綠色設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品材料選擇相關(guān)問(wèn)題探討

夏乾 鄧皓澎 羅智元 馮秋喬 蔡雨宏 蘭李新銳 劉禹竹

摘要：本文主要探究了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)內(nèi)涵方面的不同之處，并且以此為基礎(chǔ)，深入探究了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)工作在材料選取方面 具有的問(wèn)題以及不足之處，得出結(jié)論，基于綠色設(shè)計(jì)材料選取工作要嚴(yán)格依據(jù)四點(diǎn)原則。上述原則，能夠有效推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品材料選取實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，同時(shí) 也能夠充分展現(xiàn)出我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主體戰(zhàn)略目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計(jì)材料選擇原則

一、研究背景

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作以及生產(chǎn)工作共同組成，人們生活的物質(zhì)保障。對(duì)于 自然資源消耗較多的機(jī)械設(shè)施而言，科學(xué)高效的綠色設(shè)計(jì)工作，能夠使得 產(chǎn)品更加優(yōu)質(zhì)高效且低能耗低污染，同時(shí)也是確保我國(guó)社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展的重要途徑。在產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)過(guò)程之中，材料的選取占據(jù)重要地位，下 文主要針對(duì)此探究了綠色設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上機(jī)械產(chǎn)品材料選取工作。

二、綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別

機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)工作涵蓋產(chǎn)品整體的生命周期，同時(shí)，將產(chǎn)品的環(huán) 境資源作為核心內(nèi)容的現(xiàn)代理念設(shè)計(jì)模式，在設(shè)計(jì)階段，不但要考慮到產(chǎn) 品的性能，壽命以及成本投入等諸多方面因素，同時(shí)，還要考慮到其生產(chǎn) 應(yīng)用以及廢棄回收工作對(duì)于環(huán)境以及自然資源所造成的影響。以往傳統(tǒng)的 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作過(guò)度重視產(chǎn)品的性能，質(zhì)量以及成本投入，而后續(xù)僅僅 考慮到產(chǎn)品的報(bào)廢，金屬零件報(bào)廢回收主要借助回爐冶煉來(lái)實(shí)現(xiàn)。相比于 此，綠色設(shè)計(jì)工作的主要不同之處如下：綠色設(shè)計(jì)要充分考慮到產(chǎn)品的生 命周期整體，由最初的產(chǎn)品構(gòu)思入手，貫穿產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，取材，制造以及 后續(xù)的應(yīng)用以及回收等，同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)于環(huán)境以及資源的影響狀況，以此來(lái)確保產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最小代價(jià)的再循環(huán)。

三、傳統(tǒng)材料選擇問(wèn)題

在以往的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程之中，零件材料的選取工作是將產(chǎn)品的功能以 及何在狀況作為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行的，其所涉及到的材料性能主要就是耐腐蝕以 及耐磨等適應(yīng)工作環(huán)境的性能，此外，還要充分考慮到其工藝性能，通常 情況下，對(duì)于產(chǎn)品報(bào)廢過(guò)后的回收以及再利用和環(huán)境和諧方面沒(méi)有做到過(guò) 多的參考。并且在材料選取過(guò)程中，多數(shù)情況下，會(huì)經(jīng)由涉及人員的主觀 經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，從而科學(xué)性以及準(zhǔn)確性不足，最終就支持在產(chǎn)品的制造以及 應(yīng)用階段必不可免的，會(huì)出現(xiàn)諸多環(huán)境問(wèn)題。例如含鉛等重金屬以及石棉 等非金屬材料，不但會(huì)在一定程度上破壞環(huán)境，同時(shí)，還會(huì)妨礙到工作人 員的身體健康。近幾年，社會(huì)對(duì)于環(huán)境重視力度的增強(qiáng)，使得產(chǎn)品環(huán)境性 能標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)性提升，同時(shí)，以往產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的不足之處變得愈發(fā)突出，具體主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，所需材料種類(lèi)繁瑣復(fù)雜，且后續(xù)的材料 管理工作較為困難。第二，材料加工會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的影響，但是 沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。第三，產(chǎn)品報(bào)廢過(guò)后，零件材料的再利用情況沒(méi)有 得到應(yīng)有的重視。

