基于绿色制造的新型机械制造工艺及装备技术研究

姚振

内容摘要 新时期，我国社会经济的快速发展，不仅导致环境污染问题加重，还造成资源紧张问题的加剧，为实现我国社会经济的可持续发展，“绿色发展”理念得以提出与实施。机械制造行业是我国社会经济发展的重点行业，但是传统的机械制造工艺造成了资源的大量浪费与环境污染，所以要在新型机械制造工艺及装备技术中融入绿色制造，实现绿色发展，提升经济效益。

关键词 绿色制造 新型机械制造 制造工艺 装备技术

1 引言

我国虽然是制造业大国，但尚不是制造业强国，在长期的发展中急需新的技术与理念支持行业的创新与发展，降低在机械制造期间的环境污染及能源消耗。绿色制造的出现与实践，为机械制造行业的发展提供了保障，也为行业的转型提供了支持。在此对绿色制造基础上的新型机械制造工艺及装备技术进行了研究，希望为机械制造行业的深入发展提供一些参考。

2 绿色制造及机械加工工艺相关概述

机械加工工艺是在产品成型前的加工制造，是原材料在机械工作台上的加工，材料在实现成品的过程中，需要操作人员借助一些机械设备与工具，在生产线上按照一定的机械加工工艺进行加工。加工质量、产品的美观度，以及是否符合标准等，都与机械加工工艺有着直接的关联。尤其是在我国社会经济快速发展期间，对机械设备及产品的要求越来越高，因此需要加强對机械加工工艺的优化，实现绿色制造。

航空器机械制造及加工对制造工艺的要求较高，且要求在加工过程中减少能源损耗，降低污染，降低生产成本，因此需要积极使用绿色制造，实现航空器绿色机械制造及加工。尤其是在能源紧张的当下，资源的循环再利用，以及加工过程的低污染或者无污染也成为行业及社会关注的焦点。

目前，绿色制造技术在实践中要对以下几方面内容进行关注：第一，绿色材料。航空器机械制造及加工期间，要实现绿色设计与制造，就要选择绿色材料以及环保材料为主，确保制造出的产品符合社会发展需求。第二，绿色设计。绿色设计需要考虑的内容有产品的可拆卸性、产品的循环再利用、产品的运输安全性等诸多方面的因素。第三，绿色加工工艺。航空器机械制造及加工过程中，要降低加工制造期间的环境污染及能源消耗，就需使用绿色加工工艺，确保材料的利用率得以提升，减少对环境的污染与破坏。第四，绿色管理。无论是在加工制造期间，还是在对产品进行检验期间，一定要使用绿色管理模式，确保加工制造符合国家的相关标准与要求。

3 机械加工工艺的绿色制造

绿色制造是一种低污染、低耗能的加工方式，也就是从设计到加工及报废等整个环节，需要注重资源的可循环利用及低污染性，从而实现良好的经济效益与社会效益。航空领域中，机械加工工艺的绿色制造的具体应用表现如下。

3.1 大型蒙皮零件绿色加工技术

蒙皮零件是飞机大型结构件中的重要组成部分，是飞机外形机构重要的受力构件。但是，在传统的加工制造期间，大型蒙皮零件的加工工艺较为复杂，制造期间对能源的消耗较大，尤其是铝材不仅存在消耗量大的问题，而且无法实现回收再利用。传统的蒙皮加工工艺已经无法满足实际发展需求，需要通过绿色制造予以优化。

为防止化学污染问题的发生，需要加强绿色制造技术的研究与应用，数字技术的应用能起到有效的作用。蒙皮精确成形不仅可以实现数字化设计与制造，还能提升产品的整体性能，确保产品的精密度。并且在实际应用中，加工工艺的集合度较高，在面、铣下陷等一体化的工艺过程中，可以对壁板进行高效的加工，在提升加工质量与效率的同时，也能对化学污染问题进行有效规避。

3.2 激光熔覆功能层技术

飞机发动机涡轮叶片在工作期间温度较高，一般都会在900℃以上，当飞机在飞行过程中需要转弯时，发动机涡轮叶片叶冠阻尼面出现碰撞，就会造成磨损问题。在激光熔覆功能层技术的应用下，就可以对该问题进行高效应对。首先利用该技术将合金层熔覆在基材表面指定位置，这样便可以使性能缺陷的部件得以恢复并继续使用，同时也可以使材料的整体性能得以提升，从而可以在高温或者腐蚀的环境中继续使用。

