本文圍繞尺寸、鑄鋼、篩網(wǎng)、篩分、方法、樣品、直徑、質(zhì)量、范圍、稱(chēng)重等有關(guān)詞展開(kāi)編寫(xiě)的關(guān)于成都鑄鋼丸的尺寸及其變化性的尺寸鑄鋼篩網(wǎng)相關(guān)文章,僅供大家了解學(xué)習。
57331822-8-3鑄鋼丸zui重要的指標是它的大小。鑄鋼丸的尺寸是影響噴丸強度、覆蓋率和硬化層深度的重要因素。因此,顆粒大小的可變性也是一個(gè)非常重要的因素。在SAE J444和AMS 2431中,規定了篩選以確定鑄鋼丸的尺寸。因此,根據篩網(wǎng)的目數,我們可以得到鑄鋼丸的公稱(chēng)尺寸。同時(shí),鑄鋼丸的大小也可以用球的直徑來(lái)表示。表征球體的直徑是方便的,因為(a)鑄鋼丸近似為球形,和(b)球體的形狀只有一維,即球體的直徑。如果用球徑來(lái)表征擊球的大小,就要用“近似球”這個(gè)概念。
一個(gè)小球和它的“近似球體”具有相同的體積(因此質(zhì)量也相同)。圖1顯示了篩網(wǎng)間隙和等球之間的尺寸差異,這可以用作篩選顆粒尺寸的方法。
鑄鋼丸的粒度分布很寬。圖2顯示了SAE J444規范中鑄鋼丸的尺寸分布范圍。鋼丸型號為S+號,粒度分布符合SAE J444。
每種公稱(chēng)尺寸都有相應的直徑分布范圍,這與鑄鋼丸的制造和篩選方法有關(guān)。SAE J444中規定了每個(gè)鑄鋼丸的尺寸分布范圍。鑄鋼丸的粒度分布范圍越大,影響噴涂件的不確定因素就越多。另一方面,如果鑄鋼丸的尺寸分布更小,制造和丸維護成本將更高。但是,在不考慮單個(gè)規范的具體含義的情況下,我們傾向于理解為規范的存在是為了讓用戶(hù)相信產(chǎn)品符合相關(guān)標準。
所有噴丸規范都是基于具體參數、測量方法和變化范圍的定義。以上三個(gè)因素都要定義清楚,盡可能無(wú)異議。
新鋼丸和舊鋼丸的粒度分布不同。任何類(lèi)型的鋼丸在使用后都會(huì )因為磨損而變小。使用過(guò)的鑄鋼丸會(huì )包含磨損的鋼丸和新加入的鋼丸,其中因磨損而變小的鋼丸占一定比例?!霸瓘S(chǎng)鋼丸”和“維修鋼丸”是區分兩種狀態(tài)的鋼丸?!熬S修鋼丸”的粒度分布可以通過(guò)混合幾種類(lèi)型的“原始鋼丸”來(lái)模擬。比如S23的“維修鋼丸”,可以將S11、S17、S23的“原鋼丸”按一定比例混合模擬。
顆粒的公稱(chēng)尺寸
顆粒的標稱(chēng)尺寸是每種顆粒平均尺寸的表達。如果我們假設每個(gè)彈丸的形狀為球形,密度為786Kg/m3,那么我們就可以計算出彈丸的平均質(zhì)量,如表1所示。
通常,樣品的重量被定義為1克??赡苡腥藢Σ煌吞柕? g顆粒中含有多少顆粒感興趣。不同規格的顆粒數從幾百萬(wàn)到幾千不等,主要與顆粒大小有關(guān)。已經(jīng)在噴丸設備中回收的1Kg S11鑄鋼丸含有1億顆彈丸!
