空分設(shè)備備件綠色制造工藝技術(shù)研究

朱躍峰

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.開封大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，河南 開封 475004）

人類社會進(jìn)入21世紀(jì)后，與自然的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展已成為時(shí)代的主題.一方面，制造業(yè)已成為創(chuàng)造人類財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，是人類社會物質(zhì)文明和精神文明的基礎(chǔ).另一方面，在將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的制造過程中和產(chǎn)品的使用和處理過程中，消耗了大量有限的資源并對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染.如何使制造業(yè)減少資源消耗和盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染是21世紀(jì)制造業(yè)面臨的重大問題之一.于是，一個(gè)新的制造模式——綠色制造，由此產(chǎn)生.綠色制造又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造、生態(tài)制造等，是指在保證產(chǎn)品功能、質(zhì)量的前提下，綜合考慮環(huán)境影響、資源利用效率的現(xiàn)代制造模式，它借助各種先進(jìn)技術(shù)使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢及回收處理的整個(gè)生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，資源利用率最高，能源消耗最低，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化.

作為在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位的空氣分離設(shè)備（簡稱空分設(shè)備）行業(yè)，引入綠色制造技術(shù)，對于該行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展具有重大意義.在空分設(shè)備備件制造中，采用綠色制造工藝技術(shù)，首先要技術(shù)上可行，其次要滿足環(huán)境法規(guī)要求，具有良好的環(huán)境性能，第三要有較好的經(jīng)濟(jì)性，并力爭實(shí)現(xiàn)三個(gè)效益的統(tǒng)一.

1 采用低物耗的綠色制造技術(shù)

原材料(尤其是一些不可再生的金屬材料)的大量消耗,將不利于空分設(shè)備行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,因此應(yīng)積極推廣資源消耗少的綠色技術(shù).也就是在備件制造中,優(yōu)化工藝方案,采用先進(jìn)的加工技術(shù),盡量節(jié)約原材料，具體可采取以下綠色工藝技術(shù)：

1.1 綠色材料

綠色設(shè)計(jì)與制造所選擇的材料既要有良好的使用功能,又要與環(huán)境有較好的協(xié)調(diào)性.這樣,可改善空分設(shè)備產(chǎn)品的功能,簡化結(jié)構(gòu),減少所用材料的種類.可以選用易加工的材料,低能耗、少污染的材料,可回收重用的材料(如鋁材料).同時(shí)采用天然可再生材料(如柳條、竹類、麻類木材等)用于產(chǎn)品或備件的外包裝.

1.2 精密成形技術(shù)

隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展,精鑄、精鍛、冷擠壓等成型技術(shù)和工程塑料在機(jī)械制造中的應(yīng)用日趨成熟,不僅可以節(jié)約傳統(tǒng)毛坯制造時(shí)的能耗,而且也能大大減少機(jī)械加工量,有些成形件(如精鍛的齒輪精度可達(dá)7級)不需要機(jī)械加工就可直接使用.

1.3 節(jié)水型制造技術(shù)

水是一種既常見又寶貴的資源,在空分設(shè)備備件制造中起著重要的作用.但由于我國北方和西北缺水,從綠色可持續(xù)發(fā)展的角度,應(yīng)積極探討節(jié)水型制造的新工藝.干式切削就是一例,它可消除在機(jī)加工時(shí)使用切削液所帶來的負(fù)面效應(yīng),是理想的機(jī)械加工綠色工藝(歐洲有半數(shù)的企業(yè)已采用干式切削).它的應(yīng)用不局限于鑄鐵的干洗削,也可擴(kuò)展到機(jī)加工的其他方面,但要有其特定的邊界條件,如要求刀具有高的耐熱性、耐磨性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性,機(jī)床則要高速切削,并有冷風(fēng)、吸塵等裝置.

1.4 減少加工余量

若備件的毛坯粗糙,機(jī)加工余量較大,不僅消耗較多的原材料,而且生產(chǎn)效率低下.因此,有條件的地區(qū)或企業(yè)可組織專業(yè)化毛坯制造,提高毛坯精度.

1.5 無屑加工技術(shù)

對銅、鋁等非鐵金屬零件上的孔,采用擠光刀進(jìn)行擠光加工,可提高孔的耐磨性,降低表面粗糙度,同時(shí)也可以不產(chǎn)生切屑,減少了材料的消耗.

1.6 采用新型刀具材料

減少刀具(尤其是復(fù)雜、貴重刀具)材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要方面,對此可優(yōu)化刀具幾何參數(shù),采用新型涂層刀具,提高刀具壽命.

2 低能耗的綠色制造技術(shù)

空分設(shè)備備件制造業(yè)每年都要消耗大量的動(dòng)力、能源,隨著地球上礦物資源的減少和近期國際市場石油價(jià)格的不斷波動(dòng),節(jié)能降耗已是當(dāng)務(wù)之急,因此可采取以下綠色技術(shù)：

2.1 大力提高各類能源利用率

加快節(jié)能技改,提高能源利用率,采用節(jié)能型電機(jī)、風(fēng)機(jī),淘汰能耗大的老式機(jī)床.許多舊設(shè)備效率低、能耗高、性能落后，對這些設(shè)備進(jìn)行更新、改造，不僅可提高效率、減少能耗，而且能為企業(yè)節(jié)約成本.

