機械制造中的低碳制造理論與技術(shù)

陶珍鈺

摘要：隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我們對能源資源的需求量和使用量逐漸增加，中國針對這一現(xiàn)狀提出低碳環(huán)保的戰(zhàn)略方針。機械中的低碳制造從產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程都可以進一步改善，可從輕量化設(shè)計、生態(tài)化設(shè)計和模塊化設(shè)計等方面進一步闡釋。

關(guān)鍵詞：低碳制造;機械制造;產(chǎn)品設(shè)計

0? 引言

隨著我國的經(jīng)濟與科技的快速發(fā)展，全球的生態(tài)壞境遭到惡劣的破壞，環(huán)境污染這一問題也變得更加嚴(yán)重，高污染、高排放、高浪費等問題尤為突出。為了緊跟國家的政策，進一步實行可持續(xù)發(fā)展。機械制造行業(yè)需要進一步改善污染、排放、浪費等問題。

1? 機械制造中低碳制造理論及意義

在全球快速發(fā)展的進程中，汽車銷售量可以體現(xiàn)出一個國家的生活水平。但是隨著全球碳排放量不斷提升，全球的溫度也在不斷上升。這也就是造成了溫室效應(yīng)的其中一個主要原因。減少碳的排放量是有效遏制氣溫變化的主要方法之一。低碳制造理論主要是將一些社會自然資源進行合理利用、制造、生產(chǎn)。[1]因此利用低碳制造在源頭上就節(jié)約了碳的使用量，也就意味著可以有效的節(jié)約資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這一國家戰(zhàn)略目標(biāo)。而機械制造是對國家提升能力的一個重要保障，在現(xiàn)如今的機械制造中因為制造技術(shù)、生產(chǎn)要求、加工工藝等原因存在著許多問題，如：能源浪費、污染環(huán)境、消耗過多、破壞生態(tài)等。因此要實現(xiàn)讓地球成為人類美麗的家園這一想法，就應(yīng)該運用機械制造中的低碳制造。不僅可以有效利用資源，還可以在根源上實現(xiàn)低碳環(huán)保。

2? 產(chǎn)品設(shè)計的方法

在一般情況下，機械產(chǎn)品的制造過程中設(shè)計是最為重要的一環(huán)。一個產(chǎn)品在保障性能和質(zhì)量的情況下生產(chǎn)費用越低，經(jīng)濟效益也就越高。但因為現(xiàn)如今我國全面要求低碳生活，所以在產(chǎn)品設(shè)計的過程中對能源消耗和節(jié)約資源有著十分重要的要求。所以低碳制造理論設(shè)計不僅可以提高產(chǎn)品的創(chuàng)新和生產(chǎn)效率也可以提高能源利用率，同時還可以減少能源浪費和污染排放，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。低碳制造中的產(chǎn)品設(shè)計有三種主要的設(shè)計方法，分別為：輕量化設(shè)計、生態(tài)化設(shè)計、模塊化設(shè)計。

2.1 輕量化設(shè)計

輕量化設(shè)計是一種綜合了重量、裝備、成本、性能等理念為基礎(chǔ)進行的優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。輕量化設(shè)計是在不降低原產(chǎn)品使用性能的基礎(chǔ)上提高能源的使用率，同時在制造產(chǎn)品的過程減少污染物的排放、降低機械能的損耗。輕量化設(shè)計在汽車制造中也有較為廣泛的運用，同時汽車輕量化已經(jīng)被列入我國“十二五”規(guī)劃綱要。將汽車車身輕量化設(shè)計，在保證車身強度和安全性能和汽車制造成本在合理范圍內(nèi)的前提下去降低汽車車身的質(zhì)量。同時可以使用輕量化結(jié)構(gòu)、輕量化材料等有效產(chǎn)品進行設(shè)計。在以車身零件的強度和安全性能為前提，通過對車身零部件使用防腐、密封性較好的高強鋼材料、低密度材料、復(fù)合材料等有效材料再運用小型化、薄壁化等來進行尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化等多種優(yōu)化來減小車身覆蓋件和車身骨架的數(shù)量和重量。從而達(dá)到減少能源的損耗、提高資源的使用率。

2.2 生態(tài)化設(shè)計

生態(tài)化設(shè)計是在資源最佳利用原則、能量消耗最小原則、技術(shù)先進原則、生態(tài)經(jīng)濟效益最佳原則等來推進機械制造技術(shù)的發(fā)展。機械制造對環(huán)境的破壞引起廣泛的重視。因此產(chǎn)品制造過程中需要考慮到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，考慮產(chǎn)品在生命周期內(nèi)對環(huán)境造成的影響是否過于惡劣。產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該要著重考略綠色設(shè)計，盡可能的使用風(fēng)能、太陽能等可再生能源，從根源上消除污染。現(xiàn)如今，汽車在人們生活中必不可少，我國2019年全國汽車銷量2576.9萬輛，現(xiàn)在的汽車主體還是通過燃燒石油、煤油等能源，嚴(yán)重對我們所居住的環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。2019年我國出臺相關(guān)政策支持新能源汽車，該汽車使用清潔能源，減少污染氣體的產(chǎn)生和排放，同時還可以節(jié)約不可再生資源的消耗、減輕環(huán)境的負(fù)載。

