淺析機械制造過程中空氣質量分析與控制

蘇和堂

（滁州職業(yè)技術學院，安徽 滁州 239000）

淺析機械制造過程中空氣質量分析與控制

蘇和堂

（滁州職業(yè)技術學院，安徽 滁州 239000）

對機械制造過程中產生懸浮顆粒的機理進行分析，同時了解傳統(tǒng)的空氣質量控制技術，基于環(huán)境意識下從優(yōu)化工藝方案選擇可以減少或避免懸浮顆粒排放的加工方法及加工順序，不斷提高工藝方案水平積極使用新型材料，在技術創(chuàng)新方面進行努力，以避免或消除機械制造過程中產生的懸浮顆粒。積極探索從懸浮顆粒產生源頭解決問題，創(chuàng)造優(yōu)質、環(huán)保、健康的工作環(huán)境。

懸浮顆粒；環(huán)境；機械制造過程

引言：

近年來機械制造過程的環(huán)境問題越來越受到人們的關注，在機械制造過程中產生的廢棄物中尤其是空氣中的懸浮微粒，在不同制造工藝中產生霧化、蒸發(fā)、冷凝及燃燒產生的懸浮微粒，如在鑄造過程中產生的副產品；機械加工中切削液產生的切削液霧；焊接過程中產生的煙霧。這些懸浮顆粒以液態(tài)或氣態(tài)形式存在空氣中，工人接觸到這些充滿顆粒的空氣容易引起各種疾病。由于這些懸浮顆粒在機械制造過程中空氣里對工人健康和環(huán)境有害［1］，因此，作為制造企業(yè)不僅僅要考慮設計、生產的經濟效益，同時要從企業(yè)長遠發(fā)展，為工人提供一個安全、健康的工作環(huán)境。我們對機械制造過程中產生空氣污染的來源進行分析，同時分析傳統(tǒng)的控制技術，提出現(xiàn)代符合環(huán)保的顆粒減排和去除的方法。

一、機械制造過程中空氣中懸浮顆粒產生的主要來源

（一）鑄造過程中產生懸浮顆粒：［2］鑄造類型主要包括砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造和離心鑄造等，大部分工藝都包括四個步驟：制模，型芯制備與澆鑄，裝爐及金屬處理，落砂、降溫和砂處理。對于典型的砂型鑄造過程來說在砂和黏結劑混合、芯體成型、制模、型砂制備和處理、金屬熔煉、落砂、熱處理、爐渣和浮渣清除、模具澆注和冷卻、鑄件落砂及清除澆冒口等工序都會產生顆粒。

（二）焊接產生的煙塵顆粒［3］：常見的焊接工藝包括氣體保護電弧焊、電弧焊、電渣焊及埋弧焊等，許多焊接作業(yè)會生成焊接煙塵，其成分包括鋁、鈹、鉻、鎘、銅、鐵、鉛、錳、鉬、鎳、釩、鋅和各類氧化物。焊接顆粒含有不同大小的顆粒，并有相當數(shù)量納米尺度的顆粒（小于0.1um）。煙塵顆粒的數(shù)量、尺寸以及具體化學成分取決于工藝類型、工藝條件和所使用的材料。

（三）切削液在機械加工過程中形成的油霧［4］：在一些加工工藝中使用切削液來改進加工表面質量、提高刀具壽命、提供潤滑并帶走加工區(qū)域產生的熱量。切削液和機床及工件之間的相互作用產生切削液油霧，當切削液接觸到加工系統(tǒng)中熱的部件的時候部分切削液會蒸發(fā)并隨后凝結形成油霧，還有當有高速旋轉的部件時，機械能會使切削液分裂而霧化。

（四）干切削形成的粉塵：最近幾年，干切削已經成為金屬切削使用的一種方案，它可以避免使用切削液對環(huán)境、健康和安全產生的危害。但是在沒有切削液的情況下，某些工件材料可能會形成粉塵，因此，從空氣質量的角度考慮，干切削也要重視。

（五）磨削產生的懸浮顆粒［4］：磨削是用磨具以較高的線速度對工件表面進行加工的方法。磨具是以磨料為主制成的切削工具，在磨削中懸浮顆粒主要從三個方面形成:機床電動機本身的排放，工件材料的燃燒，磨削材料在砂輪與工件之間的揮發(fā)和隨后的凝結。

（六）粉末冶金制造產生粉塵［5］：粉末冶金零件制造的主要工序包括混料，制粒，壓制，脫脂，燒結，機械加工處理等，由于粉未冶金在制造過程中破碎和篩分及裝卸工序會產生大量粉塵，同時由于生產原材料顆粒較小設備密封性也會造成粉塵的逸散。

