劉如偉，張來(lái)斌，王瑞國(guó)，宋慶安，吳成民

（山東開(kāi)泰集團(tuán)有限公司，山東鄒平 256217）

拋丸清理技術(shù)的起源與發(fā)展史（1870年－1954年）

劉如偉，張來(lái)斌，王瑞國(guó)，宋慶安，吳成民

（山東開(kāi)泰集團(tuán)有限公司，山東鄒平 256217）

本文介紹了拋丸、噴丸、噴砂清理技術(shù)的發(fā)展史，及其領(lǐng)域的重要人物、相關(guān)發(fā)明及重要事件。

拋丸清理；噴丸清理；噴砂清理；Benjamin Chew Tighman；歷史

1 重要人物——本杰明切爾蒂爾曼（Benjam in Chew Tighm an）和約翰歐文（John F.Ervin）

拋丸、噴丸及噴砂界的鼻祖本杰明切爾蒂爾曼（Benjamin Chew Tilghman）（1821.10.26.－1901.7.3.）（圖1），出生于美國(guó)費(fèi)城，父親曾是英國(guó)海軍的外科醫(yī)生，后從英國(guó)移居到美國(guó)馬里蘭州。青少年時(shí)期，他在賓夕法尼亞州巴克斯縣（Bucks County,Pennsylvania） 的布里斯托天主教學(xué)院（Bristol College）學(xué)習(xí)，后在賓夕法尼亞（Pennsylvania）大學(xué)學(xué)習(xí)法律，1839年畢業(yè)，繼承家族的傳統(tǒng)，獲得律師從業(yè)資格，但從沒(méi)幫任何人打過(guò)官司。

美國(guó)南北戰(zhàn)爭(zhēng)（1861年-1865年)爆發(fā)后，他應(yīng)征入伍成為一名上尉，并很快從上尉晉升至上校，在塞勒維爾（Chancellorsville）戰(zhàn)役中身體多處受傷，戰(zhàn)爭(zhēng)快結(jié)束時(shí)，晉升為上將。在軍中，他仔細(xì)觀察大風(fēng)刮起沙漠中的砂子，不斷沖擊裸露在外的玻璃，玻璃不斷被刻蝕，受此啟發(fā)，他在離開(kāi)軍隊(duì)7年后，于1870年獲得第一個(gè)噴砂清理發(fā)明專利。這或許僅是一個(gè)理論、一個(gè)靈感，但一百四十年前本杰明切爾蒂爾曼的偉大發(fā)明，像漫漫黑夜中的星星之火，逐漸演變?yōu)楫?dāng)今全球工業(yè)領(lǐng)域中最重要的分支之一，即拋丸、噴丸及噴砂清理、強(qiáng)化、成形的表面處理行業(yè)，推動(dòng)了全球表面處理工業(yè)的發(fā)展。

之后，他同弟弟Richard一起，游歷歐洲，參觀各國(guó)的實(shí)驗(yàn)室和化工廠，并廣泛開(kāi)展合作研究，逐漸改進(jìn)高硬度急冷鑄鐵丸的生產(chǎn)工藝，并把鑄鐵丸產(chǎn)品用于石材的鋸切、鉆探等方面。他是一個(gè)和藹可親、平易近人的北歐裔美國(guó)人，與同事相處融洽，并具非凡的毅力和卓越的領(lǐng)導(dǎo)才能，他創(chuàng)立的維爾貝萊特蒂爾曼（Wheelabrator Tilghman）公司，至今已走過(guò)了133年。

拋丸、噴丸及噴砂用金屬磨料行業(yè)的偉大先驅(qū)約翰歐文（John F.Ervin，1883年－1959年）（圖 9），1920年，約翰歐文（John F.Ervin）于美國(guó)密歇根州（Michigan）創(chuàng)立了歐文（ERVIN）公司，從事鑄鋼丸、鑄鋼砂及鑄鐵丸等金屬磨料的研究、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，并獲得多項(xiàng)美國(guó)金屬磨料專利。1952年，創(chuàng)立Amasteel品牌的鑄鋼磨料，后來(lái)成為北美地區(qū)金屬磨料的最大生產(chǎn)商，并在英國(guó)、韓國(guó)等地開(kāi)設(shè)了金屬磨料工廠，相繼研發(fā)出不銹鋼丸，對(duì)全球金屬磨料行業(yè)帶來(lái)了革命性的變革。之后，他又發(fā)明了ERVIN壽命試驗(yàn)機(jī)，用于金屬磨料壽命、拋噴丸強(qiáng)度測(cè)試，并依此制訂了美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)SAE-J445 METALLIC SHOT AND GRIT MECHANICAL TESTING金屬磨料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

