绿色设计与制造技术在机械产品中的应用

在新时期，我国在机械制造业，除了面临着产品质量和成本等方面的竞争外，如何突破绿色壁垒是更加严峻的挑战。比如在我国的机械加工过程中，绿色设计、绿色制造以及绿色材料使用问题至今还没有得到企业的足够重视。许多企业仍然走的是粗放型老路子，只注重产品的质量、成本、效益，而忽略了加工使用、产品报废给环境带来的污染。本文在分析绿色设计与制造的概念和内涵基础上，提出了绿色设计的方法、绿色材料的选取和一些绿色制造工艺技术，通过使用这些新工艺技术，可以提高资源利用率、降低成本、减少环境污染，应对国际绿色贸易壁垒的挑战，实旄制造业可持续发展战略。

1 绿色设计与制造的概念

    绿色设计与制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，他是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其定义为：它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代设计制造模式。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产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。其过程是通过绿色生产过程(包括绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装及绿色管理等)生产绿色产品，因而从产品设计到工艺、工装都与传统制造有着本质的区别，绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现在制造业中的体现。其内涵是产品生命周期的全过程均具有绿色性。由此可见，绿色制造的实质是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现，是一种综合考虑环境影响和资源效率的先进的现代制造模式。是制造业的发展趋势。是现代企业提高核心竞争力的必由之路。

2 绿色机械产品设计的方法

    机械产品绿色没计的概念可归纳为：机械产品绿色设计是一种基于产品整个生命周期，并以产品的环境资源属性为核心的现代设计理念和方法。在设计中，除考虑产品的功能、性能、寿命、成本等技术和经济属性外，还要重点考虑产品在生产、使用、废弃和回收的过程中．对环境和资源的影响。其主要包括以下几个方面。

2.1 产品结构设计

    除了满足普通产品的基本要求外，主要考虑结构的易于拆卸与回收处理。拆卸是废弃物回收的前提，回收则是废弃物再利用的保证其研究内容包括：

    (1)产品拆卸设计方法研究；

    (2)拆卸评价指标体系的建立；

    (3)拆卸结构模块的划分及其结构设计；

    (4)回收工艺及方式的研究。

2.2 产品环境性能设计

    不同的产品有可能对环境有不同的影响，设计时应根据产品性能、尽可能满足对环境的要求。如生产电冰箱要求不用氯氟类的制冷剂和发泡剂减少或消除酸洗、磷化过程中产生的环境污染物，降低能耗，减少噪声等。

2.3 产品资源性能设计

    为了使产品的资源得到台理利用和配置。其设计的主要内容是：

    (1)产品生命周期的资源消耗模型建立；

    (2)产品生产过程的资源消耗特性分析等。

3 绿色材料的选择

    材料是构成工程机械产品的基础，当前工程机械产品绿色化的一个重要发展方向是产品绿色材料的使用比重不断提高。绿色材料义称环境协调性材料或生态材料，是指那些具有良好使用性能或功能，并对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，有利于人类健康，再生利用率高或可降解循环利用，在制备、使用、废弃直到再生循环利用的整个过程中，与环境协调共存的一大类材料。传统的材料选择方法已不能适应绿色产品及绿色没计的要求，必须从更广泛的角度考虑材料的选择，不仅应考虑基本性能要求，更要着重考虑材料的环境属性。在现阶段，选择工程机械绿色材料的主要原则包括：

    (1)材料本身性能的先进性；

    (2)材料与环境协调相容性，包括易加工、低毒害、污染小等；

    (3)尽量采用不加涂镀工艺的材料以及易回收、可再生、分解或降解的材料；

    (4)尽可能采用回收率较高的零部件和材料；

    (5)尽量减少所用材料种类、数量。

4 绿色机械产品制造的方法

    绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中节约资源和能源，不产生环境污染或使环境污染最小化。环保型制造技术是指在制造过程中最大限度地减少环境污染，创造安全、舒适的工作环境。包括减少废料的产生及废料有序地排放；减少有毒有害物质的产生及有毒有害物质的适当处理；减小振动与噪声；实行温度调节与空气净化；对废料的回收与再利用等。其下简要介绍一些绿色制造技术。

