面向機(jī)械加工工藝規(guī)劃的綠色制造技術(shù)探析

馬艷紅

摘要：隨著國(guó)內(nèi)科技的不斷發(fā)展，機(jī)器生產(chǎn)水平也隨之得到提升，在我國(guó)環(huán)保政策的實(shí)施背景下，綠色機(jī)器生產(chǎn)理念逐漸滲透到機(jī)械制造工藝當(dāng)中。為了促進(jìn)綠色機(jī)器生產(chǎn)技術(shù)水平的提高與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，使生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù)，應(yīng)積極將綠色制造技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中，真正實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)?；诖?，本文將對(duì)綠色機(jī)械制造工藝類型進(jìn)行分析，并對(duì)綠色工藝技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用加以闡述。

關(guān)鍵詞：綠色制造;機(jī)械制造;工藝

引言

隨著全球能源的緊張以及人們對(duì)于生態(tài)環(huán)保的重視，綠色制造技術(shù)越來(lái)越多地被提及，并付諸于工業(yè)生產(chǎn)中。基于對(duì)環(huán)境的保護(hù)與資源的合理利用，綠色制造技術(shù)以綠色發(fā)展理念為原則，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到最終生產(chǎn)，包括回收處理與再制造整個(gè)生命周期，做到環(huán)境保護(hù)、節(jié)約成本、最大程度的利用資源。綠色制造技術(shù)不單指綠色制造，還包括綠色設(shè)計(jì)、綠色包裝、綠色回收等諸多方面，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，綠色制造技術(shù)具有著廣泛的應(yīng)用前景。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域里，合理運(yùn)用科學(xué)設(shè)計(jì)方法，采用先進(jìn)加工制造手段，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益的前提下，減少對(duì)環(huán)境的破壞與資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1綠色制造技術(shù)簡(jiǎn)述

對(duì)于綠色制造技術(shù)來(lái)說(shuō)，綠色理念是它的指導(dǎo)理念，該制造模式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源效率和環(huán)境影響的綜合考慮，其目標(biāo)主要為：在產(chǎn)品的生命周期內(nèi)，最大程度的減少環(huán)境污染，最高效的利用資源，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得到有效提高，同時(shí)使生態(tài)平衡狀態(tài)得到維護(hù)，使企業(yè)的發(fā)展道路實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。并且綠色制造的相關(guān)要求充分體現(xiàn)于制造加工過(guò)程中。

2綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

2.1數(shù)學(xué)建模與仿真技術(shù)

數(shù)學(xué)建模方法與仿真模擬技術(shù)是綠色設(shè)計(jì)中極為重要的部分，將建模與仿真技術(shù)與綠色設(shè)計(jì)思想相結(jié)合在一起，采用綠色設(shè)計(jì)達(dá)到資源合理利用、環(huán)境無(wú)污染的目的。數(shù)學(xué)建模過(guò)程是通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)表征實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，解決工程問(wèn)題。仿真技術(shù)是采用硬件或軟件仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬實(shí)際工作情況，然后進(jìn)行系統(tǒng)的模擬計(jì)算，最終得出產(chǎn)品性能的測(cè)試結(jié)果。在過(guò)去為了獲取良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)以達(dá)到最佳功效，往往需要反復(fù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，造成了制造成本提高、資源浪費(fèi)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，合理利用建模與仿真技術(shù)等綠色設(shè)計(jì)手段來(lái)獲取最佳參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，進(jìn)行產(chǎn)品性能的模擬測(cè)試，從而降低了實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程所帶來(lái)的不必要的原料損耗與污染。其優(yōu)勢(shì)在于能夠有效縮短設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)，減少能源的浪費(fèi)，減少環(huán)境的污染，并能及時(shí)了解目標(biāo)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，解決其存在的隱性問(wèn)題。

2.2集成化設(shè)計(jì)

集成化設(shè)計(jì)是指將多個(gè)產(chǎn)品或功能集中在一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)單個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)的多功能化。以往的產(chǎn)品加工往往需要工人和多臺(tái)機(jī)械設(shè)備配合生產(chǎn)，操作流程的增加導(dǎo)致工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率降低，質(zhì)量控制成本增加。采用集成化設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備，只需一臺(tái)設(shè)備即可完成所有或者大部分工作，其自動(dòng)化程度高，加工過(guò)程不需要復(fù)雜工藝，人工成本降低，生產(chǎn)浪費(fèi)減少。集成化與模塊化設(shè)計(jì)具備節(jié)約成本、降低能耗、保護(hù)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，兩者相輔相成，是綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用的重要手段。

3面向機(jī)械加工工藝規(guī)劃的綠色制造技術(shù)

3.1綠色切削加工工藝

在綠色制造理念的指導(dǎo)下，越來(lái)越多新技術(shù)、新工藝誕生，如冷擠壓、精鑄、工程塑料技術(shù)等綠色切削加工工藝，在機(jī)械制造中得到廣泛的應(yīng)用。有些成形件甚至無(wú)需機(jī)械加工便可直接使用，不但減少傳統(tǒng)毛坯制造中消耗的能源與物質(zhì)，還有效縮短了制造周期，減少生產(chǎn)成本投入。綠色切削加工工藝適用于有色金屬制件、齒輪花件、異形孔類件的使用，與以往鍛造—切削工藝相比，能夠節(jié)約30-70%的材料消耗，節(jié)省20-70%的生產(chǎn)費(fèi)用。對(duì)于毛坯較為粗糙的零件來(lái)說(shuō)，機(jī)械加工中余量較大，不但產(chǎn)生大量材料浪費(fèi)，生產(chǎn)效率也不夠理想。對(duì)此，可以通過(guò)優(yōu)化毛坯制造的方式，提高毛坯精度，也可以采用綠色切削加工工藝，如高速切削，通過(guò)提高切削速度的方式，縮短加工時(shí)間，工件的變形量較小，加工質(zhì)量由此得以提升。例如，在制造航空領(lǐng)域所需零件時(shí)，尤其對(duì)于鋁的薄壁件的加工，更應(yīng)注重零件精度，目前已經(jīng)可以切出0.1mm厚度，幾十毫米高的成形曲面，更加貼近航空領(lǐng)域?qū)α悴考南嚓P(guān)要求。