2.2 工藝節(jié)能

改變傳統(tǒng)加工中能耗大的機(jī)械加工工藝,采用先進(jìn)的節(jié)能新工藝,如高速切削.高速加工具有切削力小、散熱快、加工過程穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，高速切削技術(shù)與干切削技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，將獲得生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好和無環(huán)境污染等多重利益.

2.3 通過管理節(jié)能

加強(qiáng)空分設(shè)備企業(yè)的設(shè)備管理,堵塞“滴、漏、跑、冒”現(xiàn)象,及時(shí)調(diào)整設(shè)備負(fù)荷,避免設(shè)備空車運(yùn)轉(zhuǎn)等不必要的浪費(fèi).

2.4 采用綠色設(shè)備

隨著綠色技術(shù)的深入,機(jī)械制造裝備將向著低能耗,與環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色設(shè)備方向發(fā)展,出現(xiàn)了干式切削加工機(jī)床、強(qiáng)冷風(fēng)磨削機(jī)床等.綠色設(shè)備減少了機(jī)床材料的用量,優(yōu)化了機(jī)床結(jié)構(gòu),提高了機(jī)床效率,不使用對人和生產(chǎn)環(huán)境有害的冷卻介質(zhì).

3 廢棄物少的綠色制造技術(shù)

空分設(shè)備備件在機(jī)械制造過程中,產(chǎn)生了諸如冒口、型砂、廢鍛坯、切屑、廢液等廢棄物,既浪費(fèi)了資源,又污染了環(huán)境,必須加以處理.

3.1 降低廢品率

機(jī)械加工中的廢品來源于毛坯成形、機(jī)加工、檢驗(yàn)、裝配等環(huán)節(jié).針對不同的加工階段，應(yīng)采取相應(yīng)的措施,如提高材料成形技術(shù)、減少鑄鍛件廢品;嚴(yán)格機(jī)加工規(guī)程,精心操作,必要時(shí)采取補(bǔ)焊等補(bǔ)救措施;采取分組、修配等多種裝配工藝,減少廢品率.

3.2 磨屑二次資源利用

切屑的回收回爐再利用,是眾所周知的.在磨削中,磨屑的處理較為棘手,但如果采用了干式磨削,磨屑處理則較為方便.由于CBN砂輪的磨料是立方氮化硼,砂輪的磨削比高,磨屑中很少有砂輪的微粒,磨屑純度很高,可通過一定的裝置,搜集被加工材料的磨粒,作為二次資源利用.

3.3 快速成形技術(shù)

應(yīng)用材料堆積成形的原理,輔以光、電、熱等手段,將零件的三維圖形通過固化、粘結(jié)、燒結(jié)、熔結(jié)等方式,快速地實(shí)現(xiàn)材料的遷移、堆積,實(shí)時(shí)制造出零件的原形,突破了傳統(tǒng)機(jī)加工去除材料的方法,已在模具、微型機(jī)械零件的快速成形中得到應(yīng)用.RP(Rapid Prototyping)能較好地適應(yīng)備件制造的多品種、小規(guī)模、快速成形的要求，成形機(jī)占地面積小，樣件材料獲取方便，資源能源消耗量不大，與環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)性，此外也可避免電火花或機(jī)床加工時(shí)所產(chǎn)生的作業(yè)環(huán)境污染，適合于綠色制造.

4 低噪聲的綠色制造技術(shù)

空分設(shè)備行業(yè)由于鍛造、沖壓、電動(dòng)機(jī)、切削、傳動(dòng)等因素,產(chǎn)生了大量的噪聲,將損害工人的作業(yè)效率,易造成操作失誤.綠色制造對噪聲也有一定的要求,為此應(yīng)從以下方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)和傳動(dòng)：選用發(fā)聲小的材料來制造機(jī)件,改進(jìn)傳動(dòng)裝置和采用低噪聲設(shè)備;提高回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡,減少機(jī)械振動(dòng),避免振動(dòng)部件與容易輻射噪聲的機(jī)件直接相連,采用軟連接等方式降低噪聲.

（2）加強(qiáng)設(shè)備管理:及時(shí)維護(hù)和潤滑設(shè)備,使設(shè)備運(yùn)行良好,避免設(shè)備運(yùn)行不正常所引起的噪聲.

（3）改進(jìn)工藝及操作方式：如用液壓代替鍛壓,用焊接代替鉚接等.

（4）在某些車間和工段,讓高噪聲設(shè)備盡可能遠(yuǎn)離噪聲敏感區(qū),把噪聲非敏感方向朝向噪聲源.

（5）在傳播途徑上采取吸聲、隔聲、減振和消聲等具體措施.

總之，空分設(shè)備行業(yè)采用備件綠色制造工藝技術(shù)，是實(shí)施制造業(yè)環(huán)境污染源頭控制的關(guān)鍵途徑，是國際制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢，是21世紀(jì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路.

〔1〕劉光復(fù),劉志峰.綠色制造[M].北京:中國科學(xué)文化出版社,1999.

〔2〕劉飛,曹華軍,張華,等.綠色制造的理論與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

〔3〕何慶.綠色設(shè)備管理與維修[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.