在具体应用中，预置式激光熔覆机是较常使用的设备，工艺流程为：预处理（基材熔覆表面）→预置（熔覆材料）→预热→实施激光融化→后热处理。激光熔覆机在应用期间具有良好的性能，光电转化的效率较高，达到30%以上;光束质量较高，具有良好的传到模式与相干性;在输出期间的功率可以高达几十万瓦，且连续时间较长。该技术的应用，不仅符合我国绿色制造的要求，也能降低成本。

3.3 轻型复合材料技术

在机械制造中复合材料的应用十分普遍，在航空领域更是如此，需要积极使用复合材料，确保机械设计制造的环保性与整体效益。由于复合材料价格较低、重量不高，且强度与刚度较高，在飞机中使用可以确保飞机的效率，也能减少对油的损耗。波音787飞机使用了大量的复合材料，在飞机主体结构中的占比超过50%，取得了良好的效益。

新材料的应用使飞机表面的光洁度有所提升，飞机在飞行期间，飞行湍流和噪声得到明显下降。在飞机制造过程中，实现工艺的绿色化，有助于降低成本与能耗，减少污染。在波音747中，复合材料的应用，且通过整体成形等技术的制造，能有效减少制造期间的相关零部件数量，满足绿色发展及经济效益的要求。

4 绿色制造装备

4.1 毛料精化与无余量制造机床设备

航空产品的整体质量会受到多种因素的影响，其中十分重要的一项就是毛料。由于航空零部件与一般产品的零部件有很大的差异，其结构较为复杂，且对精密度的要求较高，如果使用传统的毛料加工技术，无法满足实际使用需求。尤其是这些年对毛料的加工要求在不断提升，无余量精密锻造、数控机床设备、精密冷辊轧机床设备的运用，对机床的应用效果起到了极大的促进作用。在航空产品的制造过程中，3D打印技术也发挥着重要作用，不仅可以提升产品的制造质量与效率，还能降低制造成本，实现其经济效益[1]。

4.2 数控设备与柔性制造

航天产品对机床设备的要求较高，并且在不断的实践过程中，智能化、精密化是其重要发展方向。尤其是在绿色理念的不断深入下，绿色制造也成为其十分重要的发展方向。高速加工技术的应用，使机床的转速不断提升，一般可以达到10 000～60 000r/min以上。在高速加工技术的实践下，可以有效提升制造的质量与效率。这些年，人们的环保意识不断增加，对机床制造中的环境污染问题也更加关注，如何降低污染，成为人们关注的焦点。在綠色工艺的推行下，机床实现了绿色加工制造，污染得到了有效降低[2]。

通过柔性制造可以有效降低废次品的产生，同时制造期间也在向智能化的方向发展，实现加工期间的自动化、智能化。在生产线上的柔性化，是通过FMS（柔性制造系统）吸纳的，可以通过自定义对加工进行设置。

4.3 信息化与虚拟机床

航天产品在生产期间，要与时俱进，不断融入信息技术，在制造中深化虚拟制造。VR技术可以通过多种手段构建仿真环境，虚拟装配就是在该技术的应用下实现虚拟装配的。虚拟装配可以有效降低在装配期间出现的出错率，并对装配的性能进行检查，保证精准度。

软件元素工具虚拟机床构建的基础，具体包括加工仿真软件与三维模型等，在实际应用中能有效降低制造周期，提升制造质量与效率。二维工程图纸是传统航空产品在制造期间的基础，这种方式在实际应用中效果较差，但是在虚拟机床下，可以在模型定义技术与产品数据管理的帮助下，实现对整个产品的全周期管理，确保制造期间每一个环节的质量。

5 结语

绿色理念是我国特色社会主义事业建设期间的主导思想之一，尤其是这些年我国在逐渐实现经济转型，机械制造行业的绿色设计及制造是其基本要求，尤其是航空器机械制造中，存在着资源利用率低、制造环节存在污染及可循环利用率低下等问题，严重阻碍该行业的可持续发展，所以要积极推行绿色制造，为提升该行业的可持续发展提供支持。

【参考文献】

[1]于江.浅析绿色制造工艺技术在电机机械加工中的应用[J].黑龙江科学，2014，5（6）：37.

[2]朱正德.绿色制造工艺的代表——微量润滑技术在现代发动机企业的应用[J].金属加工（冷加工），2014（5）：24-25.