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        機械制造業(yè)中的綠色制造技術應用模式探討

        2022-06-05 11:12:04吉東海
        內(nèi)燃機與配件 2022年10期
        關鍵詞:機械綠色生產(chǎn)

        0 引言

        綠色制造技術簡單來說就是在綠色理念指導下進行產(chǎn)品設計、包裝、生產(chǎn)等一系列制造活動的有關技術手段,其不僅能夠在保證產(chǎn)品質(zhì)量與功能性的基礎上,有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)制造所造成的環(huán)境污染問題,同時還能夠減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不必要的資源消耗,對節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)有著很大促進作用,而在當前節(jié)能環(huán)保理念逐漸貫徹到機械制造業(yè)的情況下,要想實現(xiàn)推動有關機械制造企業(yè)乃至整個機械制造業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展,對于綠色制造技術應用模式的探究自然也是十分必要的。

        1 綠色制造概述

        1.1 綠色制造的概念與內(nèi)涵

        綠色制造通常又被成為環(huán)境意識制造或面向環(huán)境的制造,是一種在全面考慮產(chǎn)品生產(chǎn)制造對環(huán)境影響及資源利用效率的前提下,對產(chǎn)品設計、制造、包裝、運輸、使用等全過程展開優(yōu)化改進的現(xiàn)代制造模式,不僅能夠為有關制造企業(yè)的經(jīng)濟效益、社會效益協(xié)調(diào)提供重要支持,同時還能夠推動整個制造業(yè)實現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展,尤其是在能源消耗、環(huán)境污染問題均十分突出的機械制造業(yè)領域,綠色制造所能夠發(fā)揮出的作用更是顯得極為關鍵。另外,從內(nèi)涵上來看,綠色制造通常會以減少污染物排放、保護環(huán)境、實現(xiàn)資源優(yōu)化為目標,并面向產(chǎn)品的生命周期過程、物流轉(zhuǎn)化過程來對有關技術工藝進行應用,與可持續(xù)發(fā)展理念間存在著十分密切的聯(lián)系。

        Q:金杯印刷是在怎樣的契機之下開始關注環(huán)保,并開發(fā)使用幾乎無污染的印刷工藝呢?作為踐行綠色印刷的先鋒企業(yè)之一,金杯印刷做了哪些嘗試?

        2019年博覽會的最新亮點是4月2日舉辦的工業(yè)先鋒峰會,它將匯集各領域的思想領袖和創(chuàng)新者,共同探討未來工業(yè)、商業(yè)和社會的戰(zhàn)略和方案。

        1.2 綠色制造的意義

        綠色制造作為當前整個制造業(yè)的主要發(fā)展方向,其意義通??审w現(xiàn)在以下幾方面:第一,綠色制造作為實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、自然、科技等領域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的必然需求與主要路徑,當前制造業(yè)以實現(xiàn)綠色制造為目標進行改革發(fā)展,能夠使有關生產(chǎn)制造活動的社會效益與生態(tài)效益得到顯著提升,改變以往制造業(yè)僅追求經(jīng)濟效益的發(fā)展方向。第二,在節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念的影響下,綠色制造未來不僅會成為制造的重要發(fā)展方向,同時還將會受到制造科學領域的高度關注與重視,使有關綠色制造發(fā)展思路、技術工藝等方面的理論研究全面展開,進而對將制造科學的整體發(fā)展產(chǎn)生極大推動作用。第三,在國際環(huán)境管理標準提出后,由機械制造企業(yè)為主的有關企業(yè),在生產(chǎn)過程污染排放控制、產(chǎn)品生產(chǎn)制造資源消耗等方面均面臨著更高的要求,而綠色制造的出現(xiàn)與發(fā)展,則能夠幫助企業(yè)更好的達成這些要求,在可持續(xù)發(fā)展理念指導下順利完成轉(zhuǎn)型改革。第四,綠色制造不僅能夠有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)及使用過程中的污染排放,同時還能夠通過降低產(chǎn)品生產(chǎn)資源消耗的方式,為制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)成本控制提供重要支持,使其能夠獲得更為顯著的經(jīng)濟效益,這對于制造企業(yè)乃至整個制造業(yè)發(fā)展都有著很大促進作用。第五,受復雜國際關系、國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展滯后性等諸多因素的影響,當前我國制造業(yè)發(fā)展常常會受到國際綠色貿(mào)易壁壘的限制,而通過對綠色制造戰(zhàn)略的實施,則能夠幫助制造業(yè)有效突破這一限制,迅速拉進與國際市場間的聯(lián)系。

