1.本发明属于金属表面加工用材料的技术领域，具体包括一种增强型高圆度玻璃抛/喷丸的制备方法、产品及其应用。


背景技术：

2.抛/喷丸按材质分为金属质和玻璃质两类；抛丸机或喷砂机等设备通过连续抛射或喷射这种磨料，对不锈钢、钛、铝、镁等合金的表面进行加工(清理、强化、抛光和打磨)；使用不同规格尺寸的磨料，并结合抛丸机或喷砂机的不同操作参数，还会在被加工工件的表面产生不同的光泽度和装饰性效果。但是，抛/喷丸的毛刺会损伤工件表面，降低工效；其不圆度会影响工件的装饰性效果；尤其低强度、低硬度的玻璃抛/喷丸由于高速喷出，容易被破碎、粉化，不仅会损伤工件表面，而且产生大量的粉尘，磨料消耗大。
3.可通过两种方法制备玻璃抛/喷丸，一种制备方法是将玻璃块破碎、分选出需要的粒度，在火焰中加热至接近熔化形成球状玻璃抛/喷丸，另一种是本专利提出的由熔融的玻璃液直接通过模具成形再经过抛圆得到玻璃抛/喷丸。
4.第一种制备方法的缺点是：1由于玻璃是脆性材料，破碎玻璃块会产生大比例的细粉，存在生产得率低，粉尘多的缺点；2产品的粒度分布宽，降低对工件强化的效果；3由于加热火焰区温度的不均匀，产品的圆度差，影响工件的光泽度和装饰性效果；3如果玻璃抛/喷丸的密度＜2.4g/cm3,会降低金属表面加工的效率，需要更高的抛射或喷射速度，即增加的加工的能耗；4如果玻璃抛/喷丸的抗压强度＜90mpa，弹性模量＜8.5，使用中会破损，在反复循环的抛射或喷射过程中，甚至被破碎、粉化，不仅会损伤工件表面，而且产生大量的粉尘，增加磨料消耗，5.如果玻璃抛/喷丸的硬度小于5，会严重降低加工效率，也很难开发出新的装饰性效果。
5.实践还表明抛/喷丸的毛刺会损伤工件表面，其不圆度还会影响工件的装饰性效果；需要对其表面缺陷、尺寸偏差作出严格的要求。提高其强度和降低抛射或喷射时的破损。


技术实现要素：

6.发明目的
7.本发明的目的在于金属工件表面加工过程中，针对破碎玻璃块、在火焰中加热成球方法的效率低、能耗高、粉尘多的缺点，和产品粒度分布宽、圆度差、力学性能不高的问题，研究制备增强型高圆度的玻璃抛/喷丸新的生产方法。
8.技术方案
9.一种增强型高圆度玻璃抛/喷丸的生产方法，包括以下步骤：配方设计、配料、熔制、成形、坯片去边、筛去边渣、抛圆、微晶化或钢化处理、性能检验，其特征在于：
10.(1)配方设计：玻璃抛/喷丸包括硅酸盐玻璃、硅铝酸盐、硼硅酸盐和微晶玻璃的一种或几种进行组合，还包括mg2+、zn2+、zr4+、ti4+、v5+、mn2+、f-、s2-、p5+中的一种或几种
的组合，使玻璃易于分相或析晶；
11.(2)配料：按照设计的氧化物组成换算原料配方，将多种原料称量后混合均匀；
12.(3)熔制：将配好的原料投入玻璃熔窑，在1350-1600℃熔化成均匀的无可见气泡、无不熔物，无分离相或失透的玻璃液；
13.(4)成形：将熔制好的玻璃液由供料道出料口形成连续的流股流入模具中，例如流入相对旋转的双辊之间，双辊模具至少有一个辊的表面上有单排或多排的网格、半球形或多面体的凹形坑；玻璃液流股由于模具的挤压力被紧贴到模具众多的凹形坑壁中，压制形成单面凸出或双面凸出的连排的坯片；玻璃液由粘性液态转变为可塑态，再转变成具有形状固定的坯片，经网带式输送机送入集料箱中堆积慢冷；
14.(5)坯片去边：冷却后的坯片送入打边机破碎，利用坯粒的强度大于坯粒间隙的特点，在机械力的作用下使坯片被破碎成为坯粒和边渣；
15.(6)筛去边渣：通过筛分机将坯粒和边渣分离；
16.(7)抛圆：对坯粒进行外形和圆度的修整加工；将坯粒或混合一定量的隔离剂或研磨剂后送入旋转的两端有开口的金属圆筒中，在反复旋转滚动中，去除掉坯粒上残留的边渣或因模具错位造成的变形，或模具面上的点蚀造成的表面不圆滑等缺陷，使圆度不断提高，三维直径误差可小于5丝；
17.(8)微晶化或钢化处理：为进一步提高玻璃抛/喷丸的力学性能，将其进行微晶化或钢化处理，得到微晶化增强或钢化增强玻璃抛/喷丸；
