面向机械加工节能减耗的绿色制造技术研究

    面向机械加工节能减耗的绿色制造技术研究

    

制造业为人类带来大量财富的同时,也带来了更为严重的环境污染和资源、能源的过度消耗。绿色制造作为一种可持续发展模式,具有更显着的效益,其中的绿色工艺规划对于减少加工过程中对资源的消耗和对废弃物的排放具有重要意义,在机械加工工艺过程中,可以获得节能降耗的明显效果。


  一、绿色制造技术


  广义的绿色制造涉及的问题包括四部分:首先是设计;其次是制造;再次是资源;最后是环境。绿色制造是这四部分内容的交叉和集成。


  绿色设计是以保护环境资源为核心理念的设计过程,在产品及其寿命周期全过程的设计中,要充分考虑对资源和环境的影响,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时,更重要是使产品及其制造过程对环境的总体破坏减到最小。在绿色制造实施过程中,绿色设计是关键。绿色产品设计,不仅要减少物质和能源的消耗,减少有害物质的排放,而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。


  绿色制造工艺技术是在传统工艺技术的基础上,结合环境科学、材料科学、能源科学、控制技术等新技术融合进化发展出的先进制造工艺技术。绿色制造工艺技术根据制造系统的实际,尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线,实现绿色制造的目标要求。


  绿色制造工艺技术可划分为3 种类型:节约资源型、降低能耗型、环境保护型。节约资源型工艺技术是以加工制造工艺的整体流程为改造载体,着力降低环境污染并且提高资源的利用率。降低能耗型工艺技术是指在生产过程中,降低能源及能量消耗的工艺技术。环境保护型工艺技术是指采用一定的技术革新,使工业生产中产生的废气、废液、废渣、噪声等危害因素尽可能的减少或彻底消除。


  绿色资源包括绿色材料和绿色能源的合理使用。对于绿色材料,绿色制造要求选用来源广泛、加工制造方便、可以再生和回收,便于降解的材料。绿色能源要求选用能耗省、环保好、储量多、可再生的能源。大力发展使用太阳能、风能、水能、地热能、生物能、潮汐能等可再生能源的制造业。


  二、绿色制造技术在机械加工中的应用


  1 干式切削技术


  干式切削是为保护环境、降低成本而有意识地不使用切削液,在无冷液条件下进行切削加工的切削加工的方法。


  2 准干式切削技术


  准干式切削技术是将干、湿加工的有点结合,是在切削刀具的切削刃上喷上一层润滑油,切削加工的时候,润滑油在刀具和工件之间形成一层油膜,保护刀具和工件,避免热量产生,提高加工精度。它所使用的切削液很少,约占湿加工的六万分之一, 但其效果却十分明显,并可取得与完全干式加工相同的效果。


  3 风冷却切削技术


  风冷却切削技术是经过除湿器将水分除去后的空气,输送进入空气冷却器,当温度达到-30°后,再将冷风送至切削部位,同时向加工部位喷少量的无害植物油,会起到防锈并且有一定润滑作用,从而有效地实现节约资源的机械加工。在风嘴的对面装置有集尘设备来收集废屑和尘土,通过集尘器滤去切屑。


  4 刀具技术


  干式加工对刀具材料要求很高,它要求材料要具有很高的红硬性和热韧性以及良好的耐磨性和抗粘结性。对刀具的几何参数和结构进行设计时,要满足干切屑对断屑和排屑的要求。


  5 机床技术


  干式加工在切屑区域会产生大量的切削热,不及时散热,机床会因受热不均匀而产生热变形,因此机床应装备循环冷却系统。干切削产生的切屑是干燥的,所以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。对于精密切削加工机床,应在机床上配备监控系统。


  6 水喷射加工技术


  水喷射加工技术是利用水或水中加添加剂的液体经增压器、储液蓄能器后,形成300 m/s~900 m/s的高速液体流,喷射到工件表面,达到去除材料的目的。


  7 减磨技术


  在机械工业中,适当的使用减磨剂能有效地降低摩擦阻力、减小机械磨损、降低能源消耗及延长发动机使用寿命。除使用减磨剂外,可以采用将金属抗磨剂混入到润滑油中的方法来达到节能降耗的目的。


  8 优质清洁表面技术


  对于一些耐磨性要求高的重要零件,采用离子束辅助镀膜技术,利用沉积原子和轰击离子之间一系列的物理化学作用,可在常温下合成各种优质薄膜。采用新型节能表面涂装技术——自泳涂装,由于没有磷化工艺,整个自泳涂装系统中没有重金属的参与,简化了后续的废水处理程序,属无污染清洁生产工艺。另外,自泳涂装所需工位少、操作简单、运行成本低廉。


  9 快速成型制造技术


  快速成型制造技术是一种快速生成模型或者零件的制造技术。在计算机控制与管理下,依靠已有的CAD数据,采用材料精确堆积的方式,即由点堆积成面,由面堆积成三维,最终生成实体。依靠此技术可以生成非常复杂的实体,而且成型的过程中无需模具的辅助。快速成形技术就是利用三维CAD的数据,通过快速成型机,将一定厚度的材料反复打印在平台上,循环往复,直到生成整个成型件。按照不同的实现工艺,材料可以是纸张、塑料、金属、陶瓷等各种材料。快速成型制造技术既节约资源、降低制造成本,又能减少加工废弃物对环境的污染,同时也大大提高了新产品样件的制造速度。


  10 工艺模拟技术


  工艺模拟技术主要用于热加工过程,是应用模拟仿真、实验测试等方法,在模拟真实的环境下进行材料加工,显示出材料在加工过程中的理化性质和缺陷的演变情况,预测其性能质量,达到优化工艺设计的目的。


  结束语


  随着我国经济的加速发展,环境破程度加剧,面对资源枯竭与能源危机,大力倡导绿色制造技术能够缓和经济发展与环境保护之间的冲突,并且符合可持续发展的策略。所以,绿色制造技术的应用势在必行,广大从事机械制造、加工的人员必须不断的提高自己的科学技术水平,使我国的绿色制造技术能够走在世界的前列。