绿色理念在机械设计制造中的应用浅析

覃羡烘

摘要：绿色环保当前已经成为人们的共识，工业生产带来巨大经济利益的同时，也对环境造成了巨大伤害。机械设计制造是工业生产的重要一环，将绿色理念引入机械设计制造可以有效降低机械设备在生产、使用、报废环节所产生的环境污染问题。本文分析了绿色制造工艺的内涵及绿色理念在机械设计制造中的应用，并对机械设计制造行业未来的发展方向进行了展望。

关键词：绿色理念;机械设计制造;应用

0  引言

全球变暖、雾霾伤害等都在提醒着人们，环境污染与每个人息息相关，工业生产带来巨大经济利益的同时，也给环境带来巨大负担，改变传统的工业生产行业，引入绿色理念、探索新的经济模式势在必行。机械设计制造水平是衡量一个国家综合国力的重要标准，传统的机械设计制造行业缺乏环保意识，在机械设计加工过程中存在资源浪费等现象，绿色理念的提出有利于机械设计制造行业健康、可持续的发展。

1  机械设计制造中的绿色理念

机械设计制造是机械设备完整性的加工制造阶段，由设计、加工、生产等环节组成。机械设计制造中的绿色理念是指，将绿色理念贯彻到机械产品的概念形成、设计制造、机械运行、产品回收和报废处理等各个环节，在考虑产品质量、能耗、成本等因素的同时，兼顾环境影响和资源效率，在整个机械产品的生命周期中节约资源和能源，尽量不产生环境污染，或将环境污染最小化。绿色理念的最终目的是降低能源消耗对环境的影响，推动资源的可持续发展。绿色机械设计也叫生态设计，其主要特点是：第一，节能;降低原材料的消耗，提升材料的可回收利用率。第二，减排;通过污染物净化设备加强过滤效果，减少工业三废的排放。绿色理念的提出使机械设计制造将重点放在资源的循环利用方面，在机械设计环节，除了满足企业生产需要，还要注重产品的循环使用，例如传统机械设计中存在的拆卸困难、不可拆卸问题，为了解决这一问题，在机械设备设计之初就需要设计人员进行深入研究、反复验证。

2  绿色理念在机械设计制造中的应用

2.1 机械设计制造中的绿色设计

传统的机械制造业注重产品的质量、成本和经济效益，对机械设备在使用过程中造成的环境污染和产品报废等问题不够重视。绿色技术可以提高资源利用率、降低生产成本，同时减轻工业生产给环境造成的负担。机械制造业的绿色设计以绿色技术为原则，是制造业未来的发展趋势。绿色设计的目标是降低产品的整个生命周期中对环境产生的负面影响。绿色设计是平衡环境影响和企业经济利益的现金现代设计模式，是企业未来的发展方向。在机械产品的结构设计方面，应重点注意两方面：一是产品的拆卸设计方法;二是产品的可回收性设计。

机械产品的拆卸设计主要有两种，一种是过盈配合、螺栓连接和键连接等成熟结构的连接方法;另一种是基于计算机的一系列可拆卸设计方法、准则、评价方法、评价软件等。拆卸回收是机械产品报废回收的前提和保证，不能拆卸的机械产品会造成大量可重复使用的机械零件浪费，严重的还会造成环境污染。

机械产品的可回收性設计是指：在产品设计之初，就充分考虑到产品报废回收过程中的一系列问题，实现资源利用率的最大化，将产品对环境的影响降到最低。机械产品的可回收性设计的主要内容包括：可回收材料的标志、工艺、方法、经济评价、结构设计等。

除此之外，在机械产品的设计制造阶段，还应考虑产品的环境性能设计、产品的资源性能设计等。

2.2 绿色环保材料的选择

传统机械设计制造中，对材料的要求基本是三个方面：安全性、经济性和适配性。对材料的重金属含量、对使用人员的伤害和设备回收等方面并无特别要求。选用绿色环保材料，除了对材料进行审核，确保材料能够达到设计要求外，还要尽量降低对人体的伤害。绿色材料的特点主要体现在两方面：第一，在材料获取、生产、加工、使用、废弃、再生这一生命周期的全程中，具有很低的环境负荷值。再生利用率高、对环境污染小的材料环境负荷值相对较低，是对绿色材料评价的综合指标。第二，循环再生率高。循环再生率高的材料本身就可以节约资源和能源，是环境负荷值低的表现之一。美国卡耐基梅隆大学Rosy教授提出将环境因素融入材料选择，在满足功能、几何形状、材料等特性和环境等需求的前提下降低成本（见图1）。机械产品选择绿色材料的原则主要包括以下几个方面：第一，材料本身性能的先进性。第二，材料与环境的相容性，即低毒害、污染小等。第三，易回收、可再生、可降解。第四，尽量选择回收率高的材料。第五，尽量减少材料种类和数量。

