熊國(guó)源

中信戴卡股份有限公司 河北秦皇島 066011

1 序言

隨著現(xiàn)代汽車節(jié)能降耗要求的不斷高漲、安全和環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，汽車輕量化已成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

鋁合金質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、成形性好、價(jià)格適中、回收率高，對(duì)降低汽車自重、減少油耗、減輕環(huán)境污染與改善操作性能等有著重大意義，已成為汽車工業(yè)的首選材料。汽車鋁合金輪轂較鋼輪轂平均輕2kg左右，當(dāng)車速為60km/h時(shí)可省油5%～7%[1]。此外，鋁合金輪轂還有散熱快、減振性能好、輪胎壽命長(zhǎng)、安全可靠、外形美觀、圖案豐富多彩，以及尺寸精確，耐腐蝕、加工性好、平衡好等優(yōu)點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)外各大汽車制造商大量采用。

目前，中信戴卡股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中信戴卡”）在秦皇島現(xiàn)有鑄造鋁合金輪轂一號(hào)和二號(hào)生產(chǎn)線，以及鍛造鋁合金輪轂生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力600萬(wàn)件。其中，鑄造鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)行業(yè)的標(biāo)桿工廠，年產(chǎn)低壓鑄造鋁合金輪轂200萬(wàn)件，人均生產(chǎn)率6000件/年。

但是，鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線投產(chǎn)兩年后已處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，鑄造車間熔煉工序能力不足，機(jī)加車間設(shè)備故障率較高，以及涂裝車間設(shè)備不穩(wěn)定、故障率高等問(wèn)題限制了產(chǎn)能的持續(xù)提升。為滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，亟需提升鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線的產(chǎn)能，對(duì)一號(hào)生產(chǎn)線的鑄造車間進(jìn)行技術(shù)改造，提高生產(chǎn)線效率，目標(biāo)年產(chǎn)能增加100萬(wàn)件，并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

2 產(chǎn)品和生產(chǎn)線總體情況

2.1 產(chǎn)品情況

中信戴卡一號(hào)生產(chǎn)線的產(chǎn)品是高強(qiáng)度、輕量化低壓鑄造汽車鋁合金輪轂（見(jiàn)圖1），產(chǎn)品規(guī)格在15～22in（1in=25.4mm）。低壓鑄造輪轂與傳統(tǒng)鑄造輪轂相比生產(chǎn)率高，鑄件表面更光潔、金相組織更致密、質(zhì)量較好，產(chǎn)品合格率較高，但成本比重力鑄造稍高。

圖1 低壓鑄造汽車鋁合金輪轂

此外，低壓鑄造輪轂比傳統(tǒng)鑄造輪轂的強(qiáng)度更高，同規(guī)格的低壓鑄造輪轂比傳統(tǒng)鑄造輪轂要輕5%～10%，材料利用率可提高10%左右。

2.2 生產(chǎn)線情況

鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線擬增加100萬(wàn)件/年產(chǎn)能的技術(shù)改造項(xiàng)目位于秦皇島中信戴卡產(chǎn)業(yè)園內(nèi)。該生產(chǎn)線的主要工藝過(guò)程：鋁錠→鑄造→熱處理→機(jī)加工→涂裝→成品→外運(yùn)。其生產(chǎn)原材料主要是鋁錠，輔助原料是油漆、二甲苯等有機(jī)溶劑等[2]，生產(chǎn)的成品是鋁合金輪轂。主要采用的是鑄造、熱處理、機(jī)加工、涂裝、機(jī)械化運(yùn)輸、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)備。

改造項(xiàng)目的主要內(nèi)容包括：利用原一號(hào)生產(chǎn)線聯(lián)合廠房，包括鑄造車間、熱處理車間、機(jī)加車間等，進(jìn)行技術(shù)改造，增加鋁合金輪轂生產(chǎn)能力100萬(wàn)件/年，使鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力達(dá)到300萬(wàn)件/年。改造新增的生產(chǎn)綱領(lǐng)見(jiàn)表1。

