空分设备备件绿色制造工艺技术研究

朱跃峰

（1.合肥工业大学 机械与汽车学院，安徽 合肥 230009；2.开封大学 机械与汽车工程学院，河南 开封 475004）

摘要：本文介绍了在绿色制造概念下的空分设备备件的绿色制造工艺技术，强调了基于低物耗、低能耗、废弃物少、低噪声等思路下的具体绿色制造工艺技术措施.

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关键词 ：空分设备备件；绿色制造；绿色制造工艺技术

中图分类号：TQ116文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0017-02

人类社会进入21世纪后，与自然的协调、可持续发展已成为时代的主题.一方面，制造业已成为创造人类财富的支柱产业，是人类社会物质文明和精神文明的基础.另一方面，在将制造资源转变为产品的制造过程中和产品的使用和处理过程中，消耗了大量有限的资源并对环境造成了严重的污染.如何使制造业减少资源消耗和尽可能少地产生环境污染是21世纪制造业面临的重大问题之一.于是，一个新的制造模式——绿色制造，由此产生.绿色制造又称环境意识制造、面向环境的制造、生态制造等，是指在保证产品功能、质量的前提下，综合考虑环境影响、资源利用效率的现代制造模式，它借助各种先进技术使产品在设计、制造、包装、运输、使用到报废及回收处理的整个生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，资源利用率最高，能源消耗最低，实现企业经济效益与社会效益的协调优化.

作为在国民经济中占据重要地位的空气分离设备（简称空分设备）行业，引入绿色制造技术，对于该行业未来可持续发展具有重大意义.在空分设备备件制造中，采用绿色制造工艺技术，首先要技术上可行，其次要满足环境法规要求，具有良好的环境性能，第三要有较好的经济性，并力争实现三个效益的统一.

1 采用低物耗的绿色制造技术

原材料(尤其是一些不可再生的金属材料)的大量消耗,将不利于空分设备行业的可持续发展,因此应积极推广资源消耗少的绿色技术.也就是在备件制造中,优化工艺方案,采用先进的加工技术,尽量节约原材料，具体可采取以下绿色工艺技术：

1.1 绿色材料

绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的使用功能,又要与环境有较好的协调性.这样,可改善空分设备产品的功能,简化结构,减少所用材料的种类.可以选用易加工的材料,低能耗、少污染的材料,可回收重用的材料(如铝材料).同时采用天然可再生材料(如柳条、竹类、麻类木材等)用于产品或备件的外包装.

1.2 精密成形技术

随着新技术、新工艺的发展,精铸、精锻、冷挤压等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟,不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗,而且也能大大减少机械加工量,有些成形件(如精锻的齿轮精度可达7级)不需要机械加工就可直接使用.

1.3 节水型制造技术

水是一种既常见又宝贵的资源,在空分设备备件制造中起着重要的作用.但由于我国北方和西北缺水,从绿色可持续发展的角度,应积极探讨节水型制造的新工艺.干式切削就是一例,它可消除在机加工时使用切削液所带来的负面效应,是理想的机械加工绿色工艺(欧洲有半数的企业已采用干式切削).它的应用不局限于铸铁的干洗削,也可扩展到机加工的其他方面,但要有其特定的边界条件,如要求刀具有高的耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性,机床则要高速切削,并有冷风、吸尘等装置.

1.4 减少加工余量

若备件的毛坯粗糙,机加工余量较大,不仅消耗较多的原材料,而且生产效率低下.因此,有条件的地区或企业可组织专业化毛坯制造,提高毛坯精度.

1.5 无屑加工技术

对铜、铝等非铁金属零件上的孔,采用挤光刀进行挤光加工,可提高孔的耐磨性,降低表面粗糙度,同时也可以不产生切屑,减少了材料的消耗.

1.6 采用新型刀具材料

减少刀具(尤其是复杂、贵重刀具)材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要方面,对此可优化刀具几何参数,采用新型涂层刀具,提高刀具寿命.