4.1 精确成形工艺

    精确成形工艺，亦称少无切屑加工，它主要是通过精铸、精锻、冷挤、粉末冶金等加工方法来获得零件或精坯。20世纪以来，人们开始探索各种减少切削或不切削的精密成形新方法和新材料，以减少工时和材料耗费。例如，采用挤压、冷镦、搓丝等工艺生产螺栓、螺母和机械配件，使材料利用率大大提高，有时列‘完全不需要切削；采用金属模压力铸造制造铝合金件。与普通铸造相比，制件质量提高，且可基本不用切削加工；采用粉末冶金方法可制造高强度、高密度的机械零件，如精密齿轮等；工程塑料的压塑和注塑件强度高、成型容易，基本上没有加工余量；通过提高传统铸造、锻压工艺的精度也能减少加加工余量，实现毛坯精化。总之，精确成形工艺具有显著的技术经济效益，能实现多种冷、热工艺综合交叉、多种材料复合选用，把材料与工艺有机地结合起来，是机械制造技术的一项突破。对轻工机械制造业来说，不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗，也大大减少了产品的制造周期和生产费用。

4.2 高速切削机床

    我们知道，机械干式加工在切削区域会产生大量的切削热，如果不及时散热，会使机床受热不均而产生热变形，这个热变形就成为影响工件加工精度的一个重要因素，因此机床应配置循环冷却系统，带建切削热量，并在结构上有良好的隔热措施。实验表明，干式切削理想的条件应该是在高速切削条件下进行，这样可以减少传到工件、刀具和机床上的热景。干切削时产生的切屑是干燥的，这样可以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。工作台上的倾斜盖板用绝热材料制成，在机床上配置过滤系统排出灰尘，对机床主要部位进行隔离。现在切削加工已朝着高速、超高速方向发展，高速切削机床的发展给千切削的实现创造了良好的条件，对于精密切削机床，可在机床上装上监控系统，以检测切削区域的温度变化、切削力的变化以及刀具的磨损，井配以机床补偿装置。

4.3 工程机械绿色化

    实现工程机械生命周期的绿色化，对工程机械实行绿色使用也是必不可少的。工程机械大部分是露天作业，作业地点经常变动，所以其性能受到作业场地的温度、污染、路况及天气等因索的影响很大。如果在施工现场采取有效措施，采取绿色使用策略，通过绿色保养、维修是可以有效防止机械故障，保证设备的完好率。相应减少了废弃排放物对环境的危害，提高机械寿命，也就是节省了资源，比如设备维修技术以最少的资源消耗，保持、恢复、延长和改善设备的功能，实现材料利用的高效率，减少材料和能源消耗，从而提升经济运行质量和效益。一般说来。通过维修恢复一种产品的性能所消耗的劳动量和物质资源，仅是制造同一产品的几分之一，甚至十几分之一，这种消耗的减少就意味着对环境污染的减少而有利于社会的持续发展。

4.4 工作环境绿色化

    工作环境设计，即研究如何给劳动者提供一个安全、舒适宜人的环境。舒适宜人的工作环境包括作业空间足够宽大；作业面布置并然有序；工作场地温度与湿度适中；空气流畅清新；没有明显的振动与噪声；各种控制机构、操作手柄位置合适，工作环境照明良好、色彩协调等。机械制造中各种机床设备照明系统如果设计成可调。工件装卸时照明功率大，切削加工时照明功率小，这样既能保证工作环境照明良好，又能节省电能。

    总之，绿色设计与制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，也是每个企业家重点考虑的企业行为。绿色产品的兴起和发展不可逆转的发展趋势，是人类认识并从本质上解决环境、资源和可持续发展闯题的臣大进步，它将对人类未来的生存和发展产生深远影响。

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