苏州富士特金属薄板制品有限公司
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浅析精密与绿色钣金加工

2018-8-22 10:14:39点击:

精密钣金和绿色钣金的概念是与时俱进的,年轻时我们学习钣金工艺,钣金咬口缝用剪刀剪、用划针或圆规划线、用木方尺敲打折边,尺寸精度不超1mm、外表看不到明显的锤子印就算是水平高的钣金工了。后来有了液压剪板机和折弯机,零件加工省力、加工后表面质量均匀一致,外观非常漂亮。再后来出现了数控剪板机和数控折弯机,加工零件的折弯角度可以精确到0.1°,尺寸可以精确到0.1mm甚至更高,不需要像以前那样用梯形丝杆或螺纹一点点甚至几次三番去调定位,从而节省了大量的时间和材料(手工调整避免不了要剪废或折坏几张板料,哪怕是小块料)。到现在出现了自动料库,它不仅可以实现自动上料,还可以根据待加工零件的不同板厚、材质、尺寸自动完成出入库。在现代化的加工过程中,冲切、翻边、攻丝、冲字压印、通风栅等工艺操作都能在一台数控冲床上完成,之后再连线进行自动折弯、下线(如图1所示的Salvagnini设备)。Salvagnini折弯机中的折弯刀也是从手工换模发展到自动换模,直到在2017年的工博会上,笔者看到通快折边机自动化程度更高,自动模具功能更多、更巧妙,感觉号称世界领先的柔性折弯设备的缔造者——Salvagnini要继续保持老大地位不得不快速创新,推出更多、更巧妙的机器才行。


目前,精密钣金加工的开卷校平精度可达0.3~0.5mm。一般钣金零件的折弯精度能达到0.05mm到0.1mm(CNC机床),冲切加工的定位精度和重复定位精度大多不超过0.1mm(当然大型钣金产品如尺寸大于1500mm的零件,精度要略大一些),所以用激光/数冲/水刀等切割、用数控折弯生产的钣金零部件通常均能满足尺寸精度要求。

精密钣金加工的公差选用

值得一提的是钣金件公差选用的问题,目前行业内参照的标准有《冲压件尺寸公差》即GB/T 13914-2013、《冲压件角度公差》即GB/T 13915-2013以及《冲压件形状和位置未注公差》即GB/T 13916-2013。在标准GB/T 13914-2013的《平冲压件尺寸公差》中规定了基本尺寸为0~6300mm、板材厚度为0~6mm的不同规格的平冲件的公差等级和公差值;《成形冲压件尺寸公差》规定了基本尺寸为0~1000mm、板材厚度为0~6mm(分t≤1mm、1mm<t≤4mm、t>4mm三个厚度区间)的成形冲压件的公差等级和公差值,以及冲压件尺寸极限偏差的规定和公差等级的选用。GB/T 13915-2013规定了冲压件的角度公差。GB/T 13916-2013规定了冲压件的形状和位置未注公差。

未注公差一般是指图样上无需标注的公差,在我国又称为“未注公差、自由公差”。一般公差分为精密f、中等m、粗糙c、最粗v四个公差等级。有很多公司规定用GB/T 1804-2000,也有的公司规定用GB/T 15055-2007,谁对谁错呢?GB/T 1804-2000是一般公差、未注公差的线性和角度尺寸的公差,本标准适用于金属切削加工尺寸,也适用于一般钣金件的加工尺寸,非金属材料和其他工艺方法加工的尺寸可参照采用。GB/T 15055-2007规定了冲裁件线性尺寸、成形件线性尺寸、冲裁圆角半径线性尺寸、成形圆角半径线性尺寸、冲裁角度尺寸、弯曲角度尺寸公差的极限偏差。比较两个标准可发现基本尺寸相同的各个尺寸段中GB/T 15055-2007的公差相应放宽,实际上,能达到两个标准中f级的钣金件已经是精密级了。个人以为钣金件与机加工零件之间有配合要求的推荐用GB/T 1804-2000,单纯钣金件用GB/T 15055-2007。再从实际出发,数控冲、数控剪、激光切割、水切割等下料方法目前均能达到f(精密)级,而大部分公司一般在图纸的技术要求中注明未注公差按以上两个标准之一的m(中等)级执行,所以对以上现代化的数控下料设备而言,再去研究采用哪个标准已没有必要。尽管GB/T 15055-2007中还针对不同材料厚度(分t≤1mm、1mm<t≤4mm、t>4mm三个厚度区间)规定了不同公差等级所对应的极限偏差值,但这对传统的普通下料设备仍有实用价值。对折弯工艺而言,数控自动折弯机(如Salvagnini和通快等设备)也能达精密级,普通数控折弯机在对较大尺寸(如大于尺寸1500mm时)零件进行折弯后其成形尺寸不一定能得到保证,这是折弯过程中手工定位和大尺寸易变形所造成。

20世纪70年代以前,纺纱厂使用的滚筒当属传统意义上的精密钣金件,单节滚筒卷圆缩口后用锡焊连接,滚筒全长6m用5~6个单节滚筒连接而成,直径为400mm,其全长圆跳动只允许在500μm以下,故使用2~3年后滚筒就要整修,而会修的师傅屈指可数。现在的数控钣金机床误差缩小至100μm甚至几十微米都不在话下,这就体现了钣金的“精”(即加工精度)。我们的精密钣金还在于“密”:材质致密均匀,无表面蚀点,无微裂纹。精密钣金设计技术要求为:⑴成品表面平整光滑无锈蚀,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。⑵加工棱角清晰、圆角过渡平滑,不得有翘曲变形现象。⑶去除全部毛刺飞边,锐角倒钝。⑷下料和冲孔边口不应有翻边现象,毛刺高度不大于0.1mm。⑸浅拉深不得有起皱、拉裂、扭曲等现象。⑹外观尺寸及公差(包括线性尺寸、角度、形位公差等)应符合图样上的技术要求。这也是我们设计精密钣金件的图纸和检验的技术要求。

