浅析机械制造过程中空气质量分析与控制

苏和堂

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

浅析机械制造过程中空气质量分析与控制

苏和堂

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

对机械制造过程中产生悬浮颗粒的机理进行分析，同时了解传统的空气质量控制技术，基于环境意识下从优化工艺方案选择可以减少或避免悬浮颗粒排放的加工方法及加工顺序，不断提高工艺方案水平积极使用新型材料，在技术创新方面进行努力，以避免或消除机械制造过程中产生的悬浮颗粒。积极探索从悬浮颗粒产生源头解决问题，创造优质、环保、健康的工作环境。

悬浮颗粒；环境；机械制造过程

引言：

近年来机械制造过程的环境问题越来越受到人们的关注，在机械制造过程中产生的废弃物中尤其是空气中的悬浮微粒，在不同制造工艺中产生雾化、蒸发、冷凝及燃烧产生的悬浮微粒，如在铸造过程中产生的副产品；机械加工中切削液产生的切削液雾；焊接过程中产生的烟雾。这些悬浮颗粒以液态或气态形式存在空气中，工人接触到这些充满颗粒的空气容易引起各种疾病。由于这些悬浮颗粒在机械制造过程中空气里对工人健康和环境有害［1］，因此，作为制造企业不仅仅要考虑设计、生产的经济效益，同时要从企业长远发展，为工人提供一个安全、健康的工作环境。我们对机械制造过程中产生空气污染的来源进行分析，同时分析传统的控制技术，提出现代符合环保的颗粒减排和去除的方法。

一、机械制造过程中空气中悬浮颗粒产生的主要来源

（一）铸造过程中产生悬浮颗粒：［2］铸造类型主要包括砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造等，大部分工艺都包括四个步骤：制模，型芯制备与浇铸，装炉及金属处理，落砂、降温和砂处理。对于典型的砂型铸造过程来说在砂和黏结剂混合、芯体成型、制模、型砂制备和处理、金属熔炼、落砂、热处理、炉渣和浮渣清除、模具浇注和冷却、铸件落砂及清除浇冒口等工序都会产生颗粒。

（二）焊接产生的烟尘颗粒［3］：常见的焊接工艺包括气体保护电弧焊、电弧焊、电渣焊及埋弧焊等，许多焊接作业会生成焊接烟尘，其成分包括铝、铍、铬、镉、铜、铁、铅、锰、钼、镍、钒、锌和各类氧化物。焊接颗粒含有不同大小的颗粒，并有相当数量纳米尺度的颗粒（小于0.1um）。烟尘颗粒的数量、尺寸以及具体化学成分取决于工艺类型、工艺条件和所使用的材料。

（三）切削液在机械加工过程中形成的油雾［4］：在一些加工工艺中使用切削液来改进加工表面质量、提高刀具寿命、提供润滑并带走加工区域产生的热量。切削液和机床及工件之间的相互作用产生切削液油雾，当切削液接触到加工系统中热的部件的时候部分切削液会蒸发并随后凝结形成油雾，还有当有高速旋转的部件时，机械能会使切削液分裂而雾化。

（四）干切削形成的粉尘：最近几年，干切削已经成为金属切削使用的一种方案，它可以避免使用切削液对环境、健康和安全产生的危害。但是在没有切削液的情况下，某些工件材料可能会形成粉尘，因此，从空气质量的角度考虑，干切削也要重视。

（五）磨削产生的悬浮颗粒［4］：磨削是用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法。磨具是以磨料为主制成的切削工具，在磨削中悬浮颗粒主要从三个方面形成:机床电动机本身的排放，工件材料的燃烧，磨削材料在砂轮与工件之间的挥发和随后的凝结。

（六）粉末冶金制造产生粉尘［5］：粉末冶金零件制造的主要工序包括混料，制粒，压制，脱脂，烧结，机械加工处理等，由于粉未冶金在制造过程中破碎和筛分及装卸工序会产生大量粉尘，同时由于生产原材料颗粒较小设备密封性也会造成粉尘的逸散。

