机械加工中产生铁屑的处理技术

周晟 | 创建时间:2009年11月14日 13:05 | 浏览: 1138 | 评论: 0
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机械加工产生的铁屑,不进行处理就会成为危害社会环境的污染源。若进行科学处理后回收利用,则可变废为宝,成为国家和企业的巨大财富。六十年代,我去法国里昂市贝利埃(Berli—et)汽车公司,仔细考察了该公司的铁屑处理技术。他们利用铁屑和边角余料效益非常显著。
八十年代,我有机会到德国ZF公司去实习。ZF公司是全世界最有名的汽车变速器和汽车转向机的生产厂家。它在施瓦比希格孟德市(Schwab[sch Gmilnd)的分厂,称ZFG厂,专门生产转向机和轻型汽车(如轻型卡车、轿车工程车辆等)变速器。ZFG厂是在二次大战后新扩建的.新建的主厂这座落在格孟德市的郊外 市内还有一个老厂区,主要搞齿轮的热(处理)后加工和桥齿轮的生产。主厂区建在一片地形起伏的丘陵地区。厂房建筑因山就势。有的利用山坡建成双层厂房。厂里布置也不搞大平整土地,很有特色。工厂的建设非常现代化,工艺设备先进。转向机和变速器的质量非常优良,占据全世界的大部分市场。工厂先进之处,还在于它的环境污染的治理,也是最为先进,堪称世界第一流 工厂的锅炉房烟筒自动除尘,望去连白烟也极少看到。锅炉烧的是无硫液化石油 厂区污水,全部由管道输送到污水处水站,集中处理后捧放到厂内的水淘中,流到厂外。水沟里放养很多大鱼。齿轮热处理车间厂房内的浊气,也都吸到厂房外,经过化学和物理净化处理后,才排到大气中去。即使厂内露天场地的雨水,也都集中净化处理后,才排到厂外。我在ZFG厂实习,主要是工厂规划设计。内容有变速器制造工艺过程,平面布置,铁屑处理,切削液处理 工厂环保和安全技术+给排水,采暖通风,动力和照明.技改管理,工厂保卫l和消防防火等。 ‘
ZFG厂的铁屑灶理设备,是新添置的全自动的,金属切削下来铁屑,由机床自动流入或落到各分支的鱼刺形输屑槽内,各分支输屑槽的铁屑自动流到鱼刺形主输屑槽内。流到它的终端,自动落入断屑机内,进行断屑处理后,铁屑落到刮板输屑带上(或振动式输屑带上),送到离心式油水甩干机内,将切削液全部甩净后,再由刮板输屑带将断屑提升到厂房高处.穿墙洞而出,铁屑自动落到厂房外放置的铁屑箱内。箱满后,定期用车送到格盂德市一家铁屑收集站进行高压成块状,入炉熔化,铸成铁块或铸成另件。zFG厂当时装有4条各长37米的鱼刺形支输屑槽,一条长73.3米的鱼刺形主输屑槽.用以输送带乳化液的长铁屑,并配有一台断屑机和一台离心甩干机 还有2条各长73、7米的鱼刺形支输屑槽和一条l9米长的鱼刺形主
输屑槽,用以输送带油质切屑,另配有一台断屑机和一台离心甩干机。所有这些鱼刺形输屑槽,都悬吊在双层厂房下一层厂房的房顶下部。刮板输屑带3条,总长约40米。另外还有2条振动输屑带,共长7.5米。据介绍,上述全套自动铁屑处理设备,当时共投资约一百万(西德)马克,若购置半自动的同类全套设备,大约要60万马克。ZFG厂在八十年代初,一年的切屑量为:铝屑约60吨,铸铁屑约l 70吨,钢屑约4000吨。每年出售处理后的切屑收入约为664000马克。只需一年半左右的时间,即已收回全部投资。从上述贝利埃汽车公司和ZFG厂二个例子来看,铁屑科学处理回收的经济效益是很巨大的,而且社会效益也非常巨大。如铁屑在厂内外堆放,污染严重。