3.2綠色潤(rùn)滑工藝

根據(jù)節(jié)能環(huán)保、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的要求，可以將油氣潤(rùn)滑應(yīng)用到機(jī)械制造當(dāng)中，結(jié)合國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與理念，利用TURBOLUB油氣分配器，提高油氣潤(rùn)滑的效果。油氣潤(rùn)滑的主要原理為：通過(guò)步進(jìn)式給油器按照特定的時(shí)間、數(shù)量為設(shè)備提供潤(rùn)滑油，用3×105-4×105Pa的壓縮空氣，將潤(rùn)滑油沿著管道推送到潤(rùn)滑點(diǎn)，使油品能夠準(zhǔn)確的處于所需潤(rùn)滑的位置。在潤(rùn)滑方式的選擇上，有油氣潤(rùn)滑與油霧潤(rùn)滑兩種，其中，油氣潤(rùn)滑主要是將油霧化成0.5-2μm的霧粒，使霧化后的油氣在空氣的推動(dòng)下進(jìn)入到需要潤(rùn)滑之處，霧氣與空氣的流動(dòng)速度相同。而油氣潤(rùn)滑則是以油膜的方式直接被送入到潤(rùn)滑點(diǎn)，以油滴的方式對(duì)潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑，流速為2-5cm/s，而空氣的流速為30-80m/s。與油霧潤(rùn)滑相比，油氣潤(rùn)滑能夠使耗油量降低1/5，使軸承的使用壽命延長(zhǎng)300倍，目前越來(lái)越多的制造企業(yè)開(kāi)始選用油氣潤(rùn)滑工藝。

3.3數(shù)字化制造技術(shù)

數(shù)字化制造是指采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)控制設(shè)備進(jìn)行加工處理的方法，加工方式更為高效，資源合理利用，使用材料綠色環(huán)保。在傳統(tǒng)機(jī)械加工中，工人工作經(jīng)驗(yàn)影響著產(chǎn)品的制造精度與質(zhì)量，制造效率受到勞動(dòng)力約束，由于加工環(huán)境多為開(kāi)放式或半開(kāi)放式，存在環(huán)境和噪聲污染，同時(shí)具備一定的操作危險(xiǎn)性。數(shù)控技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)直接控制機(jī)床設(shè)備，按照既定的程序與規(guī)劃路徑進(jìn)行自動(dòng)化加工，產(chǎn)品精度與加工效率均有提高，產(chǎn)品的破損率得到降低，從而節(jié)省了原材料，耗能減少，從而實(shí)現(xiàn)綠色制造。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)往集成化方向發(fā)展，數(shù)控加工中心技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，進(jìn)一步強(qiáng)化了數(shù)字化制造的優(yōu)勢(shì)。加工中心安裝有車銑鉆等各種刀具的刀庫(kù)，配合自動(dòng)換刀裝置，實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)設(shè)備上只需一次裝夾即可進(jìn)行多種工藝加工，由于省去了反復(fù)裝夾的時(shí)間與不確定性，工人的工作強(qiáng)度大幅度減少，制造精度獲得提升，制造效率提高很大，加工誤差隨之減小。數(shù)控加工中心技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步減少了資源浪費(fèi)，加工環(huán)境安全可靠，幾乎沒(méi)有污染，成為了綠色制造的重要方向。

3.4干式切削技術(shù)

切削液具有冷卻，切屑取出和潤(rùn)滑的功能，常用于各種機(jī)床切削加工中，然而多數(shù)切削液帶有毒性，且由于其摻雜著加工碎屑，回收難度大且回收成本高，并且若切削液不慎泄漏或溢出，會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)造成風(fēng)險(xiǎn)。隨著對(duì)環(huán)保與安全的重視，干式切削技術(shù)開(kāi)始被研究并得以發(fā)展應(yīng)用。干式切削技術(shù)是通過(guò)應(yīng)用抗高溫材料的刀具減弱刀具的變形與損壞的方法，或者采用涂層技術(shù)減小刀具與碎屑的摩擦來(lái)減少熱量產(chǎn)生的方法，從而避免切削液造成的污染與安全隱患。此外，對(duì)于無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)干式切削的情況，可采用氣體混合微量潤(rùn)滑劑代替切削液等半干式切削技術(shù)，同樣可避免環(huán)境污染。干式切削技術(shù)減少了切削液對(duì)環(huán)境的破壞，避免了資源的浪費(fèi)，具備巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)環(huán)保政策實(shí)施背景下，機(jī)械制造領(lǐng)域融入綠色技術(shù)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，同時(shí)也是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保障。在此背景下，機(jī)械制造應(yīng)積極采用綠色切削加工工藝、節(jié)能技術(shù)、環(huán)保型工藝，在各個(gè)生產(chǎn)與制造的環(huán)節(jié)均體現(xiàn)出綠色理念，從而實(shí)現(xiàn)資源效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的協(xié)調(diào)優(yōu)化，促進(jìn)工業(yè)的健康快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]高佳.關(guān)于綠色制造理念下的機(jī)械制造工藝探討[J].中國(guó)科技縱橫，2017（1）：214.

（作者單位：方圓標(biāo)志認(rèn)證集團(tuán)有限公司）