機(jī)械制造中的低碳制造理論與技術(shù)

陶珍鈺

摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我們對(duì)能源資源的需求量和使用量逐漸增加，中國(guó)針對(duì)這一現(xiàn)狀提出低碳環(huán)保的戰(zhàn)略方針。機(jī)械中的低碳制造從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程都可以進(jìn)一步改善，可從輕量化設(shè)計(jì)、生態(tài)化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)一步闡釋。

關(guān)鍵詞：低碳制造;機(jī)械制造;產(chǎn)品設(shè)計(jì)

0? 引言

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展，全球的生態(tài)壞境遭到惡劣的破壞，環(huán)境污染這一問(wèn)題也變得更加嚴(yán)重，高污染、高排放、高浪費(fèi)等問(wèn)題尤為突出。為了緊跟國(guó)家的政策，進(jìn)一步實(shí)行可持續(xù)發(fā)展。機(jī)械制造行業(yè)需要進(jìn)一步改善污染、排放、浪費(fèi)等問(wèn)題。

1? 機(jī)械制造中低碳制造理論及意義

在全球快速發(fā)展的進(jìn)程中，汽車銷售量可以體現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家的生活水平。但是隨著全球碳排放量不斷提升，全球的溫度也在不斷上升。這也就是造成了溫室效應(yīng)的其中一個(gè)主要原因。減少碳的排放量是有效遏制氣溫變化的主要方法之一。低碳制造理論主要是將一些社會(huì)自然資源進(jìn)行合理利用、制造、生產(chǎn)。[1]因此利用低碳制造在源頭上就節(jié)約了碳的使用量，也就意味著可以有效的節(jié)約資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這一國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。而機(jī)械制造是對(duì)國(guó)家提升能力的一個(gè)重要保障，在現(xiàn)如今的機(jī)械制造中因?yàn)橹圃旒夹g(shù)、生產(chǎn)要求、加工工藝等原因存在著許多問(wèn)題，如：能源浪費(fèi)、污染環(huán)境、消耗過(guò)多、破壞生態(tài)等。因此要實(shí)現(xiàn)讓地球成為人類美麗的家園這一想法，就應(yīng)該運(yùn)用機(jī)械制造中的低碳制造。不僅可以有效利用資源，還可以在根源上實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保。

2? 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法

在一般情況下，機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程中設(shè)計(jì)是最為重要的一環(huán)。一個(gè)產(chǎn)品在保障性能和質(zhì)量的情況下生產(chǎn)費(fèi)用越低，經(jīng)濟(jì)效益也就越高。但因?yàn)楝F(xiàn)如今我國(guó)全面要求低碳生活，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)能源消耗和節(jié)約資源有著十分重要的要求。所以低碳制造理論設(shè)計(jì)不僅可以提高產(chǎn)品的創(chuàng)新和生產(chǎn)效率也可以提高能源利用率，同時(shí)還可以減少能源浪費(fèi)和污染排放，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。低碳制造中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有三種主要的設(shè)計(jì)方法，分別為：輕量化設(shè)計(jì)、生態(tài)化設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)。

2.1 輕量化設(shè)計(jì)

輕量化設(shè)計(jì)是一種綜合了重量、裝備、成本、性能等理念為基礎(chǔ)進(jìn)行的優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。輕量化設(shè)計(jì)是在不降低原產(chǎn)品使用性能的基礎(chǔ)上提高能源的使用率，同時(shí)在制造產(chǎn)品的過(guò)程減少污染物的排放、降低機(jī)械能的損耗。輕量化設(shè)計(jì)在汽車制造中也有較為廣泛的運(yùn)用，同時(shí)汽車輕量化已經(jīng)被列入我國(guó)“十二五”規(guī)劃綱要。將汽車車身輕量化設(shè)計(jì)，在保證車身強(qiáng)度和安全性能和汽車制造成本在合理范圍內(nèi)的前提下去降低汽車車身的質(zhì)量。同時(shí)可以使用輕量化結(jié)構(gòu)、輕量化材料等有效產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。在以車身零件的強(qiáng)度和安全性能為前提，通過(guò)對(duì)車身零部件使用防腐、密封性較好的高強(qiáng)鋼材料、低密度材料、復(fù)合材料等有效材料再運(yùn)用小型化、薄壁化等來(lái)進(jìn)行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化等多種優(yōu)化來(lái)減小車身覆蓋件和車身骨架的數(shù)量和重量。從而達(dá)到減少能源的損耗、提高資源的使用率。