3  绿色制造工艺的内涵及应用

3.1 绿色制造工艺的内涵

机械制造工艺是加工业的基础，绿色制造工艺是指在机械生产加工过程中运用绿色设计、绿色工艺，将传统的高污染行业转变为绿色行业。其宗旨是提高资源利用率，减少机械制造业对环境造成的负面影响。

3.2 绿色制造工艺技术在机械加工制造中的应用

绿色制造工艺在机械加工制造中应用的主要有干式加工技术、优质清洁表面工艺技术、新材料成型技术、模拟制造技术、微量润滑技术等。

干式加工技术是指，在生产过程中不使用冷却润滑剂进行加工的绿色制造工艺技术。干车削、干钻削、干式齿轮加工等，都属于干式加工技术。干式切削技术运用广泛，但在我国运用此技术还处于兴起阶段，其应用仅局限于铸铁工艺上。

优质清洁表面工艺技术是指，在机械零件镀膜之前需对工件表面进行清洁，优质清洁表面工艺技术可以减少有机溶剂的使用，降低污染。

新材料成型技术是指，使用高分子材料、功能型金属粉末等绿色材料为载体，对机械产品进行定型处理。使用新材料成型技术既能降低生产成本，又能简化加工环节，是机械制造工艺水平提高的表现。

模拟制造技术是指，企业利用云计算、大数据等互联网技术模拟机械制造产品，即可节省人力，又能有效提高生产效率，避免出现误差。

微量润滑技术是指，机械加工过程中以微米级雾粒进给润滑剂，由于微雾粒大小与蒸汽雾粒大小相当，且速度极高，不但润滑效果更好，而且工件不会产生淬火效应，刀具产生的切削热集中在工件和切屑上，更易于切削，且有利于延长刀具的使用寿命。

故障诊断技术是指，在机械设备运行过程中或者不拆卸的情况下，对设备的故障部位和原因进行检查、判断，对故障原因进行分析，可以减少故障性停机，降低机械设备的维修成本，节约资源。据统计，采用故障诊断技术之后，可减少七成以上的机械设备故障。

4  绿色制造工艺对资源消耗的影响分析

当前我国资源利用率与发达国家、甚至部分发展中国家相比，都是偏低的，单位产品的能耗高出国际平均水平的二到三成。制造业的能耗占我国一次性能耗的六成以上，在资源相对匮乏的情况下，制造业如何实现低消耗，高增长，是当前亟待解决的问题之一，绿色制造工艺技术的引入无疑是一条可行之路。

4.1 绿色制造技术的节能降耗

机械设计制造产业在生产过程中需要消耗大量钢铁、煤炭、有色金属、电力等资源，绿色制造技术可以有效的实现节能降耗。例如，采用技术节能手段，对机械制造装备进行技术改造，淘汰能耗高的老式设备，采用新型的、低能耗的节能设备，提高能源利用率。另外，利用太阳能、风能等无污染、可再生的新能源，也是节能降耗的有效方式，例如对太阳能进行聚焦得到的高能量光束，可用于辐射加工。

4.2 减少废弃物

机械制造过程中废弃物的产生无法避免，不但浪费资源，还污染环境。为避免资源的浪费，可利用切削液的回收再利用技术、磨屑二次資源利用技术、快速原型制造技术等绿色制造技术对废弃物进行回收利用。

切削液中含有硫、磷等化学添加剂，直接排放容易造成环境污染，合理的回收利用可以大大降低潜在的环境污染来源。机械加工产生的磨屑可以通过提高磨屑纯度，作为二次资源回收再利用。快速原型制造技术利用的是材料堆积成型的原理，能够迅速制造形状复杂的零件，既能节约原材料，又能减少废弃物的产出。

5  结论

综上所述，绿色理念并不意味着经济效益的降低，相反，绿色理念在机械设计制造行业中的应用，可有效降低材料成本，不但提高资源利用率，同时提升了产品质量，最重要的是降低了工业生产对环境带来的负面影响，实现了经济效益与可持续发展的统一。

参考文献：

[1]刘明哲.初文博绿色理念在机械设计制造中的渗透分析[J].山东工业技术，2019（10）：47.

[2]田阳，王吴.机械设计制造中应用绿色节能理念存在的问题及改进对策[J].现代工业经济和信息化，2016（09）.

[3]边东岩.探析绿色理念在机械设计制造中的应用[J山东工业技术，2019（08）：16，25.

[4]罗庆青，梅陶，章俊波.绿色理念在机械设计制造中的应用探析[J].科技创新与应用，2016（08）.

[5]郝晓艳，吴学花.绿色制造模式在我国制造业转型升级中的研究与探索[J].价值工程，2016，35（04）：128-130.