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淺析精密與綠色鈑金加工
       精密鈑金和綠色鈑金的概念是與時俱進的,年輕時我們學習鈑金工藝,鈑金咬口縫用剪刀剪、用劃針或圓規劃線、用木方尺敲打折邊,尺寸精度不超1mm、外表看不到明顯的錘子印就算是水平高的鈑金工了。后來有了液壓剪板機和折彎機,零件加工省力、加工后表面質量均勻一致,外觀非常漂亮。再后來出現了數控剪板機和數控折彎機,加工零件的折彎角度可以精確到0.1°,尺寸可以精確到0.1mm甚至更高,不需要像以前那樣用梯形絲桿或螺紋一點點甚至幾次三番去調定位,從而節省了大量的時間和材料(手工調整避免不了要剪廢或折壞幾張板料,哪怕是小塊料)。到現在出現了自動料庫,它不僅可以實現自動上料,還可以根據待加工零件的不同板厚、材質、尺寸自動完成出入庫。在現代化的加工過程中,沖切、翻邊、攻絲、沖字壓印、通風柵等工藝操作都能在一臺數控沖床上完成,之后再連線進行自動折彎、下線(如圖1所示的Salvagnini設備)。Salvagnini折彎機中的折彎刀也是從手工換模發展到自動換模,直到在2017年的工博會上,筆者看到通快折邊機自動化程度更高,自動模具功能更多、更巧妙,感覺號稱世界領先的柔性折彎設備的締造者——Salvagnini要繼續保持老大地位不得不快速創新,推出更多、更巧妙的機器才行。
       
目前,精密鈑金加工的開卷校平精度可達0.3~0.5mm。一般鈑金零件的折彎精度能達到0.05mm到0.1mm(CNC機床),沖切加工的定位精度和重復定位精度大多不超過0.1mm(當然大型鈑金產品如尺寸大于1500mm的零件,精度要略大一些),所以用激光/數沖/水刀等切割、用數控折彎生產的鈑金零部件通常均能滿足尺寸精度要求。
       

       精密鈑金加工的公差選用
      值得一提的是鈑金件公差選用的問題,目前行業內參照的標準有《沖壓件尺寸公差》即GB/T 13914-2013、《沖壓件角度公差》即GB/T 13915-2013以及《沖壓件形狀和位置未注公差》即GB/T 13916-2013。在標準GB/T 13914-2013的《平沖壓件尺寸公差》中規定了基本尺寸為0~6300mm、板材厚度為0~6mm的不同規格的平沖件的公差等級和公差值;《成形沖壓件尺寸公差》規定了基本尺寸為0~1000mm、板材厚度為0~6mm(分t≤1mm、1mm<t≤4mm、t>4mm三個厚度區間)的成形沖壓件的公差等級和公差值,以及沖壓件尺寸極限偏差的規定和公差等級的選用。GB/T 13915-2013規定了沖壓件的角度公差。GB/T 13916-2013規定了沖壓件的形狀和位置未注公差。 
      未注公差一般是指圖樣上無需標注的公差,在我國又稱為“未注公差、自由公差”。一般公差分為精密f、中等m、粗糙c、最粗v四個公差等級。有很多公司規定用GB/T 1804-2000,也有的公司規定用GB/T 15055-2007,誰對誰錯呢?GB/T 1804-2000是一般公差、未注公差的線性和角度尺寸的公差,本標準適用于金屬切削加工尺寸,也適用于一般鈑金件的加工尺寸,非金屬材料和其他工藝方法加工的尺寸可參照采用。GB/T 15055-2007規定了沖裁件線性尺寸、成形件線性尺寸、沖裁圓角半徑線性尺寸、成形圓角半徑線性尺寸、沖裁角度尺寸、彎曲角度尺寸公差的極限偏差。比較兩個標準可發現基本尺寸相同的各個尺寸段中GB/T 15055-2007的公差相應放寬,實際上,能達到兩個標準中f級的鈑金件已經是精密級了。個人以為鈑金件與機加工零件之間有配合要求的推薦用GB/T 1804-2000,單純鈑金件用GB/T 15055-2007。再從實際出發,數控沖、數控剪、激光切割、水切割等下料方法目前均能達到f(精密)級,而大部分公司一般在圖紙的技術要求中注明未注公差按以上兩個標準之一的m(中等)級執行,所以對以上現代化的數控下料設備而言,再去研究采用哪個標準已沒有必要。盡管GB/T 15055-2007中還針對不同材料厚度(分t≤1mm、1mm<t≤4mm、t>4mm三個厚度區間)規定了不同公差等級所對應的極限偏差值,但這對傳統的普通下料設備仍有實用價值。對折彎工藝而言,數控自動折彎機(如Salvagnini和通快等設備)也能達精密級,普通數控折彎機在對較大尺寸(如大于尺寸1500mm時)零件進行折彎后其成形尺寸不一定能得到保證,這是折彎過程中手工定位和大尺寸易變形所造成。
      20世紀70年代以前,紡紗廠使用的滾筒當屬傳統意義上的精密鈑金件,單節滾筒卷圓縮口后用錫焊連接,滾筒全長6m用5~6個單節滾筒連接而成,直徑為400mm,其全長圓跳動只允許在500μm以下,故使用2~3年后滾筒就要整修,而會修的師傅屈指可數,F在的數控鈑金機床誤差縮小至100μm甚至幾十微米都不在話下,這就體現了鈑金的“精”(即加工精度)。我們的精密鈑金還在于“密”:材質致密均勻,無表面蝕點,無微裂紋。精密鈑金設計技術要求為:⑴成品表面平整光滑無銹蝕,不應有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。⑵加工棱角清晰、圓角過渡平滑,不得有翹曲變形現象。⑶去除全部毛刺飛邊,銳角倒鈍。⑷下料和沖孔邊口不應有翻邊現象,毛刺高度不大于0.1mm。⑸淺拉深不得有起皺、拉裂、扭曲等現象。⑹外觀尺寸及公差(包括線性尺寸、角度、形位公差等)應符合圖樣上的技術要求。這也是我們設計精密鈑金件的圖紙和檢驗的技術要求。

