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基于绿色制造的机械加工生产模式的研究

基于绿色制造的机械加工生产模式的研究 2011： 摘要：通过分析传统制造的开式循环生产模式与绿色制造的闭式循环生产模式的特性，针对零件的机械加工成形提出了基于绿色制造的六种机加工生产模式。 关键词：绿色制造；循环；生产模式 表面是构成各种机械零件的几何要素，这些几何要素的形状、大小、精度等特征决定了零件的性能和工作特性，而表面的成形加工大多沿用传统的机械加工工艺方法。 传统的切削加工是采用去除材料的方法来得到所需的零件表面几何要素的加工工艺。由于该加工方法可加工出高精度、低粗糙度的表面，因此，目前仍为一种常用的零件表面成形的加工工艺，并广泛地应用于机械制造领域。但从产品加工对资源的合理利用、环境的影响角度去综合分析，传统的切削加工工艺尚存在着一些有待解决的问题，主要体现在以下几点：（1）大量金属切屑造成的原材料浪费；（2）加工过程中为降低切削温度和热变形对零件的影响，需要使用大量的冷却液，而使用后的冷却液又会造成环境污染；（3）切削加工中大量刀具的耗损等。为了解决这些加工中存在的实际问题，适应社会发展的要求，从工艺方面，应采用节能、降耗、少污染的先进绿色制造模式。 1 绿色制造的内涵 绿色制造（Green Manufacturing），又称为环境意识制造、无浪费制造，它是一个综合考虑环境影响和资源利用效率的现代制造模式。其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生产周期中，废弃资源和有害排放物最小，即对环境的负面影响最小，对健康无害，资源利用率最高。[1]绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现，也就是说，绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。显然实施可持续发展战略与制造业的产业结构调整及企业的振兴与发展是密不可分的。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，任何发展都不能以环境污染为代价。国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂已经排放的废弃物大大节省开支，因此，绿色制造具有节能、降耗、少环境污染或无环境污染的特征，是在传统制造的基础上发展而来的。 绿色制造所涉及的问题包括三方面：一是制造问题，包括产品生命周期的全过程；二是环境保护问题；三是资源的优化利用问题。[2]绿色制造是这三个方面内容的交叉和集成。 2 绿色制造的生产模式制造过程是一个复杂的输入输出系统。输入生产系统的资源和能源，一部分转化为产品，而另一部分则转化为废弃物，排入环境造成污染和危害。制造业中零件的加工成形长期以来都沿袭着传统的开式循环生产模式，即： 流通 -> 制造 -> 使用 -> 废弃 人们往往只注重的是最终的产品质量，而轻视了对零件加工成形过程中产生的各种废弃物的处理。随着生产技术的不断发展和社会的进步，产品的更新换代和废弃速度加快，如何对这些废弃物加以回收利用是传统开式循环生产模式面临的一大难题。为此，现在提出绿色制造的闭式循环生产模式，就是在原来的生产模式中增加回收环节。 在闭式循环生产模式中输入的是原材料信息（能源、再生资源等）。绿色制造所选择的材料既要有良好的适用性能，又要满足制造工艺特性以及与环境有较好的协调性。为此，应选用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收再利用的材料。输出的是处理信息（空气散发物，液体和固体废物）。 3 零件的绿色制造工艺绿色制造工艺技术是以传统工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等高新技术的先进制造工艺技术。其最终目的是合理利用资源（使原材料和能源的利用效率能达到最高）、降低零件制造成本（费用最低）、最大限度地减少对环境的污染程度（零污染）。此外，原材料的大量消耗，尤其是那些非再生资源的消耗，将不利于全社会的持续发展，所以，制造业应大力推广节约资源消耗的绿色技术，即在机械制造中，优化零件加工工艺方案。为此，我们可以采取以下绿色制造工艺： 3.1 少无切削工艺随着新技术、新工艺的发展，精密铸造、冷挤压、直接沉积等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟，从接近零件形状向精密成形、仿形方向发展。用自由成形制造代替切削加工，有些成形件不需要机械加工，就可直接使用，这样不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗，同时也大大减少了产品的制造周期和生产费用。 3.2 干式切削工艺 干式加工就是在加工过程中不使用冷却润滑液的加工方法。水在机械制造中起着重要作用，是宝贵的自然资源。从绿色可持续发展的角度出发，应积极推广节水制造的干式切削加工工艺。干式切削可消除在机械加工时使用切削液所带来的污染问题，是绿色的机械加工工艺。它的应用不仅仅局限于铸铁的干铣削，也可以扩展到机加工的其它方面，但要求刀具具有较高的耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性，机床则要求高速切削，有冷风、吸尘等装置。 3.3 快速成型RP技术快速成型（RP—Rapid Prototyping）又叫快速原型制造技术，它是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。它与传统机加工去除材料的方法截然相反，该工艺可以在没有任何刀具、模具及工装卡具的情况下，快速、准确、直接地制造任意复杂形状的三维实体和零件，实现零件的生产。因此既节约资源、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。 3.4 减少加工余量 粗糙的毛坯，机加工余量较大，这样不仅消耗较多的原材料，而且生产效率低下。因此，一方面，应发展专业化的毛坯制造，提高毛坯精度；另一方面，采用先进的制造技术，如高速切削。随着切削速度的提高，切削力下降、加工时间缩短、工件变形小，以此来保证零件的加工质量。 3.5 新型刀具材料 采用新型刀具材料，大力发展涂层刀具。减少刀具磨损，尤其是复杂、贵重材料的刀具磨耗是降低材料消耗的另一重要途径。 3.6 废弃物回收利用 减少对环境影响的最有效的方法是采用副产品的再利用工艺，将废弃物(切屑、废品等)进行循环再利用，也可以将产生的废弃物作为另一生产线的原料再利用。绿色制造非常看重机械产品废弃后的回收利用，它使传统的生产方式从开式循环模式变为闭式循环模式。 4 结论 本文通过对传统制造的开式循环模式与绿色制造的闭式循环模式特性分析，针对机械零件的加工成行提出了六种绿色制造工艺技术。采用这些工艺技术可以充分、合理地利用资源、节约能源、最大限度地降低环境污染。绿色制造是制造业发展的必由之路，它将使传统的制造业产生巨大的变革。当今世界的环境污染问题正日益危及着人类的生存，如何实现资源的综合利用和环境保护是制造业面临的首要问题，因此，我们必须大力发展绿色制造技术，减少非再生资源和短缺资源的使用量，尽量采用各种替代物质和技术，提倡环保形的绿色产品。随着科学技术的高速发展，绿色制造所追求的目标和研究内容将随之发生相应的变化和提高，并不断的趋于完善。绿色制造工艺将是现代制造技术发展的趋势之一。 (end)

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