绿色制造

基于绿色制造的材料成形加工新技术

姓名：路庆伟

学号：20134650

学院：材料科学与工程

专业：材料成型及控制工程

基于绿色制造的材料成形加工新技术

摘要

工业生产制造中环境污染问题日益受到关注，绿色制造被认为是21世纪实现制造业可持续发展的关键技术，对绿色制造的概念，目标及如何实施作出了全面论述。其中对于近净成形技术的应用尤为关键，如热等静压成形技术，半固态成形技术。

关键词：绿色制造；近净成形；干切削

1 引言

制造业是创造人类财富的支柱产业,它在人类社会发展的历史进程中起到了举足轻重的作用。但是制造业在将资源转化为产品的过程中,以及产品的使用和处理过程中,产生大量的废弃物,这种废弃物既包括对空气、水以及周围环境(如振动与噪声)的污染,又包括制造资源未被利用的部分,这一部分往往以废弃物的方式同样对环境产生污染。因此说,量大面广的制造业是环境污染的主要源头。

有资料表明,造成全球环境污染的排放物中,有70%以上是来自于制造业,它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨的有害废物。如何实现制造业的可持续发展对于改善人类生存环境将起到至关重要的作用。而绿色制造被认为是21世纪实现制造业可持续发展的关键技术,它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理(回收)的整个产品生命周期中对环境负面影响极小,资源利用率极高,并使企业经济效益和社会效益协调优化[1]。实现绿色制造的关键在于实现产品的绿色加工，即减少资源转化为产品过程中的浪费，达到少无切削加工，做到近净成形。

2绿色制造

2.1概念

绿色制造技术[2]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。绿色制造技术要求产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低。

传统制造和绿色制造的最大区别就是传统制造只是根据市场信息设计生产和销售产品，而其余就考虑得较少，传统的制造模式是一个开环系统，即原料一工业生产一产品使用一报废。绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用，绿色制造技术是一个闭式循环系统，从设计、制造、使用一直到产品报废及回收的整个寿命周期对环境影响最小，资源效率最高，也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性，对环境保护从源头抓起，改变了传统的制造模式仅靠末端治理的环境保护办法，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响，同时原材料和能源的利用效率能达到最高。

2.2核心内容

绿色制造的核心是在产品生命周期过程中实现“4R”减量化(Reduce)、重用(Reuse)、再生循环(Recycle)和再制造(Remanufacturing)。①减量化，从源头就注意节约资源和减少污染；②重用，要求产品及其零部件能够重复利用；③再生循环，要求生产出来的产品使用完后能重新生成可以利用的资源，而不是无用的垃圾；④再制造，对废旧机械产品实现性能恢复和提升，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以进绿色制造技术为手段，对废旧机械产品进行修复和改造。

因此，实现“绿色制造生产模式”包括3个层次：①绿色资源(绿色原材料和绿色能源)；②绿色生产过程；③绿色产品。一个绿色产品的生命周期应该做“五绿”：绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色回收处理。

2.3目标要求

（1）绿色产品的描述与建模:准确全面地描述绿色产品，建立系统的绿色产品评价模型。

（2）优良的环境友好性：即产品从生产到使用乃至废弃回收处理的各个环节都对环境无害或危害很小。这就要求企业在生产过程中选用清洁的原料、清洁的工艺过程，生产出清洁的产品；产品使用时不对使用者造成危害；报废产品在回收处理过程中很少产生废弃物。

（3）最大限度地利用利用材料资源：绿色产品尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料，并使产品中零件材料能最大限度地再利用。

（4）最大限度地节约能源：绿色产品在其生命周期的各个环节水消耗的能源最少，能源的节约本身也是很好的环境保护手段

（5）产品可拆卸性：在产品报废以后其零部件能够高效地、不加破坏的拆卸，有利于零部件的重新利用和材料的循环再生，达到节省资源、保护环境的目的。

（6）产品的可回收性：在设计时充分考虑产品的各零部件回收再用的可能性、回收处理方法、回收费用等问题。内容包括：可回收材料的识别及标志；回收处理工艺方法；可回收性的结构设计；可回收性的经济分析与评价。

2.4 结合国内制造业现状对绿色生产的推广

2.4.1实施绿色材料设计

实现绿色材料设计，不仅需要企业自身的努力，而且需要环保部门，研究单位与政府的共同协作．要合理选择材料。考虑其来源广阔、价格低廉，毒性和污染性低，在目前还难以做到。因为《机械设计手册》中只有常用材料的机械物理性能，如强度、延伸率、冲击值、硬度等数据。并无其毒性、副作用及来源是否广泛的说明，这就给工程技术人员在产品设计中实施绿色制造带来困难。因此，要编撰这种材料手册不是单靠材料生产厂家、材料研究所工程技术人员就能解决的，而是一个大的系统工程。

2.4.2 实施绿色毛坯加工方法，尽量减少毛坯废料

在毛坯制造阶段，由于过去物资缺乏且流通困难，各企业几乎都追求。麻雀虽小，五脏俱全”、“万事不求人”的运作方式，致使设备更新换代慢，设备能力严重不足。这样导致毛坯制造精度低，加工余量大、给后续机加工带来困难、致使材料浪费大，资源利用率低。有一些中、小企业由于缺乏毛坯制造的大型设备，切削加工完成后的零件只有毛坯的40%～50%，有些毛坯制造方法本身如一些小型铸造熔化设备(三节炉、冲天炉等)、锻件加热设备(燃煤、焦炭，燃重油的加热炉等易产生二氧化硫，并形成酸雨。也对环境有较大的污染。所以要减少毛坯制造阶段的污染，应减少中小厂自制毛坯，成立专业化铸锻厂，采用高效无污染、少污染的加热设备和铸锻设备，提高毛坯的制造精度。

2.4.3 实施绿色机械加工工艺方法

我国目前机械加工的水平还相当低。特别是一些中小工厂没有数控机床。造成切削效率低、加工精度低、能耗大。提高数控化水平，尽量采用高效设备和刀具进行加工是所有工厂的必由之路。然而，由于中小工厂缺资金、缺技术，数控化还要经历相当长的时期，所以建议首先采用经济型数控系统对现有机珠进行改造，并对工人进行数控技术的培训。

另外，要注意机加工时冷却液的选择和使用。如有的工厂在滚由．插齿，铣削等加工时，为了提高刀具耐用度，对刀具采用离子镀膜或涂层处理．使切削速度大大提高，而冷却液仍然使用原来低、中速切削时所用的极压切削油。由于切削油冷却能力不足，挥发性大，使车间里充满挥发的油雾，造成车间的空气污染。