绿色钣金加工的工艺要求

我们既要金山银山又要绿水青山,绿色钣金加工要求以下各工艺过程合格生产和排放。

钝化:钣金件电镀锌时需要钝化处理,得到更致密的氧化保护层。不锈钢板材本身具有一定的耐腐蚀性能,一般情况下直接加工即可,但在特定场合下需钝化处理。如开水器水箱使用SUS304或SUS316,零件仍需钝化处理才能保证其在高温下不锈蚀。而钝化液中含5%的硝酸和2%的重铬酸钾,在酸洗钝化二合一液中还有10%的氢氟酸。重铬酸钾中的六价铬Cr6+会严重污染环境,对人体造成严重伤害(如生殖系统)。氢氟酸腐蚀性强,对牙齿、骨骼损害严重,也能腐蚀玻璃。目前我国已经成功用Cr3+来代替Cr6+,从而大大地降低了环境污染,并且已用某种添加剂来替代氢氟酸。

喷漆与喷粉:喷漆是涂料与溶剂(或还需加硬化剂)溶合后施工,以压缩空气或静电力将漆雾化后喷向工件并附着在其表面,溶剂蒸发(或相互反应)后固化成膜。这种工艺的不足之处在于,VOC(可挥发有机气体)含量高,对人体有较大危害;涂料利用率很低,仅约50%,浪费资源。而静电喷粉不需要大量的稀释剂,粉末不含有害物质,助剂蒸发后固化成膜,不污染环境,涂层质量好,附着力和机械强度高,耐腐蚀,固化时间短,不用底漆,粉回收使用率高。随着环氧树脂、聚酯粉末喷涂的普及与应用,钣金件的美观程度与喷漆不相上下,耐蚀性也大大提高。随着国家对环保要求的日益提高,有不少公司将磷化后的FePO4经沉淀池两次沉淀后处理成其他化工原料,从而减少了磷化处理对环境的污染。

许多喷涂线已经采用机器人作业,既减少了对工人的伤害又保证了质量的稳定。现在粉末回收装置已经成为涂装线的标配,它能通过滤芯吸收绝大部分的粉末,并通过加装电磁阀和传感器,当工件经过时喷水,经过后关闭,从而节约了能源和50%的水量。

湖南某厂从瑞士进口的喷涂线,其排放几乎达到了零污染,前处理后溶液的PH值不小于8,而普通喷涂线磷化处理后处理液均为酸性,这就是我们要研究和赶超的地方。

现在有一种新的前处理工艺——硅烷处理必将替代磷化处理。20世纪90年代初,美国就开始对硅烷处理进行理论研究,欧洲则在20世纪90年代中期才开始进行试探性研究。21世纪初,我国迫于环保压力,各大研究机构和生产企业才开始着手对硅烷处理进行研究,真的是变压力为动力,目前与欧美企业的技术差距已越来越小。钣金表面硅烷处理有如下优点:不含Zn、Ni等重金属离子,不含P,Ni对人体有害元素,WTO规定,2016年后Ni需达到零排放;常温下,就可以进行硅烷处理,省去了加热过程,磷化处理的成本是硅烷处理的5到8倍;替换磷化工艺不需设备改造,只需调整槽位即可;不用亚硝酸盐催化剂,避免了对人体的危害;硅烷处理没有沉渣,节省了清渣倒槽的成本;处理时间短,控制方便,有效提高了漆、粉与钣金件的附着力;可共线处理铁板、铝板、镀锌板等。

磷化处理工艺的各工序为:①预脱脂→②脱脂→③水洗→④水洗→⑤表调→⑥表面成膜→⑦水洗→⑧水洗。硅烷处理省去了⑤表调和⑦⑧水洗。对悬挂链输送方式改造时,可将①预脱脂、②脱脂、④水洗保留,③水洗改为脱脂,⑤表调、⑥磷化改为水洗,⑦水洗改为硅烷处理,⑧水洗备用。

一种新型的防锈镀锌铝镁钢板(简称XLM)是在板材中添加了合适比例的锌、铝、镁,使其产生复合效果,是具有高强度、高抗腐蚀性、高耐腐蚀性的新型环保型钢板,其抗腐蚀性介于镀锌板与不锈钢之间。我们通过新材料新工艺的应用,比如用此新材料替代50%的喷粉板,则同样能达到降低排放的目的。

对于焊接件,建议不使用镀锌板。因为锌的熔点为419.5℃,挥发温度为908℃。电焊熔滴平均温度在2000℃以上,电弧温度在4000℃以上。在焊接时,大量的锌被蒸发,除造成零件焊接缺陷和抗腐蚀性能低外,更为严重的是挥发的锌蒸气易使焊接工人锌中毒。

倡导绿色钣金加工就要从身边做起,在追求自动化、数字化和信息化的同时,保护好员工的身体,如激光切割机除尘器和防护罩的安装等。对于焊接而言,应注意焊烟除尘并使其与焊台隔开,减少射线照射。同时,应注意喷砂、阳极氧化中的噪声、粉尘、氧化剂的个人防护,以及打磨时粉尘的吸收和个人防护。