2.3 模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計是可以節(jié)約資源、時間、人力的一種比較前沿的機械設(shè)計方法。可以將產(chǎn)品根據(jù)不同功能分為幾個模塊，再將各個模塊優(yōu)化進行組合，我們就可以得到不同的產(chǎn)品的規(guī)格和不同的品種。模塊化設(shè)計對材料的消耗、環(huán)境的污染都有較好的防范。模塊化設(shè)計已經(jīng)被廣泛運用到汽車設(shè)計中，他對汽車制造是有相當(dāng)大的益處。它可以降低設(shè)計風(fēng)險、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量、通過提高零部件通用率、縮短汽車生產(chǎn)商的開發(fā)時間、降低汽車的油耗等。模塊化設(shè)計有利于新技術(shù)的投放速度加快、可選擇的車型版本增多。在現(xiàn)在汽車領(lǐng)域，模塊化設(shè)計和生產(chǎn)已經(jīng)成為一種良好的趨勢。

3? 生產(chǎn)過程的要求

3.1 生產(chǎn)設(shè)備

我國機械制造生產(chǎn)過程中資源浪費、污染排放對生態(tài)環(huán)境有著極為惡劣的影響。產(chǎn)品生產(chǎn)過程中應(yīng)該把減少污染排放、降低能源消耗作為前提。目前我國機械生產(chǎn)由于起步較晚，會受到其他國家技術(shù)的封鎖等問題。雖然我國已經(jīng)是一個制造大國，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比較而言，還是存在一定的差距。先進的生產(chǎn)設(shè)備，精度密度高的零件，高效優(yōu)質(zhì)的技術(shù)設(shè)備都是我國較為缺乏的基礎(chǔ)設(shè)備。我們高新技術(shù)含量不高，機械加工的設(shè)備傳動效率低下，機床工作耗能損失較高。因此我們可以在生產(chǎn)設(shè)備中的液壓系統(tǒng)、輔助設(shè)施和加工工藝的切削技術(shù)進行優(yōu)化，從而達(dá)到提高產(chǎn)品合格率，減少資源浪費進一步實踐可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

3.1.1 輔助設(shè)施的節(jié)能控制

在生產(chǎn)過程中輔助設(shè)施同樣十分重要。在機械制造中機床輔助設(shè)施主要有支承部件、控制部件、輔助部件等，輔助設(shè)施優(yōu)化主要在潤滑裝置的集中潤滑系統(tǒng)、控制機床的自動循環(huán)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)中使用新型綠色環(huán)保光源、空氣壓縮機車間輔助設(shè)備的電能消耗等。機床加工時多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時加工的方式節(jié)約大量的時間，在機床結(jié)束工作時自動關(guān)閉不使用的部件以節(jié)約耗能。

3.1.2 先進切削技術(shù)

制造業(yè)是廢棄物的主要排放者，給自然環(huán)境帶來較大壓力。對機械制造中的切削技術(shù)進行低碳運行，對提高機械制造中切削加工的資源使用效率、提高運行效率等都有很好的研究方向。切削加工中有許多先進的切削加工技術(shù)。高速切削技術(shù)降低切削液的使用，提高加工精度。干切削技術(shù)和硬切削技術(shù)加工的產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高。該技術(shù)不使用切削液，所以不會有與切削液有關(guān)的安全事故發(fā)生，同時也不會對生態(tài)環(huán)境造成較大的污染和對加工人員身體健康產(chǎn)生危害。還有很多其他先進的加工技術(shù)都會減少切削過程中的污染排放同時降低損耗、提高資源使用率。

3.2 高效機加工工藝優(yōu)化

在機械制造過程中產(chǎn)品采用低碳加工工藝是十分重要的。在加工過程中加工工序、加工刀具以及切削參數(shù)包括背吃刀量、進給速度等，都可以進一步優(yōu)化從而減短加工時間、提高工作效率。加工工藝主要與刀具有關(guān)，刀具種類的選擇、行走的軌跡等。刀具種類的選擇在加工過程中直接關(guān)系到了加工時間的長短、加工成本的高低。刀具的行走軌跡是機械加工的重中之重，這會對加工出來產(chǎn)品的質(zhì)量、精度產(chǎn)生影響。產(chǎn)品本身的材料，機床本身存在的誤差包括制造誤差、磨損等，刀具的尺寸精度、形狀精度、刀刃形狀等都會對加工出來的產(chǎn)品精度有所降低。所以在加工時要注意問題，及時改正，提高產(chǎn)品精度。

3.3 低碳再制造

低碳再制造是有利于能源消耗和資源利用的一種生產(chǎn)模式，該制造產(chǎn)品可以讓一件產(chǎn)品在生命周期中進行重用、再制造以及再循環(huán)等環(huán)節(jié)。低碳再制造可以實現(xiàn)機械產(chǎn)品在制造過程中降低消耗，減少浪費的情況。一件產(chǎn)品在使用過程中部分零件磨損、變形、疲勞失效等損壞形式下可以對零件進行回收，對可修復(fù)的零件進行再制造重新加工，讓零件的性能恢復(fù)到可使用的狀態(tài)。在不要該機械產(chǎn)品或達(dá)到使用壽命時，則可以對其有效的零件進行拆卸回收，其他零件遵守上述方法而達(dá)到資源再利用。

4? 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)迅速提升，每一個國家都對資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略高度重視。我國科技實力實現(xiàn)了歷史性的跨越，已成為具有重要國際影響力的科技創(chuàng)新大國，而我國的生態(tài)環(huán)境總體成惡化趨勢。因此在機械制造中，實行低碳制造是與現(xiàn)如今的社會形勢所掛鉤的。低碳制造是一項較為先進的理念，可以降低生產(chǎn)成本。低碳制造理論可保護自然生態(tài)環(huán)境，促進技術(shù)投放市場，減少不可再生資源的使用等優(yōu)點。所以在機械制造行業(yè)中，不斷優(yōu)化低碳制造技術(shù)，可以有效的促進我國的發(fā)展。

參考文獻：

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[3]張瑛.機械制造中的低碳制造理論與技術(shù)[J].理論探索與爭鳴，2016.