四、機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的材料選擇原則

4.1 選材的使用性原則

材料選取工作最為重要的一點(diǎn)就是要確保滿(mǎn)足零件的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。第一，產(chǎn)品功能要求，材料務(wù)必要確保符合產(chǎn)品以及零件的性能標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，這 也是借助科學(xué)選材來(lái)確保產(chǎn)品功能得到充分體現(xiàn)的基本保障。第二，產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品以及零件的結(jié)構(gòu)，形狀和相關(guān)工藝間聯(lián)系密切，而材料性 能會(huì)從根本上影響到工藝技術(shù)的最終效果。因此，在零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò) 程中，務(wù)必要充分考慮到所需的成型工藝方式以及所需原料種類(lèi)。第三，工作環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品或是零件的工作環(huán)境多數(shù)是特定且固定的，并且產(chǎn)品 與零件的工作環(huán)境也有不同之處，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮到其工作環(huán) 境來(lái)科學(xué)選材。

4.2 選材的工藝性原則

現(xiàn)在綠色設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，不但要考慮到材料，機(jī)械加工難度以及加 工過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益，此外，還要充分考慮材料選取階段的整體工藝水平。

4.3 選材的經(jīng)濟(jì)性原則

機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)所需材料在使用性以及公益性得到保障的基礎(chǔ)之 上，還要加強(qiáng)對(duì)于產(chǎn)品成本投入的重視程度，以此來(lái)確保經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)最 大化，并且這也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的必然需求。

4.4 選材的環(huán)境性原則

材料的環(huán)境性標(biāo)準(zhǔn)也是綠色設(shè)計(jì)工作的重要內(nèi)容，它與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以及 選材工作的不同之處較為突出。選材工作的環(huán)境性特征，其本質(zhì)上就是在 材料選取階段，要充分考慮其環(huán)境屬性，這種屬性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)角 度：

第一，材料的總體儲(chǔ)備量以及制造成本投入。在設(shè)計(jì)階段，要盡可能 的減少對(duì)于稀有材料以及毒害材料的應(yīng)用，積極尋找并開(kāi)發(fā)能夠代替稀有 原料或是毒害原料的材料。當(dāng)前的材料市場(chǎng)之中，市場(chǎng)定價(jià)受到供求關(guān)系 的影響，正在長(zhǎng)遠(yuǎn)的科學(xué)發(fā)展角度上，要依據(jù)材料的儲(chǔ)備總量以及潛在用 途和生活過(guò)程的必要性，做出綜合性的考慮分析，最終制定出最為科學(xué)合 理的材料價(jià)格。

第二，減少產(chǎn)品所應(yīng)用的材料種類(lèi)，從而降低后續(xù)報(bào)廢回收的工作難 度。產(chǎn)品所含材料種類(lèi)較為復(fù)雜，那么在產(chǎn)品報(bào)廢過(guò)后，材料的分類(lèi)回收 以及重復(fù)利用會(huì)變得愈發(fā)困難，從而就會(huì)致使浪費(fèi)情況的出現(xiàn)。因此，在 確保材料性能得到保障的同時(shí)，要盡可能地減少材料種類(lèi)的應(yīng)用數(shù)量。

第三，優(yōu)先考慮可再生以及可回收材料。毒害材料以及輻射材料會(huì)對(duì) 環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，現(xiàn)階段市場(chǎng)上，塑料材料以及非金屬材料的應(yīng)用較為 普遍，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，要充分考慮產(chǎn)品回收，降級(jí)處理以及回收 利用的可能性。

第四，減少零件表面存在涂鍍處理的材料應(yīng)用。土豆材料在外觀上使 得產(chǎn)品整體更為美觀，耐用且耐腐蝕，但是廢氣過(guò)后的回收過(guò)程之中，會(huì) 顯著增強(qiáng)工作難度，甚至還會(huì)對(duì)回收過(guò)程中涉及到的工作人員產(chǎn)生一定的 毒害影響，此外，在生產(chǎn)制造以及涂鍍工作也會(huì)影響到人類(lèi)的身體健康以 及周邊環(huán)境。

五、結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，不但要充分考慮到上文所述重要內(nèi)容，同時(shí)相關(guān)部門(mén)也要 積極完善有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)共同維護(hù)人類(lèi)與自然環(huán)境間的協(xié)調(diào)共存。

參考文獻(xiàn)：

[1]文宏.礦山機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)合材料的選擇與應(yīng)用[J].世界有色金屬，2018（09） ：254+256.

[2]韓珍玉.基于 LCA 的機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)中材料優(yōu)化選擇評(píng)價(jià)研究[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018（10）：68-72.

[3]畢永強(qiáng).機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料的選擇及應(yīng)用探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（11） ：215-216.