基于绿色制造理念的制造工艺

绿 色 制 造-读书报告 姓名：储海军 学号：152020030 学院：机械工程学 课程老师:张春燕基于绿色制造理念下的制造工艺摘要：随着社会的不断进步，人们越来越注重环境的保护以及生产、生活上的节能减排。本文结合绿色制造的基本理念、定义以及内容等，阐述其价值所在，并通过简述几种机械制造的工艺来讨论绿色制造理念之下的机械制造工艺。 关键词：绿色制造理念；机械制造工艺；绿色制造技术0引言众所周知,制造业是将可用资源(包括能源)通过制造过程,转化为可供人们使用和应用的工业品和生活消费品的产业。20世纪80年代,特别是80年代后期以来,世界制造业市场竞争不断加剧,给企业带来了越来越大的压力,迫使企业纷纷寻求有效方法:一方面加速技术进步的步伐,促使现代制造过程的组织发生重大的变化,其目的在于使企业能适应市场的需要和变化,以最快的速度设计和生产出高质量的产品,并以最低的成本和合理的价格参与市场竞争。另一方面,制造业在生存和竞争的同时,又不断消耗资源,产生废弃物,造成环境污染,使得环境问题日益恶化,并正在对人类的生存与发展造成严重威胁。制造业是环境污染的主要源头,因此,如何使制造业尽可能较少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。于是绿色制造(Green Manufac-turing)这一全新的概念便产生了。制造业是制造人类财富的支柱产业， 同时又是环境污染的主要源头之一，绿色 制造就是为消除和避免制造业经济恶性发展的后果，寻求新的发展战略而提出的新概念。绿色制造是人类社会可持续发展的必由之路，它将生态环境与经济社会联结为一个协调发展的有机整体，要求经济发展必须考虑自然生态环境的长期承载能力。使环境与资源既能满足当前经济发展的需要，而且还能满足人类长远生存的需要，采取主动措施和科学方法，建立一个环境与社会，经济发展相协调的崭新模式，使我们这一代人不能因为自己的生存和享受而滥用资源、破环环境，把一个破损、污秽的地球留给子孙后代。 实施绿色制造，可以将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中，大大提高产品的绿色程度、提高企业的市场竞争能力和可持续发展能力。1. 绿色制造理念的涵义绿色制造，它的英文翻译为Green Manufacturing，除了这个名称之外，绿色制造也叫清洁制造、环 境意识制造、无浪费制造等，要了解绿色制造这个 概念，就需要先清楚制造业这个概念。制造业是将 可用资源(包括能源)通过制造过程，转化为可供人 们使用和利用的工业产品或生活消费品的产业，它 是国民经济的支柱产业，涉及到机械、电子、冶金、 化工、航空、航天、造纸等众多行业，但它同时又是 消耗资源、污染环境的主要行业。所谓的绿色制 造，是指产品从原料冶炼、毛坯制造、材料选择、设 计、生产、包装、使用和维修到报废回收等整个生命 周期过程中，全面考虑环境和资源因素，对资源的 消耗量最少，对环境的污染最小，并使企业经济效 益和社会效益协调优化的现代制造模式。绿色制造技术，指的就是在现有成本控制条件下，确保产品质量和功能不受影响的同时，将生产或者制造对环境和资源的破坏程度降到最低。绿色制造技术贯穿于产品的设计、制造和使用的全过程，在这个周期中要确保符合环境保护的基本要求，将其对资源的破坏程度降到最低，实现资源和能源利用的最优化。在机械制造工艺中，绿色制造工艺主要包括以下几种：（1） 少无切削技术（2） 超高速加工技术（3） 新型刀具技术（4） 快速原型制造技术 2. 绿色制造技术的内容前面已论述到:绿色制造系统的特征目标是追求废弃物最少和环境污染最小,而决定此两个目标的根本因素是资源流。影响制造系统的资源流的因素是多种多样的,因而决定了实施绿色制造涉及的问题和途径是多方面的,归纳起来,绿色制造技术从内容上应包括“五绿”,即绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理等五个方面。在绿色制造实施问题中,绿色设计是关键。比如,Boothroyd在Ford汽车公司发表的报告中指出,尽管设计费用仅占产品全部成本的5%左右,但却决定了80% 90%的产品生命周期的全部消耗。