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浅谈绿色理念在机械制造工艺中的应用

来源:未知 作者:admin 日期:2017-02-07 访问次数:

 
浅谈绿色理念在机械制造工艺中的应用
 
摘 要
   本文首先对绿色制造这一理念进行了简单介绍,包括它的三条主要原则:节省材料、降低能源消耗、减少三废,保护环境;然后对绿色制造技术的主要内容进行了分析,分别包括设计环节、材料的选择、包装环节和回收再利用环节;最后,在此基础上介绍了一些符合绿色制造理念的先进技术在机械制造过程中的运用及其影响。希望本文的研究,能够为我国机械制造行业的绿色制造发展提供一定的理论依据。
关键词     绿色制造;内容;应用;影响
 
目 录
1 绿色制造理念简述................................................. 1
1.1 节省原材料.................................................. 2
1.2 降低能源消耗................................................ 2
1.3 减少三废,保护环境.......................................... 3
2 绿色制造技术主要内容............................................. 3
2.1 设计环节.................................................... 3
2.2 材料的选择.................................................. 4
2.3 包装环节.................................................... 4
2.4 回收再利用环节.............................................. 4
3 绿色制造在机械制造工艺中的应用................................... 5
3.1 立柱组装线的应用............................................ 5
3.2 豪克能金属表面加工技术在机械制造领域的应用.................. 5
3.3 振动消除应力法在机械制造领域的应用.......................... 5
3.4 再制造技术在机械制造领域的应用.............................. 6
4 相关技术对机械制造绿色化的影响................................... 7
 

1 绿色制造理念简述

    绿色制造又叫做“环境意识制造”或者“面向环境制造”等。它将当前的先进制造技术与环境保护理念相结合,绿色理念横贯整个产品从设计到回收的全过程。它将环境影响和资源效益这两大方面整合到了一起,成为一种独立的现代化制造模式。通过绿色制造理念的应用,可以尽可能地使产品从设计到最终的报废处理全过程里,对环境产生的副作用最低,且使相关资源得到最大化地利用。可以说,绿色制造理念的提出,表明了人类已经渐渐开始重视可持续发展战略在现在制造业中的运用。
    大多数绿色制造模式都带有循环利用的性质,这也是一种低能耗的制造模式,资源的利用率最高。绿色理念应用的制造业中,制造方式改变了原来从末端进行环境保护的方式,而是从源头就开始抓起。在充分考虑环境保护的同时,又注重对产品基本属性的保证,是产品在符合环保要求的同时,又能保持应有的性能、使用寿命等。可以说,绿色制造已经是当今时代制造行业的必然发展趋势之一,也是相关从业人员必须追求的目标之一。
    虽然不同制造行业对绿色制造的要求不尽相同,但它们都需要遵循以下三条主要原则:

1.1 节省原材料

    节约材料可以说是整个机械制造过程需要首先考虑的一点。在整个制造过程中,我们通常可以采用更加先进的制造工艺技术来减少制造过程中的材料浪费。并且,可以加大在相关材料方面的研究力度,开发出使用寿命和年限更高的原材料,增加产品材料的使用时间,这无疑是另一种变相节省材料的有效方式。此外,在产品的制造过程中,企业还可以加大监督力度,保证整个加工环节都按照规范进行,这样可以进一步提升最终产品的合格率,减少废品数量,这样不仅节约了原材料,还在一定程度上降低了机械制造过程中的成本。产品的品质提高了,对企业在整个市场中的竞争力也有积极的影响。所以,这些方式多机械制造企业可以说是一举多得的。

1.2 降低能源消耗

    能耗一直都是现代机械制造企业比较关注的一个问题。绿色制造要求我们在机械制造过程中尽量减少对能源的消耗。目前绝大多数制造行业使用的能源都属于不可再生能源,这些能源随着使用量的增加不断减少,而我们的日常生活中一刻也离不开对能源的消耗,所以,降低能源消耗这一意识在当今的绿色制造理念中是必不可少的。为了减少机械制造过程中对能源的消耗,相关机械制造企业可以将相关的新工艺和新技术融入到传统的制造方式当中,并且,加大对新能源和再生能源的开发也是一个很重要的途径。设计者在对机械设备进行设计的过程中,也应该充分考虑对能源的消耗和使用这一问题,力求所设计的机械产品能够以最低的能耗发挥出满足要求的功率,从而降低对能源的消耗。

1.3 减少三废,保护环境

    绿色制造理念除了尽可能节省原材料和降低能源消耗这两点,必然少不了对环境的保护意识,即尽可能地减少机械制造过程中的排污,减少机械使用过程中排除的废水、废气等污染物。要达到比较良好的减排效果,必然少不了对新技术的创新和对已有工艺的优化。通过技术创新,可以从源头上减少对污染物的排放。此外,还可以加大已产生的污染物进行处理的力度,做到处理之后再进行排放。比如可以在使用过程中对已产生的污染物进行过滤或者循环使用处理。这样虽然没有从源头上解决问题,但是依然能够有效降低机械制造过程中产生的三废物质对环境的污染,实现绿色制造。