如果在我国各城市金属加工工业较为集中的城镇,陆续地建立一批铁屑处理站,收集各中小厂的切屑.进行处理,并备有压块机和熔炉,全国的经济教益是非常巨大的,而且社会效益特别是环保效果也是非常显著。国际上工业发达的国家,早已普遍地应用这种技术。
铁屑处理提高铁屑回收熔化率的有效途径,是使铁屑不产生氧化。特别是在高温炉内熔化时,铁屑和氧气的接触面积要减到最小。只有把不生锈的铁屑压成非常致密的抉壮,才能提高铁的回收率。据调查,铁屑块的密度,必须达到6.5和以上,才能使铁的回收率达到90%到95 。长铁屑是不能压到这么高的致密度的。只有把它断成很小的碎屑,才能在较大的挤压力下,其密度达到6.5。另外,机床切削下来的铁屑,最好随时地输送到断屑机内进行断屑处理,以保持铁屑的新鲜度,即不受或很少受到氧化。
铁屑的输送装置:我考察过的法国贝利埃汽车厂和德国的ZFG厂,他们的铁屑处理技术过程和所使用的设备都基本相同。从机床到断屑机的铁屑输送,都是采用鱼刺式推屑槽。德国专门生产铁屑运输带的KOBO厂,是国际上主要生产这种推杆式输送槽(Push bar convey—or)的厂家。据介绍,只有这种输屑槽才是最经济,最可靠 因为切屑都带有切削冷却液,特别是车床切削下来的长而成混团的钢屑,用其他输送带,例如皮带运输带,是不好解决漏液和散出等问题的。鱼刺式推杆输屑槽,长屑、短屑、团屑和切削液,都能顺利地输送到很远的距离,据KOBO厂介绍,他们有长达140米的用户使用经验。
鱼刺式推杆输屑槽:该设备主要由四种部件组成 一是容纳切屑和切削液的u形槽,槽是用耐磨的锰钢板制成,内焊有多片阻止铁屑逆行的斜钢片,槽底装有支承鱼刺形推杆的立柱,。二是鱼刺形推杆,它被支承在槽内的立柱上,鱼刺是朝着铁屑送进的方向。三是推动鱼刺形推杆的油缸活塞副,它和鱼刺形推杆联接在一起,活赛由液压驱动,使推杆在槽内往复移动,推动铁屑一步一步地前进着,推杆的移动速度为每分钟1o米,活塞前进和后退的动作,由二个计时器来控制高压油进入活塞的后端或进入前端。活塞直径大约为100毫米。四是驱动活塞的液压动力箱,大约为10马力,用二根高压油管分别通到活塞的前后端,并装有释压保险阀,以防止推杆移动时由于某种原因卡住,例如槽内落人大形另件,液压超压自动泄油降压。活塞是装在输屑槽的后端。输屑槽的最前端有个空洞,下装断屑机,铁屑从此洞落入断屑机内进行断碎处理。对于分支输屑槽,在此洞下,则为主输屑槽。它收集由各分支槽输送过来的铁屑,一并送入断屑机。
鱼刺形推杆输屑槽的布置;工艺师在设计车间的平面布置时,给予正确的处理。机床要尽可能地布置在输屑槽的上部,槽在机床下部通过,或者使机床靠近屑槽,以使机床切下来的铁屑,靠它的本身重量自动地落人输屑槽内,这样,则不需任何装置和动力,最经济可靠。大多数近代化的机床机身底部都是敞开式的,或本身带有输屑装置的。完全可以满足上述的布置要求.如果有少数工艺仍需使用的老机床不具备上述条件,我看到的是在机床内另加一套小的螺旋运输带或刮板输送带,将切屑送到推杆输屑槽内。