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探讨绿色制造工艺技术

2004/9/30    来源:CAD世界        
关键字:绿色制造  
本文介绍了绿色制造的关键技术、绿色制造的不同种类以及绿色制造的应用前景。

    机械制造业为社会生产机器的同时,也产生了大量的工业废液、废气、固体废气物等污染。随着全社会保健意识的增长,企业家和技术人员也都意识到,若在延伸用这种粗放式的机械制造模式,将不利于整个行业和社会的可持续法展,因此急需探索符合环保要求的节能、降耗、少污染的绿色机械制造模式,采取相应的绿色模式,适应社会发展的要求。绿色制造是庞大的系统工程是一个综合考虑环境影响和资源消耗的制造技术。它着眼在产品的制造过程中,对环境的负面影响最小,与环境协调发展,促进企业经济效益和社会效益共同提高的制造模式。绿色制造的关键技术是:
 
    1、绿色设计的研发;
 
    2、绿色制造工艺技术及绿色工艺设备的研发;
 
    3、绿色制造过程建模;
 
    4、绿色制造的数据库和知识库的建立;
 
    5、绿色制造评价方法的研究;
 
    6、绿色制造集成技术的研究。

    绿色制造工艺是绿色制造的核心问题。

    绿色设计

    绿色设计即在产品的设计阶段,就将环境因素和防止污染的措施南乳产品设计中,将产品的环境属性和资源属性,如可拆卸性、可回收性、可制造性等作为设计的目标,并行地考虑并保证产品的功能、质量、寿命和经济性。绿色设计要求在产品设计时,选择与环境友好的材料、机械结构和制造工艺,在适用过程中能耗最低,不产生或少产生毒副作用;在产品生命终结时,要便于产品的拆卸、回收和再利用,所剩废气物最少。

    低物耗的绿色制造技术

    原材料(尤其时一些不可再生的金属材料)打大量消耗,将不利于全社会的持续发展,因此,机械工业应机及推广资源消耗的绿色技术,也就是在机械制造中,优化工艺方案,采用先进的加工技术,可采取以下绿色工艺技术。
 
    1、绿色材料:绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的适用性能,又要与环境有较好的协调性。为此,可改善机电产品的功能,简化结构,减少所用材料的种类;选用易加工的材料,低耗能、少污染的材料,可回收在利用的材料,如铝材料,若汽车车身改用轻型铝材制造,重量可减少40%,且节约了然油量;采用天然可再生材料,如丰富的柳条、竹类、麻类木材等用于产品的外包装。
 
    2、少无切削:随着新技术、新工艺的发展、精铸、冷挤压等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟,从近似成形向净成形仿形发展。有些成形件不需要机械加工,就可直接使用,不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗,业大大减少了产品的制造周期和生产费用。
 
    3、节水制造技术:水是宝贵的资源在机械制造中起着重要作用。但由于我国北方缺水,从绿色可持续发展的角度,应机及探讨节水制造的新工艺。干式切削就是一例,它可消除在机加工时使用切削液所带来的负面效应,是理性的机械加工绿色工艺。它的应用不局限于铸铁的干铣削,也可扩展到机加工的其它方面,但要有其特定的边界条件,如要求刀具具有较高的耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性,机床则要求高速切削,有冷风、吸尘等装置。
 
    4、减少加工余量:若机件的毛坯粗糙,机加工余量较大,不仅消耗较多的原材料,而且生产效率低下。因此,有条件的地区可组织专业化毛坯制造,提高毛坯精度;另一方面,采用先进的制造技术,如高速切削,随着切削速度的提高,则切削力下降,且加工时间短,工件变形小,以保证加工质量。在航空工业上,特别是铝的薄壁件加工目前已经可以切除出厚度为0.1mm,高为几十毫米的成形曲面。
 
    5、新型刀具材料:减少刀具,尤其是复杂、贵重刀具材料的磨耗时降低材料消耗的另一重要途径,对此可采用新型刀具材料,发展涂层刀具。
 
    6、回收利用:绿色设计与制造,非常看重机械产品废弃后回收利用,它使传统的物料运行模式从开放式变为部分闭环式。

    低能耗的绿色制造技术

    机械制造企业在生产机械设备时,需要大量钢铁、电力、煤炭和有色金属等资源,随着地球上矿物资源的减少和近期国际市场石油的不断波动,节能降耗已经是不争的事实,对此可采取以下绿色技术。
 