2.2 生態(tài)化設(shè)計(jì)

生態(tài)化設(shè)計(jì)是在資源最佳利用原則、能量消耗最小原則、技術(shù)先進(jìn)原則、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最佳原則等來(lái)推進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展。機(jī)械制造對(duì)環(huán)境的破壞引起廣泛的重視。因此產(chǎn)品制造過(guò)程中需要考慮到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，考慮產(chǎn)品在生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境造成的影響是否過(guò)于惡劣。產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該要著重考略綠色設(shè)計(jì)，盡可能的使用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源，從根源上消除污染?，F(xiàn)如今，汽車在人們生活中必不可少，我國(guó)2019年全國(guó)汽車銷量2576.9萬(wàn)輛，現(xiàn)在的汽車主體還是通過(guò)燃燒石油、煤油等能源，嚴(yán)重對(duì)我們所居住的環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。2019年我國(guó)出臺(tái)相關(guān)政策支持新能源汽車，該汽車使用清潔能源，減少污染氣體的產(chǎn)生和排放，同時(shí)還可以節(jié)約不可再生資源的消耗、減輕環(huán)境的負(fù)載。

2.3 模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)是可以節(jié)約資源、時(shí)間、人力的一種比較前沿的機(jī)械設(shè)計(jì)方法?？梢詫a(chǎn)品根據(jù)不同功能分為幾個(gè)模塊，再將各個(gè)模塊優(yōu)化進(jìn)行組合，我們就可以得到不同的產(chǎn)品的規(guī)格和不同的品種。模塊化設(shè)計(jì)對(duì)材料的消耗、環(huán)境的污染都有較好的防范。模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到汽車設(shè)計(jì)中，他對(duì)汽車制造是有相當(dāng)大的益處。它可以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、通過(guò)提高零部件通用率、縮短汽車生產(chǎn)商的開發(fā)時(shí)間、降低汽車的油耗等。模塊化設(shè)計(jì)有利于新技術(shù)的投放速度加快、可選擇的車型版本增多。在現(xiàn)在汽車領(lǐng)域，模塊化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)已經(jīng)成為一種良好的趨勢(shì)。

3? 生產(chǎn)過(guò)程的要求

3.1 生產(chǎn)設(shè)備

我國(guó)機(jī)械制造生產(chǎn)過(guò)程中資源浪費(fèi)、污染排放對(duì)生態(tài)環(huán)境有著極為惡劣的影響。產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該把減少污染排放、降低能源消耗作為前提。目前我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)由于起步較晚，會(huì)受到其他國(guó)家技術(shù)的封鎖等問(wèn)題。雖然我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)制造大國(guó)，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比較而言，還是存在一定的差距。先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，精度密度高的零件，高效優(yōu)質(zhì)的技術(shù)設(shè)備都是我國(guó)較為缺乏的基礎(chǔ)設(shè)備。我們高新技術(shù)含量不高，機(jī)械加工的設(shè)備傳動(dòng)效率低下，機(jī)床工作耗能損失較高。因此我們可以在生產(chǎn)設(shè)備中的液壓系統(tǒng)、輔助設(shè)施和加工工藝的切削技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到提高產(chǎn)品合格率，減少資源浪費(fèi)進(jìn)一步實(shí)踐可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3.1.1 輔助設(shè)施的節(jié)能控制

在生產(chǎn)過(guò)程中輔助設(shè)施同樣十分重要。在機(jī)械制造中機(jī)床輔助設(shè)施主要有支承部件、控制部件、輔助部件等，輔助設(shè)施優(yōu)化主要在潤(rùn)滑裝置的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)、控制機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)中使用新型綠色環(huán)保光源、空氣壓縮機(jī)車間輔助設(shè)備的電能消耗等。機(jī)床加工時(shí)多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式節(jié)約大量的時(shí)間，在機(jī)床結(jié)束工作時(shí)自動(dòng)關(guān)閉不使用的部件以節(jié)約耗能。

3.1.2 先進(jìn)切削技術(shù)