2.1绿色设计绿色设计是在产品及其寿命的全过程的设计中,充分考虑对资源和环境的影响,在充分考虑产品的性能、质量、开发周期和成本的同时,优化各有关设计因素,使得产品及其制造过程对环境的总体负影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计DFE(Design for the Environment)。主要内容如下：2.2绿色材料绿色材料(Green Materials)是指在制备、生产过程中能耗低、噪声小、无毒性并对环境无害的材料和材料制品,也包那些对人类、环境有危害,但采取适当的措施后就可以减少或消除的材料及制成品。绿色制造要求选择材料应遵循以下几个原则:优先选用可再生材料,尽量选用回收材料。提高资源利用率,实现可持续发展;尽量选用低能耗、少污染的材料;尽量选择环境兼容性好的材料及零部件,避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。2.3绿色工艺采用绿色工艺是实现绿色制造的重要一环,绿色工艺与清洁生产密不可分。绿色工艺的实现途径包括:改变原材料投入,有用副产品的利用,回收产品的再利用以及对原材料的就地再利用,特别是在工艺过程中的循环利用;改变生产工艺或制造技术,改善工艺控制,改造原有设备,将原材料消耗量、废物产生量、能源消耗、健康与安全风险以及生态的损坏减少到最低程度;加强对自然资源使用以及空气、土壤、水体和废物排放的环境评价,根据环境负荷的相对尺度,确定其对生物多样性、人体健康、自然资源的影响评价。总之,我们应从生命周期的全过程对绿色工艺进行研究。推行绿色工艺既要从技术入手,更要重视管理和宣传问题。2.4绿色包装、绿色处理选择绿色包装材料作为产品的包装已经成为一个研究的热点。产品的绿色处理(即回收)在其生命周期中占有重要的位置,正是通过各种回收策略,产品的生命周期形成了一个闭合的回路。寿命终了的产品最终通过回收又进入下一个生命周期的循环之中。它们包括重新使用(Reusing)、继续使用(usingion)、重新利用(Reutilization)和继续利用(Utilizin-gon)。为了便于产品的绿色处理,一般在设计中主要考虑产品的材料和结构设计,如采用面向拆卸的设计方法(design for Disassembly,DFD)。拆卸是实现有效回收策略的重要手段。只有拆卸才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用。只有在产品设计的初始阶段就考虑报废后的拆卸问题,才能实现产品最终的高效回收。3.绿色制造的价值本着生态、绿色、可持续发展的理念，对于机械 制造工艺而言，则要求绿色制造的产品必须具备以下几方面的性能：其一，节能；其二，可拆卸和可维修性；其三，产品报废后的可回收和可再利用，将废弃 物减少到最少化、不含有害物质；其四。废弃物的处理过程经济或不会对环境、安全和身体健康造成危害等。 由于绿色制造重视环保，合理且有效地利用自然资源，在机械产品的制造过程中贯彻“以人为本”的理念，具备良好的宜人性，如设备及周围环境的色彩作业空间及位置等要符合人机工程学等原理。 同时绿色制造还保证产品能达到应有的性能和要求，此外，产品具有良好的经济性等，这就使得绿色制造具备重大的经济价值和社会价值。4.绿色制造理念下的三种机械制造工艺根据绿色制造的目标，绿色制造理念下的机械制造工艺可以 分为节约资源型工艺技术、节省能源型工艺技术、环保型工艺技术等。4.1节约资源型的绿色工艺技术节约资源的工艺技术又称低物耗的绿色工艺技术，是指从 设计和工艺着手，简化工艺系统组成，节省原材料消耗的工艺技 术。 它的实现可从设计和工艺两方面着手。在设计方面，采用更 易加工、低耗能、少污染的绿色材料和新犁的刀具材料并通过减 少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计等方法使原材料的利 用率达到最高，在工艺方面，可通过优化毛坯制造技术，优化下 料技术、少无切屑加工技术、干式加工技术、新型特种加T技术等方法来减少加工余龟即减小材料消耗。