表1 鋁合金輪轂生產(chǎn)綱領(lǐng)（新增部分）

項(xiàng)目產(chǎn)品所有生產(chǎn)過(guò)程，包括鑄造、熱處理、機(jī)加工、涂裝和產(chǎn)品包裝等均在鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線內(nèi)完成，不需外部生產(chǎn)協(xié)作。

3 改造項(xiàng)目方案

3.1 改造方案設(shè)計(jì)原則

1）對(duì)鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，提升產(chǎn)能，提高設(shè)備開(kāi)動(dòng)率，降低制造成本，提高人均生產(chǎn)效率。

2）利用現(xiàn)有廠房?jī)?nèi)預(yù)留生產(chǎn)面積和生產(chǎn)線，不增加廠房面積，只增加部分生產(chǎn)設(shè)備，改造物流輸送裝置，增加產(chǎn)能100萬(wàn)件/年。

3）遵循工藝水平高、設(shè)備先進(jìn)、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理原則，選用高效節(jié)能設(shè)備，節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品制造成本。

4）采用精益生產(chǎn)的理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)，實(shí)行均衡生產(chǎn)；嚴(yán)格控制在制品數(shù)量，盡量減少中間儲(chǔ)存。

5）減少原材料消耗，機(jī)加工的鋁屑回收重熔。

6）合理布置生產(chǎn)線，注重各條生產(chǎn)線之間的物流銜接，合理選用先進(jìn)的機(jī)械化輸送裝置，防磕碰，防側(cè)翻，生產(chǎn)過(guò)程避免落地。

7）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家和地方頒布的環(huán)保、消防、勞動(dòng)安全及衛(wèi)生等方面的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢物及噪聲進(jìn)行有效的治理，達(dá)標(biāo)排放，盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響；對(duì)工業(yè)冷卻水、廢鋁件、鋁屑循環(huán)利用，實(shí)施清潔生產(chǎn)。

8）在工程設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，生產(chǎn)線余熱回收利用。注重設(shè)計(jì)節(jié)能，采取有效的節(jié)能措施，提高能源的利用率。

3.2 技術(shù)改造主要內(nèi)容

鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線由鑄造車間、熱處理車間、機(jī)加車間、涂裝車間、包裝車間及成品庫(kù)組成，有297臺(tái)主要生產(chǎn)設(shè)備，員工380人，年產(chǎn)鋁合金輪轂200萬(wàn)件。本次技術(shù)改造主要包括如下內(nèi)容。

（1）鑄造車間 在原有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，不增加車間生產(chǎn)面積，增加1套熔化爐、1臺(tái)靜置爐、4臺(tái)低壓壓鑄機(jī)、1臺(tái)X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備、1臺(tái)7t專用叉車，提升產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。

（2）熱處理車間 在原車間預(yù)留發(fā)展區(qū)域增加1套熱處理爐組、1臺(tái)自動(dòng)鉆床，提高生產(chǎn)能力；改造原熱處理爐組上下料機(jī)械手，降低故障率。不增加車間生產(chǎn)人員和生產(chǎn)面積，人員內(nèi)部調(diào)整。

（3）機(jī)加車間 在原生產(chǎn)線預(yù)留區(qū)增加5個(gè)加工單元，提升產(chǎn)能；改進(jìn)去飛邊工序物流布局，提高設(shè)備利用率；增加3臺(tái)精密數(shù)控車床，提升精車工序生產(chǎn)能力。不增加車間生產(chǎn)人員和生產(chǎn)面積。

（4）涂裝車間 改造現(xiàn)有生產(chǎn)線上物流輸送設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行局部改造，并增加透明粉噴房，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備可靠性；對(duì)涂裝后下線物流輸送裝置進(jìn)行改造，改善物流。不增加生產(chǎn)人員。

（5）包裝車間及成品庫(kù) 原生產(chǎn)線主體維持現(xiàn)狀，配合涂裝車間下線物流輸送系統(tǒng)改造。不增加車間設(shè)備。

3.3 生產(chǎn)線設(shè)備更新

新增主要生產(chǎn)設(shè)備匯總見(jiàn)表2。

表2 新增主要生產(chǎn)設(shè)備匯總 （臺(tái)）

3.4 鑄造車間工藝改造和升級(jí)

