机械制造中的低碳制造理论与技术

陶珍钰

摘要：随着中国经济的快速发展，我们对能源资源的需求量和使用量逐渐增加，中国针对这一现状提出低碳环保的战略方针。机械中的低碳制造从产品设计和生产过程都可以进一步改善，可从轻量化设计、生态化设计和模块化设计等方面进一步阐释。

关键词：低碳制造;机械制造;产品设计

0  引言

随着我国的经济与科技的快速发展，全球的生态坏境遭到恶劣的破坏，环境污染这一问题也变得更加严重，高污染、高排放、高浪费等问题尤为突出。为了紧跟国家的政策，进一步实行可持续发展。机械制造行业需要进一步改善污染、排放、浪費等问题。

1  机械制造中低碳制造理论及意义

在全球快速发展的进程中，汽车销售量可以体现出一个国家的生活水平。但是随着全球碳排放量不断提升，全球的温度也在不断上升。这也就是造成了温室效应的其中一个主要原因。减少碳的排放量是有效遏制气温变化的主要方法之一。低碳制造理论主要是将一些社会自然资源进行合理利用、制造、生产。[1]因此利用低碳制造在源头上就节约了碳的使用量，也就意味着可以有效的节约资源实现可持续发展这一国家战略目标。而机械制造是对国家提升能力的一个重要保障，在现如今的机械制造中因为制造技术、生产要求、加工工艺等原因存在着许多问题，如：能源浪费、污染环境、消耗过多、破坏生态等。因此要实现让地球成为人类美丽的家园这一想法，就应该运用机械制造中的低碳制造。不仅可以有效利用资源，还可以在根源上实现低碳环保。

2  产品设计的方法

在一般情况下，机械产品的制造过程中设计是最为重要的一环。一个产品在保障性能和质量的情况下生产费用越低，经济效益也就越高。但因为现如今我国全面要求低碳生活，所以在产品设计的过程中对能源消耗和节约资源有着十分重要的要求。所以低碳制造理论设计不仅可以提高产品的创新和生产效率也可以提高能源利用率，同时还可以减少能源浪费和污染排放，从而达到节能减排的目的。低碳制造中的产品设计有三种主要的设计方法，分别为：轻量化设计、生态化设计、模块化设计。

2.1 轻量化设计

轻量化设计是一种综合了重量、装备、成本、性能等理念为基础进行的优化产品设计。轻量化设计是在不降低原产品使用性能的基础上提高能源的使用率，同时在制造产品的过程减少污染物的排放、降低机械能的损耗。轻量化设计在汽车制造中也有较为广泛的运用，同时汽车轻量化已经被列入我国“十二五”规划纲要。将汽车车身轻量化设计，在保证车身强度和安全性能和汽车制造成本在合理范围内的前提下去降低汽车车身的质量。同时可以使用轻量化结构、轻量化材料等有效产品进行设计。在以车身零件的强度和安全性能为前提，通过对车身零部件使用防腐、密封性较好的高强钢材料、低密度材料、复合材料等有效材料再运用小型化、薄壁化等来进行尺寸优化、形状优化等多种优化来减小车身覆盖件和车身骨架的数量和重量。从而达到减少能源的损耗、提高资源的使用率。

2.2 生态化设计

生态化设计是在资源最佳利用原则、能量消耗最小原则、技术先进原则、生态经济效益最佳原则等来推进机械制造技术的发展。机械制造对环境的破坏引起广泛的重视。因此产品制造过程中需要考虑到可持续发展战略，考虑产品在生命周期内对环境造成的影响是否过于恶劣。产品设计应该要着重考略绿色设计，尽可能的使用风能、太阳能等可再生能源，从根源上消除污染。现如今，汽车在人们生活中必不可少，我国2019年全国汽车销量2576.9万辆，现在的汽车主体还是通过燃烧石油、煤油等能源，严重对我们所居住的环境产生严重污染。2019年我国出台相关政策支持新能源汽车，该汽车使用清洁能源，减少污染气体的产生和排放，同时还可以节约不可再生资源的消耗、减轻环境的负载。

2.3 模块化设计

模块化设计是可以节约资源、时间、人力的一种比较前沿的机械设计方法。可以将产品根据不同功能分为几个模块，再将各个模块优化进行组合，我们就可以得到不同的产品的规格和不同的品种。模块化设计对材料的消耗、环境的污染都有较好的防范。模块化设计已经被广泛运用到汽车设计中，他对汽车制造是有相当大的益处。它可以降低设计风险、降低生产成本、提高产品的设计质量、通过提高零部件通用率、缩短汽车生产商的开发时间、降低汽车的油耗等。模块化设计有利于新技术的投放速度加快、可选择的车型版本增多。在现在汽车领域，模块化设计和生产已经成为一种良好的趋势。

