机床制造业的节能减排

机床制造业的节能减排陈亚宁【摘要】机床行业节能减排、绿色制造要抓住制造过程中高耗能环节，低应力铸铁、铸态球墨铸铁，消失模，振动时效，机床再制造等是机床行业节能减排应采取的重要技术和手段.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷)，期】2011(000)003【总页数】2页(P60-61)【关键词】节能减排;低应力铸铁;消失模;振动时效;再制造【作者】陈亚宁【作者单位】南京数控机床有限公司，江苏南京,211100【正文语种】中文【中图分类】工业技术•机械制造与研究•陈亚宁•机~制造业的节能减排舰廉制造业的节能减鳞s'陈亚宁(南京数控机床有限公司，江苏南京211100)摘要：机床行业节能减排、绿色制造要抓住制造过程中高耗能环节，低应力铸铁、铸态球墨铸铁，消失模，振动时效，机床再制造等是机床行业节能减排应采取的重要技术和手段。关键词：节能减排；低应力铸铁；消失模；振动时效；再制造中图分类号：TH-9文献标志码:B文章编号：“71-5276(2011)03拍60--02EnergySavingandEmissionReductionintheMachineToolIndustryCHENYa-ning(NanjingCNCMachineToolCo.,Ltd.,Nanjing211100,China)Abstract:Thekeyfortheenergy-savingemissionreductionandgreenmanufacturinginthemachinetoolindustrymustbefocusedonthehighenergyconsumingprocesses.Lowstresscastiron,nodularcastironascastcondition,evanescentmodel,vibrationagingandreproducingmachinetoolarethemostimpo『tanttechnologyandmethod.Keywords:energysavingandemissionreduction;lowstresscastiron;evanescentmodel;vibrationaging;reproducing。前言2010是实施■一五规划的最后一年，中央反复强调要着力抓好节能减排工作，但因受诸多因素的制约，许多机床企业节能减排效果并不理想。那种延用粗放式的制造模式已不适应企业的可持续发展。因此只有不断创新，积极探索节能、降耗、少污染的制造工艺技术，才能适应社会可持续发展的需要。通常，机床行业节能减排主要靠产品结构调整、技术进步和加强管理三个途径来实现。其中产品结构调整是涉及面较广的一项长期任务，管理节能也要日积月累，很a难一蹦而就，但通过技术进步，节能减排的效果却可在较短的时间内呈现出来。)机床制造过程较为复杂。涉及到铸件毛坯准备、冷热加工、装配调试等几十道工序。能源消耗、废气物及排放也贯穿于整个制造过程，如果控制住高耗能环节的能耗也就抓住了机床生产过程中节能减排的重点，达到了事半功倍的效果。铸造是机床行业的首道工序，也是高能耗、高污染的工序之一，中国已成为铸造大国，正处在高速增长阶段。但多数工厂规模小，一般技术和管理比较落后，铸件技术含量低，生产能耗比较大，难以采用新工艺、新材料和新设备，劳动条件和环境保护也难以得到应有的改善。因此应在铸造工艺上采取行之有效的技术进步措施。1推广应用低应力铸铁件、铸态球铁件机床生产对铸件的要求较高，高强度低应力是保证机床精度的前提，大部分企业仍采用铸后回火、二次加工回火等工艺技术，消耗了大量的能源。铸件的铸后热时效能耗每吨铸件40-100kg标煤，球墨铸铁退火、正火能耗100-180kg标煤，而低应力铸铁、铸态球墨铸铁应力很低，无需铸后热时效，节能效果明显。低应力铸铁在国外研究较早，我国起步于20世纪20年代。较为成熟的低应力铸铁有密烘铸铁，其组织均匀、致密、残余应力低，自身强度高。高硅碳比值（SI/C）低应力铸铁，在碳含量相同的的前提下，适当提高（SI/C）值，抗拉强度提高，残余应力降低，可省略铸后的时效。目前我厂已成熟地应用了低应力铸铁技术，既节约了大量能源，降低了能耗，同时机床精度保持性非常高，受到了用户的广泛称赞。铸态球墨铸铁技术也已成熟，并在各个行业大量应用，由于铸态球铁生产省去了退火，正火处理程序，节约了能源，避免了因高温处理步来的商温变形、氧化等缺陷，减少了能源、人力戚本，缩短了生产周期，因而该项技术的应用对机床行业的节能减排有着较大的意义。