18.(9)检验筛分：通过机械筛筛选出合格的玻璃质和微晶玻璃抛/喷丸，直径φ1-φ5/mm；同一直径规格的三维直径误差小于10丝。
19.优选地，所述步骤1中，玻璃抛/喷丸的主要氧化物的组成范围(质量百分数)如下：sio2＝7.50％-73％；b2o3＝0％-5％；na2o＝0.5％-15％；k2o＝0.2％-5.0％；li2o＝0-14.5％；al2o3＝0.5％-20.0％；cao＝0.1％-25.0％；tio2＝0-36％；v2o5＝0-2％；mno＝0-2％；zno＝0-6.0％；mgo＝0-15.0％；bao＝0-50.0％；cr2o3＝0-4％；fe2o3＝0-7.4％；sb2o3＝0-0.6％；zro2＝0-2.8％；p2o5＝0-1.0％；f＝0-3.5％；s＝0-1.5％；
20.优选地，所述步骤(7)中，采用常温抛圆法，即混合了一定量研磨剂的不圆的坯粒在旋转的金属圆筒中经过反复翻转，其圆度不断提高；
21.优选地，所述步骤(7)中，采用升温抛圆法，即将不圆的坯粒和混合一定量隔离剂在外侧有加热元件旋转的金属圆筒，通过辐射加热，最高加热温度控制在玻璃球软化点附近
±
50℃，不圆的坯粒变软，经过反复翻转，其圆度不断提高，然后从金属圆筒的低端开口处流出，并堆积退火、冷却；
22.优选地，所述步骤(7)中，所述研磨剂是通常的无机物磨料，如金刚砂、黑刚玉磨料、棕刚玉磨料、石英粉和氢氧化铝的一种和/或混合物；隔离剂是乳化液和300目－1200目石墨粉末的悬浮液，研磨剂和隔离剂的用量大致为坯粒体积的3％-15％；
23.优选地，所述步骤(8)中微晶化处理的步骤包括将玻璃抛/喷丸按照相关的核化晶化温度制度进行微晶化热处理，在650-900℃下核化1-2小时，再在750-1000℃下晶化1-2小时，析出微晶相，然后缓慢冷却至室温，得到微晶化增强玻璃泡/喷丸。
24.优选地，所述步骤(8)中钢化处理的步骤包括化学钢化：将玻璃抛/喷丸浸泡在硝酸钾熔盐中5-20小时，然后缓慢冷却至室温，用水清洗去除表面残留的硝酸钾，得到化学钢
化增强玻璃抛/喷丸。
25.优选地，所述步骤(8)中钢化处理的步骤包括化学钢化：将玻璃抛/喷丸在接近软化点，620-750℃下保温6-9分钟，立即多角度喷吹压缩冷空气2-7分钟，在使其快速冷却，得到物理钢化增强玻璃抛/喷丸。
26.优选地，所述增强型高圆度玻璃抛/喷丸的性能达到：密度≥2.45g/cm3、硬度＞5、抗压强度＞90mpa，弹性模量＞8.5。
27.优选地，所述增强型高圆度玻璃抛/喷丸应用于金属表面加工，具体包括清理、强化、抛光和打磨的步骤。
28.有益效果
29.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
30.从原始玻璃成分设计入手，通过选择抗冲击、高硬度、高密度的玻璃体系和氧化物组成使增强型玻璃抛/喷丸的性能达到高标准，采用模具成形玻璃抛/喷丸降低产品的粒度分布，采用升温抛圆法提高产品的圆度；通过微晶化或化学钢化或物理钢化的方法，从材质结构和预应力上再次提高产品的抗冲击性和硬度等力学性能，提高了工件的清理、强化、抛光或打磨工效。
附图说明
31.图1为连排的球坯片实例图；
32.图2为批量生产的玻璃抛/喷丸示意图；
33.图3为微晶化增强玻璃抛/喷丸示意图；
34.图4为增强型高圆度玻璃抛/喷丸的生产工艺流程图。
具体实施方式
35.下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
36.实施例1
37.一种增强型高圆度玻璃抛/喷丸的生产方法，包括以下步骤：配方设计、配料、熔制、成形、坯片去边、筛去边渣、抛圆、微晶化或钢化处理、性能检验，其特征在于：
38.(1)配方设计：玻璃抛/喷丸包括硅酸盐玻璃、硅铝酸盐、硼硅酸盐和微晶玻璃的一种或几种进行组合，还包括mg2+、zn2+、zr4+、ti4+、v5+、mn2+、f-、s2-、p5+中的一种或几种的组合，使玻璃易于分相或析晶；