制造業(yè)是廢棄物的主要排放者，給自然環(huán)境帶來(lái)較大壓力。對(duì)機(jī)械制造中的切削技術(shù)進(jìn)行低碳運(yùn)行，對(duì)提高機(jī)械制造中切削加工的資源使用效率、提高運(yùn)行效率等都有很好的研究方向。切削加工中有許多先進(jìn)的切削加工技術(shù)。高速切削技術(shù)降低切削液的使用，提高加工精度。干切削技術(shù)和硬切削技術(shù)加工的產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高。該技術(shù)不使用切削液，所以不會(huì)有與切削液有關(guān)的安全事故發(fā)生，同時(shí)也不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大的污染和對(duì)加工人員身體健康產(chǎn)生危害。還有很多其他先進(jìn)的加工技術(shù)都會(huì)減少切削過(guò)程中的污染排放同時(shí)降低損耗、提高資源使用率。

3.2 高效機(jī)加工工藝優(yōu)化

在機(jī)械制造過(guò)程中產(chǎn)品采用低碳加工工藝是十分重要的。在加工過(guò)程中加工工序、加工刀具以及切削參數(shù)包括背吃刀量、進(jìn)給速度等，都可以進(jìn)一步優(yōu)化從而減短加工時(shí)間、提高工作效率。加工工藝主要與刀具有關(guān)，刀具種類的選擇、行走的軌跡等。刀具種類的選擇在加工過(guò)程中直接關(guān)系到了加工時(shí)間的長(zhǎng)短、加工成本的高低。刀具的行走軌跡是機(jī)械加工的重中之重，這會(huì)對(duì)加工出來(lái)產(chǎn)品的質(zhì)量、精度產(chǎn)生影響。產(chǎn)品本身的材料，機(jī)床本身存在的誤差包括制造誤差、磨損等，刀具的尺寸精度、形狀精度、刀刃形狀等都會(huì)對(duì)加工出來(lái)的產(chǎn)品精度有所降低。所以在加工時(shí)要注意問(wèn)題，及時(shí)改正，提高產(chǎn)品精度。

3.3 低碳再制造

低碳再制造是有利于能源消耗和資源利用的一種生產(chǎn)模式，該制造產(chǎn)品可以讓一件產(chǎn)品在生命周期中進(jìn)行重用、再制造以及再循環(huán)等環(huán)節(jié)。低碳再制造可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品在制造過(guò)程中降低消耗，減少浪費(fèi)的情況。一件產(chǎn)品在使用過(guò)程中部分零件磨損、變形、疲勞失效等損壞形式下可以對(duì)零件進(jìn)行回收，對(duì)可修復(fù)的零件進(jìn)行再制造重新加工，讓零件的性能恢復(fù)到可使用的狀態(tài)。在不要該機(jī)械產(chǎn)品或達(dá)到使用壽命時(shí)，則可以對(duì)其有效的零件進(jìn)行拆卸回收，其他零件遵守上述方法而達(dá)到資源再利用。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)迅速提升，每一個(gè)國(guó)家都對(duì)資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略高度重視。我國(guó)科技實(shí)力實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越，已成為具有重要國(guó)際影響力的科技創(chuàng)新大國(guó)，而我國(guó)的生態(tài)環(huán)境總體成惡化趨勢(shì)。因此在機(jī)械制造中，實(shí)行低碳制造是與現(xiàn)如今的社會(huì)形勢(shì)所掛鉤的。低碳制造是一項(xiàng)較為先進(jìn)的理念，可以降低生產(chǎn)成本。低碳制造理論可保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)技術(shù)投放市場(chǎng)，減少不可再生資源的使用等優(yōu)點(diǎn)。所以在機(jī)械制造行業(yè)中，不斷優(yōu)化低碳制造技術(shù)，可以有效的促進(jìn)我國(guó)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮寬.械制造中的低碳制造理論與技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2017.

[2]劉獻(xiàn)禮，文東輝.硬態(tài)干式切削機(jī)理及技術(shù)研究綜述[J].中國(guó)機(jī)械工程，2002，13（11）：972-975.

[3]張瑛.機(jī)械制造中的低碳制造理論與技術(shù)[J].理論探索與爭(zhēng)鳴，2016.