2消失模技术消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。与传统铸造技术相比，消失模铸造是一种几乎没有加工余量且能精确成型的加工工艺。铸件尺寸精度可达CTI-9，加工余£1最多I.5-2mm，可大大减少机械加工的能耗和费用，同时由于精度高，加工余量少，毛坯铸件质盘降低，能源消耗、材料消起均大为减少，铸件成本显著降低。且结构形状不受铸造工艺的限制，为产品设计制作者简介：陈亚宁（1956—），男，江苏海安人，高级工程师，学士，主要研究精密机械设计与制造。•60-http://ZZHD..enE-mail:ZZHD@chainajoumal.nel.en《机械制造与自动化｝s‘陈亚宁（南京数控机床有限公司，江苏南京211100）要：机床行业节能减排、绿色制造要抓住制造过程中高耗能环节，低应力铸铁、铸态球墨铸铁，消失模，振动时效，机床再制造等是机床行业节能减排应采取的重要技术和手段。关键词：节能减排；低应力铸铁；消失模；振动时效；再制造EnergySavingandEmissionReductionintheMachineToolIndustryCHENYa-ningNanjingCNCMachineToolCo.,Ltd.,Nanjing211100,China)Abstract:Thekeyfortheenergy-savingemissionreductionandgreenmanufacturinginthemachinetoolindustrymustbefocusedonthehighenergyconsumingprocesses.Lowstresscastiron,nodularcastironascastcondition,evanescentmodel,vibrationagingandreproducingmachinetoolarethemostimpo『tanttechnologyandmethod.Keywords:energysavingandemissionreduction;lowstresscastiron;evanescentmodel;vibrationaging;reproducing。前言2010是实施■一五规划的最后一年，中央反复强调要着力抓好节能减排工作，但因受诸多因素的制约，许多机床企业节能减排效果并不理想。那种延用粗放式的制造模式已不适应企业的可持续发展。因此只有不断创新，积极探索节能、降耗、少污染的制造工艺技术，才能适应社会可持续发展的需要。通常，机床行业节能减排主要靠产品结构调整、技术进步和加强管理三个途径来实现。其中产品结构调整是涉及面较广的一项长期任务，管理节能也要日积月累，很a机床制造过程较为复杂。涉及到铸件毛坯准备、冷热加工、装配调试等几十道工序。能源消耗、废气物及排放也贯穿于整个制造过程，如果控制住高耗能环节的能耗也就抓住了机床生产过程中节能减排的重点，达到了事半功倍的效果。铸造是机床行业的首道工序，也是高能耗、高污染的工序之一，中国已成为铸造大国，正处在高速增长阶段。但多数工厂规模小，一般技术和管理比较落后，铸件技术含量低，生产能耗比较大，难以采用新工艺、新材料和新设备，劳动条件和环境保护也难以得到应有的改善。因此应在铸造工艺上采取行之有效的技术进步措施。推广应用低应力铸铁件、铸态球铁件机床生产对铸件的要求较高，高强度低应力是保证机床精度的前提，大部分企业仍采用铸后回火、二次加工回火等工艺技术，消耗了大量的能源。铸件的铸后热时效能耗每吨铸件40-100kg标煤，球墨铸铁退火、正火能耗100-180kg标煤，而低应力铸铁、铸态球墨铸铁应力很低，无需铸后热时效，节能效果明显。低应力铸铁在国外研究较早，我国起步于20世纪20年代。较为成熟的低应力铸铁有密烘铸铁，其组织均匀、致密、残余应力低，自身强度高。高硅碳比值（SI/C）低应力铸铁，在碳含量相同的的前提下，适当提高（SI/C）值，抗拉强度提高，残余应力降低，可省略铸后的时效。目前我厂已成熟地应用了低应力铸铁技术，既节约了大量能源，降低了能耗，同时机床精度保持性非常高，受到了用户的广泛称赞。铸态球墨铸铁技术也已成熟，并在各个行业大量应用，由于铸态球铁生产省去了退火，正火处理程序，节约了能源，避免了因高温处理步来的商温变形、氧化等缺陷，减少了能源、人力戚本，缩短了生产周期，因而该项技术的应用对机床行业的节能减排有着较大的意义。