将许多机床切下的铁屑,随时地连续地输送到断屑机内,对断屑机和离心甩干机的工作负荷很有利。如果用人工将机床内的铁屑运到输屑槽内,即增加工人的劳动负担,又不安全,还可能由于铁屑集累量大,使鱼刺形推杆输屑槽和断屑机离心机超载,特别是在上下班时间清理机床和场地时,将有大量铁屑送人输屑槽内。对铁屑处理设备不利 切削冷却液可以随铁屑大量流人输屑槽内,当它流到断屑机前,在输屑槽内某个中心点,冷却液与铁屑分开,流向冷却液集中槽,进行过滤、翻新等工序处理,全新的冷却液又泵回机床使用 当然,不同的冷却液不能流人同一条输屑槽内。输屑槽内的冷却液对铁屑流动有益,对槽壁润滑也有好处。另外,输屑槽要布置得尽可能长一些,最好在20米到200米之间,最短不要小于1O米。因为每条推杆式输屑槽都需要一套活塞液压驱动设备,而这套设备是比较贵的。另外,输屑槽两侧的机床数量也要布置得多一些,以免浪费输屑槽、断屑机和离心机等设备空运转的动力。
鱼刺形推杆输屑槽,一般是放置在地沟里。如果要有车辆从它的上盖经过,沟盖必须是足够强度的铁件。也有将推杆输屑槽放到地面上。还有将输屑槽悬挂在厂房的屋顶下。法国贝利埃汽车公司温尼舍尔厂的输屑槽,有少数装在地面上,多数放到地沟内 德国ZFG厂的输屑槽都是悬挂在一层厂房的屋面下 机床在二层。铁屑从机康旁边地面上的洞口流下,落到一层的输屑槽内。采甩何种放置形式,取决于厂房布置,设备和工艺。输屑槽的放置都要有一个倾斜度,以便于冷却液和铁屑向前流动。倾斜度的大小则取决于冷却液的数量和槽的深度。ZFG厂的输屑槽的愤斜度为每米l.4毫米。该厂的冷却液全部流入推杆输屑槽内,再从槽的接近终端一个洞口分流到冷却液集中大罐中,经过集中处理后,再泵回机床使用。另外,在输屑槽内,每隔一段距离,就安装一个由计时器控制的压缩空气喷咀,定时地朝着铁屑流动方向吹一次气,以清洁槽内污物。
为了适应机床的布置,一般都安排多条推杆输屑槽,分别接收各排机床的切屑。然后再输送给一条或几条主输盾槽,送到断屑机进行断碎。前已介绍ZFG厂在钢件软加工厂房内,装有6条分支输屑槽和2条主输屑槽。鱼刺形推杆输屑槽的承载能力;每条输屑槽每两个工作班的输屑能力,最多为120到140吨铁屑。并可同时输送5立方米/分钟的冷却液。
在某些情况下,鱼刺形输屑槽也可用于提升长的或乱团的车屑。此时鱼刺要朝着斜上方,而且槽边的斜挡铁的密度略太一些,以防止铁屑由于自重而回落。法国贝利埃汽车公司,只有生产变速箱另件和底盘另件的厂房内,才装有鱼刺形推杆输屑槽。其他车间切削出来的车屑,用车送到厂内一个铁屑集中处理站。站前有一个顶部直径有lO米多的有斜坡的椎形池内。池边有一台断屑机,机前有一条鱼刺形拉屑槽,将池底的长铁屑拉到岸上,落入断屑机内断碎。此处不适于碎屑的提升。较短的铁屑,如滚齿切屑,铣加工钢屑等,大部分送到各厂房一端的断屑
机内,进一步断碎到长2mm以下的小片。少量的则送到集中处理站内断屑。该站主要是将碎钢屑和铸铁末混合后压块。
众所周知,一个另件的切屑,车屑占全部切屑的80% 以上。特别是齿轮加工,轴承加工等,大量切屑都来自车削加工。而鱼刺形推杆输屑槽,最适合车削的运输。所以较大的齿轮厂、轴承厂、汽车厂、拖拉机厂等,都应采用鱼刺形输屑槽。 .