下面以鋁合金輪轂生產(chǎn)核心的鑄造車間為例，介紹生產(chǎn)線工藝、裝備、能耗等部分的技術(shù)升級(jí)和改造情況。

（1）車間現(xiàn)狀 鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線鑄造車間由熔煉、壓鑄、清理工段組成，主要生產(chǎn)設(shè)備有2套3.8t/h熔煉爐組（鋁錠+鋁屑）和24臺(tái)低壓鑄造機(jī)，鋁液熔化能力7.6t/h，年產(chǎn)汽車鋁合金輪轂鑄件200萬(wàn)件。鑄造車間承擔(dān)汽車鋁合金輪轂鑄件的鑄造及檢測(cè)生產(chǎn)任務(wù)，產(chǎn)品為15～22in鑄造鋁合金輪轂，材質(zhì)為A356.2，鑄件要求表面光潔，組織均勻致密，無(wú)內(nèi)部質(zhì)量缺陷，最大鑄件重27kg，外形尺寸最大22in。

本次技術(shù)改造新增輪轂鑄件100萬(wàn)件/年的生產(chǎn)綱領(lǐng)，使鑄造車間達(dá)到300萬(wàn)件/年的生產(chǎn)能力。

（2）設(shè)計(jì)原則和主要工藝說(shuō)明 針對(duì)鑄造車間的改造設(shè)計(jì)原則包括以下幾個(gè)方面。

一是對(duì)鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線鑄造車間進(jìn)行技術(shù)改造，提升產(chǎn)能，提高人均生產(chǎn)效率。

二是利用現(xiàn)有廠房?jī)?nèi)預(yù)留生產(chǎn)面積，增加熔煉爐、靜置爐、壓鑄機(jī)、X射線檢測(cè)設(shè)備，改造物流輸送裝置，不增加廠房面積，僅增加必要的生產(chǎn)人員。

三是遵循工藝水平高、設(shè)備先進(jìn)、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理原則，選用高效節(jié)能設(shè)備，節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品制造成本。

四是采用精益生產(chǎn)的理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)，實(shí)行均衡生產(chǎn)；嚴(yán)格控制在制品數(shù)量，盡量減少中間儲(chǔ)存。

鑄造車間的主要工藝環(huán)節(jié)如圖2所示。

圖2 鑄造車間工藝環(huán)節(jié)

1）熔煉工部：合格的金屬爐料用叉車運(yùn)進(jìn)熔煉工部存放，回爐料用叉車運(yùn)至本工部。機(jī)加工車間的鋁屑通過(guò)輸送系統(tǒng)運(yùn)至鋁屑兼熔爐進(jìn)行處理后作為回爐料熔煉。人工稱量配料，用手推車將配好的爐料倒入熔煉爐加料斗內(nèi)，經(jīng)過(guò)提升式加料機(jī)分批按時(shí)加入爐內(nèi)[3]。

本次技術(shù)改造新增1套2t/h天燃?xì)怃X錠熔煉爐，新增一套6t靜置爐，并對(duì)原有熔煉爐C爐鋁屑爐渦流室進(jìn)行改造以增加容量。熔煉出的鋁液溫度達(dá)到工藝溫度，扒渣、化驗(yàn)合格后，出鋁液至靜置爐（同時(shí)進(jìn)行變質(zhì)處理），除氣、測(cè)氫合格后，用叉車將鋁液送至低壓鑄造機(jī)保溫爐。

熔煉爐后增加靜置爐，可以減少鋁液中的氧化物，解決了鋁錠和屑錠間的凝固區(qū)間不同帶來(lái)的問(wèn)題，更有利穩(wěn)定鑄造工藝。

鋁合金熔煉采用國(guó)產(chǎn)先進(jìn)的立式連續(xù)天燃?xì)馊蹮挔t，采用鋁錠、鋁屑回爐料重熔，并合金化精煉。采用直讀光譜儀對(duì)每一爐鋁液進(jìn)行爐前快速分析，確保鑄件化學(xué)成分合格。