二、傳統(tǒng)的空氣質量控制技術

大多數(shù)傳統(tǒng)的機械制造過程空氣質量控制技術主要取決于三個方面因素：控制顆粒的類型、產生顆粒的工藝過程、工人與制造過程的交互作用。

微?？刂频膫鹘y(tǒng)方法

（一）通過通風系統(tǒng)來控制車間較容易隨空氣流動的懸浮顆粒，主要包括煙、霧、粉塵和油霧，但是大液滴和金屬顆粒是吹不走的，通風系統(tǒng)從車間的空氣中排出懸浮顆粒，并且將其轉移到收集地。這些設備常常讓含顆粒的空氣通過高效空氣顆粒過濾器，或使用離心空氣流迫使顆粒經由側壁收集并回收利用。盡管這種方法能夠有效減小顆粒濃度，但不能消除所有相關的健康風險。同時通風系統(tǒng)需要進行日常維護，需要定時更換空氣凈化器或空氣過濾器，其中收集器購買、安裝、操作和維護費用較高。

（二）使用機罩抑制顆粒散逸，為保證車間的適當?shù)目諝赓|量，可以通過設備加裝機罩的方法來實現(xiàn)，通風系統(tǒng)與機罩組合使用，只要設計得當機罩可以控制空氣中各種微粒，最有效的使用機罩的生產環(huán)境是全封閉的生產過程。

（三）切削液油霧采用化學品控制空氣中懸浮顆粒，這種方法就是使用一種油霧抑制劑的化學添加劑來增加切削液的拉伸黏度，從而增大生成油霧液滴的尺寸和沉降速率，減少懸浮霧的數(shù)量。但是這種方法對減少由蒸發(fā)或凝結產生的油霧作用不太大。

（四）使用個人防護系統(tǒng)，當努力不能完全實現(xiàn)控制顆粒的產生時，工人必須使用防護設備。通過使用個人防護設備來過濾空氣中的懸浮顆粒，為工人提供潔凈空氣。

三、基于環(huán)境意識優(yōu)化加工方案控制空氣質量。

傳統(tǒng)的空氣質量控制只是在于簡單地收集或控制排放物，而不是從源頭減少或不產生排放?，F(xiàn)代先進的空氣控制措施是基于環(huán)境意識、改善加工過程的方法，在產品和工藝設計的初期，就建立環(huán)境意識下的減排或排放物根除技術，這種方法可以節(jié)省大量的實施費用。從機械制造過程方面主要有以下幾種方法：

（一）優(yōu)化加工工藝選擇減少或避免懸浮顆粒排放的加工方法。

當產品設計好后，在制造之前需確定加工工藝，確定什么加工方法及加工順序時，傳統(tǒng)的工藝設計人員在編制工藝時只考慮加工方法的經濟性和生產周期，但是沒有考慮制造環(huán)境問題。因此現(xiàn)代工藝設計人員在編制工藝時靈活設計幾個工藝方案，然后優(yōu)化選擇一種產生有害懸浮顆粒排放少的方案作為產品生產工藝。加工選擇懸浮顆粒排放少的加工方法，因此在編制工藝中主要（1）避免涂裝作業(yè)采用磨削方法：（2）避免切削液油霧，采用鑄造工藝；（3）用高速切削替代磨削加工可以消除粉塵。環(huán)境友好工藝規(guī)劃在減少排放的同時也能夠減少零件制造成本縮短加工周期。

（二）優(yōu)化加工工藝選擇減少或避免懸浮顆粒排放的加工順序。

加工方法確定后，工藝設計人員需進一步優(yōu)化加工順序，采用相同的加工方法，但加工順序不同，其產生的懸浮顆粒的排放量不一定相同。如先切削加工后進行焊接時，因為切削加工中殘留在工件上的切削液，在焊接時容易產生油霧，相反若先焊接后再切削加工就可以避免切削液油霧的產生。

（三）優(yōu)化工藝方案不斷提高工藝水平，減少或消除工藝過程的懸浮顆粒。

1、確定加工工藝過程并不意味著工藝執(zhí)行中不作任何改變，對于加工效果相同，我們要選擇能夠減少懸浮顆粒排放的先進加工方法和先進的設備。

2、新材料不斷出現(xiàn)，在保證產品使用性能的同時積極使用先進的環(huán)保的材料，減少或根除懸浮顆粒的排放。

［1］（美）Myer Kutz著，劉志峰，張雷，張萍，黃海鴻譯.環(huán)境意識制造［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［2］王文清.鑄造工藝學［M］.北京：機械工業(yè)出版，2011.

［3］王濱濤.焊工工藝學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［4］胡永生.機械制造工藝原理［M］.北京：北京理工大學出版社，1992.

［5］曲選輝.粉末冶金原理與工藝［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

TH16

A

1671-5993（2015）04-0050-02

2015-09-15

蘇和堂（1964-），男，安徽定遠人，滁州職業(yè)技術學院副教授。