39.(2)配料：按照设计的氧化物组成换算原料配方，将多种原料称量后混合均匀；
40.(3)熔制：将配好的原料投入玻璃熔窑，在1350-1600℃熔化成均匀的无可见气泡、无不熔物，无分离相或失透的玻璃液；
41.(4)成形：将熔制好的玻璃液由供料道出料口形成连续的流股流入模具中，例如流入相对旋转的双辊之间，双辊模具至少有一个辊的表面上有单排或多排的网格、半球形或多面体的凹形坑；玻璃液流股由于模具的挤压力被紧贴到模具众多的凹形坑壁中，压制形成单面凸出或双面凸出的连排的坯片；玻璃液由粘性液态转变为可塑态，再转变成具有形状固定的坯片，经网带式输送机送入集料箱中堆积慢冷；
42.(5)坯片去边：冷却后的坯片送入打边机破碎，利用坯粒的强度大于坯粒间隙的特
点，在机械力的作用下使坯片被破碎成为坯粒和边渣；
43.(6)筛去边渣：通过筛分机将坯粒和边渣分离；
44.(7)抛圆：对坯粒进行外形和圆度的修整加工；将坯粒或混合一定量的隔离剂或研磨剂后送入旋转的两端有开口的金属圆筒中，在反复旋转滚动中，去除掉坯粒上残留的边渣或因模具错位造成的变形，或模具面上的点蚀造成的表面不圆滑等缺陷，使圆度不断提高，三维直径误差可小于5丝；
45.(8)微晶化或钢化处理：为进一步提高玻璃抛/喷丸的力学性能，将其进行微晶化或钢化处理，得到微晶化增强或钢化增强玻璃抛/喷丸；
46.(9)检验筛分：通过机械筛筛选出合格的玻璃质和微晶玻璃抛/喷丸，直径φ1-φ5/mm；同一直径规格的三维直径误差小于10丝。
47.优选地，所述步骤1中，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝61％；na2o＝13.4％；k2o＝3.32％al2o3＝17％；cao＝0.4％；mgo＝3.4％，密度2.455g/cm3，莫氏硬度5.8，抗张强度6.9mpa，抗压强度104.5mpa，弹性模量11.02；
48.优选地，所述步骤(7)中，采用常温抛圆法，即混合了一定量研磨剂的不圆的坯粒在旋转的金属圆筒中经过反复翻转，其圆度不断提高；
49.优选地，所述步骤(7)中，采用升温抛圆法，即将不圆的坯粒和混合一定量隔离剂在外侧有加热元件旋转的金属圆筒，通过辐射加热，最高加热温度控制在玻璃球软化点附近
±
50℃，不圆的坯粒变软，经过反复翻转，其圆度不断提高，然后从金属圆筒的低端开口处流出，并堆积退火、冷却；
50.优选地，所述步骤(7)中，所述研磨剂是通常的无机物磨料，如金刚砂、黑刚玉磨料、棕刚玉磨料、石英粉和氢氧化铝的一种和/或混合物；隔离剂是乳化液和300目－1200目石墨粉末的悬浮液，研磨剂和隔离剂的用量大致为坯粒体积的3％-15％；
51.优选地，所述步骤(8)中微晶化处理的步骤包括将玻璃抛/喷丸按照相关的核化晶化温度制度进行微晶化热处理，在650-900℃下核化1-2小时，再在750-1000℃下晶化1-2小时，析出微晶相，然后缓慢冷却至室温，得到微晶化增强玻璃泡/喷丸。
52.优选地，所述步骤(8)中钢化处理的步骤包括化学钢化：将玻璃抛/喷丸浸泡在硝酸钾熔盐中5-20小时，然后缓慢冷却至室温，用水清洗去除表面残留的硝酸钾，得到化学钢化增强玻璃抛/喷丸。
53.优选地，所述步骤(8)中钢化处理的步骤包括化学钢化：将玻璃抛/喷丸在接近软化点，620-750℃下保温6-9分钟，立即多角度喷吹压缩冷空气2-7分钟，在使其快速冷却，得到物理钢化增强玻璃抛/喷丸。
54.优选地，所述增强型高圆度玻璃抛/喷丸应用于金属表面加工，具体包括清理、强化、抛光和打磨的步骤。
55.实施例2：
56.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝72.241％；na2o＝14.316％；al2o3＝0.692％；cao＝8.658％；mgo＝3.923％。其密度2.482g/cm3，莫氏硬度6.31，抗张强度8.61mpa，抗压强度103.3mpa，弹性模量9.20；