采用爐內(nèi)噴吹精煉，爐前吹氮?dú)鈨艋?，鋁鈦硼晶粒細(xì)化，鍶變質(zhì)處理，用可加熱保溫包轉(zhuǎn)運(yùn)鋁液，節(jié)約能源，減少溫度損失，提供合格鋁液。

2）低壓鑄造工部：本次技術(shù)改造新增4臺(tái)低壓鑄造機(jī)生產(chǎn)鋁合金輪轂鑄件，機(jī)器模（底）板尺寸為1650mm×1000mm，可滿足22in車輪的鑄造需要。低壓鑄造機(jī)生產(chǎn)過(guò)程全自動(dòng)控制，模具采用水冷方式冷卻。

鑄造成形工藝過(guò)程如下：設(shè)備、模具準(zhǔn)備→開(kāi)?！逻^(guò)濾網(wǎng)→合模→加壓充型→保壓→冷卻（卸壓）→開(kāi)?！鷻C(jī)械手取件→鑄件水淬冷卻→去飛邊→初檢→（輥道運(yùn)走）。

4臺(tái)低壓鑄造機(jī)布置在原有壓鑄平臺(tái)上，壓鑄機(jī)平臺(tái)高度1.8m。平臺(tái)下中間設(shè)機(jī)動(dòng)輥道，鑄造出的鋁合金輪轂鑄件經(jīng)機(jī)械手取件后降落至平臺(tái)下方機(jī)動(dòng)輥道上運(yùn)至清理工部。

3）清理工部：鑄件毛坯從壓鑄工段下線后經(jīng)輥道運(yùn)送至噴淋冷卻箱，進(jìn)入噴淋冷卻工序。噴淋冷卻段分為三段：預(yù)冷段（水溫80℃）、冷卻段（水溫50℃）和吹干段（翻轉(zhuǎn)后吹干）。噴淋冷卻機(jī)上部裝有噴頭，均勻地將水噴至鑄件上。冷卻后設(shè)置人工檢查工位，不合格的毛坯將直接放入料框中運(yùn)走，回爐重熔。

冷卻后的鑄件通過(guò)輥道輸送至X射線檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)。檢測(cè)不合格的鑄件直接放入廢件斗，合格鑄件隨輥道輸送至沖床去掉冒口，隨后輸送至精修工位，人工借助風(fēng)動(dòng)砂輪工具對(duì)鑄件進(jìn)一步修整飛邊。清理完畢的鑄件，經(jīng)檢修合格后從輥道上送入熱處理車間。

本次改造新增一臺(tái)自動(dòng)X射線檢測(cè)設(shè)備。

（3）鑄造車間的物料運(yùn)輸能力改造 在運(yùn)輸方式上，鑄造車間所用各種材料均由叉車運(yùn)進(jìn)本車間熔煉工部備用，鋁液采用專用叉車和澆包送至各壓鑄機(jī)保溫爐，生產(chǎn)的成品鑄件用機(jī)動(dòng)輥道送至熱處理車間。完成改造后，車間的運(yùn)輸能力和運(yùn)輸量將大大提高。

（4）節(jié)能降耗 本次改造升級(jí)項(xiàng)目的重點(diǎn)之一是節(jié)能降耗，在新增產(chǎn)能的同時(shí)，控制綜合耗能成本攀升，支撐中信戴卡綠色環(huán)保的發(fā)展戰(zhàn)略，生產(chǎn)線改造的新增能耗量見(jiàn)表3。

表3 能耗量（新增部分）

主要的節(jié)能降耗措施包括以下幾點(diǎn)：

1）各種設(shè)備均選用高效節(jié)能設(shè)備，節(jié)約能源。所選用的熔煉爐爐型結(jié)構(gòu)先進(jìn)，熔煉爐的爐體采用先進(jìn)的保溫耐火磚，保證爐體外部溫度低于40℃，熔化燒嘴采用熱風(fēng)循環(huán)蓄熱裝置。這些措施有效地提升了燃?xì)饫眯剩档土巳細(xì)獾南?，大量?jié)省能源。

