汽車沖壓鋁件返工間方案設(shè)計(jì)

鄧宏偉

摘要：汽車輕量化的趨勢帶來鋁制沖壓件的大量使用。鋁件在沖壓生產(chǎn)后需要對(duì)不良品進(jìn)行返工，返工的主要內(nèi)容是對(duì)沖壓件表面面品不良區(qū)域的打磨作業(yè)。打磨作業(yè)所產(chǎn)生的鋁粉可持續(xù)懸浮在空氣中形成粉塵云或沉積到物體表面形成粉塵層，由于鋁合金粉塵具有燃爆性，國標(biāo)對(duì)于鋁鎂制品加工有明確的標(biāo)準(zhǔn)和要求，所以一般汽車廠在沖壓車間會(huì)設(shè)立專門的鋁制沖壓件返工間。闡述了沖壓件返工間方案的設(shè)計(jì)、原理及使用相關(guān)的方法和標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：輕量化；鋁件；除塵；防爆

汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及能源危機(jī)的加劇，對(duì)汽車的輕量化目標(biāo)提出越來越高的要求。在汽車覆蓋件的材料應(yīng)用中，鋁板密度為2.7g/cm3，僅為鋼的1/3左右，在不降低車身性能的前提下，使用鋁板替代鋼制件，理論上可實(shí)現(xiàn)40%以上的減重。目前已成為汽車輕量化技術(shù)中最理想的材料之一，廣泛應(yīng)用于汽車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造中。

如圖1數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)豪華品牌汽車大型覆蓋件中，鋁件平均比例在未來三年將持續(xù)提升。

鋁返工間建設(shè)必要性分析

在沖壓加工工藝中，由于沖壓件表面的質(zhì)量缺陷，不可避免地需要對(duì)沖壓件進(jìn)行返工。在對(duì)鋁板進(jìn)行返工時(shí)，除石英砂粉塵及飛絮物外，還會(huì)產(chǎn)生少量鋁合金粉塵，危害工人的身體健康。由于鋁合金粉塵具有燃爆性，如果不及時(shí)有效地進(jìn)行粉塵治理，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)粉塵爆炸環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間，沖壓鋁返工作業(yè)區(qū)危險(xiǎn)分區(qū)存在21區(qū)和22區(qū)，如圖2所示，故需要建設(shè)專業(yè)的返工間，采取必要的隔爆、抑爆和泄爆措施，將粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)降到最低

國內(nèi)大型主機(jī)廠設(shè)計(jì)產(chǎn)能一般在30萬臺(tái)/年，根據(jù)業(yè)內(nèi)返工平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（見圖3），預(yù)計(jì)一年鋁件返工總數(shù)為17萬件，而同期鋼件沖壓件返工總數(shù)約為7萬件。從數(shù)據(jù)上可以看出鋁制沖壓件的返工需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼件，而隨著鋁件比例的上升，鋁件返工需求將進(jìn)一步擴(kuò)大，專業(yè)返工間的使用率將越來越高。

鋁返工間方案的設(shè)計(jì)

1.主要指標(biāo)

根據(jù)鋁沖壓件返工的內(nèi)容及作業(yè)特性，返工間主要指標(biāo)見表1。

2. 位置設(shè)計(jì)思路

根據(jù)《鋁鎂制品機(jī)械加工粉塵防爆安全技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，如果鋁鎂制品機(jī)械加工粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置在聯(lián)合廠房內(nèi)，應(yīng)符合下列要求：

1）布置在聯(lián)合廠房的外側(cè)。

2）粉塵爆炸危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置耐火極限不低于3.00h 的實(shí)體結(jié)構(gòu)隔墻，與其他加工方式的作業(yè)區(qū)隔離。

基于主機(jī)廠工藝布局的實(shí)際情況，一般情況下沖壓車間無法提供靠近外墻的區(qū)域，所以在規(guī)劃返工間時(shí)與車間其他區(qū)域進(jìn)行了隔離設(shè)置，設(shè)立非燃燒體的實(shí)體結(jié)構(gòu)隔離墻房間的間隔墻采用耐火極限不低于3h的實(shí)體隔墻，并且防火板需進(jìn)行耐火性能檢驗(yàn)，確保符合法規(guī)要求。

3. 除塵設(shè)計(jì)原理

鋁返工間除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理是根據(jù)現(xiàn)場工況組織局部氣流來控制懸浮粉塵流向，從而達(dá)到就地過濾、除塵的目的。因此采用側(cè)自然補(bǔ)風(fēng)加側(cè)上送風(fēng)，對(duì)側(cè)排風(fēng)氣流組織的技術(shù)方案，如圖4所示。

