朱躍峰

（1.合肥工業(yè)大學 機械與汽車學院，安徽 合肥 230009；2.開封大學 機械與汽車工程學院，河南 開封 475004）

人類社會進入21世紀后，與自然的協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展已成為時代的主題.一方面，制造業(yè)已成為創(chuàng)造人類財富的支柱產業(yè)，是人類社會物質文明和精神文明的基礎.另一方面，在將制造資源轉變?yōu)楫a品的制造過程中和產品的使用和處理過程中，消耗了大量有限的資源并對環(huán)境造成了嚴重的污染.如何使制造業(yè)減少資源消耗和盡可能少地產生環(huán)境污染是21世紀制造業(yè)面臨的重大問題之一.于是，一個新的制造模式——綠色制造，由此產生.綠色制造又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造、生態(tài)制造等，是指在保證產品功能、質量的前提下，綜合考慮環(huán)境影響、資源利用效率的現(xiàn)代制造模式，它借助各種先進技術使產品在設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢及回收處理的整個生命周期中不產生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，資源利用率最高，能源消耗最低，實現(xiàn)企業(yè)經濟效益與社會效益的協(xié)調優(yōu)化.

作為在國民經濟中占據(jù)重要地位的空氣分離設備（簡稱空分設備）行業(yè)，引入綠色制造技術，對于該行業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展具有重大意義.在空分設備備件制造中，采用綠色制造工藝技術，首先要技術上可行，其次要滿足環(huán)境法規(guī)要求，具有良好的環(huán)境性能，第三要有較好的經濟性，并力爭實現(xiàn)三個效益的統(tǒng)一.

1 采用低物耗的綠色制造技術

原材料(尤其是一些不可再生的金屬材料)的大量消耗,將不利于空分設備行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,因此應積極推廣資源消耗少的綠色技術.也就是在備件制造中,優(yōu)化工藝方案,采用先進的加工技術,盡量節(jié)約原材料，具體可采取以下綠色工藝技術：

1.1 綠色材料

綠色設計與制造所選擇的材料既要有良好的使用功能,又要與環(huán)境有較好的協(xié)調性.這樣,可改善空分設備產品的功能,簡化結構,減少所用材料的種類.可以選用易加工的材料,低能耗、少污染的材料,可回收重用的材料(如鋁材料).同時采用天然可再生材料(如柳條、竹類、麻類木材等)用于產品或備件的外包裝.

1.2 精密成形技術

隨著新技術、新工藝的發(fā)展,精鑄、精鍛、冷擠壓等成型技術和工程塑料在機械制造中的應用日趨成熟,不僅可以節(jié)約傳統(tǒng)毛坯制造時的能耗,而且也能大大減少機械加工量,有些成形件(如精鍛的齒輪精度可達7級)不需要機械加工就可直接使用.

1.3 節(jié)水型制造技術

水是一種既常見又寶貴的資源,在空分設備備件制造中起著重要的作用.但由于我國北方和西北缺水,從綠色可持續(xù)發(fā)展的角度,應積極探討節(jié)水型制造的新工藝.干式切削就是一例,它可消除在機加工時使用切削液所帶來的負面效應,是理想的機械加工綠色工藝(歐洲有半數(shù)的企業(yè)已采用干式切削).它的應用不局限于鑄鐵的干洗削,也可擴展到機加工的其他方面,但要有其特定的邊界條件,如要求刀具有高的耐熱性、耐磨性和良好的化學穩(wěn)定性,機床則要高速切削,并有冷風、吸塵等裝置.

1.4 減少加工余量

若備件的毛坯粗糙,機加工余量較大,不僅消耗較多的原材料,而且生產效率低下.因此,有條件的地區(qū)或企業(yè)可組織專業(yè)化毛坯制造,提高毛坯精度.

1.5 無屑加工技術

對銅、鋁等非鐵金屬零件上的孔,采用擠光刀進行擠光加工,可提高孔的耐磨性,降低表面粗糙度,同時也可以不產生切屑,減少了材料的消耗.

1.6 采用新型刀具材料

減少刀具(尤其是復雜、貴重刀具)材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要方面,對此可優(yōu)化刀具幾何參數(shù),采用新型涂層刀具,提高刀具壽命.

2 低能耗的綠色制造技術

空分設備備件制造業(yè)每年都要消耗大量的動力、能源,隨著地球上礦物資源的減少和近期國際市場石油價格的不斷波動,節(jié)能降耗已是當務之急,因此可采取以下綠色技術：

2.1 大力提高各類能源利用率

加快節(jié)能技改,提高能源利用率,采用節(jié)能型電機、風機,淘汰能耗大的老式機床.許多舊設備效率低、能耗高、性能落后，對這些設備進行更新、改造，不僅可提高效率、減少能耗，而且能為企業(yè)節(jié)約成本.

