金屬管線機(jī)械除鱗工藝進(jìn)展淺析

安 超

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

1 概述

機(jī)械除鱗法由于環(huán)境友好，獲得越來越多金屬制品生產(chǎn)廠家的關(guān)注，并呈現(xiàn)出取代酸洗除鱗的趨勢[1]，目前機(jī)械除鱗法在金屬管線表面除鱗技術(shù)中占據(jù)79%的比重，因此對其技術(shù)分析具有重要的現(xiàn)實意義。

本文主要以專利為依托，對該領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。分析得出，該領(lǐng)域最早的相關(guān)申請出現(xiàn)在1966年，之后截止到20 世紀(jì)80 年代均為平穩(wěn)增長階段，進(jìn)入21 世紀(jì)后為迅猛發(fā)展階段。日本、德國、美國、歐洲各國以及前蘇聯(lián)的專利申請量在上個世紀(jì)占了較大比重，中國雖然在該領(lǐng)域起步較晚，但近年來的發(fā)展十分迅猛，截至目前中國專利申請總量已占全球申請總量的51%。

機(jī)械除鱗法技術(shù)分支較多，占據(jù)前三的分別是反復(fù)彎曲法、鋼絲刷除鱗法、噴砂法，以下對這些重要分支分別進(jìn)行發(fā)展脈絡(luò)梳理。

2 反復(fù)彎曲法

機(jī)械除鱗技術(shù)中應(yīng)用最多的是反復(fù)彎曲除鱗法，其主要是通過多個剝殼輪對線材進(jìn)行反復(fù)彎曲，以實現(xiàn)除鱗的目的。

反復(fù)彎曲法歷史悠久，在專利領(lǐng)域最先出現(xiàn)的時間是1973年，專利申請DE2328109A 將線材彎曲到彈性極限后用滾輪進(jìn)行打磨，取出殘留氧化皮，達(dá)到除鱗的目的。隨后1979 年專利申請F(tuán)R7926620A中，將一次性彎曲發(fā)展為反復(fù)彎曲，其通過5 個剝殼輪對線材進(jìn)行反復(fù)彎曲后，進(jìn)一步結(jié)合模具刀對殘留氧化皮進(jìn)行打磨，并將除去的氧化皮進(jìn)行收集，該方法達(dá)到了較好的除鱗效果；同年11月，專利申請SU2837213A 對剝殼輪的滾輪布置進(jìn)行了詳細(xì)研究，線材先穿過多個剝殼輪構(gòu)成的水平輥，然后經(jīng)過豎直布置的滾輪，最后在經(jīng)過一組剝殼輪構(gòu)成的水平輥，對線材進(jìn)行全方位除鱗。隨后1994年，專利申請JP15002394A 對彎曲輥的轉(zhuǎn)速進(jìn)行研究，并首次采用對線材進(jìn)行扭曲的方法，將線材以便扭曲以便經(jīng)過多個剝殼輪進(jìn)行反復(fù)彎曲。2001 年專利申請JP2001033006A 首次采用反復(fù)彎曲法與噴砂相結(jié)合，線材經(jīng)剝殼輪反復(fù)彎曲后進(jìn)入噴砂室，進(jìn)行氧化皮的去除。

進(jìn)入21 世紀(jì)，中國的專利申請如同雨后春筍一般的發(fā)展起來。2002 年專利申請CN02137851A，如圖1 所示，工件進(jìn)入一組剝殼輪后進(jìn)行氧化鐵皮的疏松剝殼，然后采用鋼絲刷對氧化鐵皮進(jìn)行刷除。2011 年專利申請CN201110247032A 首次采用反復(fù)彎曲后采用鋼絲刷處理，并隨后進(jìn)行電解的方法除鱗，實現(xiàn)鋼絞線生產(chǎn)過程的無酸洗拉拔和在線電解輪滑，節(jié)省能源消耗和人員配置，提高了生產(chǎn)效率。2012 年專利申請CN201310012758A 提供一種對鋼筋外表面全方位除氧化皮，多個平面布置的剝殼輪實現(xiàn)了較好的除鱗效果。2015 年專利申請CN201520072492，采用剝殼輪對盤條進(jìn)行反復(fù)彎曲破壞氧化皮層，然后通過吹氣噴嘴對盤條高壓吹氣吹掉氧化皮，校直后再次通過吹氣噴嘴清理細(xì)小氧化皮等雜質(zhì)，對盤條進(jìn)行徹底清潔。

反復(fù)彎曲法經(jīng)歷了從單獨彎曲到反復(fù)彎曲，再到結(jié)合其他除鱗手段，并改進(jìn)剝殼輪結(jié)構(gòu)以提高除鱗效果的發(fā)展過程，加工方法及效果均較為穩(wěn)定。

