為了有效提高拋丸除鱗效率, 利用有限元數(shù)值計算了彈丸沖擊速度對鱗層破壞面積、基體塑形凹坑及殘余應(yīng)力的影響行為。數(shù)據(jù)顯示：鱗層在很小的速度 (5 m/s) 沖擊下即可發(fā)生破壞, 不銹鋼鋼丸沖擊速度越大除鱗面積越大, 同時也會造成基體應(yīng)力/應(yīng)變增加。彈丸沖擊下鱗層失效區(qū)域由兩部分構(gòu)成, 分別為彈丸沖擊引起的直接失效區(qū)域與鐵基體形變傳遞引起的間接失效區(qū)域, 后者呈星狀拓展?；w殘留的塑性凹坑深度與沖擊速度大致呈一次線性關(guān)系?，F(xiàn)場實際生產(chǎn)中, 應(yīng)在滿足表面粗糙度與殘余應(yīng)力要求的基礎(chǔ)上選擇較大的沖擊速度。

熱軋帶鋼在冷軋或鍍鋅工序前, 需經(jīng)酸洗將表面氧化鐵皮 (俗稱鱗層) 去除, 以保證產(chǎn)品表面質(zhì)量與機械性能。傳統(tǒng)的酸洗線利用藥劑的化學反應(yīng)能力將氧化層反應(yīng)去除, 設(shè)備占地面積大, 可控性差, 普遍存在過酸洗、欠酸洗與氫脆問題, 且工人勞動環(huán)境惡劣, 廢液排放會造成嚴重的環(huán)境污染，為解決這些技術(shù)難題, 學者們長期致力于無酸除鱗工藝的研究與開發(fā)。拋丸除鱗具有綠色無污染, 處理速度快, 可控性強, 能靈活實現(xiàn)串聯(lián)組合, 丸料可循環(huán)使用等優(yōu)勢, 其工作原理是:彈丸高速沖擊帶鋼表面, 由于鐵基體彈塑性較好而表面鱗層不具有塑性且破壞強度較低, 當變形大于破壞強度時鱗層便破裂并從帶鋼表面剝離。

基于拋丸除鱗的原理, 用鋼砂與水的混合漿料取代彈丸研發(fā)了一種EPS除鱗系統(tǒng), 處理后帶鋼表面潔凈度優(yōu)于傳統(tǒng)酸洗, 已獲得投產(chǎn)應(yīng)用。國內(nèi)學者鄭麗華利用計算機模擬技術(shù)優(yōu)化了除鱗導板位置, 提高了拋丸除鱗的均勻性。張志強結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù), 分析了彈丸速度、粒徑對不銹帶鋼表面粗糙度的影響, 指出減小彈丸速度可降低表面粗糙度。葉永生等通過實驗發(fā)現(xiàn)彈丸材質(zhì)、彈丸流量對除鱗效果影響很大, 材質(zhì)對帶鋼表面粗糙度影響大于流量。

通過實驗發(fā)現(xiàn)帶有棱角的鋼砂除鱗效果優(yōu)于鋼丸, 并指出彈丸的速度、流量對除鱗效率和表面粗糙度有直接影響。李旭初對除鱗現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行分析, 發(fā)現(xiàn)鋼砂、鋼丸混合料的除鱗效果優(yōu)于純鋼丸, 且處理后帶鋼表面粗糙度更小, 噸鋼丸料消耗量更低。Gao等建立了干、濕除鱗有限元模型, 并分析了不同速度、粒徑與沖擊角度下的破壞效果, 發(fā)現(xiàn)帶鋼表面應(yīng)力/應(yīng)變與彈丸速度近似成一次線性關(guān)系, 且濕式除鱗帶鋼表面應(yīng)力/應(yīng)變更小。任玉軍等建立了單彈丸垂直方向沖擊鱗層有限元模型, 認為速度為40m/s-75 m/s時可侵徹0.5 mm厚的氧化層。

這些研究, 特別是EPS除鱗系統(tǒng)的市場應(yīng)用, 已論證了拋丸除鱗取代傳統(tǒng)酸洗的可行性。如何提高除鱗質(zhì)量、控制噸鋼處理成本是該技術(shù)向普碳鋼市場推廣應(yīng)用的關(guān)鍵, 同時也是現(xiàn)場科研人員的主要攻關(guān)課題。在拋丸除鱗工藝研究與優(yōu)化中, 彈丸沖擊速度是最為關(guān)鍵參數(shù)之一, 同時也是學者們研究的重點, 一方面是因為彈丸速度對除鱗效果及表面粗糙度影響巨大, 另一方面速度也是系統(tǒng)能耗的重要參考指標。由于生產(chǎn)線上大量拋丸同時高速沖擊破壞帶鋼表面鱗層, 且氧化層厚度極薄, 難以在現(xiàn)場捕捉到單個彈丸沖擊下鱗層的破壞行為。學者們借助有限元軟件對單拋丸沖擊進行仿真, 并積累了一定的經(jīng)驗。