤S23。

在接下来的步骤S26中，采样投射材料而测定粒径分布，进行是否形成有所希望的混合料的评价。投射材料的取样能够从截流闸门12、斗式提升机32、分离器40处进行。在判断为形成有所希望的混合料的情况下(步骤S27：良好)，进入步骤S28，结束投射。接下来，在步骤S29中回收虚设工件，混合料形成工序结束。

在判断为没有形成有所希望的混合料的情况下(步骤S26：不良)，进入步骤S27，在调整了阻尼器60的开度之后，返回步骤S22。在步骤S27中，例如在小径的粒子多的情况下，能够通过增大阻尼器60的开度而增大风量来进行除去等。

此外，也可以是，在混合料形成工序结束之后，设置以下工序，对试样进行喷丸处理，确认是否成为具有所希望的喷丸处理能力的粒径分布。

在一实施方式中，如图5所示，控制为混合料形成后的喷丸装置01内的粒径分布，具有与第三峰对应的第三峰值P3和与第四峰对应的第四峰值P4，与第三峰值P3对应的粒径D3和与第一峰值P1对应的粒径D1实质上相同。此外，粒径满足D3＞D4＞D2的关系。通过使与第三峰值P3对应的粒径D3和与第四峰值P4对应的粒径D4的粒子增加，从而喷丸处理能力提高。另外，控制为与以往的投射材料的混合料形成后的喷丸装置内的粒径分布(图中的单点划线)相比，粒径D2的频次大。与以往的投射材料相比，粒径D2的频次上升，因此有益于覆盖率的提高。

另外，控制为，与以往的投射材料的混合料形成后的喷丸装置内的粒径分布(图中的单点划线)相比，与粒径D3邻接的粒径D5(D5＞D3)的频次P5和D2的频次P6大，并且成为整体上宽大的粒径分布(双峰性)。通过使粒径D5的频次P5上升，从而进一步促进被处理区域整体的喷丸处理，而且通过使粒径D2的频次P6上升，从而能够进一步促进被处理区域整体的覆盖率的提高。但是，若比较小的粒径的频次过大，则粒径D3和粒径D4的粒子的比例相对减少，因此喷丸处理的效率降低。此处，也可以控制为，在混合料形成后的喷丸装置内的粒径分布中，使粒径D5的频次P5比粒径D3和粒径D4的频次(P3、P4)小，且相对于粒径D3和粒径D4的频次(P3、P4)中的成为最大的频次，使粒径D2的频次P6成为1/2以下。

若在未使用的投射材料中，与第一峰值P1对应的粒径D1为0.600mm～0.850mm(即，实际的粒径0.600mm～1.000mm)，与第二峰值P2对应的粒径D2为0.300mm～0.425mm(即，实际的粒径0.300mm～0.500mm)，则上述的混合料形成后的粒度分布的调整容易。

另外，若在未使用的投射材料中，第二峰值P2为第一峰值P1的2倍以上，则上述的混合料形成后的粒度分布的调整容易。

＜S3：被处理物的设置＞

将研磨对象的被处理物W载置于投射室70内的载置台71。

＜S4：对投射材料进行投射＞

通过在形成有混合料的状态下，朝向被处理物W投射投射材料，从而进行被处理物W表面的喷丸处理。

＜S5：过载的判定＞

根据对投射材料进行投射期间的叶轮单元20的电流计的负载电流值，判断是否补充投射材料。在负载电流值大于预先设定的电流值且为规定的变动值以下的情况下，判断为不补充投射材料而进入步骤S6。在负载电流值为预先设定的电流值以下或者超过规定的变动值的情况下，判断为补充投射材料而进入步骤S7。

＜S6：投射材料的补充＞

从丸粒补充口13a补充规定量的新的投射材料，返回步骤S5。投射材料是通过考虑斗式提升机的负载等补充所设定的规定量。由此，能够维持所希望的混合料。

＜S7：处理时间的判定＞

判断投射时间是否达到为了进行被处理物W的研磨而预先设定的设定时间。在投射时间达到设定时间的情况下进入步骤S8，在没有达到的情况下返回步骤S5。

＜S8：投射的结束＞

停止循环装置30的工作，结束投射。

＜S9：被处理物的回收＞

打开投射室70的门，取出被处理物W。

＜S10：处理状态的确认＞

通过目视观察等评价被处理物W的处理状态，判断喷丸处理是否结束。在判断为喷丸处理结束的情况下(步骤S10：良好)结束一系列的操作。在判断为喷丸处理没有结束的情况下(步骤S10：处理不足)，返回步骤S3。

根据上述的喷丸处理方法，能够使混合料形成后的投射材料的粒径分布成为适于喷丸处理的分布，因此该喷丸处理方法能够使对于处理区域整体的喷丸处理能力和覆盖率均提高。

接下来，对进行了用于确认一实施方式的丸粒的效果的试验的结果进行说明。

作为一实施方式的投射材料(实施例)，准备了D1＝0.600mm、D2＝0.425mm的投射材料。另外，为了比较，准备了具有极值粒径0.6mm的大致球形状的投射材料(比较例)。

对这些投射材料的寿命进行了评价。将投射材料100g投入寿命试验装置(Ervin公司制的“The Test Ervin Machine”)，以投射速度60m/s朝向钢材(HRC65)进行了投射之后，利用筛子对投射材料进行分级并将小径粒子除去。然后，以使全部量成为100g的方式追加未使用的投射材料，同样使寿命试验装置工作。重复该操作，初始投入的投射材料全部进行了更换后时的投射次数(循环)成为寿命值。

比较例为3.411个循环。相对于此，一实施方式的投射材料的实施例为5389个循环。这表示一实施方式的投射材料具有以往的投射材料的约160％的寿命。

接下来，对使用这些投射材料进行了喷丸处理的结果进行说明。对于铬钢钢材(JIS G4104：4104所规定的SCR420)，以50kg/m ²的投射密度进行了喷丸处理。

在喷丸处理之后，进行了覆盖率的评价。覆盖率的评价使用对铬钢材进行了喷丸处理后的部分。利用显微镜观察并计算出瘪痕占指定区域的面积。示出比较例的覆盖率为70％，相对于此，实施例的覆盖率为90％，一实施方式的投射材料能够高效地对被处理物整体进行喷丸处理。

工业上的可利用性

本公开的一实施方式的投射材料能够适当地用于铸造后的铸造物的落砂、金属产品的去毛刺、锈等积垢的除去、涂装前的基底处理、涂装剥离、地面、壁面(例如混凝土道路面、轨道导轨用混凝土路地面、工厂混凝土地面、构造物混凝土壁面等)的表面母层的除去等所有的喷丸处理。

附图标记说明

01…喷丸装置；10…料斗；20…叶轮单元；30…循环装置；40…分离器；50…集尘装置；60…阻尼器；70…投射室；W…被处理物。