2 绿色制造技术主要内容

    绿色制造技术作为现代机械制造技术的必然发展趋势之一,其主要内容包括设计环节、材料的选择、回收再利用环节和包装运输环节这四大方面:

2.1 设计环节

     设计环节作为机械制造的开始环节,无疑也是绿色制造理念的重要考虑环节。在设计上做好绿色环保,可以从源头上使得整个机械制造过程都贯穿着对环境的友好。通过绿色理念在机械设计上的运用,就能实现全面的绿色制造,所以说设计环节在绿色制造过程中占有重要地位。与传统设计相比,绿色设计有着非常巨大的差别,而且这种差别是本质上的。传统的机械设计以机械的制造成本和性能作为主要考虑对象,而绿色机械设计理念,除了要考虑以上两点外,还会重点考虑机械制造的过程中是否符合环保要求,甚至在一定情况下,宁可增加一定的成本,也要做到更加环保。此外,设计环节还应该充分考虑部分客户对机械特殊性能的要求,建立产品的绿色开发环境,为绿色产品制造创造良好的发展条件,促进绿色制造理念的进一步发展。

2.2 材料的选择

    机械制造少不了对原材料的选择,而这一环节也是整个机械制造过程中十分关键的一步。尽可能地考虑使用性能能够符合机械制造要求,并且能够回收或者对环境污染较小的绿色材料是绿色制造的主要条件之一。通过对原材料的合理选择,可以减小机械报废后对环境造成的污染,并且能够提高对资源的再利用。当然,在进行某种材料的选择之前,必须先将选用的材料在整个过程进行完整的试验,保证所使用的材料能符合绿色制造要求。

2.3 包装环节

     在机械设备制造完成之后,必不可少地需要进行包装,包装的主要目的有两个,一是完善的机械包装,便于设备的运输;二是可以降低机器在运输过程中发生碰撞而造成损坏的几率。由于机械制造的全过程中少不了包装环节,所以整个绿色制造理念的应用也少不了在这一环节的运用。考虑到绿色环保,在机械的包装材料选择上,应该尽可能地选择环保材料或者可回收材料,这样既能在一定程度上降低机械的包装成本,而且对环境保护也非常有利。包装材料的选择,可以根据机械设备特性的不同来进行。对于一些并不怎么怕磕碰的机械设备,可以考虑适当减少包装层数,实现资源的最优配置。

2.4 回收再利用环节

    回收再利用是机械产品的整个使用寿命结束后,非常重要的最后一步。首先,机械产品的回收利用,可以在设计阶段就进行充分考虑,尽可能提高报废机械相关零部件制造材料的再利用率。此外,还应该尽可能提高相关的回收利用工艺,比如优化对原材料进行回收的工艺,增加对原材料的回收率,减少材料的浪费。这些措施都是绿色制造理念在机械制造行业中的最好体现。
综上,绿色制造技术在设计、材料选择、包装和回收再利用等主要环节具有统一性、并行性、整合性等特点。而绿色制造理念在机械制造行业的良好应用,必然是对这些特点进行充分了解之后,做出的最佳制造方案。

3 绿色制造在机械制造工艺中的应用

3.1 立柱组装线的应用

    处于降低人工劳动强度、提高组装质量的目的,在对机械设备进行组装的过程当中,可以采用立柱组装线的方式进行组装,立柱组装线由清洗设备、上料机构、导向环装配、控制系统和活柱流水线等部分组成。采用立柱组装先可以让机械组装的效率和质量都得到十分明显的提高。

3.2 豪克能金属表面加工技术在机械制造领域的应用

    作为一种复合能量,豪克能将电能转换成高频、高能且振幅极小的机械能和热能。其原理是利用了金属在常温下的冷塑特点,无需碾磨剂就可对金属表面进行碾磨,让金属的表面粗糙度符合更高的要求。所谓豪克能金属表面镜面加工,即是先用普通的刀具将待加工的工件尺寸加工到基本成型的程度,然后再利用豪克能进行二次加工,这样的操作至少可以让工件表面光洁度提高3级,让工件表面的耐磨性和耐腐蚀性都得到明显提高。
    在现在的机械制造流程中,液压缸的杆类外表面加工技术有着耗时、费力、使用寿命低等一系列缺点,这就造成杆类外表在加工的过程中不能满足生产使用要求。而豪克能金属表面加工技术在机械制造中的运用恰好解决了这些问题,它对机械金属表面进行微小的处理,是之能够达到符合工业生产的需要。而豪克能金属表面加工技术的运用也是符合绿色制造理念的,它不仅使能源的利用达到最佳,也使机械加工的品质得到了很大提高,充分利用了材料。

