汽車沖壓鋁件返工間方案設(shè)計

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)后需要對不良品進行返工，返工的主要內(nèi)容是對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，國標對于鋁鎂制品加工有明確的標準和要求，所以一般汽車廠在沖壓車間會設(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、原理及使用相關(guān)的方法和標準。

關(guān)鍵詞：輕量化；鋁件；除塵；防爆

汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及能源危機的加劇，對汽車的輕量化目標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，不可避免地需要對沖壓件進行返工。在對鋁板進行返工時，除石英砂粉塵及飛絮物外，還會產(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，如果不及時有效地進行粉塵治理，存在較大的安全風(fēng)險。

根據(jù)粉塵爆炸環(huán)境出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間，沖壓鋁返工作業(yè)區(qū)危險分區(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)險降到最低

國內(nèi)大型主機廠設(shè)計產(chǎn)能一般在30萬臺/年，根據(jù)業(yè)內(nèi)返工平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計（見圖3），預(yù)計一年鋁件返工總數(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遠大于鋼件，而隨著鋁件比例的上升，鋁件返工需求將進一步擴大，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

1.主要指標

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

2. 位置設(shè)計思路

根據(jù)《鋁鎂制品機械加工粉塵防爆安全技術(shù)規(guī)范》標準，如果鋁鎂制品機械加工粉塵爆炸危險區(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）粉塵爆炸危險區(qū)域設(shè)置耐火極限不低于3.00h 的實體結(jié)構(gòu)隔墻，與其他加工方式的作業(yè)區(qū)隔離。

基于主機廠工藝布局的實際情況，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)劃返工間時與車間其他區(qū)域進行了隔離設(shè)置，設(shè)立非燃燒體的實體結(jié)構(gòu)隔離墻房間的間隔墻采用耐火極限不低于3h的實體隔墻，并且防火板需進行耐火性能檢驗，確保符合法規(guī)要求。

3. 除塵設(shè)計原理

鋁返工間除塵系統(tǒng)設(shè)計的原理是根據(jù)現(xiàn)場工況組織局部氣流來控制懸浮粉塵流向，從而達到就地過濾、除塵的目的。因此采用側(cè)自然補風(fēng)加側(cè)上送風(fēng)，對側(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)形成負壓，在打磨過程中，采取高負壓氣動砂磨機對零件進行打磨，打磨產(chǎn)生的粉塵首先通過砂磨機末端粉塵吸收孔進行捕捉和收集；同時返工間內(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準》），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)備的有效運行，安裝在返工間內(nèi)部的粉塵濃度檢測儀會對作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度進行實時監(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準，將啟動報警以提示操作人員對設(shè)備進行檢查，排除潛在的安全風(fēng)險。

4. 主要設(shè)備選型

為達到鋁返工間對于粉塵收集和過濾的相關(guān)要求，對于隔間內(nèi)懸浮于空氣中的粉塵，根據(jù)修磨機工作時產(chǎn)生的粉塵濃度、粉塵顆粒直徑大小，參照圖6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），除塵效率達到＞99.8%，主要工作區(qū)域21區(qū)的粉塵濃度低于3mg/m?。同時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)部嚴格接地，避免了因靜電跳火而引起的粉塵爆炸。

同時，鋁返工間設(shè)計時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。一旦發(fā)生粉塵燃爆，系統(tǒng)能夠在溫度上升的第一時間得到信息反饋，關(guān)閉防火閥并啟動滅火系統(tǒng)，對除塵器內(nèi)部進行降溫；在燃爆發(fā)生的時候泄爆器通過壓力傳感器確認并進行泄爆，撲滅和消除火焰。

5. 驗收及使用

鋁返工間的測試主要是針對粉塵排放、防靜電接地效果及噪聲進行檢測。

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

從設(shè)備系統(tǒng)運行的角度分析，該返工間方案智能化運行程度較高，能夠通過多項數(shù)據(jù)的有效采集對作業(yè)環(huán)境進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、自動檢測的設(shè)計思路，滿足了法規(guī)對于鋁制品加工現(xiàn)場防爆、泄爆的安全要求，同時相對于傳統(tǒng)的濕式除塵方案，該方案從成本控制、項目周期、能源消耗、占地面積、運維成本及日常使用效率多方面評估，都具有相當大的優(yōu)勢，具有很強的實用性和推廣性。