2）熔煉爐高溫廢氣進(jìn)行余熱回收利用，用于車間熱水供應(yīng)。

3）低壓鑄造機(jī)、模具、輪轂等冷卻水均采用循環(huán)水，減少能耗；熱循環(huán)水通過(guò)熱交換器產(chǎn)生的熱水供浴室利用。

（5）綠色環(huán)保

1）本車間產(chǎn)生的污染源：金屬熔煉、低壓鑄造等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣、余熱；熔煉爐的鼓風(fēng)機(jī)、模具空氣冷卻、清理工部的鑄件打磨是主要的噪聲源。

2）對(duì)污染源采用的治理措施：從熔煉、鑄造工藝和設(shè)備選型等環(huán)節(jié)上采取措施，減少污染源；加強(qiáng)通風(fēng)除塵，熔煉車間熔煉爐的煙氣排放都先進(jìn)行除塵處理和熱能利用，不僅提高了熱能利用效率，也將煙氣的排放嚴(yán)格控制在環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。車間要求全室通風(fēng)換氣。

（6）工業(yè)衛(wèi)生

1）通風(fēng)除塵措施：對(duì)于產(chǎn)生大量煙塵、余熱的工位和設(shè)備，采用局部排風(fēng)的方法進(jìn)行排除，改善工人勞動(dòng)條件，保障工人身體健康。

2）防暑降溫措施：車間夏季采用風(fēng)扇降溫，并引入室外冷風(fēng)到工位，以改善工人作業(yè)環(huán)境。

（7）職業(yè)安全

1）鑄造生產(chǎn)工序繁多，安全事故較一般機(jī)器制造車間多，如燙傷、機(jī)械損傷等，因此生產(chǎn)過(guò)程中專門編制文件，配置安全專人，加強(qiáng)安全管理。

2）運(yùn)輸、傾倒鋁液時(shí)要注意液態(tài)金屬的飛濺，穿戴好勞保用品，以防燙傷。

3）車間內(nèi)留有必要的主通道和人行道，車間開(kāi)門分別設(shè)置物流門和人行門，盡量避免人流、物流交叉，危險(xiǎn)部位設(shè)警語(yǔ)標(biāo)志和燈光警示燈，確保操作工人的安全。

4）鑄造車間工作平臺(tái)都設(shè)置安全護(hù)欄，在輥道地溝入口處設(shè)置安全護(hù)欄，在設(shè)備運(yùn)行危險(xiǎn)部位設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，如在熔煉爐鋁錠提升加料處設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)等，采取這些措施有效地保障了工人的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近一年的工作，“輕量化鑄造鋁輪轂產(chǎn)線改造”項(xiàng)目面向產(chǎn)品市場(chǎng)的迫切需求，確立了經(jīng)濟(jì)、合理的建設(shè)方案，通過(guò)設(shè)備升級(jí)、技術(shù)升級(jí)、生產(chǎn)管理升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了工藝條件穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)能提升的目標(biāo)。

在技術(shù)改造層面，本項(xiàng)目在中信戴卡原有鋁合金輪轂一號(hào)生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，在不增加廠房面積的前提下，增加少量生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)器人，更新、改造部分物流輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了增加100萬(wàn)件/年鑄造鋁合金輪轂的生產(chǎn)能力，提高了人均生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

在產(chǎn)品創(chuàng)新層面，鋁合金輪轂產(chǎn)品重量輕、強(qiáng)度高、性能優(yōu)異，其生產(chǎn)工藝先進(jìn)，材料利用率高。本項(xiàng)目的產(chǎn)品市場(chǎng)面向國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)，以出口為導(dǎo)向，以國(guó)內(nèi)為主要市場(chǎng)，市場(chǎng)需求空間巨大，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)顯著。