57.实施例3：
58.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：
sio2＝81.084％；b2o3＝11.344％，na2o＝4.494％；al2o3＝2.869％；k2o＝0.040％；mgo＝0.044％；密度2.30g/cm3，莫氏硬度8.54，抗张强度8.28mpa，抗压强度115.34mpa，弹性模量8.878；
59.实施例4：
60.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝56.321％；na2o＝4.567％；k2o＝3.435％；al2o3＝11.068％；cao＝9.404％；tio2＝0.063％；mno＝0.046％；zno＝0.007％；mgo＝8.632％；bao＝0.814％；fe2o3＝1.011％；zro2＝0.333％；p2o5＝2.393；密度2.463g/cm3，莫氏硬度4.38，抗张强度8.01mpa，抗压强度98.49mpa，弹性模量7.29；经过微晶化处理后密度2.488g/cm3，抗张强度80mpa；抗压强度300mpa.抗冲击韧性1.8-2.2kj/m2；
61.实施例5：
62.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝6.731％；na2o＝0.386％；al2o3＝3.514％；cao＝0-25.0％；tio2＝35.445％；zno＝0.079％；bao＝48.669％；zro2＝0.146％；其它＝5.048％。密度4.65g/cm3，莫氏硬度5.38，6.9，抗张强度8.00mpa，抗压强度90.49mpa，弹性模量10.51；
63.实施例6：
64.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝72.5％；b2o3＝14.6％；na2o＝5.210％；li2o＝3.000％；al2o3＝6.000％；cao＝8.00％；tio2＝2.000％；mgo＝1.000％；bao＝5.95％；zro2＝0.5％。经过化学强化处理后密度2.5733g/cm3，莫氏硬度6.68，抗张强度18.653mpa，抗压强度302.9mpa，弹性模量12.95；
65.实施例7：
66.与实施例1不同的是，玻璃抛/喷丸的主要化学组成(质量百分数)和性能参数为：sio2＝53.44％；b2o3＝14.600％；na2o＝5.21％；k2o＝0-5.0％；li2o＝2.6％；al2o3＝4.40％；cao＝8.000％；mgo＝5.200％；bao＝5.950％；sb2o3＝0.6％。经过物理钢化后密度2.5733g/cm3，莫氏硬度5.50，抗张强度18.032mpa，抗压强度197.17mpa，弹性模量9.34；
67.以上实施例生产的玻璃抛/喷丸圆度好、同一直径规格的三维直径误差小于10丝。
68.对比试验表明：在相同的工作压力下，与密度＜2.45g/cm3、硬度小于5、抗压强度＜90mpa，弹性模量小于8.5的相同直径的玻璃抛/喷丸相比，采用以上成分和处理方法制备的增强型高圆度玻璃抛/喷丸，对工件的清理、强化、抛光或打磨工效有明显的提高，而10次抛或喷循环后，破丸减少了20％-30％，丸耗减少了28-36％。
69.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
70.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施条例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。