另外，还要重视机械产品 废弃后的回收利用，使传统的物料运行模式从开放式变为部分闭环式。4.2节省能源型工艺技术节省能源型工艺技术也称低能耗的绿色工艺技术，是指在生产过程中，降低能量损耗的工艺技术。随着地球矿物资源的减少和国际石油的不断波动，节能已是当前的当务之急。企业可以通 过技术改造和工艺改造，采用先进新技术和新工艺，提高能源利 用率，重视低能耗的绿色设备的开发。减少机床材料的用量，优 化机床结构，提高其性能；开发和利用一些可再生的，无污染的 新能源，包括太阳能，天然气。风扇，地热能等新型能源。4.3环保型工艺技术目前的机械制造多是采用去除的加工方式，产生大量的废气 物，既浪费资源，又污染环境。环保型工艺技术即低废弃物的绿 色制造技术，是通过一定的工艺技术，减少或完全消除生产过程 中产生的废液、废气、废渣、噪音等。最有效的方法是在工艺设 计阶段全面考虑。回收利用切削液。回收利用磨屑预防废弃物 的产生，同时增加快速原型制造技术等绿色制造技术。另外，机 械制造容易造成大气污染、水污染、振动污染、噪声污染、热污 染、射频辐射污染、光污染等其中最t要的是大气污染和水污 染。通过改变节能结构和燃烧方式采用集中供热方式来降低空气污染。5. 绿色制造工艺在实际的机械加工中的应用机械制造加工过程中，绿色制造主要在其切削、机床、干加工的实际应用主要体现在以下 3 个方面：1）绿色制造工艺在切削加工中的应用。在机械制造加工过程中，切削液主要起润滑、冷却、清洗以及排屑等作用但在使用过程中，一旦使用超过一定的量后会对环境造成严重污染。绿色制造工艺加工时，需采用绿色的切削加 TT 技术替代切削液，解决其使用带来的污染问题。2）绿色制造工艺在机床加工中的应用。随着社会的不断进步，人们更多追求的是高精度、高效率和绿色化的产品。3）绿色制造工艺在干加工中的应用。绿色机械制造干切削过程中，极易产生大量切削热，对机床的外形造成直接的影响，进而影响到加工精度。5.1绿色切削加工工艺技术切削液在机械加工中起到冷却、润滑、排屑和清洗的作用。但是在机械加工过程中使用的切削液用量过大。大量的切削液会 污染环境。因此，要采用绿色切削加工工艺技术来解决切削液带来的问题。目前国内对绿色切削的研究主要包括卡式切削、低温切 削、绿色湿式切削等几个方面。相信在不久的将来，绿色切削将 是未来绿色制造业的重署组成部分。5.2绿色机床加工工艺技术2l世纪的今天，机械加工只有追求高效率、高精度和绿色化，才能适应社会的发展。这就需要在高效生产的同时，提高零件的加工精度和表面质量，高速机床加下工艺技术可以实现这个要求。由于较高的切削速度、较高的进给速度及较短的换刀等辅助时间，高速机床加工工艺技术通过一次性加工就可以获得高质量 的加工表面，大大提高厂加工效率和质量，满足了机械行、止品 种多、批量大、投资少的要求。5.3干加工机床在进行干切削加丁时，会产生大量的切削热，会直接影响机床外形，影响加工精度。为了避免对机床的热变形影响，必须采用适合该加工工艺的车床，来保证工件加工的精度。为了能有效 带走热量，这类机床结构是完全热对称的，并且应配置循环冷却系统和隔热措施：为了能顺利排屑，床身要计成立轴、倾斜式或 V字形，而且不应有妨碍排屑的凸起的紧固螺栓。机床底座及防 护的设计要考虑铁屑能快速及全部流出。另外，为了保险起见，床身的盖板可以采用双层壁结构来进行隔热。6.与传统的机械制造技术的对比目前的机械制造技术可归纳为两种生产模式：61传统制造技术目前，我国的机械制造技术大多数采用传统制造技术。它是 一个开环生产系统，其典型特征是从自然界获取资源，经提炼处理后成为各种工程材料。在此过程中大量废气、废水、废渣等污染性物质进入环境。在毛坯成型和加工制造过程中同样存在大量 污染问题。对产品设计一般需投入大量的人力物力。在产品的制 造过程中，不仅有大量的废物排放，而且由于生产制造中缺乏柔性，造成设备资源利用上的严重浪费。在产品使用过程中废气、废物、噪声等污染问题仍然是破坏环境的主要因素。特别是在部件和设备损坏后，往往成为废弃物，从而造成资源的极大浪费，同时许多有毒有害无法回收的材料。对人类也会造成极大伤害。6.2绿色制造技术绿色制造技术模式是一种闭环生产系统。它是一种清洁生产方式和废弃物循环利用的生产模式。