消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。与传统铸造技术相比，消失模铸造是一种几乎没有加工余量且能精确成型的加工工艺。铸件尺寸精度可达CTI-9，加工余£1最多I.5-2mm，可大大减少机械加工的能耗和费用，同时由于精度高，加工余量少，毛坯铸件质盘降低，能源消耗、材料消起均大为减少，铸件成本显著降低。且结构形状不受铸造工艺的限制，为产品设计制・60-http://ZZHD..enE-mail:ZZHD@chainajoumal.nel.en《机械制造与自动化｝•机械制造与研究•陈亚宁•机床制造业的节能减排造提供了广泛的自由度。现代机床生产个性化很强，多品种、小批量是大型高端产品的生产特点。消失模技术应用在机床制造业大有可为，采用消失模技术既节约了大量木材资源，又缩短了生产周期，实为机床制造业的一次重要的创新技术。’‘3振动时效技术振动时效的实质是通过振动的形式给工件施加一个动应力，当动应力与工件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的微观屈服极限时，工件就会发生微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应力，最终达到防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸与几何精度的目的。机床零件在铸造、锻压、焊接、切削加工工艺过程中，由于受力和受热不均匀，其内部会产生不同的残余应力。传统的消除残余应力的方法是热时效或自然时效。自然时效周期太长，一般要1~2年，生产效率低下，长期占用场地，不适合大批量生产。热时效能耗高，污染环境，且炉温控制难度大，工件易氧化，时效需要l~2天。而振动时效的显著优点是节能环保，降低戚本，与热时效相比可节约成本90%,节能95%，节约投资90%以上。振动时效效率高，一般工件不超过lh，而且设备较轻，工艺简单，适应性强。铸后时效和粗加工二次时效均可采用振动时效。振动时效技术应用多年，已日渐成熟，特别是在采用了频谱谐波振动时效技术，使振动时效的效果更趋完善。频谱谐波技术不再沿用原有的扫频方式，而对工件进行频谱分析找出几十种谐波频率，选择消除工件残余应力效果最佳的5种不同振型的谐波进行时效处理达到多维消除应力的目的。频谱谐波方式不论工件大小、频率和刚性高低、材料特性如何，均能够处理亚共振无法处理的工件。满足高精度处理工件的要求，大大降低了应用的门槛。4’机床再制造技术J机床再制造目前已被公认为是节约能源和原材料的绿色生产方式。近年来，国家对机床再制造越来越重视，机床再制造是通过对已达到使用寿命年限的产品的修复、改造后使其达到甚至超过原型产品性能的加工过程，实现资源循环利用和机床能力综合提升的机床制造新模式。再制造是一个非常完整的体系，在这个体系下，不等这个设备报废就有计划、有目的地送到指定的再制造中心，不让其成为垃圾。在机械制造领域，考虑到各个部件的可拆卸，可回收，有意识地按不同种类，不同金属构成的零部件，用特殊的方法组装，以至于某个部件出现问题时，可快捷地更换，省时省力，达到资源、充分、合理利用的目的，实现真正意义上的节能减排。〃十一五”期间，国家科技支撑计划安排了〃机床再制造关键技术与应用”项目，该项目根据我国制造企业装备落后的现状，重点围绕废旧机床综合测试与再制造方案设计、环境友好性改进、零部件绿色修复处理、节能化提升、信息化提升等关键技术进行研究，为我国机床再制造的深入开展提供关键技术支撑。南京工业大学、重庆机床厂在大型机床数控化再制造方面取得了一系列技术创新成果，且经济效益、社会效益显著，既满足了我国制造业的发展需要，又实现了资源节约和再利用。5结论节能减排实现绿色低碳经济，在具体实施科技进步、技术创新举措过程中，还有许多工作要傲，除了积极寻求国家政策方面的引导和扶持外，还要寻求与大学、科研机构的通力合作，努力缩短研发、技术创新与企业实际需求的差距，以点带面，不断提高企业在可持续发展中的竞争力，为圆满完成〃十二五”节能减排的目标任务作贡献。参考文献：[I]胡在矶，信晋浩，张照军，振动时效和热时效的特性对比[J].铸造技术，2000（03）.[2]北京翔博科技有限责任公司发明的频谱谐波时效技术（专利号：ZI2005I0092985.6）.[3]崔春芳，邓宏远，赵琦消失模铸造技术及应用实例[M].