2 拋丸（噴丸、噴砂）清理的發(fā)展史

1870年，本杰明切爾蒂爾曼獲得了利用空氣、水或其他氣體，推動(dòng)石英砂、鑄鐵砂、細(xì)鋼絲切斷的顆粒進(jìn)行噴砂處理第一個(gè)美國(guó)專利U.S.104408"Sandblasting"（圖2），從理論深度、完整性方面闡明了壓力、吸砂管負(fù)壓與噴射砂子的關(guān)系（圖3），在拋丸、噴丸及噴砂領(lǐng)域中具有劃時(shí)代的意義。早期的噴砂應(yīng)用見(jiàn)圖4，此發(fā)明于1871年第40屆美國(guó)學(xué)院紐約城市展覽會(huì)上榮獲發(fā)明獎(jiǎng)，此后還榮獲富蘭克林學(xué)院頒發(fā)的Elliott Cresson獎(jiǎng)。

1870年，他為解決上述發(fā)明中“虹吸方法”的不足，發(fā)明了“真空加壓技術(shù)”，并獲得英國(guó)專利UK 2147，Sandblasting，即用一個(gè)大容器裝砂子，在砂子上面引入空氣給砂子加壓（圖5）。

1870年，本杰明切爾蒂爾曼發(fā)明了一種利用磨料通過(guò)漏斗下落，被高速旋轉(zhuǎn)的葉片沖擊拋出的方法，即拋射和甩出技術(shù)，獲得了英國(guó)專利UK 2900"blast wheel"，方法之一是為避免砂子破碎，用包裹橡膠的葉片高速?zèng)_擊砂子（圖6），目前廣泛使用的歐文（ERVIN）金屬磨料壽命試驗(yàn)機(jī)即采用此原理；方法之二是磨料通過(guò)管道輸送（圖7），砂子進(jìn)入管子后，受離心力作用，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪甩出。

1872年，本杰明切爾蒂爾曼發(fā)明了冷硬鑄鐵噴丸的制造方法，即將溶化的金屬液體倒在潮濕的鐵板上獲得急冷鑄鐵丸，由此獲得美國(guó)專利U.S.187239；后來(lái)，與他的弟弟理查德（Richard）在費(fèi)城（Philadelphia）的南第11街1112至1126號(hào)成立了蒂爾曼（B.C.&R.A.Tilghman）公司，生產(chǎn)急冷鑄鐵丸，用于石材加工行業(yè)，后來(lái)，還將急冷鑄鐵丸用作噴砂磨料提高噴射效率。

1877年，馬修森（J.E.Mathewson） 發(fā)明了刻蝕玻璃、石材、大理石、木頭、金屬及其他硬材料的設(shè)備。同年，威拉德與范布倫特（Willard A.,Van Brunt）獲得美國(guó)專利U.S.252279"Cut tivator tooth"，即用噴砂方法生產(chǎn)銼刀的方法。

1879年，本杰明切爾蒂爾曼在倫敦的灰色客棧（Gray's Inn）街成立了蒂爾曼（Tilghman）噴砂公司，后又在謝菲爾德市（Sheffield）設(shè)立噴砂公司，利用急冷鑄鐵丸磨料噴砂方法生產(chǎn)銼刀，替代從美國(guó)進(jìn)口銼刀。

同年，本杰明在英國(guó)創(chuàng)立了維爾貝萊特蒂爾曼（Wheelabrator Tilghman）公司，后發(fā)展為全球最大的拋噴丸設(shè)備生產(chǎn)廠商，為世界拋噴丸表面清理、強(qiáng)化及成形行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1885年，本杰明切爾蒂爾曼獲英國(guó)專利UK 13510"Roughening iron and steel rolls"，即將磨料裝在漏斗中，靠重力送到噴嘴，以4.92kg/cm2的壓力噴砂。

1887年，托馬斯尼科爾森（Mr.Thomas E.Nicholson）開(kāi)始在英國(guó)生產(chǎn)鑄鐵丸。

1892 年，BMD（Badische Maschinenfabrik Durlach）公司獲得了德國(guó)Kaiserliches Patentamt拋丸設(shè)備專利。