二、传统的空气质量控制技术

大多数传统的机械制造过程空气质量控制技术主要取决于三个方面因素：控制颗粒的类型、产生颗粒的工艺过程、工人与制造过程的交互作用。

微粒控制的传统方法

（一）通过通风系统来控制车间较容易随空气流动的悬浮颗粒，主要包括烟、雾、粉尘和油雾，但是大液滴和金属颗粒是吹不走的，通风系统从车间的空气中排出悬浮颗粒，并且将其转移到收集地。这些设备常常让含颗粒的空气通过高效空气颗粒过滤器，或使用离心空气流迫使颗粒经由侧壁收集并回收利用。尽管这种方法能够有效减小颗粒浓度，但不能消除所有相关的健康风险。同时通风系统需要进行日常维护，需要定时更换空气净化器或空气过滤器，其中收集器购买、安装、操作和维护费用较高。

（二）使用机罩抑制颗粒散逸，为保证车间的适当的空气质量，可以通过设备加装机罩的方法来实现，通风系统与机罩组合使用，只要设计得当机罩可以控制空气中各种微粒，最有效的使用机罩的生产环境是全封闭的生产过程。

（三）切削液油雾采用化学品控制空气中悬浮颗粒，这种方法就是使用一种油雾抑制剂的化学添加剂来增加切削液的拉伸黏度，从而增大生成油雾液滴的尺寸和沉降速率，减少悬浮雾的数量。但是这种方法对减少由蒸发或凝结产生的油雾作用不太大。

（四）使用个人防护系统，当努力不能完全实现控制颗粒的产生时，工人必须使用防护设备。通过使用个人防护设备来过滤空气中的悬浮颗粒，为工人提供洁净空气。

三、基于环境意识优化加工方案控制空气质量。

传统的空气质量控制只是在于简单地收集或控制排放物，而不是从源头减少或不产生排放。现代先进的空气控制措施是基于环境意识、改善加工过程的方法，在产品和工艺设计的初期，就建立环境意识下的减排或排放物根除技术，这种方法可以节省大量的实施费用。从机械制造过程方面主要有以下几种方法：

（一）优化加工工艺选择减少或避免悬浮颗粒排放的加工方法。

当产品设计好后，在制造之前需确定加工工艺，确定什么加工方法及加工顺序时，传统的工艺设计人员在编制工艺时只考虑加工方法的经济性和生产周期，但是没有考虑制造环境问题。因此现代工艺设计人员在编制工艺时灵活设计几个工艺方案，然后优化选择一种产生有害悬浮颗粒排放少的方案作为产品生产工艺。加工选择悬浮颗粒排放少的加工方法，因此在编制工艺中主要（1）避免涂装作业采用磨削方法：（2）避免切削液油雾，采用铸造工艺；（3）用高速切削替代磨削加工可以消除粉尘。环境友好工艺规划在减少排放的同时也能够减少零件制造成本缩短加工周期。

（二）优化加工工艺选择减少或避免悬浮颗粒排放的加工顺序。

加工方法确定后，工艺设计人员需进一步优化加工顺序，采用相同的加工方法，但加工顺序不同，其产生的悬浮颗粒的排放量不一定相同。如先切削加工后进行焊接时，因为切削加工中残留在工件上的切削液，在焊接时容易产生油雾，相反若先焊接后再切削加工就可以避免切削液油雾的产生。

（三）优化工艺方案不断提高工艺水平，减少或消除工艺过程的悬浮颗粒。

1、确定加工工艺过程并不意味着工艺执行中不作任何改变，对于加工效果相同，我们要选择能够减少悬浮颗粒排放的先进加工方法和先进的设备。

2、新材料不断出现，在保证产品使用性能的同时积极使用先进的环保的材料，减少或根除悬浮颗粒的排放。

［1］（美）Myer Kutz著，刘志峰，张雷，张萍，黄海鸿译.环境意识制造［M］.北京：人民邮电出版社，2010.

［2］王文清.铸造工艺学［M］.北京：机械工业出版，2011.

［3］王滨涛.焊工工艺学［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［4］胡永生.机械制造工艺原理［M］.北京：北京理工大学出版社，1992.

［5］曲选辉.粉末冶金原理与工艺［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

TH16

A

1671-5993（2015）04-0050-02

2015-09-15

苏和堂（1964-），男，安徽定远人，滁州职业技术学院副教授。