1.刮板输屑带,经过断屑机断碎的铁屑,或机械加工下来的短碎铁屑,一般要用刮板运输带提升到离心机的顶部,落入离心机内甩净。然后,再用刮板运输带将碎屑提升到一定高度,穿出厂房,自动落入装铁屑的容器中。刮板运输带的价格较贵,一般只用于短距离,特别是提升碎铁屑的运输。刮板运输带一般具有一股或二股链条,在链条上装有许多钢板,它将落入u形槽内的碎屑刮动前进。这种运输带也可用于输送铸铁屑。
2.断屑机,断屑机的工作原理,是利用高速旋转的叶轮将长的铁屑搅撕折断。断屑机有一根高速旋转(约1000转/分钟)的主轴。轴串联着多片圆钢板,圆板联着主轴旋转。圆板四周都装有4至6个用锰钢铸成的小形齿轮,见图8。小齿轮在自己的小轴上自由地转动。长而乱成团的铁屑从顶口进入机内,被高速转动的钢板上齿轮绞动,撕打成小碎块,由底部的筛孔流出筛孔大小可根据铁屑要求的断碎颗粒大小而选定。我从贝利埃和ZFG厂看到铁屑碎块,都在长为2毫米以下的,为标准的颗粒度,适于混以铸铁末后压成铁块。断屑机上部有一个安全门,它的作用是防止有较大的物件混进铁屑落入机品内,损坏设备。例如另件、螺钉螺母、小搬手等
一类的物件落入,在飞转着主轴叶片的作用下,将它从安全门中甩出去当然,我们要尽量防止这类事件的发生。由于所断碎的车屑很硬,因此断屑机内片,小齿轮,铁筛同等机件,都是用耐磨损的坚硬材料台金钢制成。在主轴上装有飞轮,以使主轴在断碎铁屑时具有较大的扭矩。另外,主轴是由液力偶合器驱动,以消除电机过高的峰值电流并吸收主轴的振动。当断屑机用于断碎高耐磨损材料的车屑(例如轴承铁屑)时,转子就要进行表面涂焊,以增强它的耐磨性。这种断屑机也可以用于铝屑的断碎。德国LINDEMANN公司是生产断屑机著名的厂家。我看到的贝利埃公司和ZFG厂所用的断屑机,都是该公司的设备。
3.离心甩干机:必须将铁屑内的冷却液去净后,才能压块,入炉熔化。铁屑离心机的构造是立式的。一根立式的转速约1000r.P.m的主轴带动离心机滚筒高速旋转着。铁屑以均匀的数量落到离心机顶部的料斗中,然后再流到机心内的配板上。铁屑在加速度的离心力作用下,被甩到带筛孔的滚筒四壁周围,冷却液从筛孔甩出,从底部流出。离心机中部有一个伞形推板,由液压缸推动,定时的上下移动,将甩干的碎铁屑举到滚筒顶端凸缘之上.使碎屑沿着滚筒溢出,落到机身底部出口处,落到刮板运输带上,再送到室外的容器中。
4.铁屑压块设备;前已说明,不能将铁屑加热后挤压成块,因为铁屑加热将使它大量的氧化。这里介绍法国贝利埃汽车公司的铁屑压块设备。这套设备已陈旧,特别是压块机的体积过大,现巳发展出体积较小生产效率更高的设备 混料机也太庞大。另外,利用深池来容纳长而乱的车屑,也不尽合理。据德国生产断屑机的LINDEMANN公司介绍,现已有高效的压块机供应市场。但Berliet公司的技术仍有参考价值。该公司在温尼舍尔的新厂区,有一个约有2000平方米的厂房,内有断屑机、混屑机、压块机,带有大圆形磁铁盘吊勾的天车。这是一个半自动化的铁屑集中处理中心。全厂的钢屑和铸铁屑都送到这个中心来,进行压块处理。有些车间没有断屑机,就把长铁屑倒在厂房前的大池内,再由鱼刺形拉屑槽提升到断屑机内断碎。混屑机是一个立式高约7米,直径约5米的大圆筒形容器,一直在慢速地旋转着。所有钢屑和铸铁末,都用一台带有磁盘的天车吸附,送到混屑机的顶部,上有搅拌装置,以混合钢屑和铸铁末。混合均匀的铁屑由混屑机顶部自动流出。碎钢屑和铸铁屑按一定比例撤放在大圆筒的顶帮中夹,由搅拌器搅拌,经螺旋槽板,移向大圆筒的周边的铁屑出口。混合均匀的铁屑经出口流到压块机的上部一个漏斗内。漏斗有一个自动称重设备,当流入的铁屑达到预定的重量时,大圆筒上部
