现代制造方法-绿色制造

现代制造方法

——绿色制造机械工程系：陈春何为绿色制造？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不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。绿色制造内涵2个实现目标：一是保护环境,一是最有效地利用有限的资源。全过程控制：在构思、设计、制造、装配、运输、销售、售后服务及产品报废后回收的整个产品周期中每个环节均充分考虑资源和环境问题，以实现最大限度地优化利用资源和减少环境污染。3项具体内容：绿色生产过程、绿色产品和绿色资源。背景制造业给人类带来了前所未有的文明和财富,也带来了严重的环境问题。据统计，制造业每年约产生55亿t无害废物和7亿t的有害废物，其污染物排放量占总量的70%以上。背景地球上的资源是有限的。据专家估计，金、银、铂、锌、铜、钨等贵金属及石油、煤等将于21世纪中期被采完。背景

1992年里约热内卢联合国环境与发展大会提出了可持续发展的新思路。我国制定了《中国21世纪议程》，将环境保护作为我国21世纪可持续发展的核心内容之一，并将采取包括实施“绿色计划”在内的一系列环境保护行动。日本提出面向21世纪的智能制造系统(IMS)研究开发计划中的一个重要研究内容就是清洁制造。美国21世纪战略—敏捷制造也强调企业对社会的正效应。德国“制造2000”战略计划的主要目标之一是清洁制造绿色制造研究的内容1、宜人性尽量减少和消除产品在制造和使用过程中对人体的危害，如电磁辐射、噪音等；采用人机工程学的原理，在产品制造和使用过程中让人感到舒适。绿色制造研究的内容2、节约资源（能源、材料资源和人力资源）所谓节能，就是要求产品的制造和使用较以前能显著地节省能量，能高效率地利用能源。或者是以安全、可靠和取之不尽的能源为基础。如太阳能；所谓节材，就是要求尽量减少使用地球上稀少的矿物材料和与生态环境密切相关的动植物资源；充分利用高度发达的信息技术、通讯技术和计算机技术，最大限度地充分合理地利用包括人力资源在内的各种资源。绿色制造研究的内容3、延长产品的使用周期①提高产品质量②可扩展升级③可重复使用绿色制造研究的内容4、可回收性①产品中所用材料种类尽量简化，这将有利于产品报废后的材料分离工作。②可拆卸设计，因为拆卸和材料分类是产品失效后回收利用的必经之路，可拆卸产品还可减少包装和运输费用。③材料的可重用性，如选用可回收的塑料。绿色制造研究的内容5、清洁性是指产品制造和使用过程中对环境的少无污染性。因此要研究和采用少污染、无污染的制造技术，减少乃至消除制造过程中的“三废”(废气、废液和废物)的排放；同时在产品设计选材时，对那些还无法回收的零件要尽量采用在自然环境中容易分解的材料，如包装材料采用以玉米为原料的生态泡沫塑料，它不存在用后处理问题。绿色制造主要技术1、绿色原材料绿色制造原材料的选择要求设计人员改变传统的选材方法，在满足基本功能的前提下，要考虑具有良好的环境兼容性的材料，尽量选用无毒、低能耗、少污染材料，选用可再生材料及可回收材料,提高资源利用率。绿色制造主要技术2、绿色设计绿色设计是一种全新的设计理念，又称为生态设计、环境设计、生命周期设计。是在产品全部生命周期内，着重考虑产品环境属性(节能性、可拆卸性、长寿命、可回收性、可维护性、可重复利用性等)。要求产品在生命周期的各个阶段并行考虑。绿色制造主要技术3、绿色生产是将绿色设计的思想转化为最终产品的过程，主要包括绿色工艺、绿色生产设备、绿色环境、绿色管理等。绿色生产要求比常规方法能显著地节约能源、节省资源。同时在生产过程中，最大限度地避免或减少对人体的危害，如电磁辐射、噪音、有毒气体、有毒液体对环境的污染。