在这种生产模式下，从原料开采到产品报废的整个产品生命周期中，对材料的回收、利用、处理等伞部过程通盘考虑。在冶炼时考虑废气、废水的彻底净化，在材料选择时预先考虑产品报废时的材料回收重用及处理问题。在绿色生产模式中，这些问题可通过特定的工艺手段和技术 措施在产品的牛命周期各个环节中逐一安排解决。比如在零件的设计和制造中标注出它们材料类型和同收方式的代码，便于成组归类处理，科学管理，做到有效地利用资源。通过以上分析可以看出，绿色制造技术和传统制造技术的主要区别在于后者只是根 据市场需求设计、生产和出售产品，对资源利用、能源消耗和环境污染方面缺少考虑，而绿色制造技术对产品生命周期的全过程进行最优化控制，合理配置资源，最丈限度地减少污染，充分发挥制造系统的功能。绿色制造这种现代化制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。7.绿色制造理念下的机械制造工艺7.1 选择绿色原材料绿色制造所选择的材料既要有良好地适用性能，又要满足制造工艺特性以及与环境有较好地协调性，选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色制造要求选择材料应考虑以下几个原则:（1）优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，提高资源利用率，实现可持续发展;（2）选用原料丰富，低成本，少污染的材料代替价格昂贵，污染大的材料;（3）尽量选择环境兼容性好的材料，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。这样有利于提高产品的回收率，节约资源，减少产品毁弃物，保护生态环境。7.2 采用先进的成型技术（1）少无切削加工技术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。（2）快速成型 RP 技术快速成型（RP-Rapid Prototyping）又叫快速原型制造技术，他是利用三维 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、模具及工装夹具的情况下，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）绿色切削加工技术绿色切削加工技术作为 21 世纪一项新的课题，正得到越来越广泛的重视。虽然干式切削、低温切削、绿色湿式切削等技术还有很多问题需要解决，但它们的优越性正逐渐休现出来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。8. 结论人们已经越来越重视环境污染问题，绿色制造理念在机械行业已经成为热点，同时也是当前机械制造中亟须解决的问题。综上所述，随着绿色制造理念被世界被越来越多的国家和企业所重视，绿色制造理念下的机械制造工艺，除了能够减少机械制造生产过程中对环境造成的污染、资源的浪费，进一步提升资源利用率外，还能够降低企业生产成本，为企业可持续的发展奠定坚实的基础。但在此基础上，绿色制造理念下的机械制造工艺，还需进一步对绿色能源、材料以及设备进行研究，进而实现机械制造业绿色制造的最终目的，进而提升企业的经济以及社会的综合效益。总之，绿色制造理念下的机械制造工艺是与可持续发展的战略相符合的，是顺应未来发展的工艺，是大有可为的行业。因此，应从环保效益和经济效益双赢的角度出发，同时也应该加强对绿色制造理念下机械制造工艺的研究、开发、改进和推广应用力度。参考文献【l】刘飞绿色制造的研究现状与发展趋势 【M】中国机械工程出版社，2012：105 108【2】徐勇军，张彦富，王平绿色制造及其实 施【J】机电工程技术，2016：140142【3】孙建彪发展绿色制造势在必行【J】宁 夏机械，2016：147一149【4】张华,刘飞,梁洁绿色制造的体系结构及其实施中的几个战略问题探讨计算机集成制造系统。【5】Vijay A, Evolving issues in 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