        2 機械制造業(yè)中的常見綠色制造技術

        2.1 干式切削技術

        另外,由于機械產(chǎn)品生產(chǎn)很容易產(chǎn)生各種環(huán)境污染性較強的廢棄物、廢水及有害氣體,因此綠色生產(chǎn)模式下的綠色制造技術應用,往往還能夠體現(xiàn)在對環(huán)保型生產(chǎn)技術的應用上。例如某數(shù)控機床尾架套筒零件為40Cr材質(zhì),淬火硬度在40-42HRC之間,某廠家加工時最初采用在箱式鹽浴中加熱、保溫(加熱溫度為8500℃)的工藝進行加工,之后淬入油中冷卻,待工件溫度降低至500℃以下后,再放入到普通油爐中回火120min。該零件加工工藝路線雖然保證套筒的硬度等質(zhì)量性能達標,但加工過程中卻會產(chǎn)生鹽浴廢渣、淬火油、鹽浴蒸汽、油蒸汽等固體污染物或污染氣體,無論采取怎樣的污染物處理措施,都會導致一定程度的環(huán)境污染。因此為解決這一問題,廠家決定調(diào)整工件加工工藝路線,將真空熱處理的綠色制造技術應用于實際生產(chǎn),加工時先借助雙室真空油淬爐進行工件預熱、保溫(預熱至6000℃左右),之后再將零件從6000℃加熱到8500℃,保溫30min,最后淬入真空油室中冷卻,并立即向真空油室內(nèi)填充氮氣。從實際加工效果來看,由于整個加工過程基本都是在真空環(huán)境下進行,因此尾架套筒的新加工工藝路線不僅能夠保證零件硬度等質(zhì)量指標,降低工件加工過程中的變形量(具體數(shù)據(jù)如表1),同時還可以實現(xiàn)無污染加工,環(huán)保效果十分突出。

        2.2 數(shù)控加工技術

        數(shù)控加工技術是指利用數(shù)控機床來進行機械制造,以更加精細化的方式完成機械產(chǎn)品零部件加工生產(chǎn),作為機械制造業(yè)領域的常見綠色制造技術之一,其節(jié)能環(huán)保作用同樣比較突出。例如在數(shù)控機床加工質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性較強的情況下,可通過數(shù)控系統(tǒng)控制刀具走刀軌跡保持不變的方式,提升機械產(chǎn)品零件的一致性,避免因零件加工偏差過大而影響加工效率,導致原材料、電能乃至其他人力與物力資源的浪費。而在數(shù)控機床加工精度較高的情況下,則可以通過一次性加工來使零件達到有關設計要求,有效提高零件加工的材料利用率,避免因反復進行切削、打磨等加工操作而產(chǎn)生大量邊角料,導致不必要的材料浪費。

        2.3 微機械制造技術

        從機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造的全過程來看,綠色設計模式作為面向產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)的綠色制造技術應用,其節(jié)能環(huán)保效果往往最為突出,具體應用方式主要可體現(xiàn)在材料選擇、材料使用、功能設計、優(yōu)化產(chǎn)品使用壽命幾方面。其中材料選擇是指在以減少機械產(chǎn)品生產(chǎn)階段廢料生成、降低機械產(chǎn)品報廢后環(huán)境危害為目標,盡可能選擇低環(huán)境影響的材料,如可回收材料、可再生材料、低含能材料等