的铁屑出口就自动关闭,铁屑不再落入漏斗。同时,漏斗下部的一个小闸门自动打开,铁屑落到压块机的模腔内。这时漏斗闸门又关闭,大圆筒的出口闸门又打开,铁屑又流入漏斗。同时,压块机的冲头自动地前进到模腔内,将铁屑压成直径约80~lOOmm,厚度约30ram的圆块。然后,冲头退回,由顶料杆将铁块顶出模腔,自动流到机边一个铁箱内。贝利埃使用的铁屑压块机为特制的500吨油压机,压出铁块的密度,其比重接近于铸铁。贝利埃的标准是6.6以上。这样才能保证送入高炉熔化时。铁的回收率达9O 以上。
ZFG厂没有铁屑压块设备。该厂每年的铸铁屑为1 70吨左右,钢屑约4000吨。因为成套的压铁块设备太贵。专门占一套铁屑压块设备很不经济。德国很多城市都有废钢铁收购和处理站,站内有断屑机和各种压块设备,专门收购本市附近工厂的铁屑和各种边角余料,处理后再卖给钢厂熔炼。我国可以借鉴。
铁屑处理和工厂平面布置
从前面的介绍可以看出,铁屑的自动运输和工厂的平面布置有密切的关系。以眼利埃汽车厂为例,该厂的发动机另件和底盘大部分另件的加工设备,基本上是按流水生产排列的。唯独变速箱和分动箱齿轮的加工设备是按机群式排列的。齿轮毛胚的车削加工(当时数控车床尚未昔及应用),都采用英国Herber十六角车床加工齿胚的端面、外圆和镗孔,孔和端面也是一次装夹加工完毕,以保证孔对端面的垂直度。所有车齿胚的六角车床,都布置在一起。滚齿、插齿和剃齿等齿部加工设备,则另排列在一起。加工前后桥主减速器和整速器伞齿轮,也是按机群式排列。格利生(Gleason)设备集中到单独的一个工段。加工标准件一类的小另件的五轴卧式半自动车床,则安装在单独一个厂房内 以便于铁屑的自动运输。zFG厂的平面布置,除一条加齿轮和同步器齿环齿座自动线,都是机群式布置. 就是这条自动线也无车床,多是齿部加工机床。我和该厂负责工厂建设计划的工程师,讨论过机群式和流水线式设备布置的问题。他们认为,流水线式布置适于年产40万辆以上汽车的汽车厂,而且该流水线上加工的另件长时间不变,才比较经济。对于专业生产齿轮箱厂,既使是成批大量生产,象ZF这样,也不宜于大量采用流水线布置,因为除去多品种生产的这个重要原因外,还有其他重要因素必须考虑。ZFG厂的平面布置,是根据下列原则进行安排的 一要保证产品加工的高精度,二要保证生产的高效率,三要保证经济上的高效益,四要保持产品销售高的市场占有率,这是最重的因素.根据这些原则,ZFG首先在厂房和车间的划分上,就保证了上述原则的贯彻。该厂把厂房划分为钢件软加工厂房;钢件硬加工厂房{铸铁件加工厂房,铝制件加工厂房和产品热处理厂房等。在钢件软加工车间内,主要是加工齿胚和转向机钢件毛胚的车削机床群和齿轮齿部加工机床群。铁屑自动运输和处理设备,整套的全自动的乳化切削液和切削冷却油的净化处理设备,都布置在这个厂房的一端。钢件硬加工车间内,主要是磨削齿轮热处理后的内孔和端面。有部分高挡齿轮的齿面也在这个车间里磨齿。还有汽车转向机的另件.热处理后也在这里密削加工。这些另件的精度要求很高,特别是密封面的光洁度非常高。在磨削冷却液内混有一些微粒,将会损坏密削面,产生细微的痕。影响产品的性能。ZFG厂在这个厂房内,设有磨削冷却油的集中净化处理设备。磨削油在密削过程中自动地流出磨床,经过管道流到厂房的地下室的容器中,经过细微的硅藻土过滤净化处理后,再泵回机床使用。
ZF公司在Saarbriicken市新建的年产100多万台液力自动变速器厂,也是按机群式布置设备的。液力变扭器外购。
据陕西汽车齿轮厂出版的《陕齿科技》杂志上赵自成总师介绍,美国EATON公司在科拉马卒的齿轮箱厂,齿轮加工设备也是按机群式排列的。ZF公司和EATON公司是全球两家最著名的也是最大的生产汽车变速箱厂。