按照參考法規(guī)要求返工間應(yīng)形成負(fù)壓，在打磨過程中，采取高負(fù)壓氣動(dòng)砂磨機(jī)對(duì)零件進(jìn)行打磨，打磨產(chǎn)生的粉塵首先通過砂磨機(jī)末端粉塵吸收孔進(jìn)行捕捉和收集；同時(shí)返工間內(nèi)形成局部氣流來控制懸浮粉塵流向，通過自然補(bǔ)風(fēng)及局部送風(fēng)，保證隔間內(nèi)部氣流流向。氣流將漂浮的粉塵帶入除塵器，經(jīng)過粉塵凈化過濾箱（除塵效率>99.86%）處理后的空氣粉塵排放濃度＜1.5mg/m?（GB-16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》），可直接排放。

另外，捕捉粉塵的氣流組織，在操作者的呼吸帶區(qū)域形成的捕捉氣流風(fēng)速均在 0.5～0.65m/s 以上，在此氣流風(fēng)速情況下，能有效捕捉飄浮在操作者呼吸帶的飄塵，從而能有效保護(hù)操作者不受粉塵的侵害。捕捉粉塵氣流組織模擬如見圖5所示。

為了確保設(shè)備的有效運(yùn)行，安裝在返工間內(nèi)部的粉塵濃度檢測儀會(huì)對(duì)作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)。一旦粉塵濃度超過標(biāo)準(zhǔn)，將啟動(dòng)報(bào)警以提示操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，排除潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4. 主要設(shè)備選型

為達(dá)到鋁返工間對(duì)于粉塵收集和過濾的相關(guān)要求，對(duì)于隔間內(nèi)懸浮于空氣中的粉塵，根據(jù)修磨機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的粉塵濃度、粉塵顆粒直徑大小，參照?qǐng)D6所示，選擇合適的除塵設(shè)備.

根據(jù)圖6，除塵器采用迷宮板式預(yù)過濾器作為第一級(jí)過濾，用以過濾較大的粉塵顆粒及起到火花熄滅的功能要求，采用濾筒除塵器作為第二級(jí)過濾，用以過濾顆粒較小粉塵。通過高效地除塵過濾（除塵氣流走向見圖7），除塵效率達(dá)到＞99.8%，主要工作區(qū)域21區(qū)的粉塵濃度低于3mg/m?。同時(shí)濾筒式過濾器的選用主要選擇適用于鋁鎂粉塵的除塵過濾，采用抗靜電材質(zhì)，并且過濾器內(nèi)部嚴(yán)格接地，避免了因靜電跳火而引起的粉塵爆炸。

同時(shí)，鋁返工間設(shè)計(jì)時(shí)除塵器需要配置泄爆裝置及滅火系統(tǒng)。本方案采用無焰泄爆裝置，與除塵器箱體直接連接；消防滅火系統(tǒng)在除塵器箱體中連接溫度傳感器及煙霧傳感器并與設(shè)備控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。一旦發(fā)生粉塵燃爆，系統(tǒng)能夠在溫度上升的第一時(shí)間得到信息反饋，關(guān)閉防火閥并啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，對(duì)除塵器內(nèi)部進(jìn)行降溫；在燃爆發(fā)生的時(shí)候泄爆器通過壓力傳感器確認(rèn)并進(jìn)行泄爆，撲滅和消除火焰。

5. 驗(yàn)收及使用

鋁返工間的測試主要是針對(duì)粉塵排放、防靜電接地效果及噪聲進(jìn)行檢測。

在日常使用中，操作工需要在作業(yè)前提前啟動(dòng)除塵設(shè)備，穿戴靜電耗散鞋并按要求對(duì)返工間設(shè)備進(jìn)行定期清理和點(diǎn)檢，以保證整個(gè)返工作業(yè)處在風(fēng)險(xiǎn)可控的環(huán)境之下。

從設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的角度分析，該返工間方案智能化運(yùn)行程度較高，能夠通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)的有效采集對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行安全判斷并提供安全保障。

結(jié)語

鋁返工間采用干式除塵、自動(dòng)檢測的設(shè)計(jì)思路，滿足了法規(guī)對(duì)于鋁制品加工現(xiàn)場防爆、泄爆的安全要求，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的濕式除塵方案，該方案從成本控制、項(xiàng)目周期、能源消耗、占地面積、運(yùn)維成本及日常使用效率多方面評(píng)估，都具有相當(dāng)大的優(yōu)勢，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性。