        。材料使用方面的綠色設計與微機械制造技術密切相關,通常是指在不影響機械產(chǎn)品質(zhì)量性能的前提下,通過各種優(yōu)化設計方法來縮小機械產(chǎn)品或部分零部件的體積,以達到減少機械制造過程中材料使用量的目的

        。功能設計是指從機械產(chǎn)品使用階段的能耗與污染排放問題出發(fā),對產(chǎn)品整體設計展開全面優(yōu)化,以達到有效降低機械產(chǎn)品運行所需能耗及使用期間環(huán)境影響的目的,其具體設計策略包括使用清潔能源、降低運行要求、設計清潔消費品、設置產(chǎn)品理想工作狀態(tài)、避免能源及其他消耗品的浪費、避免產(chǎn)品誤用等。而優(yōu)化產(chǎn)品使用壽命則是指先將機械產(chǎn)品的使用壽命明確下來,并具體劃分為設計壽命及美學壽命,之后再采取產(chǎn)品維護保養(yǎng)規(guī)范更新、產(chǎn)品維修方法創(chuàng)新、產(chǎn)品升級等措施,以盡可能延長產(chǎn)品的使用壽命,并保證其技術壽命與美學壽命間的平衡,以免因產(chǎn)品質(zhì)量問題而使消費者頻繁更換機械產(chǎn)品,增加產(chǎn)品生產(chǎn)制造所產(chǎn)生的污染、資源消耗。

        2.4 真空熱處理技術

        綠色生產(chǎn)作為最直接的綠色制造技術應用模式,主要是面向機械產(chǎn)品及其零部件的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié),對各種形式的先進生產(chǎn)工藝技術進行靈活運用,以達到降低能源消耗、避免資源浪費、控制污染排放等目的,目前在機械制造業(yè)中的應用十分廣泛,節(jié)能環(huán)保效果也比較突出。例如在零部件加工生產(chǎn)中,通過對各種干式加工技術的應用,可以有效減少機械制造對切削液的消耗,同時通過提升零件加工質(zhì)量的方式,避免因零件加工不合格而出現(xiàn)不必要的材料浪費;而對于蒸汽透平汽輪機、液力透平水輪機、螺桿膨脹回收裝置等先進生產(chǎn)設備及相關技術的應用,則可以通過蒸汽余熱回收、余壓液能回收、低品位余熱回收等方式來有效控制機械制造生產(chǎn)耗能,使機械產(chǎn)品零部件加工、組裝等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設備運行能耗大大降低

        。

        3 綠色制造技術在機械制造業(yè)中的有效應用模式

        3.1 綠色設計

        微機械制造技術可理解為制造微型機械產(chǎn)品的一系列技術手段,由于微型機械與常規(guī)機械產(chǎn)品相比,具有著體積小、質(zhì)量輕、精度高等特點,因此在節(jié)能環(huán)保方面往往能夠發(fā)揮出非常關鍵的作用。從材料應用的角度來看,由于微機械的體積明顯小于常規(guī)機械產(chǎn)品,且能夠在縮小機械產(chǎn)品體積的同時,保證產(chǎn)品質(zhì)量性能與功能性不受影響,因此利用微機械制造技術來生產(chǎn)微型機械產(chǎn)品,能夠有效減少各類零部件對原材料的消耗。而從機械產(chǎn)品應用的角度來看,由于微型機械體積更小、質(zhì)量更輕,因此其運行時耗能也會更低,在長期使用的情況下,其節(jié)能效果自然也就會顯得十分突出

        。

        3.2 綠色生產(chǎn)

        真空熱處理技術是指在完全或部分真空的狀態(tài)下運用各種熱處理工藝,有效完成對金屬材料的熱加工,與常規(guī)熱處理技術相比,不僅能夠使金屬材料熱加工的質(zhì)量得到顯著提升,同時還具有著無氧化、無脫碳、無滲碳、脫脂除氣等作用,在節(jié)能環(huán)保、機械產(chǎn)品綠色制造方面的作用同樣比較突出。例如在熱處理處于真空狀態(tài)的情況下,能夠有效避免金屬材料表面元素蒸發(fā),使各類含金屬元素有害氣體的生成得到有效控制