绿色制造主要技术4、绿色包装从环境保护的角度出发，摒弃那些求新立异的消费理念，优化产品包装方案，使得资源消费和废弃物产生最少。实施绿色包装设计，减少包装材料，考虑包装材料的回收、处理和循环利用；使用无毒、无污染、可以再生和降解的材料。使包装做到“3R1D”(Reduce减量化、Refuse回收重用、Recycle循环再生、Degradable可降解)。绿色制造主要技术5、绿色使用充分利用人机工程学的原理，使产品在使用过程中舒适、省力、方便、并且令人愉快，绝对保证使用过程的安全、无污染。绿色制造主要技术6、绿色回收和处理产品的回收处理是个系统工程，从产品设计的开始就要充分考虑这个问题。要采用针对拆卸的设计，考虑回收中的后勤运输问题、回收产品状态的可能变化、一些零件被损害或腐蚀等问题。报废的产品应及时回收、处理。一方面，经拆卸后，零部件可以重新使用，节省了大量原材料；另一方面,也减少了环境污染。因此在产品考虑过程中，要使产品易于拆卸，是不同的材料可以很方便地分离开，以便于循环使用、再生或降解。绿色产品循环图一、绿色设计1、绿色设计概念在产品设计过程中，通过工业设计师充分考虑社会——经济——技术因素，对产品的全寿命周期进行合理的设计，使得产品在实现自身功能的同时，兼顾资源、环境因素以及用户的绿色实用感知因素，实现产品的可持续发展。维护人类地球绿色环境的设计。就是不破坏地球资源、不危害地球环境的设计。系统有序地探索人类产业发展与社会文明的关系，有效合理地缓解高科技下工业化社会与生态环境的冲突，在此基础上进行产品的设计和开发。1、绿色设计概念制止不必要的不合时宜的浪费资源和片面宣传的所谓不断变化和出奇的需求刺激及风格追求。绿色设计要求设计师们从设计伦理学出发，详尽考察研究新产品的生命周期的全过程，考虑新产品在生产全过程以及使用全过程中对自然环境，对人的影响，除此之外还要考虑产品废弃的后果和处理方面是否可行，也就是尽可能鼓励企业生产寿命更长一些的产品和选用那些可以马上再生产或再使用的材料进行生产，以有效地利用地球的资源与能源。1、绿色设计概念一般设计：产品的功能、性能、寿命、成本等技术和经济属性绿色设计：除上述属性外，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。2、绿色设计原则从工业设计的角度谈，设计的物品要尽量符合4R的绿色设计资源回收系统的原则。减量（REDUCTION）重复使用（REUSE）回收（RECYCLING）再生（REGENERATION）2、绿色设计原则减量设计准则在不影响产品功能的前提之下，减少产品的体积和用料。在产品设计时应力求结构之单纯及外观的简单朴实。减少电镀、印刷、烫金，以咬花等方式替代。减少不必要之功能。减少产品制造和使用之能量消耗。2、绿色设计原则重复使用设计原则延长产品寿命，产品外型改变长期化产品功能模组化零件规格化，容易取得，设计易替换零件之结构加強售后服务及维修的体系2、绿色设计原则回收设计准则设计时设计师必須使产品易于拆卸分类原料的使用种类尽量单一化，避免不相容之复合使用最好标示每一种原料，以利于分类再处理、利用产品的回收及再利用是绿色设计步骤之最后一道防线，所以产品应设计成具有易回收或再利用的特性。2、绿色设计原则再生设计原则简化表面加工程序尽量多使用二次回收料多利用回收材特性于新产品设计2、绿色设计原则设计的要点：在新产品设计中尽可能节省材料。在产品设计中选用可以再生或是易于再生的原材料。在产品设计中，尽最大可能避免使用危害环境的材料或不易回收再生产的材料。在产品设计中需考虑工艺生产过程与家庭消费使用中的节能问题。所设计的产品是否可以重复使用。新产品设计必须是健康的、安全的、与环境融洽的生命周期长的设计。