顆粒的可變性
鑄鋼丸的公稱(chēng)尺寸是一個(gè)定值,但實(shí)際上鑄鋼丸的尺寸是一個(gè)范圍值。該范圍取決于顆粒的可變性和篩選方法。
鑄鋼丸是由鋼水直接制成的,這是造成丸粒尺寸可變性的主要原因。將鋼水從鋼包倒入高壓水射流中,水射流會(huì )將鋼水分散成小液滴,凝固后變成球團。在凝固過(guò)程中,液滴會(huì )盡力通過(guò)降低表面積體積比來(lái)降低表面能。并且球體具有zui小的表面積體積比。因此,鑄鋼丸的顆粒幾乎是球形的。圖3示出了可以由鋼包鋼制造的鋼丸的可能分布范圍。圖中的曲線(xiàn)與“正態(tài)分布”曲線(xiàn)非常相似。這個(gè)曲線(xiàn)的平均值可以通過(guò)一些手段來(lái)控制,比如調節水流的速度和形狀。平均值的可變性可以用方差(標準差的平方)來(lái)定量表征。
與質(zhì)量變化的關(guān)系如圖3所示,其中只包含了一些常見(jiàn)的鏡頭模型(如S11、S17、S23)。由于金屬材料在水淬狀態(tài)下非常脆,彈丸制造過(guò)程中的砂部分非常容易破碎。然而,通常情況下,所有的彈丸和沙子將被分級,然后奧氏體化和淬火之前,粗篩選。然后,對球團礦部分進(jìn)行回火和細篩,以生產(chǎn)符合規格的不同類(lèi)型的球團礦。
通過(guò)精細篩選,可以將顆粒分成符合標準的不同型號。精細篩選的方法是廠(chǎng)家的秘密。圖4顯示了符合J444標準要求的可能篩選方法。比如S7的鏡頭,通過(guò)篩分通過(guò).355mm的屏幕,但不通過(guò).125mm的屏幕。這樣就滿(mǎn)足了J444標準的要求:“.425mm篩全部通過(guò),.355mm篩zui多保留1%,.18mm篩至少保留8%,.125mm篩至少保留9%”。圖4中S11、S17和S27顆粒的相關(guān)篩選范圍也符合J444的要求。
每種類(lèi)型的鏡頭將包含一定的大小范圍。對于圖3所示的S7鑄鋼丸,其丸直徑范圍為.125毫米至.355毫米。丸的質(zhì)量是其體積乘以鋼的密度。體積為πd3/6(d為直徑)。所以質(zhì)量的范圍是直徑范圍的三次方。以前述S7顆粒為例,其質(zhì)量分布范圍為(.355/.125)3比1。對于S11顆粒,質(zhì)量分布范圍為2.8至1,S17為2.9至1,S23為1.7至1。如果彈丸廠(chǎng)商想制造更精細的S7彈丸,那么S7彈丸的射程下限應該提高到.18mm,這也符合J444的規格。對于精S7,其質(zhì)量范圍為7.7比1。
尺寸的測量方法
一種典型的球團粒度測試方法是從每批球團中取出1g樣品,用一系列標準篩網(wǎng)進(jìn)行篩選,然后在每個(gè)篩網(wǎng)上對球團進(jìn)行稱(chēng)重。這種試驗方法包括幾種變化。首先是彈丸樣本本身。樣本是從大量小球中選取的一小部分,選取的小球是隨機的。目前有很多技術(shù),如“機械隨機抽樣”,可以保證所選樣本的合理代表性。其次,如果我們重復同樣的1g樣本的篩選試驗,結果會(huì )有所不同,甚至略有不同。zui后,屏幕本身具有可變性是至關(guān)重要的。就算你拿zui優(yōu)質(zhì)的屏幕,它不同開(kāi)口的光圈也是不一樣的。隨著(zhù)使用時(shí)間的增加,篩網(wǎng)的磨損會(huì )進(jìn)一步加劇,孔徑的差異會(huì )增大,同時(shí)孔徑的平均尺寸也會(huì )進(jìn)一步增大。值得注意的是,1g顆粒中的顆粒數量非常多。例如,1克S11鑄鋼丸大約有一百萬(wàn)個(gè)丸。
規范中關(guān)于尺寸可變性的信息相對有限,如圖5所示。關(guān)于鏡頭篩選的信息,AMS 2341標準規定每種類(lèi)型的鏡頭要用五個(gè)或四個(gè)屏幕(視鏡頭大小而定),比J444標準規定的四個(gè)或三個(gè)屏幕多一點(diǎn)。
在實(shí)際測試中,1g的樣品經(jīng)過(guò)篩選后會(huì )得到幾種不同的重量。對于“zui壞的情況”(例如,篩選結果僅滿(mǎn)足規格的限制),尺寸可變性將達到zui大值。圖6顯示了zui差的情況,即1g保留在.85mm篩上,75g保留在.71mm篩上,12g保留在.355mm篩上,3g通過(guò).355mm篩。