        。而在真空加熱時氣流均勻性會直接影響零件淬硬效果、質(zhì)量分散度的情況下,應用真空熱處理技術來加工零件,則可以有效控制零件的畸變,避免因畸變問題而影響零件質(zhì)量、導致材料浪費。

        干式切削技術是指在不適用切削液的情況下,采用專門的干切削道具、機床及其他輔助設施來對機械制造原材料進行切削,以達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、材料加工生產(chǎn)效率、刀具耐用度、加工生產(chǎn)可靠性等目的,在節(jié)能環(huán)保方面同樣能夠發(fā)揮出非常關鍵的作用,是目前機械制造行業(yè)中最常用的綠色制造技術之一。而從具體的功能作用來看,干式切削技術的節(jié)能環(huán)保特性則主要可以體現(xiàn)在以下幾方面:首先,在不適用切削液進行材料切削加工的情況下,干式切削本身就可以有效降低機械產(chǎn)品制作的資源消耗;其次,干式切削能夠有效帶走材料切削加工時產(chǎn)生的熱量,并通過減小摩擦、降低切削力等方式,保證材料切削加工的順暢性,從而有效解決刀具磨損過快、工件表面氧化等問題,無論是從刀具更換的角度,還是從加工質(zhì)量控制(提高材料加工合格率)的角度來看,都能夠起到降低資源消耗的作用

        。最后,在使用切削液進行傳統(tǒng)切削加工的情況下,材料切削過程中很容易出現(xiàn)各種有毒有害的切屑,或是因切削液霧狀揮發(fā)產(chǎn)生各種有害氣體,而采用干式切削技術進行材料切削加工,則可以有效避免有害氣體生成,并將加工材料表面的切屑迅速帶走,起到良好的污染控制效果。

        從機械制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看,由于很多機械產(chǎn)品都逐漸呈現(xiàn)出微型化的發(fā)展趨勢,因此有關機械制造企業(yè)常常在機械產(chǎn)品組裝完畢后,對其進行專門的包裝,為后期的產(chǎn)品運輸與銷售提供支持,而對于綠色制造技術的有效應用,也同樣可以通過綠色包裝應用模式來實現(xiàn)。一般來說,綠色包裝模式下的綠色制造技術應用,主要可體現(xiàn)在減量化、循環(huán)使用、循環(huán)再生幾方面,基本都是屬于對包裝材料的合理選用。其中減量化是指在保證機械產(chǎn)品運輸時不受各種磕碰影響的前提下,盡可能減少對包裝材料的使用量,避免不必要的包裝材料消耗;循環(huán)使用是指采用金屬、特殊塑料等不易損壞的材料作為包裝材料,并在機械產(chǎn)品完成銷售后對包裝進行回收再利用,解決因產(chǎn)品包裝一次性使用及重復生產(chǎn)所導致的材料、能源大量消耗問題;而循環(huán)再生則是指采用紙、木材等易降解的材料作為波安裝材料,在完成機械產(chǎn)品銷售后,將包裝材料回收并重新應用于產(chǎn)品包裝生產(chǎn),同樣可以起到的降低材料消耗的效果