      綠色鈑金加工的工藝要求

      我們既要金山銀山又要綠水青山,綠色鈑金加工要求以下各工藝過程合格生產和排放。

      鈍化:鈑金件電鍍鋅時需要鈍化處理,得到更致密的氧化保護層。不銹鋼板材本身具有一定的耐腐蝕性能,一般情況下直接加工即可,但在特定場合下需鈍化處理。如開水器水箱使用SUS304或SUS316,零件仍需鈍化處理才能保證其在高溫下不銹蝕。而鈍化液中含5%的硝酸和2%的重鉻酸鉀,在酸洗鈍化二合一液中還有10%的氫氟酸。重鉻酸鉀中的六價鉻Cr6+會嚴重污染環境,對人體造成嚴重傷害(如生殖系統)。氫氟酸腐蝕性強,對牙齒、骨骼損害嚴重,也能腐蝕玻璃。目前我國已經成功用Cr3+來代替Cr6+,從而大大地降低了環境污染,并且已用某種添加劑來替代氫氟酸。

      噴漆與噴粉:噴漆是涂料與溶劑(或還需加硬化劑)溶合后施工,以壓縮空氣或靜電力將漆霧化后噴向工件并附著在其表面,溶劑蒸發(或相互反應)后固化成膜。這種工藝的不足之處在于,VOC(可揮發有機氣體)含量高,對人體有較大危害;涂料利用率很低,僅約50%,浪費資源。而靜電噴粉不需要大量的稀釋劑,粉末不含有害物質,助劑蒸發后固化成膜,不污染環境,涂層質量好,附著力和機械強度高,耐腐蝕,固化時間短,不用底漆,粉回收使用率高。隨著環氧樹脂、聚酯粉末噴涂的普及與應用,鈑金件的美觀程度與噴漆不相上下,耐蝕性也大大提高。隨著國家對環保要求的日益提高,有不少公司將磷化后的FePO4經沉淀池兩次沉淀后處理成其他化工原料,從而減少了磷化處理對環境的污染。

      許多噴涂線已經采用機器人作業,既減少了對工人的傷害又保證了質量的穩定,F在粉末回收裝置已經成為涂裝線的標配,它能通過濾芯吸收絕大部分的粉末,并通過加裝電磁閥和傳感器,當工件經過時噴水,經過后關閉,從而節約了能源和50%的水量。

      湖南某廠從瑞士進口的噴涂線,其排放幾乎達到了零污染,前處理后溶液的PH值不小于8,而普通噴涂線磷化處理后處理液均為酸性,這就是我們要研究和趕超的地方。

      現在有一種新的前處理工藝——硅烷處理必將替代磷化處理。20世紀90年代初,美國就開始對硅烷處理進行理論研究,歐洲則在20世紀90年代中期才開始進行試探性研究。21世紀初,我國迫于環保壓力,各大研究機構和生產企業才開始著手對硅烷處理進行研究,真的是變壓力為動力,目前與歐美企業的技術差距已越來越小。鈑金表面硅烷處理有如下優點:不含Zn、Ni等重金屬離子,不含P,Ni對人體有害元素,WTO規定,2016年后Ni需達到零排放;常溫下,就可以進行硅烷處理,省去了加熱過程,磷化處理的成本是硅烷處理的5到8倍;替換磷化工藝不需設備改造,只需調整槽位即可;不用亞硝酸鹽催化劑,避免了對人體的危害;硅烷處理沒有沉渣,節省了清渣倒槽的成本;處理時間短,控制方便,有效提高了漆、粉與鈑金件的附著力;可共線處理鐵板、鋁板、鍍鋅板等。

      磷化處理工藝的各工序為:①預脫脂→②脫脂→③水洗→④水洗→⑤表調→⑥表面成膜→⑦水洗→⑧水洗。硅烷處理省去了⑤表調和⑦⑧水洗。對懸掛鏈輸送方式改造時,可將①預脫脂、②脫脂、④水洗保留,③水洗改為脫脂,⑤表調、⑥磷化改為水洗,⑦水洗改為硅烷處理,⑧水洗備用。

      一種新型的防銹鍍鋅鋁鎂鋼板(簡稱XLM)是在板材中添加了合適比例的鋅、鋁、鎂,使其產生復合效果,是具有高強度、高抗腐蝕性、高耐腐蝕性的新型環保型鋼板,其抗腐蝕性介于鍍鋅板與不銹鋼之間。我們通過新材料新工藝的應用,比如用此新材料替代50%的噴粉板,則同樣能達到降低排放的目的。

      對于焊接件,建議不使用鍍鋅板。因為鋅的熔點為419.5℃,揮發溫度為908℃。電焊熔滴平均溫度在2000℃以上,電弧溫度在4000℃以上。在焊接時,大量的鋅被蒸發,除造成零件焊接缺陷和抗腐蝕性能低外,更為嚴重的是揮發的鋅蒸氣易使焊接工人鋅中毒。

      倡導綠色鈑金加工就要從身邊做起,在追求自動化、數字化和信息化的同時,保護好員工的身體,如激光切割機除塵器和防護罩的安裝等。對于焊接而言,應注意焊煙除塵并使其與焊臺隔開,減少射線照射。同時,應注意噴砂、陽極氧化中的噪聲、粉塵、氧化劑的個人防護,以及打磨時粉塵的吸收和個人防護。

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