1895年，蘇格蘭人通過(guò)噴砂工藝翻新Ardrie房子。

1897年，報(bào)道了在紐約、亞特蘭大，利用噴砂工藝來(lái)消除戰(zhàn)艦上的舊漆和銹蝕、公共事業(yè)部門(mén)利用噴砂工藝來(lái)清理高架橋及地鐵結(jié)構(gòu)表面的銹蝕。

1932年，原美國(guó)鑄造設(shè)備公司即路易斯派克Louis D.Peik公司，后被維爾貝萊特（Wheelabrator）公司收購(gòu)，發(fā)明了履帶式噴砂設(shè)備（圖8）。

1933年，路易斯派克（Louis D.Peik）公司利用離心式拋頭，發(fā)明了拋丸設(shè)備，1933年首次在世界博覽會(huì)上亮相，命名為"進(jìn)步的世紀(jì)"。同年奧特百福（Otto Pfaff）公司將首臺(tái)拋丸設(shè)備賣(mài)給了密歇根州的本頓海港壓延（Benton Harbour Malleable）公司。

1935年，維爾貝萊特（Wheelabrator）公司發(fā)明了葉片式拋丸設(shè)備。

同年，英國(guó)蒂爾曼（Tilghman）和德國(guó)伯格（Berger）公司獲得制造美國(guó)鑄造設(shè)備，即維爾貝萊特（Wheelabrator）公司拋丸設(shè)備的許可權(quán)。

1937年，喬治費(fèi)舍爾（Georg Fischer）公司開(kāi)始為美國(guó)鑄造設(shè)備公司（American Foundry Equipment Compan）生產(chǎn)拋丸設(shè)備，二戰(zhàn)期間，美國(guó)成為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)鑄造用拋丸設(shè)備的主要生產(chǎn)國(guó)。

1939年，歐文（ERVIN）獲得美國(guó)專利U.S.2141757"Metallic abrasive material"金屬磨料材料。

1941年，美國(guó)歐文（ERVIN）公司首次生產(chǎn)鑄鋼丸、鑄鋼砂及鑄鐵丸。

1943年，在短短的10年里，維爾貝萊特公司生產(chǎn)了2000多臺(tái)拋噴丸設(shè)備。

1946年，美國(guó)鑄造設(shè)備公司考慮到維爾貝萊特品牌的重要性，將其更名為美國(guó)維爾貝萊特設(shè)備公司(American Wheelabrator&Equipment Company)。

1950年，喬治費(fèi)舍爾（George Fischer） 公司引進(jìn)線材和鋼帶拋丸清理去氧化皮的設(shè)備。

1950年，維爾貝萊特（Wheelabrator）公司在馬里諾尼（Marinoni）生產(chǎn)的拋丸設(shè)備用于鋼材涂裝前處理，即鋼材表面除銹與清理（圖 10）。

1951年，維爾貝萊特（Wheelabrator）成為全球最大的拋噴清理設(shè)備和金屬磨料制造商，為市場(chǎng)帶來(lái)了眾多創(chuàng)新之舉。

1952年，歐文公司（ERVIN）創(chuàng)立Amasteel品牌鑄鋼磨料，成為后來(lái)北美地區(qū)的鑄鋼丸、鑄鋼砂金屬磨料的最大生產(chǎn)商。

1954年，美國(guó)維爾貝萊特設(shè)備公司（American Wheelabrator&Equipment Company）更名為維爾貝萊特集團(tuán)（Wheelabrator Corporation）。

The Origin and Development History(1870-1954)of Shot Blasting Cleaning Technology

LIU RuWei,ZHANG LaiBin,WANG RuiGuo,SONG QingAn,WU ChenMin
（Shandong KaiTai Shot Blasting Machinery Co.Ltd.,Zhouping 256217,Shandong China）

The development history of shot blasting cleaning technology has been introduced with the important character Benjamin Chew Tighman in this field,relative inveention and milestone.

Shot blasting cleaning;Sand-blasting cleaning;History

TG246;

A；

1006－9658（2012）03－0001-3

2011－12－13

2011－171

劉如偉（1962-），男，全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)SAC/TC186/SC3拋丸噴丸分技術(shù)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、SAC/TC5/SC6涂漆前金屬表面處理及涂漆工藝分技術(shù)委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)