S17的公稱(chēng)尺寸為.425毫米球面直徑。那么一個(gè)重要的問(wèn)題就是“圖6中拍攝樣本的平均大小是多少?”。正確答案是“我們不知道,因為圖6提供的信息不充分”。如果我們假設鏡頭每個(gè)部分的平均大小是每個(gè)部分極限值的一半,那么我們就可以做一個(gè)估算?;谝陨霞僭O,我們會(huì )有.1725mm鏡頭的3g,.39mm鏡頭的12g,.5675mm鏡頭的75g,.78mm鏡頭的1g,那么zui后的平均值就是.352mm!這個(gè)估計來(lái)自于質(zhì)量和體積的換算關(guān)系。結果顯示,鉛球3g部分比例為48%,12g部分比例為17%,75g部分比例為33%,1g部分比例僅為2%。
上面的計算說(shuō)明了鏡頭估算的核心問(wèn)題,即屏幕大小與鏡頭直徑有關(guān),但質(zhì)量和體積成正比。
S17顆粒的“好情況”是所有顆粒通過(guò).71毫米篩,然后留在.425毫米篩上。即便如此,我們也無(wú)法準確知道彈丸的平均直徑。
單顆粒尺寸的試驗方法
如果我們可以測試單個(gè)顆粒的大小,那么我們就可以得到顆粒大小的可變性。有幾種方法可以測試單個(gè)顆粒的大小,zui常用的方法是精確稱(chēng)重和圖像分析。每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。樣本的大小非常重要。到1范圍內的顆??梢源韺?shí)際的顆粒尺寸。如果顆粒的數量少于1,則不能充分檢測到有意義的可變性精確度。如果顆粒數超過(guò)1,該測試將花費太多時(shí)間。稱(chēng)重方式與形狀無(wú)關(guān)。另一方面,圖像分析方法受單個(gè)顆粒形狀的影響,并且相對主觀(guān)。
重量法
稱(chēng)重方法是客觀(guān)的,其準確性可以通過(guò)指定的稱(chēng)重設備來(lái)保證。然而,這種方法的缺點(diǎn)是必須將單個(gè)藥丸放在天平上,然后放下。如果你把小球鋪在圖1的尼龍網(wǎng)上,然后用磁針轉移小球,可能會(huì )更容易操作?,F代電子稱(chēng)重設備可以直接將稱(chēng)重數據傳輸到電子表格中。
圖像分析方法
這種方法需要使用攝影顯微鏡獲取圖像,然后使用圖像分析計算機程序進(jìn)行分析。第一個(gè)問(wèn)題是計算機程序不能自動(dòng)區分單個(gè)顆粒。所以,就像稱(chēng)重法一樣,用尼龍篩網(wǎng)更方便?;蛘?,圖像可以由計算機處理。計算機處理方法是先用“二元收縮”法(即把一層小球一層一層剝開(kāi),直到?jīng)]有小球相互接觸為止),再用“二元膨脹”法(即人為使小球相互接觸)。因此,獲得了可以由計算機處理的單個(gè)顆粒的圖像結果。
稱(chēng)重法和圖像處理法都可以計算出球團的平均粒徑。
平均直徑/質(zhì)量的單層試驗方法
為了測試顆粒樣品的平均尺寸,我們可以使用上述方法來(lái)測試單個(gè)顆粒的尺寸,然后將其平均。我們還可以用另一種方法,就是鋪一層樣品,測量其質(zhì)量和面積。這種方法基于平均直徑D、質(zhì)量M和彈丸所占面積A之間的直接關(guān)系。
對于正方形排列的小球,如果數量為N,面積為A,則可以得到n=A/d2。小球的質(zhì)量m是ρπd3/6。N個(gè)小球的總質(zhì)量N所占的面積為A,則M= A/d2ρπd3/6,則可得公式(1):
d=6M/Aρπ (1)
其中ρ =密度
圖7滿(mǎn)足公式(1)并采用球形顆粒的均勻正方形排列。
為了使公式(1)的原理更具體,我們可以在一個(gè)固定的區域放置一個(gè)拍攝樣本。顆粒樣品將包含大量的顆粒。例如,1g的S11顆粒包含1,個(gè)顆粒。想象一下,比如S11中的射擊樣品,平均直徑為.11英寸,然后鋪在一個(gè)固定的區域,其質(zhì)量為1.g·g,如果樣品丸的直徑增加1%,在其他參數不方便的情況下,樣品的質(zhì)量就會(huì )增加到1.1g。這樣的質(zhì)量變化很容易用天平檢測出來(lái)。