在国外,汽车齿轮的加工设备之所以采用机群式布置,特别是专业齿轮箱厂,其原因如下:首先,从齿轮加工工艺技术来讲,齿形加工需要一种较高的专业理论和实际操作的丰富经验,需要具有齿轮加工高深理论和丰富经济的高级技术人员加以掌握,需要高级技工和技师(齿轮调整工)去解决经常出现的技术问题。特别需要这两种人的密切协作。还需要有经验地懂得齿轮加工技术的车问主任和工段长。假如象我们国内那样,把齿部加工分散到几个车问内进行,上述条件就不容易实现。第二,齿部加工的检测和刀具刃磨设备,例如渐开线和导程仪、Glea一
$011调刀和磨刀机、剃齿刀磨刀机,各种齿形测量仪器等,所有这些设备都非常贵重,而齿形加工又随时需用。应该集中起来使用。以剃齿刀刃磨机而论,它是一种非常难以掌握的技术。特别是齿形曲线,每种齿轮为了降低噪音,都有它的独特曲线,要想获得低噪音的齿形曲线,是非常难的。而且,剃齿刀每刃磨一次,齿轮曲线又变了。所以掌握剃齿刀刃磨曲线的机床操作人员,不但对剃刀磨的操作非常有经验.而且对剃齿加工和滚齿擂齿加工也必需非常精通才能胜任。这是一种高级技术。如果齿轮分散到几个车间,剃刀磨也必然随之而分散开来。可是掌握
这种高级技术的人材不可能有这么多。第三,从生产管理方面来看,机群布置便于充分利用设备能力。流水线布置裉难做到每台设备都达到满负荷,设备能力不能充分利用 变更产品品种时非常麻烦,不利于多品种的生产。而多品种生产是齿轮专业化生产厂的必备条件。采用同类型设备集中排列的机群式布置,非常便于工卡具的标准化系列化.这对于变更产品的生产准备时间大大地缩短,工装费用也大大地降低,产品成本降低,新产品的上市时间缩短,这对齿轮专业厂非常有利。而我国几个较大的齿轮厂,都是流水线布置,一个齿轮一条生产线,一种变速箱就来一个车问。在市场经济的今天,产品更新换代快,生产品种多,就暴露出来;一方面由于某种变速箱市场销路不好,有大批设备在那里空闲着,而另一种箱子市场需要量很大,生产上供不应求,设备能力不足,致使眼睁睁地把市场丢掉。现在我国的汽车厂,生产规模都不大.品种也不多.一汽和二汽每年的生产量也超不过20万辆汽车,他们的齿轮生产,我看还是采用机群式布置设备,较为有利。第四,便于切屑的集中运送和处理。第五,便于冷却液的集中处理。ZFG厂的切削液多集中处理,设备非常先进,全部自动化。集中处理切削冷却液,即可保证机械加工
的产品质量,又可大量地节省冷却液。经济效果很好。由于这方面的内容很丰富,我将另文介绍。第六,便于加工铸铁件的切削粉尘和用冷却油时的切削烟雾的处理。而这些都对工人身体健康有害的物质。是安全生产必须解决的 ZFG厂的设备,多是具有密封防护罩而且是用管道吸走,用水过滤的。
有人认为机群布置,另件运输路线长,容易碰伤,而且会增加运输费用。当然这是和真正的单一品种大量流水线相比所存在的缺点。贝利埃厂和ZFG厂的毛胚加工机群和齿部加工机群都相邻很近,另件流动路线并不长。用机动叉车和液压手推叉车进行另件工序间的运输,很是方便。每台机床前面都放有二个较大的料箱。另件隔开放置,轻拿轻放,不会磕碰。一箱是上道工序转过来的在制品,另一箱是空的。当工人加工完(一般是一个工作班或半个班多一些的时间)一箱另件后,车间专职运输司机,即将箱子叉走,送到下一道工序去加工,并将一个用完的空箱移过来。如此循环下去。
应当指出,生产的管理必须科学化。ZFG厂的每台设备负荷,都是按小时和分钟的输入计算机,生产指挥人员,随时可从计算机终端调出每一台设备的现实负荷,进行生产调度和新产品的生产准备。铁屑的运输和处理是设备平面布置的一项重要环节,在工厂规划时应该妥善地解决。我国正在迈向企业现代化,铁屑的科学处理应该排在日程上了。

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