2.2 工藝節(jié)能

改變傳統(tǒng)加工中能耗大的機械加工工藝,采用先進的節(jié)能新工藝,如高速切削.高速加工具有切削力小、散熱快、加工過程穩(wěn)定性好等優(yōu)點，高速切削技術與干切削技術的有機結合，將獲得生產效率高、加工質量好和無環(huán)境污染等多重利益.

2.3 通過管理節(jié)能

加強空分設備企業(yè)的設備管理,堵塞“滴、漏、跑、冒”現(xiàn)象,及時調整設備負荷,避免設備空車運轉等不必要的浪費.

2.4 采用綠色設備

隨著綠色技術的深入,機械制造裝備將向著低能耗,與環(huán)境相協(xié)調的綠色設備方向發(fā)展,出現(xiàn)了干式切削加工機床、強冷風磨削機床等.綠色設備減少了機床材料的用量,優(yōu)化了機床結構,提高了機床效率,不使用對人和生產環(huán)境有害的冷卻介質.

3 廢棄物少的綠色制造技術

空分設備備件在機械制造過程中,產生了諸如冒口、型砂、廢鍛坯、切屑、廢液等廢棄物,既浪費了資源,又污染了環(huán)境,必須加以處理.

3.1 降低廢品率

機械加工中的廢品來源于毛坯成形、機加工、檢驗、裝配等環(huán)節(jié).針對不同的加工階段，應采取相應的措施,如提高材料成形技術、減少鑄鍛件廢品;嚴格機加工規(guī)程,精心操作,必要時采取補焊等補救措施;采取分組、修配等多種裝配工藝,減少廢品率.

3.2 磨屑二次資源利用

切屑的回收回爐再利用,是眾所周知的.在磨削中,磨屑的處理較為棘手,但如果采用了干式磨削,磨屑處理則較為方便.由于CBN砂輪的磨料是立方氮化硼,砂輪的磨削比高,磨屑中很少有砂輪的微粒,磨屑純度很高,可通過一定的裝置,搜集被加工材料的磨粒,作為二次資源利用.

3.3 快速成形技術

應用材料堆積成形的原理,輔以光、電、熱等手段,將零件的三維圖形通過固化、粘結、燒結、熔結等方式,快速地實現(xiàn)材料的遷移、堆積,實時制造出零件的原形,突破了傳統(tǒng)機加工去除材料的方法,已在模具、微型機械零件的快速成形中得到應用.RP(Rapid Prototyping)能較好地適應備件制造的多品種、小規(guī)模、快速成形的要求，成形機占地面積小，樣件材料獲取方便，資源能源消耗量不大，與環(huán)境有良好的協(xié)調性，此外也可避免電火花或機床加工時所產生的作業(yè)環(huán)境污染，適合于綠色制造.

4 低噪聲的綠色制造技術

空分設備行業(yè)由于鍛造、沖壓、電動機、切削、傳動等因素,產生了大量的噪聲,將損害工人的作業(yè)效率,易造成操作失誤.綠色制造對噪聲也有一定的要求,為此應從以下方面進行改進：

（1）改進機械設計和傳動：選用發(fā)聲小的材料來制造機件,改進傳動裝置和采用低噪聲設備;提高回轉件的動平衡,減少機械振動,避免振動部件與容易輻射噪聲的機件直接相連,采用軟連接等方式降低噪聲.

（2）加強設備管理:及時維護和潤滑設備,使設備運行良好,避免設備運行不正常所引起的噪聲.

（3）改進工藝及操作方式：如用液壓代替鍛壓,用焊接代替鉚接等.

（4）在某些車間和工段,讓高噪聲設備盡可能遠離噪聲敏感區(qū),把噪聲非敏感方向朝向噪聲源.

（5）在傳播途徑上采取吸聲、隔聲、減振和消聲等具體措施.

總之，空分設備行業(yè)采用備件綠色制造工藝技術，是實施制造業(yè)環(huán)境污染源頭控制的關鍵途徑，是國際制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢，是21世紀制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路.

〔1〕劉光復,劉志峰.綠色制造[M].北京:中國科學文化出版社,1999.

〔2〕劉飛,曹華軍,張華,等.綠色制造的理論與技術[M].北京:科學出版社,2005.

〔3〕何慶.綠色設備管理與維修[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.