如果將丸粒簡(jiǎn)單地倒入盤(pán)中,則不能形成真正的單層丸粒。圖8顯示了第二層顆粒的外觀(guān)和盤(pán)中沒(méi)有顆粒的區域(即圖中的黑點(diǎn)和白色區域)。通過(guò)平衡“二層鏡頭”和“無(wú)鏡頭區”,可以快速得到真正的單層鏡頭。單層彈丸質(zhì)量重現性很好,一般1g彈丸小于.1g。與簡(jiǎn)單的傾倒法相比,需要更復雜的工藝才能得到真正的單層球團。單層拍攝的測試方法可以通過(guò)數碼相機放大到電腦或電視的屏幕上。
球團粒度變異性的分析方法
表征彈丸材料可變性的兩種有用方法是直方圖和盒須圖。
條形圖
直方圖是基于將總數據分成相應范圍內的多個(gè)數據的方法。圖9和1是通過(guò)測試69粒S78藥丸的重量獲得的質(zhì)量和數量的直方圖。將圖9中的質(zhì)量測試結果換算成“近似球體”的直徑,得到圖1。
使用直方圖有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn),如圖9和圖1所示。不同的參數會(huì )導致不同的分布結果。質(zhì)量變化直方圖傾向于較低值,而直徑變化直方圖顯示兩個(gè)峰值。從顆粒中選擇的測試樣品通過(guò)不同直徑的篩網(wǎng)進(jìn)行篩選。有可能樣品是由兩種小球合成的,每一種小球都呈現正態(tài)分布。柱的尺寸、參數和范圍將強烈影響分布曲線(xiàn)的類(lèi)型。
直方圖不會(huì )產(chǎn)生定量參數的分布。它們zui大的特點(diǎn)是能夠呈現出一種熟悉的視覺(jué)形象。通過(guò)直方圖分析獲得的數據可用于確定互補參數,如范圍、平均值和標準偏差。
徐波
箱線(xiàn)圖可以形象地描述從一組測量數據中獲得的五個(gè)參數的匯總。這五個(gè)參數是zui小值、zui大值、下四分位數(Q1)、中值和上四分位數(Q3)?!爸兄怠笔侵敢唤M測試數據的中值,所以一半的數據會(huì )高于中值,一半的數據會(huì )低于中值?!八姆治粩怠笔菧y量總數的四分之一。因此,當四分之一的數據“在盒子上面”,另外四分之三的數據“在盒子下面”時(shí),“盒子”包含了總測試數據的一半。Excel軟件采用自己的運算方式來(lái)確定四分位數、zui小值、zui大值和中值。
圖11顯示了通過(guò)用Excel分析一組數據獲得的三個(gè)盒須。這可以解釋我們如何定量比較差異中zui重要的尺寸參數。
與直方圖不同,箱形圖完全獨立于變量(如列的大小和數量),因此箱形圖是完全客觀(guān)的。當我們遇到一些可能的規章制度時(shí),這個(gè)功能會(huì )非常有用。
在實(shí)踐中用方框圖來(lái)解釋會(huì )更容易。尤其是涉及到中間值在“盒子”中的位置。
和討論結論。
本文只討論鑄鋼丸,而不是所有其他類(lèi)型和材料的丸。這是為了讓文章更有針對性和深度,而不是泛泛而談。本文采用J444標準得到的一些準則也可以應用于A(yíng)MS 2431標準。
鑄鋼丸的尺寸可變性來(lái)自其制造工藝。后續的篩選過(guò)程主要是生產(chǎn)出符合規范要求的不同類(lèi)型的鑄鋼丸。在球團礦粒度測試中,用標準篩篩選1g球團礦樣品,得到了球團礦粒度分布范圍,但沒(méi)有實(shí)際平均粒度數據?,F在圖像分析軟件可以得到更多關(guān)于鏡頭大小的具體信息。需要注意的是,通過(guò)圖像分析軟件獲得的結果必須是可重復的和一致的。
因為篩選的1g顆粒數量遠遠多于圖像分析的顆粒數量。因此,要更加小心。圖像分析的結果具有代表性。
通過(guò)圖像分析和稱(chēng)重獲得的尺寸變異性數據可以用直方圖和盒須圖表征。在制定規范和質(zhì)量控制時(shí),箱線(xiàn)圖比直方圖更合適。
該文還指出,在已知面積內,通過(guò)稱(chēng)量一層鉛球,可以測出鉛球的平均尺寸。目前分析得到的結果還是很令人鼓舞的,而且現在的技術(shù)一直在發(fā)展,單層彈丸樣品的獲取更加方便。
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