綠色理念在機械設計制造中的應用

袁國慶

（南陽職業學院，河南 南陽 474500）

綠色模式是適應經濟社會轉型發展的重要戰略，是時代進步的必然要求，綠色理念作為現代化發展理念，能促進經濟效益、社會效益與生態效益的共同實現。在機械設計制造中應用綠色理念，能使機械產品在全生命周期都不對自然生態環境產生重大影響，并且利用資源的效率很高。應用綠色理念的機械設計制造具有綠色設計、綠色材料及綠色制造等特點，由于人們在傳統機械設計制造中缺少環保意識，忽視對綠色理念的應用，對自然環境造成破壞，在現代機械設計制造中加強綠色理念的應用勢在必行。

1 綠色理念應用于機械設計制造的價值

人、環境和其他事項在綠色理念的作用下均處于和諧統一的狀態，對于機械設計制造而言，工作人員和自然環境、產品設計制造等工作也要滿足統一、可持續的要求，這就需要人們基于綠色理念，通過各種途徑優化機械設計制造的整個過程，使其凸顯環保和綠色特性，這對資源、生態和環境都是友好的。機械設計制造本身就有一定的標準，并且國內外的設計制造標準存在差異，國內機械設計制造人員在應用綠色理念時做出全面的考慮，讓機械工業煥發綠色生機。這其中不但包含機械產品市場，還涉及機械產品的造型和回收率、材料重復使用率等，通過綠色理念的全過程滲透，極大地提升資源利用率，打造綠色環保機械，突出綠色理念的巨大應用價值。

2 綠色理念在機械設計制造中的應用途徑

（1）應用于機械設計。機械設計是機械生產制造的基礎和前提，在其中應用綠色理念至關重要，基于先進的綠色理念設計機械產品，能實現綠色環保目的。在機械產品設計中要考慮多方面因素，例如，體現機械設計方案的綠色性，致力于減輕對自然生態環境的污染；體現機械設計的實用性，致力于滿足市場需求；體現機械設計的經濟性，致力于降低成本，獲取最大化的經濟利潤等。

在設計綠色機械產品時，還要考慮對產品的回收、二次利用，特別是二次利用要花費的成本、處理污染物的方法與成本等；基于綠色理念提升機械設計的可拆裝性，即考慮拆卸機械產品時可能發生的問題、損傷等，預防因拆卸零件而對機械的整體使用性能產生負面影響，從而通過較高的拆卸率循環使用零件，減少資源浪費與損耗，提升機械部件實用價值；提高對回收利用機械產品廢棄物的重視程度，在設計環節通過綠色理念節約能耗，提高機械的可回收率，在保證機械設計質量的基礎上減少環境破壞；針對綠色機械設計建立對應數據庫，把設計綠色機械涉及的所有數據與信息完整記錄下來，方便設計人員在數據庫中調取所需數據、信息，對相關資源使用情況及開支等進行分析，提供機械綠色設計的可靠依據。

（2）應用于材料選擇。機械設計與制造中所用的材料是千差萬別的，使用材料的種類、數量及方式等的區別均會使環境受到不同程度的破壞，尤其是一些材料含有有毒化學物質，在材料選擇中，應用綠色理念就是要考慮把材料對環境的不利影響降到最低。在選擇機械設計制造的材料時應做到以下幾方面。

首先，優化選擇材料的方案。在機械設計制造中選擇材料時必須符合綠色環保要求，這是使用材料的前提，即要關注材料的性能與環保性，選擇與技術標準相符的可行性材料，同時找到可替代污染性材料。其次，保證改造材料的方案具備可行性。在確定機械設計方案后，應用綠色理念可能需要改造或替換一些材料，通過各種改造策略去除材料里會破壞環境的因素。所以在選擇材料時或者在改良材料后，要做好機械設計方案的技術和可行性論證工作，確保順利實施改良之后的方案。再次，保證材料的選擇與機械設計制造中的特殊工藝要求相符。在生產某些機械產品時，會遇到高溫、高壓或高腐蝕的工藝情況，若選擇的材料性能無法適應這些條件，就會直接影響機械設計制造的順利實施，材料在制造過程中受到損壞，嚴重時，還容易引發工業事故。所以在保證材料選擇方案可行的同時，要確定所選材料適應機械生產的任何特殊工藝，為生產綠色機械提供保障。