3.3 振动消除应力法在机械制造领域的应用

    所谓振动去应力,就是利用工件的共振,给工件加以附加交变应力或者变形,当附加交变应力和残余应力相叠加,通过材料内摩擦吸收能量,当等于或大于材料的某一阀值的时候,工件就会产生微观或者宏观粘弹塑性力学的变化,通过这样的方式,可以让工件的残余应力得到有效的降低和均化,同时让工件的尺寸精度达到稳定。
    目前,国内外的相关学者已经针对振动消除应力法在机械制造领域中的应用做了大量研究,并提出了针对非合金结构钢、碳素钢等金属材料的应用方法。通常情况下,通过采用这种方法可以消除残余应力20%-50%,以此来更好的保证工件工作的稳定性。
    在当前的机械制造过程中,为了减少材料对设备机械性能的影响,一般需要对材质进行特殊的处理。这样做的目的主要有两个:一是降低自身应力的影响,二是让材料的综合性能得到提高。为了实现这两大目的,目前主要有两种方法可以采用,一是自然时效法,另一种是热时效法。这些处理方法需要根据设备的具体性能要求来进行选择。二者相比,自然时效法所需要的时间相对较久,而热时效法即使在增加成本投入的情况下,还是更容易让材料的整体性能遭到破坏。而现在,振动消除应力法与这两种方法再比较,可以说是最理想的。它的交变应力使金属结构构件的某些点产生晶格滑移,从而产生塑性形变,而当这些变形力在金属结构内部参与应力最大的点进行释放时,就会使金属构件内部的残余应力平衡、降低。

3.4 再制造技术在机械制造领域的应用

    所谓再制造,即是指以旧的、报废的机器作为毛胚,采用相关的加工工艺和再制造技术,在原有机械的基础之上进行一次新的制造过程,并且让新制造出的机械设备能够发挥出不亚于原有机械性能的制造技术。
    据发改委等11个部门的联合文件介绍,截至2013年,我国机械制造行业的再制造技术运用已经较为成熟。到2013年底,我国汽车零部件再制造试点已形成汽车发动机、变速箱、转向机、发电机共23万台套的再制造能力。我国在再制造基础理论和关键技术研发领域取得重要突破,开发应用的自动化纳米颗粒复合电刷镀等再制造技术已经达到国际先进水平。再制造是指将废旧汽车零部件、工程机械、机床等进行专业化修复的批量化生产过程,再制造产品达到与原有新品相同的质量和性能,是循环经济“再利用”的高级形式。与制造新品相比,再制造产品可节省成本50%,节能60%,节材70%,几乎不产生固体废物。所以再制造产业前景广阔。
    机床再制造是一个充分运用现代先进制造工艺技术、信息技术、数控及自动化技术等高新技术对废旧机床进行可再制造性评估、拆卸以及创新再设计、再制造、再装配的过程。目前我国在机床再制造项目建设和产品技术方面均取得了一定的突破。资料显示,目前我国机床保有量逾700万台,其中服役超过10年的机床占到60%,大量老旧机床依然在使用或将面临报废。因此,实施机床再制造不仅能够实现大量老旧机床设备资源的循环再利用,而且节能环保,将形成新兴的产业,具有可观的社会经济效益。
    我国基础设施建设领域持续高速发展,各种工程机械的需求量大增,中国已经成为世界范围内的工程机械生产大国,中国机械工业市场巨大的保有量为再制造提供了无限的商机。据统计,到2010年年底,中国工程机械产品的市场保有量为400万台左右;同时,我国工程机械行业正在进入报废的高峰期,到2020年我国工程机械产品报废量将达到120万辆左右,这就为工程机械再制造产业提供了充足的再制造资源。伴随着国内工程机械销量、保有量的大幅增长,寻找一种可持续的生产和消费模式,对于推进工程机械行业节能降耗、减排来说至关重要,我国工程机械行业再制造潜力巨大。

4 相关技术对机械制造绿色化的影响

    由上文的分析可见,不论是立柱组装线、豪克能金属表面加工技术、振动消除应力法还是再制造技术在机械制造技术中的应用,都对机械制造绿色化产生了十分积极的推动作用。这些技术之间相互配合,在整个绿色机械制造过程中进行了高度地集成,而集成性也是未来机械制造技术发展的必然趋势之一。绿色制造涉及到产品生命周期全过程,涉及到企业生产经营活动的各个方面,因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造,必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。为此机械制造企业不妨建立一个完整的绿色集成制造系统的体系框架:该系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统等六个功能分系统。通过这些相关的先进制造技术和六个功能分系统的有效配合,可以让机械加工制造的效率、产品质量上升到一个更高的高度,并且整个制造过程都符合现代绿色制造理念的要求。
    因此,为了适应当前制造业的绿色化发展趋势,机械制造也必须不断加强绿色制造理念的普及,提高相关的制造技术水平,充分节约社会资源,以尽可能低的功耗制造出更加优质的机械设备,保护环境,实现可持续发展。
 
参考资料
[1] 肖寿仁,谢永悫.浅析绿色制造理念在机械制造中的应用,[J] 中国机械制造,2012,(12)
[2] 周永胜,胡茶根.机械产品绿色制造技术的应用分析,[J] 科技前沿,2012(11)
[3] 刘兴明.机械制造企业绿色采购绩效评价方法与系统开发,[J] 制造行业,2013(08)
[4] 江丽.机械制造中绿色理念的应用分析,[J] 中国环境评估,2013(14)
[5] 蒋庆华,刘明华,谢晓芳.绿色制造相关技术探讨,[J] 工程工业,2011(09)
 


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