3 鋼絲刷除鱗法

該方法通過在刷輪上設(shè)置鋼絲，線材穿過轉(zhuǎn)動的刷輪實現(xiàn)氧化鐵皮的清潔。鋼絲刷最早的結(jié)構(gòu)見于1981 年專利申請SU3259047A，其通過可動夾持線束的夾具去除氧化皮，但是由于線材不能完全接觸線刷，導(dǎo)致除鱗效果欠佳。1999 年專利申請DE29918411U 解決了上述問題，其采用一對傾斜布置的鋼絲刷輪，線材表面與鋼絲刷輪進(jìn)行了徹底的接觸，除鱗效果較好。2003 年專利申請CA2516692A中，首次出現(xiàn)在刷除氧化層時，保留一層未完全氧化的氧化鐵層，以防止線材除鱗后被氧化，并在鋼絲刷清理后采用噴嘴對鋼絲刷進(jìn)行清洗。2005 年專利申請RU2005105980A 對鋼絲刷的布置角度進(jìn)行了詳細(xì)的研究，多個不同角度布置的鋼絲刷對線材進(jìn)行了全方位除鱗，該國專利申請RU2006137073A 采用電控鋼絲刷的移動，提高了除鱗效率。中國于 2009 年申請的專利CN200920228664U，對刷輪提出了一種新的布置方案，其采用V 字形設(shè)置的刷輪，帶動刷輪高速旋轉(zhuǎn)去除線材表面的氧化鐵皮。2015 年專利申請CN201510113087A 對鋼絲刷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，保證刷輪與盤條表面全方位、無死角接觸，極大提高氧化層的清除效果。

對鋼絲刷除鱗法的發(fā)展過程進(jìn)行分析可知，該方法出現(xiàn)較早，之后發(fā)展過程主要圍繞鋼絲刷的結(jié)構(gòu)以及布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行，以期提高線材與鋼絲刷表面接觸面積以及提高除鱗效率，這種方法緊隨反復(fù)彎曲除鱗法，成為機(jī)械除鱗中應(yīng)用較多的一種方法，也具有舉足輕重的地位。

4 噴砂除鱗法

噴砂法是機(jī)械除鱗法中應(yīng)用較多的一種除鱗方法，其包括離線式整卷除鱗和在線單根除鱗。一般來說，噴砂是通過使具有從大約1mm 到大約40mm 的直徑的線材或棒材縱向穿過噴砂機(jī)來實現(xiàn)。在噴砂機(jī)中，金屬丸粒借助于設(shè)有徑向葉片的轉(zhuǎn)子向線材或棒材的表面投射，它們從中心軸線向地供應(yīng)并靠離心力沿徑向以很高的速度投射丸粒。通常，一臺噴砂機(jī)設(shè)有彼此按120°排列的三個轉(zhuǎn)子，或者彼此按90°排列的四個轉(zhuǎn)子，以致所述線材或棒材的表面暴露于丸粒射束。轉(zhuǎn)子安裝成其旋轉(zhuǎn)軸線正交于線材或棒材的縱軸線，最好是相對于棒材的前進(jìn)方向交錯。噴砂法最早出現(xiàn)在1968 年日本申請的專利JP659468A，其經(jīng)歷了在單獨的噴砂除鱗的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，研究通過采用高壓空氣或者高壓水輔助進(jìn)行噴砂處理，以及研究噴射的速度，以提高線材除鱗的效率，高壓水除鱗在實際工業(yè)應(yīng)用中也較為廣泛。隨后在發(fā)現(xiàn)較高的壓力會對線材表面造成加工變質(zhì)問題后，又開始對噴射的壓力以及噴射方式進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，在保證較好的除鱗效果的同時兼顧線材質(zhì)量。

5 結(jié)論

機(jī)械除鱗法是目前金屬管線除鱗領(lǐng)域主要的加工方法，今后發(fā)展方向主要是在現(xiàn)有除鱗技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行細(xì)節(jié)的優(yōu)化研究，例如刷輪角度、除鱗水壓、噴嘴位置布置等精細(xì)除鱗，此外，還出現(xiàn)了從源頭解決除鱗問題的研究，例如，針對線材除鱗前的運輸過程中，氧化鱗皮不能脫落，防止運輸過程中基體金屬暴露生成鐵銹，同時又要滿足除鱗過程中比較容易剝落的要求，研究人員針對氧化鐵皮的成分以及性能進(jìn)行了針對性研究，通過控制鱗皮的組成、控制基體金屬與鱗皮接觸界面的粗糙度、控制鱗皮的厚度等方式，實現(xiàn)了提高除鱗效率、質(zhì)量，以及節(jié)約能量的技術(shù)效果。