空分設備備件綠色制造工藝技術研究

朱躍峰

（1.合肥工業大學 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，與自然的協調、可持續發展已成為時代的主題.一方面，制造業已成為創造人類財富的支柱產業，是人類社會物質文明和精神文明的基礎.另一方面，在將制造資源轉變為產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境造成了嚴重的污染.如何使制造業減少資源消耗和盡可能少地產生環境污染是21世紀制造業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.綠色制造又稱環境意識制造、面向環境的制造、生態制造等，是指在保證產品功能、質量的前提下，綜合考慮環境影響、資源利用效率的現代制造模式，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境污染或環境污染最小化，資源利用率最高，能源消耗最低，實現企業經濟效益與社會效益的協調優化.

作為在國民經濟中占據重要地位的空氣分離設備（簡稱空分設備）行業，引入綠色制造技術，對于該行業未來可持續發展具有重大意義.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，其次要滿足環境法規要求，具有良好的環境性能，第三要有較好的經濟性，并力爭實現三個效益的統一.

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的可持續發展,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,優化工藝方案,采用先進的加工技術,盡量節約原材料，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,又要與環境有較好的協調性.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,不僅可以節約傳統毛坯制造時的能耗,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,從綠色可持續發展的角度,應積極探討節水型制造的新工藝.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(歐洲有半數的企業已采用干式切削).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,有條件的地區或企業可組織專業化毛坯制造,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,對此可優化刀具幾何參數,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

加快節能技改,提高能源利用率,采用節能型電機、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，而且能為企業節約成本.

2.2 工藝節能

改變傳統加工中能耗大的機械加工工藝,采用先進的節能新工藝,如高速切削.高速加工具有切削力小、散熱快、加工過程穩定性好等優點，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、加工質量好和無環境污染等多重利益.

2.3 通過管理節能

加強空分設備企業的設備管理,堵塞“滴、漏、跑、冒”現象,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,與環境相協調的綠色設備方向發展,出現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,優化了機床結構,提高了機床效率,不使用對人和生產環境有害的冷卻介質.

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、裝配等環節.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,快速地實現材料的遷移、堆積,實時制造出零件的原形,突破了傳統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，與環境有良好的協調性，此外也可避免電火花或機床加工時所產生的作業環境污染，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,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，空分設備行業采用備件綠色制造工藝技術，是實施制造業環境污染源頭控制的關鍵途徑，是國際制造業的重要發展趨勢，是21世紀制造業實現可持續發展的必由之路.

〔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:機械工業出版社,2005.