    1、技术节能:加强技术改造,提高能源利用率,如采用节能型电机、风扇,淘汰能耗大的老式设备。
 
    2、工艺节能:改变原来能耗大的机械加工工艺,采用先进的节能新工艺和绿色新工装。
 
    3、管理节能:加强能源管理及时调整设备负荷,消除滴、漏、跑、冒等浪费现象,避免设备空车运转和机电设备长期处于待电状态。
 
    4、适度利用新能源:可再生利用、无污染的新能源是能源发展的一个重要方向。如把太阳能聚焦,可以得到利用辐射加工的高能量光速。太阳能、天然气、风扇、地热能等新型洁净的能源还有待于进一步开发。
 
    5、绿色设备:机械制造装备将向着低能耗,与环境相协调的绿色设备方向发展,现在已出现了干式切削加工机床、强冷风磨削机床等。绿色化设备减少了机床材料的用量,优化了机床结构,提高了机床性能,不使用对人和生产环境有害的工作介质。

    废弃物少的绿色制造技术

    机械制造目前多是采用材料去除的加工方式,产生大量的切屑、废品等废弃物,既浪费了资源,有污染了环境,对此可采取以下绿色技术。
 
    1、切削液的回收再利用:已使用过的废乳化液中,一般含油量为g/L,化学需氧量(COD)为g/L,此外还含有S,P等化学添加剂,如直接排放或燃烧,则将造成严重的环境污染,绿色制造对切削液的适用、回收利用或再生非常重视。
 
    2、磨屑二次资源利用:在磨削中,磨屑的处理有些困难,若采用干式磨削,磨削处理则较为方便,由于CBN砂轮的磨削比较高,磨屑中很少有砂轮的微粒,磨屑纯度很高,可通过一定的装置,搜集被加工材料的磨粒,作二次资源利用。
 
    3、快速原型制造技术(RPM):应用材料堆积成形原理,突破了传统机加工去除材料的方法,采用分层实体制造(LOM),熔化沉积制造(FDM)等,能迅速制造出形状复杂的三维实体和零件,可节约资源,又能减少加工废弃物的处理,是很有发展前途的绿色制造技术。

    少污染的绿色制造技术

    1、大气污染:机械制造中的大气污染主要来自工业窑炉(如铸造的冲天炉、烘干炉等)、工业锅炉和热处理车间的炉具等,它们在生产加热时产生大量的烟尘,含硫、含氮化合物,对工人及居民的人身健康造成危害,为此可采取以下绿色工艺技术。
  
    1)改变节能结构和燃烧方式:对煤进行脱硫处理或采用天然气、水煤浆、太阳能等新能源作为燃料。
  
    2)集中供热:随着城区污染严重的老厂大量外迁,在工厂新区的布局上,可考虑集中供热、供暖。
 
    2、水污染:机械制造业的废水主要有,含油废水、含酸(碱)废水,电镀废水和洗涤废水等,由于工业废水处理难度大,费用高,综合防治是现阶段处理水污染较为有效的措施,不过这仍是末端治理技术,绿色化程度不高,还需要从源头上治理。
 
    3、其它污染:除了上述污染源外,机械制造还存在振动污染、噪声污染、热污染、射频辐射污染、光污染等其它的污染源,应积极研究,采取相应的防护和改善措施。

    绿色制造技术的应用

    若从节能、降耗、缩短产品开发周期的角度出发,诸如快速成形技术、并行工程及敏捷制造、虚拟制造智能制造和网络制造等先进制造技术都可纳入绿色制造技术的应用范畴。不过目前能将绿色制造技术真正应用于企业生产的,也是较为成功的应用,只要集中在汽车、家电等支柱产业上。如绿色制造技术在汽车行业上的应用。
  
    1)节约资源方面:将“绿色燃料”天然气作为汽车的能源,它的燃料同汽油相比,CO降低70%,非甲烷类降低80%等,同时也消除了铅、苯等有害物质的产生。
  
    2)采用新设计的加工工艺方面:2000年3月,博世、康明斯、卡特彼勒等国外著名的汽车发动机公司,发动了“绿色柴油机行动”,在技术上作了较大的改进,大大降低了汽车尾气的排放。
  
    3)适用于环境友好的材料方面:世界上著名的汽车生产企业,使用新材料来替代以前使用的石棉、汞、铅等有害物质,采用轻型材料——铝材制造车身,使汽车重量减少40%,能耗也降低了。
  
    4)部件回收在制造方面:从1990年中期,美国仅汽车零件回收、拆卸、翻新、出售一项,每年就可获利数十亿美元。

责任编辑:施南客
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