綠色制造理念下機(jī)械制造工藝

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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)。基于此，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

1綠色制造理念下機(jī)械制造工藝類型

以綠色制造工藝實(shí)施目標(biāo)為依據(jù)，可以將該工藝劃分為三種類型，即節(jié)約資源工藝、節(jié)約能源工藝、環(huán)保型工藝。

1.1節(jié)約資源工藝

此類工藝技術(shù)主要是通過(guò)簡(jiǎn)化機(jī)械生產(chǎn)流程的方式來(lái)節(jié)約原材料，從而達(dá)到節(jié)約資源的目的。例如，通過(guò)優(yōu)化毛坯形狀，減少加工余量，進(jìn)而節(jié)省原材料；通過(guò)選用新的刀具類型，減少刀具與材料間的消耗，并加入適量的切削液，減少對(duì)原材料的浪費(fèi)。節(jié)約資源工藝作用的發(fā)揮有兩種渠道，一種為設(shè)計(jì)，另一種為工藝，在設(shè)計(jì)方面，通過(guò)減少零件數(shù)量、減輕零件重量、創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)等方式，提高原材料的利用率；在工藝方面，借助干式加工技術(shù)、毛坯優(yōu)化技術(shù)、新型特種加工技術(shù)等，使原材料得到有效節(jié)約。

1.2節(jié)約能源工藝

在機(jī)械加工過(guò)程中勢(shì)必要消耗較多的能量，這些能量中部分轉(zhuǎn)化為有用的功，另一部分則化為其他形式遭到浪費(fèi)，不但使能源遭到損失，且流失掉的能源還會(huì)有損于機(jī)械制造的順利進(jìn)行。例如，摩擦損失能量會(huì)導(dǎo)致機(jī)床精準(zhǔn)度受到影響；轉(zhuǎn)為熱量的能量會(huì)提高工藝系統(tǒng)的溫度，縮短系統(tǒng)使用壽命；部分流失能量還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲，不但影響了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，還會(huì)產(chǎn)生各類污染，對(duì)操作者以及周圍環(huán)境造成損害。因此，節(jié)能工藝的使用十分必要，目前主要的工藝類型為降耗工藝、減磨工藝、低能耗工藝等，并且加強(qiáng)對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等新型能源的開發(fā)與使用。

1.3環(huán)保型工藝

當(dāng)前機(jī)械制造中一般采用去除加工方式，易產(chǎn)生大量廢棄物，不但造成資源浪費(fèi)，還使環(huán)境受到污染。而環(huán)保型工藝的應(yīng)用是在綠色制造理念的支持下，通過(guò)使用綠色工藝技術(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣、噪音等得到有效的控制和消除，對(duì)切削液、磨屑等進(jìn)行回收再利用，有效防止廢棄物的產(chǎn)生。另外，傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝易引發(fā)水污染、光污染、大氣污染，環(huán)保型工藝的使用通過(guò)優(yōu)化節(jié)能結(jié)構(gòu)、改變?nèi)紵绞?、加?qiáng)集中供熱等方式，使各類污染問(wèn)題得到有效的緩解[1]。

2綠色制造技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

2.1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。

2.2綠色節(jié)能工藝技術(shù)

在機(jī)械制造生產(chǎn)中，需要消耗大量電力、煤炭、鋼鐵等資源，在我國(guó)資源儲(chǔ)備量的告急，國(guó)際市場(chǎng)石油價(jià)格的波動(dòng)增加的背景下，采取綠色節(jié)能工藝已經(jīng)十分必要，對(duì)此，可將以下幾種綠色節(jié)能工藝應(yīng)用到現(xiàn)代化機(jī)械制造當(dāng)中。

2.2.1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)開始選用油氣潤(rùn)滑工藝[2]。

2.2.2綠色潤(rùn)滑劑的應(yīng)用

在混合式MQL潤(rùn)滑系統(tǒng)中，主要包括供油系統(tǒng)、機(jī)床主軸、供汽系統(tǒng)等。將套管放入到中空主軸當(dāng)中，內(nèi)管通油，外管通氣，油氣在主軸前端的混合裝置中接合，將潤(rùn)滑劑輸送到切削工具當(dāng)中。霧狀潤(rùn)滑劑回轉(zhuǎn)部分較短，受離心力的干擾較弱，通過(guò)工具前的孔高效噴出，能夠精準(zhǔn)的作用在潤(rùn)滑點(diǎn)。用CNC來(lái)控制油量，并對(duì)數(shù)量值進(jìn)行設(shè)定，在MQL系統(tǒng)中所需油量較少，通常少于50mL，且運(yùn)送油的壓縮空氣具有一定的冷卻效果，但是在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)冷卻效果不明顯，難以符合實(shí)際需求。對(duì)此，將潤(rùn)滑油與水分別進(jìn)行霧化處理，使其形成綠色潤(rùn)滑劑，并同時(shí)噴射到切削點(diǎn)，對(duì)于水與油的比例可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，也可以改變噴嘴形狀，形成水包油等供應(yīng)方式，也可以混合供應(yīng)，以此來(lái)提高潤(rùn)滑效果，減少切削阻力，充分達(dá)到節(jié)能效果。

2.3環(huán)保型工藝技術(shù)

傳統(tǒng)的機(jī)械制造工藝在使用中往往對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生多種污染，這主要受到熱處理的影響，而綠色環(huán)保型工藝能夠盡可能的減少對(duì)熱處理材料的使用，從而能夠達(dá)到減少污染、保護(hù)環(huán)境的效果。在環(huán)保型工藝技術(shù)的使用中，往往采用冷拔、熱軋作用即可達(dá)到性能要求的材料，減少資源消耗與環(huán)境污染。在機(jī)械加工過(guò)程中，不得不對(duì)材料進(jìn)行熱處理時(shí)，也應(yīng)選擇熱處理較少的材料，如貝氏體鋼、低滲碳性鋼等。在利用低滲碳性鋼對(duì)齒輪進(jìn)行制造時(shí)，只需對(duì)其進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，與合金滲碳鋼相比，具有較強(qiáng)的綜合機(jī)械性能，且能夠防止合金元素的浪費(fèi)，從性能方面來(lái)看，甚至能夠超過(guò)中碳結(jié)構(gòu)鋼，工藝性能良好，卻具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[3]。

2.4振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)

在機(jī)械制造中，傳統(tǒng)工藝模式下在管料調(diào)制后進(jìn)行粗車、推車、精車等機(jī)械加工，但是在推鎖加工以后，往往會(huì)產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，導(dǎo)致鋼件在加工后出現(xiàn)變形，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量較低，甚至成為報(bào)廢品。對(duì)此，應(yīng)在綠色制造理念的指導(dǎo)下，引入振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)，也稱為振動(dòng)時(shí)效。此種工藝的工作原理為在共振作用下對(duì)零件內(nèi)部殘余應(yīng)力進(jìn)行消除與處理，在交變應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)件中的部分點(diǎn)將出現(xiàn)晶體位移，從而發(fā)生塑性形變，當(dāng)內(nèi)部殘余應(yīng)力最大點(diǎn)得以釋放時(shí)，構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力便得到了有效的降低與處理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用振動(dòng)消除法能夠使構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力減少40%左右，應(yīng)用效果較為顯著。

3結(jié)論

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)：

[1]覃華軍.試述綠色制造理念下的機(jī)械制造工藝[J].地球，2014（5）.

[2]鹿革.綠色制造理念下的機(jī)械制造工藝[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（4）：59-60.

[3]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：肖保中 單位：廣州祈信金屬制品有限公司