2 低能耗的绿色制造技术

空分设备备件制造业每年都要消耗大量的动力、能源,随着地球上矿物资源的减少和近期国际市场石油价格的不断波动,节能降耗已是当务之急,因此可采取以下绿色技术：

2.1 大力提高各类能源利用率

加快节能技改,提高能源利用率,采用节能型电机、风机,淘汰能耗大的老式机床.许多旧设备效率低、能耗高、性能落后，对这些设备进行更新、改造，不仅可提高效率、减少能耗，而且能为企业节约成本.

2.2 工艺节能

改变传统加工中能耗大的机械加工工艺,采用先进的节能新工艺,如高速切削.高速加工具有切削力小、散热快、加工过程稳定性好等优点，高速切削技术与干切削技术的有机结合，将获得生产效率高、加工质量好和无环境污染等多重利益.

2.3 通过管理节能

加强空分设备企业的设备管理,堵塞“滴、漏、跑、冒”现象,及时调整设备负荷,避免设备空车运转等不必要的浪费.

2.4 采用绿色设备

随着绿色技术的深入,机械制造装备将向着低能耗,与环境相协调的绿色设备方向发展,出现了干式切削加工机床、强冷风磨削机床等.绿色设备减少了机床材料的用量,优化了机床结构,提高了机床效率,不使用对人和生产环境有害的冷却介质.

3 废弃物少的绿色制造技术

空分设备备件在机械制造过程中,产生了诸如冒口、型砂、废锻坯、切屑、废液等废弃物,既浪费了资源,又污染了环境,必须加以处理.

3.1 降低废品率

机械加工中的废品来源于毛坯成形、机加工、检验、装配等环节.针对不同的加工阶段，应采取相应的措施,如提高材料成形技术、减少铸锻件废品;严格机加工规程,精心操作,必要时采取补焊等补救措施;采取分组、修配等多种装配工艺,减少废品率.

3.2 磨屑二次资源利用

切屑的回收回炉再利用,是众所周知的.在磨削中,磨屑的处理较为棘手,但如果采用了干式磨削,磨屑处理则较为方便.由于CBN砂轮的磨料是立方氮化硼,砂轮的磨削比高,磨屑中很少有砂轮的微粒,磨屑纯度很高,可通过一定的装置,搜集被加工材料的磨粒,作为二次资源利用.

3.3 快速成形技术

应用材料堆积成形的原理,辅以光、电、热等手段,将零件的三维图形通过固化、粘结、烧结、熔结等方式,快速地实现材料的迁移、堆积,实时制造出零件的原形,突破了传统机加工去除材料的方法,已在模具、微型机械零件的快速成形中得到应用.RP(Rapid Prototyping)能较好地适应备件制造的多品种、小规模、快速成形的要求，成形机占地面积小，样件材料获取方便，资源能源消耗量不大，与环境有良好的协调性，此外也可避免电火花或机床加工时所产生的作业环境污染，适合于绿色制造.

4 低噪声的绿色制造技术

空分设备行业由于锻造、冲压、电动机、切削、传动等因素,产生了大量的噪声,将损害工人的作业效率,易造成操作失误.绿色制造对噪声也有一定的要求,为此应从以下方面进行改进：

（1）改进机械设计和传动：选用发声小的材料来制造机件,改进传动装置和采用低噪声设备;提高回转件的动平衡,减少机械振动,避免振动部件与容易辐射噪声的机件直接相连,采用软连接等方式降低噪声.

（2）加强设备管理:及时维护和润滑设备,使设备运行良好,避免设备运行不正常所引起的噪声.

（3）改进工艺及操作方式：如用液压代替锻压,用焊接代替铆接等.

（4）在某些车间和工段,让高噪声设备尽可能远离噪声敏感区,把噪声非敏感方向朝向噪声源.

（5）在传播途径上采取吸声、隔声、减振和消声等具体措施.

总之，空分设备行业采用备件绿色制造工艺技术，是实施制造业环境污染源头控制的关键途径，是国际制造业的重要发展趋势，是21世纪制造业实现可持续发展的必由之路.

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参考文献：

〔1〕刘光复,刘志峰.绿色制造[M].北京:中国科学文化出版社,1999.

〔2〕刘飞,曹华军,张华,等.绿色制造的理论与技术[M].北京:科学出版社,2005.

〔3〕何庆.绿色设备管理与维修[M].北京:机械工业出版社,2005.