3  生产过程的要求

3.1 生产设备

我国机械制造生产过程中资源浪费、污染排放对生态环境有着极为恶劣的影响。产品生产过程中应该把减少污染排放、降低能源消耗作为前提。目前我国机械生产由于起步较晚，会受到其他国家技术的封锁等问题。虽然我国已经是一个制造大国，但与工业发达国家相比较而言，还是存在一定的差距。先进的生产设备，精度密度高的零件，高效优质的技术设备都是我国较为缺乏的基础设备。我们高新技术含量不高，机械加工的设备传动效率低下，机床工作耗能损失较高。因此我们可以在生产设备中的液压系统、辅助设施和加工工艺的切削技术进行优化，从而达到提高产品合格率，减少资源浪费进一步实践可持续发展战略。

3.1.1 辅助设施的节能控制

在生产过程中辅助设施同样十分重要。在机械制造中机床辅助设施主要有支承部件、控制部件、辅助部件等，辅助设施优化主要在润滑装置的集中润滑系统、控制机床的自动循环系统、照明系统中使用新型绿色环保光源、空气压缩机车间辅助设备的电能消耗等。机床加工时多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式节约大量的时间，在机床结束工作时自动关闭不使用的部件以节约耗能。

3.1.2 先进切削技术

制造业是废弃物的主要排放者，给自然环境带来较大压力。对机械制造中的切削技术进行低碳运行，对提高机械制造中切削加工的资源使用效率、提高运行效率等都有很好的研究方向。切削加工中有许多先进的切削加工技术。高速切削技术降低切削液的使用，提高加工精度。干切削技术和硬切削技术加工的产品质量好，产品生产效率高。该技术不使用切削液，所以不会有与切削液有关的安全事故发生，同时也不会对生态环境造成较大的污染和对加工人员身体健康产生危害。还有很多其他先进的加工技术都会减少切削过程中的污染排放同时降低损耗、提高资源使用率。

3.2 高效机加工工艺优化

在机械制造过程中产品采用低碳加工工艺是十分重要的。在加工过程中加工工序、加工刀具以及切削参数包括背吃刀量、进给速度等，都可以进一步优化从而减短加工时间、提高工作效率。加工工艺主要与刀具有关，刀具种类的选择、行走的轨迹等。刀具种类的选择在加工过程中直接关系到了加工时间的长短、加工成本的高低。刀具的行走轨迹是机械加工的重中之重，这会对加工出来产品的质量、精度产生影响。产品本身的材料，机床本身存在的误差包括制造误差、磨损等，刀具的尺寸精度、形状精度、刀刃形状等都会对加工出来的产品精度有所降低。所以在加工时要注意问题，及时改正，提高产品精度。

3.3 低碳再制造

低碳再制造是有利于能源消耗和资源利用的一种生产模式，该制造产品可以让一件产品在生命周期中进行重用、再制造以及再循环等环节。低碳再制造可以实现机械产品在制造过程中降低消耗，减少浪费的情况。一件产品在使用过程中部分零件磨损、变形、疲劳失效等损坏形式下可以对零件进行回收，对可修复的零件进行再制造重新加工，让零件的性能恢复到可使用的状态。在不要该机械产品或达到使用寿命时，则可以对其有效的零件进行拆卸回收，其他零件遵守上述方法而达到资源再利用。

4  结语

随着科学技术迅速提升，每一个国家都对资源的可持续发展战略高度重视。我国科技实力实现了历史性的跨越，已成为具有重要国际影响力的科技创新大国，而我国的生态环境总体成恶化趋势。因此在机械制造中，实行低碳制造是与现如今的社会形势所挂钩的。低碳制造是一项较为先进的理念，可以降低生产成本。低碳制造理论可保护自然生态环境，促进技术投放市场，减少不可再生资源的使用等优点。所以在机械制造行业中，不断优化低碳制造技术，可以有效的促进我国的发展。

参考文献：

[1]冯宽.械制造中的低碳制造理论与技术[J].科技与创新，2017.

[2]刘献礼，文东辉.硬态干式切削机理及技术研究综述[J].中国机械工程，2002，13（11）：972-975.

[3]张瑛.机械制造中的低碳制造理论与技术[J].理论探索与争鸣，2016.