例如，在汽車制造之中所使用的鎂合金材料，鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金，是最輕的金屬結構材料，其不僅吸震性能強、重量輕，而且能夠滿足機械的自動化生產，同時，尺寸相對穩定，是目前汽車主要的鑄造零部件，是最有效的輕量化材料，其不僅可以滿足當前綠色發展理念對汽車的整體性要求，也可以滿足人們對環保型汽車的要求。諸如奧迪A4和A6的離合器殼體、閥蓋、閥板、變速器殼體等都使用了這類材料，進而滿足機械設備設計與制造的綠色環保需求。

（3）應用于產品制造。在機械產品制造中，應用綠色理念主要是將綠色技術融入傳統加工制造工藝，使機械產品生產過程滿足減少資源消耗、減小環境影響這兩個基本要求。機械產品制造的綠色工藝類型包括：①節約型制造工藝，也就是把資源消耗較低的制造工藝應用于制造機械產品的過程；②節能型制造工藝，即簡化機械產品制造工藝流程，通過能耗較低的生產制造技術及開發新材料、更新產品制造技術等途徑實現機械綠色節能制造，盡可能減少生產成本；③環保型制造工藝，這是機械產品制造中應用綠色理念最關鍵的部分，通過對最新制造工藝的使用，嚴格控制對自然生態環境的污染物排放，即在機械制造的最終環節加入處理廢棄物的工藝，通過科學合理的方法使用廢棄物，減少環境破壞。

在確定綠色制造工藝及參考外部環境的情況下，要優選機械產品制造工藝。由于機械零部件較多，要用到多種加工工藝，應考慮加工工藝與設備匹配與否，只有使加工工藝匹配生產制造設備，才能使設備發揮正常水平，在高效使用原材料的基礎上，減少次品、廢品的出現概率，提高制造效益。例如，傳統的冷鍛工藝會降低金屬塑形，容易出現變形開裂問題，生產效率較低，而熱鍛工藝涉及很多工序，工件精度較差，并且鍛件容易脫碳、氧化、燒損等，急需加強對綠色鍛造工藝的使用，即消失模鑄造工藝，使用和所需鍛件的形狀、尺寸完全一致的泡沫塑料模替代鍛模進行機械產品造型，模樣不取出呈現實體鍛型，澆入金屬液汽化并代替泡沫模樣后就能形成所需鍛件，精度較高，適用于生產大批量鍛件。再從節約資源和保護環境的方面考慮，工序少、精度高、自動化程度高的溫鍛也是理想的選擇。之后，要考慮科學安排并調整制造工序，做到節能和高效，同時，引入清潔、高效、節能的熱處理及真空熱處理技術，有效地實現工件的無碳化、無氧化、無滲碳，達到脫脂除氣的目的。使用離子滲碳技術也不會有廢氣及有害煙霧的產生，適應綠色環保發展需要。

3 綠色理念在機械設計制造中的應用實例

電視機如今已成為家庭生活不可缺少的機械之一，這里就以生產電視機為例，探討綠色理念在機械設計制造中的具體應用。在設計電視機的初期，要全面了解該生產行業和綠色理念應用于電視機生產的程度，通過調查問卷、實地考察等方式收集綠色電視機設計創意，同時，對消費者可以接受的價格要有整體的把握，從專利或新聞中獲取法律、科技等信息，幫助選擇生產電視機所需材料，再確定制造工藝，與企業生產設備及生產能力相結合。即在收集市場信息以后要定位新型綠色電視機的消費人群，進而設定產品價格區間。

在做好這一系列準備工作后，就要確定新型綠色電視機設計方案，接下來選擇完全能回收再利用的聚碳酸酯類材料，搭配木質殼，盡可能不用有害的、有毒的材料；包裝材料應選擇可再生回收的紙，內襯防震物選擇泡沫類材料；電視機結構工藝是可拆卸工藝、可回收模塊，將整個電視機產品分成多個部分，方便組裝、維修、回收；在生產制造環節，則注意使用材料的屬性、生產環境等，適當拓展生產點，以促進運輸效率的提高，銷售到貨后，拆除的包裝可以再利用；在其使用方面也沒有任何輻射污染，不會損害人體健康，通過綠色理念與技術達到環保目的。

總而言之，綠色理念在機械設計制造中的應用既有效節省了資源，提高資源利用率，又提高了機械產品設計與制造的質量，促進機械工業實現可持續發展。在今后的機械設計制造中，相關人員要進一步挖掘綠色設計點與制造點，使機械產品的設計、材料選擇及制造等具有最大的綠色生態效益，進而獲得最大化的綠色價值，切實做好環保工作，最終為可持續戰略的順利實施提供強有力的支撐。