绿色设计中的材料选择准则序号准则内容1材料相容性2提高材料的利用率3尽量选择绿色材料和可再生材料4采用清洁型可再生能源5材料能量利用率最高6材料生命周期的排放最小7材料的毒性最小……面向制造阶段的绿色设计准则序号准则内容1改善构件的承载能力2合理设计机械运动方案3机械装置的轻型化设计4按照节材原则进行工艺设计5选择恰当的工艺参数、设备6尽量采用无毒无害的原材料7适度自动化加工……面向包装运输的绿色设计准则序号准则内容1通过包装结构设计，减少包装物数量2包装设计中使用回收标志、不同颜色或辅助辨识系统，增强包装物的回收3尽量选用易于回收的材料4尽量使用回收得到的材料5避免过度包装6包装物的重用和重新装填7包装体上设计一些易于搬运的结构……面向使用维护的绿色设计准则序号准则内容1减小运动部件的质量2减少运动副之间的摩擦3改进传动系统，提高传动效率4采用节能控制，如变频、模糊控制等5选择绝热材料减少散热和蓄热损失6进行合理的寿命设计（长寿命设计、均衡寿命设计）7进行维修性设计……面向拆卸回收的绿色设计准则序号准则内容1尽量使用标准件和通用件2通过零部件合并，减少零部件数量3尽量使用兼容性能好的材料组合4尽量减少联接件的数量和类型5尽量使用易拆卸或易破坏的联接方式6尽量使用简单的拆卸路线7设计合理的拆卸基准……3、绿色生命周期设计绿色生命周期设计各阶段所需考虑的要点生产阶段:设计师可以透过改良产品功能、运用较佳的科技、选择适当的材料和表面处理的手段，将环境影响减少到最低的程度。运输阶段:设计师可藉由减轻产品重量、减少产品体积、选择使用最少有害材料和制造的包装材料等方法，有效减轻运输阶段问题。3、绿色生命周期设计使用阶段:设计师应运用其丰富的创造力，设计能解决使用时能源消耗过大与垃圾量增加的产品。再生阶段:设计师可藉由节省材料、延长产品寿命、易于支解回收和再生利用的零组件设计，避免不必要的环境伤害。4、产品永续设计策略短程策略(绿色生命周期设计)以現有的产品与服务在设计。产品的重新设计主要着重在制造程序的改善。具体原则有強调耐用运用[洁净技术]减少能源使用只使用较少毒性物质运用绿色生命周期评估(LCA)4、产品永续设计策略中程策略(绿色功能设计)以提供环保效益的新产品与服务。利:创新产品強调环保品质的保证，同时增加市场竞争力。弊:高度创新产品与服务，其接受程度也可能在市场中产生风险。具体原则有重新定义满足需求的方式多方了解技术可行性原理导入系统运作強调多功能特性4、产品永续设计策略长期策略(绿色系统设计)以系统服务达到环保效益。期望建立全面[系统架构]，发展新的需求，则更能符合环保效益。具体原则有设计出产品可符合使用习惯并改变行为鼓励使用更少量的产品強调服务着重系统发展5、绿色设计发展的主要技术永生设计宗旨:延续产品生命周期。具体原则考虑产品适当的使用环境选择最合适的原料材料要求产品的坚固耐用与造型美观不退流行以最简单的功能方式减少故障延长产品使用寿命5、绿色设计发展的主要技术模组化设计主旨:使产品之维修与替换更容易，故障排除快速提升产品使用年限。5、绿色设计发展的主要技术易维修之设计主旨:简化拆解工作，使不同的材料以快速的分门別类，在考虑过每一组件设计原则后，整个产品应检查每一项要求是否有达到标准。