        。

        3.3 綠色包裝

        淡煙荒草六朝宮,萬感叢生一眺中。不識群公互虓虎,獨于此地必爭熊。秦河濺淚西風泣,淮含羞晚照紅。醞得許多愁為底,只緣誤倚大江東。

        3.4 綠色再制造

        綠色再制造作為面向產(chǎn)品全壽命周期設計與管理的技術措施、工程活動集成,通??衫斫鉃橐揽肯冗M技術與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)來對廢舊產(chǎn)品進行改造或修復,以達到節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、降低成本等目的,通常需要以嚴格的質(zhì)量標準、完善的生產(chǎn)管理程序及現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式作為基礎支撐,是近年來新興的一種綠色制造技術應用模式,在內(nèi)容上主要可分為再制造加工與舊產(chǎn)品升級兩部分。其中再制造加工主要是面向已經(jīng)因意外損壞或達到物理壽命、經(jīng)濟壽命而報廢的機械產(chǎn)品,再制造生產(chǎn)過程中可以將報廢產(chǎn)品中可利用的失效零部件挑選出來,并借助先進加工技術來對失效零部件進行失效分析、壽命評估及針對性的加工處理,使其能夠重新恢復原有的技術性能,甚至是實現(xiàn)應用價值的提升,最后再將這些有剩余壽命的零部件重新應用于新機械產(chǎn)品生產(chǎn),以達到減少材料消耗、降低生產(chǎn)成本的效果。而舊產(chǎn)品升級則主要是面向已達到技術壽命或是被行業(yè)淘汰的機械產(chǎn)品,再制造生產(chǎn)中同樣可以通過技術改造、更新來提升產(chǎn)品技術性能,同時延長產(chǎn)品使用壽命,使其能夠重新具備應用價值并進入到市場中

        。與常規(guī)機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造相比,由于舊產(chǎn)品升級所需進行的生產(chǎn)活動明顯更少,產(chǎn)品技術性能也基本不會出現(xiàn)問題,因此其在降低機械制造環(huán)境污染、減少機械制造材料消耗、控制機械制造能源消耗等方面都能夠發(fā)揮出非常重要的作用。

        復水是干燥食品最重要的質(zhì)量參數(shù)之一[4]。復水與預處理、樣品性質(zhì)(干燥引起的變化)、干燥和復水的條件直接相關[16]。由圖3(a) 可知,在60℃干燥的莖瘤芥與在50℃和70℃干燥的莖瘤芥相比具有最高的復水能力。在50℃干燥的莖瘤芥復水能力接近于70℃干燥樣品的復水能力。這一現(xiàn)象可能是因為干燥溫度過高和干燥時間過長,而這些都不利于提升干燥食品的品質(zhì)。就干后莖瘤芥復水特性而言,60℃是可接受的莖瘤芥熱風干燥溫度。

        3.5 綠色管理

        對于機械制造企業(yè)來說,由于綠色制造技術的應用領域基本覆蓋了機械產(chǎn)品制造生產(chǎn)全部環(huán)節(jié),因此要想實現(xiàn)對綠色制造技術的有效應用,通常還需加強機械產(chǎn)品生產(chǎn)階段中技術管理工作,而以技術應用管理為核心的綠色管理模式,則正是面向技術管理的綠色制造技術應用模式。一般來說,由于不同機械制造企業(yè)的生產(chǎn)技術水平、生產(chǎn)流程安排等實際情況均存在明顯差異,因此在綠色管理模式下,各機械制造企業(yè)通常都需要根據(jù)實際情況來制定出針對性的生產(chǎn)管理制度與技術應用標準,在引入合適綠色制造技術的同時,對數(shù)控機床管理、廢料處理、產(chǎn)品包裝回收等各部門、崗位的工作人員提出明確工作要求,確保其能夠有效履行在綠色制造技術應用方面的責任,并將各種綠色制造技術的優(yōu)勢作用充分發(fā)揮出來

        。

        4 結(jié)論

        綠色制造技術的廣泛應用雖然已經(jīng)成為了機械制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢,但對于有關機械制造企業(yè)來說,要想保證綠色制造技術應用的有效性,仍然需要熟悉了解干式切削技術、微機械技術等常見綠色制造技術,并將綠色設計、綠色生產(chǎn)、綠色再制造、虛擬綠色制造等有效應用模式貫徹到機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造實踐中來。

        [1]王子越.機械產(chǎn)品綠色制造技術的應用[J].內(nèi)燃機與配件,2021,(07):176-177.

        [2]陳遠偉.機械制造過程的綠色制造技術應用探析[J].科技創(chuàng)新與應用,2020,(10):159-160.

        [3]楊明卓.淺談機械制造過程中綠色制造技術的應用與發(fā)展[J].內(nèi)燃機與配件,2019,(14):246-247.

        [4]徐帆穎.關于綠色制造技術在工程機械的應用思考[J].南方農(nóng)機,2018,49(21):125.

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