北京：机械工业出版社，2007.[4]楼易低应力机床铸铁件取消人工时效工艺的铸造应力测试与控制技术[J].机电工程，且996（03）.[5）孙字字低应力高强度铸铁生产机床床身件[J].现代铸铁，1995（4）.[6]徐滨士.再制造与循环经济[M].北京：科学出版社，2007.收稿日期：2010-12-9II.\JI:.\JI\IL\JL\JL\IL\II.\JL\且A且A且IL\IL\IL\11:.\IL\IL\IL\IL\IL\IL\IL\IL\IL\JI:.\IL\JI:.\JI:.\IL\..&.'\.&'\JI:.\IL\IL\IL\IL\II.\IL\JL\IL\IL\II.\JI:.\IL\IL\IL\JI:.\IL\JI:.\IL\IL\JI:.\IL\IL\JI:.\JI:.\且II.\II.\II.\II.\II.\SII.\JI:.\IL\JI:.\JI:.\IL\..&'\且且 晶晶晶~夹子交模刊物自B雪地址的通知〈札板，创造1j1与动也〉杂志编辑部已于2006年5月7日由南京市莫愁路搬迁至南京市珠江路。凡与我刊建立了期刊交换关系的编辑部（杂志社），请按下述地址:江苏省南京市珠江路280号珠江大厦1903室（邮政编码：210018）,将贵刊邮寄至本刊编辑部收，特此告知。MachineBuilding&A11tomatior1,]rm201I,40(3):60-61札梳创造与台动化〉杂志编辑部2009年6月・61・造提供了广泛的自由度。现代机床生产个性化很强，多品种、小批量是大型高端产品的生产特点。消失模技术应用在机床制造业大有可为，采用消失模技术既节约了大量木材资源，又缩短了生产周期，实为机床制造业的一次重要的创新技术。振动时效的实质是通过振动的形式给工件施加一个动应力，当动应力与工件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的微观屈服极限时，工件就会发生微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应力，最终达到防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸与几何精度的目的。机床零件在铸造、锻压、焊接、切削加工工艺过程中，由于受力和受热不均匀，其内部会产生不同的残余应力。传统的消除残余应力的方法是热时效或自然时效。自然时效周期太长，一般要1~2年，生产效率低下，长期占用场地，不适合大批量生产。热时效能耗高，污染环境，且炉温控制难度大，工件易氧化，时效需要l~2而振动时效的显著优点是节能环保，降低戚本，与热时效相比可节约成本90%，节能95%,节约投资90%以上。振动时效效率高，一般工件不超过lh，而且设备较轻，工艺简单，适应性强。铸后时效和粗加工二次时效均可采用振动时效。振动时效技术应用多年，已日渐成熟，特别是在采用了频谱谐波振动时效技术，使振动时效的效果更趋完善。频谱谐波技术不再沿用原有的扫频方式，而对工件进行频谱分析找出几十种谐波频率，选择消除工件残余应力效果最佳的5种不同振型的谐波进行时效处理达到多维消除应力的目的。频谱谐波方式不论工件大小、频率和刚性高低、材料特性如何，均能够处理亚共振无法处理的工件。满足高精度处理工件的要求，大大降低了应用的门槛。4’机床再制造技术机床再制造目前已被公认为是节约能源和原材料的绿色生产方式。近年来，国家对机床再制造越来越重视，机床再制造是通过对已达到使用寿命年限的产品的修复、改造后使其达到甚至超过原型产品性能的加工过程，实现资源循环利用和机床能力综合提升的机床制造新模式。再制造是一个非常完整的体系，在这个体系下，不等这个设备报废就有计划、有目的地送到指定的再制造中心，不让其成为垃圾。在机械制造领域，考虑到各个部件的可拆卸，可回收，有意识地按不同种类，不同金属构成的零部件，用特殊的方法组装，以至于某个部件出现问题时，可快捷地更换，省时省力，达到资源、充分、合理利用的目的，实现真正意义上的节能减排。〃十一五”期间，国家科技支撑计划安排了“机床再制造关键技术与应用”项目，该项目根据我国制造企业装备落后的现状，重点围绕废旧机床综合测试与再制造方案设计、环境友好性改进、零部件绿色修复处理、节能化提升、信息化提升等关键技术进行研究，为我国机床再制造的深入开展提供关键技术支撑。南京工业大学、重庆机床厂在大型机床数控化再制造方面取得了一系列技术创新成果，且经济效益、社会效益显著，既满足了我国制造业的发展需要，又实