具体原则减少零件数目减少材料种类避免使用胶合扣件材料统一5、绿色设计发展的主要技术分离扣应显而易見，易操作拆解轴操作方向应一致考虑手工拆解的可能性与难易度事先设定零件的拆解程序从下而上组装连接卡应标准化5、绿色设计发展的主要技术多功能设计主旨:同样体积、用料及成本，通过产品设计适时的增加产品功能，提升产品的附加价值5、绿色设计发展的主要技术材料使用单一化设计产品生命周期最后阶段所需考虑的设计，是为产品废弃回收流程所做的一种体贴设计，这样的设计有利于产品的分解回收，节省回收的成本与能源的花費。5、绿色设计发展的主要技术回收再生设计产品回收处理过后，零组件即可在被使用，按其回收的特性加以利用，通过创新设计方法使产品重现再生价值。二、绿色制造工艺什么是绿色制造工艺绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标是对资源的合理利用，节约成本，降低对环境造成的污染。根据这个目标可将绿色制造工艺划分为三种类型：节约资源的工艺技术、节省能源的工艺技术、环保型工艺技术。什么是节约资源的工艺技术节约资源的工艺技术是指在生产过程中简化工艺系统组成、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，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、新型特种加工技术等方法减小材料消耗。什么是节省能源的工艺技术节省能源的工艺技术是指在生产过程中，降低能量损耗的工艺技术。目前采用的方法主要有减磨、降耗或采用低能耗工艺等。什么是环保型工艺技术环保型工艺技术是指通过一定的工艺技术，使生产过程中产生的废液、废气、废渣、噪声等对环境和操作者有影响或危害的物质尽可能减少或完全消除。目前最有效的方法是在工艺设计阶段全面考虑，积极预防污染的产生，同时增加末端治理技术。绿色制造工艺技术具体内容干式加工在机械加工中，绿色制造工艺技术主要是在切削和磨削上采用干切削和干磨削的方法来进行加工。干式加工是在加工过程中不采用切削液的一种加工方法。冷却液作用在加工过程中经常要用到冷却液。它们可降低刀具磨损；散掉工件和机床上的热量，帮助排屑，并去除附在工件、刀具和设备上的切削残留物。总而言之，它们是保证平稳制造工艺的一个重要前提。制造成本在生产加工中的分配情况干切削干切削加工方法有很多种，如干车削、干铣削、干钻削、干式螺纹加工、干式齿轮加工等。其中干车削是研究和应用最多的一种加工方法。如美国一家公司在加工丝杠时，采用超硬刀具进行旋风铣削加工，以硬旋风铣削取代软车削和精磨工序，明显提高了金属切除率，加工时间由原170工时减少为1.75h，提高效率近1000倍。干切削干切削干切削干磨削在磨削中不使用切削液,如强冷风磨削干式加工关键技术1刀具技术干式加工要求刀具材料要具有很高的红硬性和热韧性，良好的耐磨性，耐热冲击和抗粘结性现在立方氮化硼（CBN），聚晶金刚石（PCD），超细晶粒硬质合金等超硬材料已经广泛应用于干切削。高速钢和硬质合金经过PVD涂层处理后也可以用于干切削。在对刀具的几何参数和结构设计时，要满足干切削对断屑和排屑的要求。干式加工关键技术2机床技术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，带走切削热量，并在结构上良好的隔热措施。干式加工关键技术3工艺技术要实现干切削，工件材料在很大程度起着决定性的作用。半干式加工将干、湿加工的优点结合，既能够达到加工要求，又能够使切削液的费用降到最低，达到与干切削相同的要求，这种切削方式称为准干式切削。准干式切削是一种介于湿式切削和纯干式切削之间的一种切削方式。一般湿式切削时切削液消耗量可能在5l/min以上，而准干式切削时切削液消耗量可能在50ml/h以下。半干式加工半干式加工相关技术半干式加工“汽束”喷雾冷却切削就是目前应用较多的一种半干式切削方式。在切削时采用一定压力（0.3~1MPa）的压缩空气使微量切削液（50~125）ml/h雾化，并以高速喷向切削区，使在该区域高温下呈雾化状态的切削液很快汽化，由于液体在汽化时会吸收大量热量，因而可使切削区域内的热量大幅度下降，使工件变形很小，所产生的切屑通过重力作用落入切削区域下方的收集区内。半干