机床制造业的节能减排.pdf

机械制造与研究 陈亚宁 机床制造业的节能减排 机床制造业的节能减排 胨 亚宁 f 南京数控 机床 有限公 司。 江苏 南京 2 1 1 1 0 0 摘 要 机床行业节能减排、 绿色制造要抓住制造过程中高耗能环节， 低应力铸铁、 铸态球墨铸 铁， 消失模 ， 振动时效， 机床再制造等是机床行业节能减排应采取的重要技术和手段。 关键词 节能减排； 低应力铸铁； 消失模 ； 振动时效； 再制造 中图分类号 1 1 -] 一 9 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 1 0 3 - 0 0 6 0 - 0 2 En e r g y S a v i ng a n d Emi s s i o n Re d uc t i o n i n t he M a c h i ne To o l I n du s t r y CHEN Ya n i ng N a n j i n g C N C Ma c h i n e T o o l Co ． ， L t d ． ， N a n j i n g 2 1 1 1 0 0， C h i n a Ab s t r a c t T h e k e y f o r t h e e n e r g y s a v in g e mi s s i o n r e d u c t io n a n d g r e e n ma n u f a c t u r in g in t h e ma c h in e t o o l in d u s t r y mu s t b e f o c u s e d on t he h igh en e r g y c on s u mi n g p r o c e s s e s ． L o w s t r e s s c as t i r on， n o du l a r c a s t ir o n a s c a s t c o n dit i o n， e v a n e s c en t mo d el ， v i b r a t i o n a g i n g a n d r e pr o d uc in g ma c hin e t o ol ar e t he mo s t i mp or t an t t e c h n olo gy an d met h o d． Ke y wo r d s e n e r g y s a v in g a n d e mis s i o n r e d u c t io n； l o w s t r e s s c a s t i r o n； e v a n e s c e n t mo d e l ； v ib r a t io n a g i n g ；r e p r o d u c i n g 0 前言 2 0 1 0是 实施 十一五规 划 的最后 一年 ， 中央反 复强 调 要着力抓好节能减排工作， 但因受诸多因素的制约 ， 许多 机床企业节能减排效 果并不 理想。那种延 用粗放 式的 制 造模式已不适应企业的可持续发展。因此只有不断创新， 积极探索节能、 降耗、 少污染的制造工艺技术， 才能适应社 会可持续发展的需要。 通常， 机床行业节能减排主要靠产品结构调整、 技术 进步和加强管理三个途 径来实现 。其 中产 品结构调 整是 涉及面较广的一项长期任务， 管理节能也要 日积月累， 很 难一蹴而就 ， 但通过技术进步， 节能减排的效果却可在较 短的时间内呈 现出来 。 机床制造过程较为复杂。涉及到铸件毛坯准备、 冷热 加工、 装配调试等几十道工序。能源消耗、 废气物及排放 也贯穿于整个制造过程 ， 如果控 制住 高耗 能环 节的能耗也 就抓住了机床生产过程中节能减排的重点， 达到了事半功 倍的效果。铸造是机床行业的首道工序 ， 也是高能耗 、 高 污染 的工序之一 ， 中国 已成 为铸造 大国 ， 正 处在高 速增 长 阶段。但多数工厂规模小， 一般技术和管理比较落后， 铸 件技术含量低 ， 生产能耗 比较大 ， 难 以采 用新 工艺 、 新材料 和新设备， 劳动条件和环境保护也难以得到应有 的改善。 因此应在铸造工艺上采取行之有效的技术进步措施。 1 推广应用低应力铸铁件、 铸态球铁件 机床生产对铸件的要求较高， 高强度低应力是保证机 床精度的前提 ， 大部分企业仍采用铸后回火 、 二次加工回 火等工艺技术 ， 消耗 了大量 的能源 。铸件 的铸后热时效能 耗每吨铸件 4 0一l o o k g标煤， 球墨铸铁退火、 正火能耗 l 0 0～1 8 0 k g标煤 ， 而低应力铸铁、 铸态球墨铸铁应力很 低 ， 无需铸后热时效 ， 节能效果 明显 。低应 力铸 铁在 国外 研究较早 ， 我国起步于 2 0世纪 2 0年代。较为成熟的低应 力铸铁有密烘铸铁， 其组织均匀、 致密、 残余应力低 ， 自身 强度高。高硅碳 比值 S I ／ C 低应力铸铁 ， 在碳含量相同 的的前提下， 适当提高 S I ／ C 值， 抗拉强度提高， 残余应 力降低， 可省略铸后的时效。目前我厂已成熟地应用了低 应力铸铁技术， 既节约了大量能源， 降低了能耗， 同时机床 精度保持性非常高， 受到了用户的广泛称赞。 铸态球墨铸铁技术也已成熟 ， 并在各个行业大量应 用 ， 由于铸态球铁生产省去了退火， 正火处理程序 ， 节约了 能源， 避免了因高温处理带来的高温变形、 氧化等缺陷， 减 少了能源、 人力成本， 缩短了生产周期 ， 因而该项技术的应 用对机床行业的节能减排有着较大的意义。 2消失模技术 消失模铸造 又称实型铸造 是将与铸件尺寸形状相 似的泡沫模型粘结组合成模型簇， 刷涂耐火涂料并烘干 后， 埋在干石英砂中振动造型， 在负压下浇注， 使模型气 化， 液体金属占据模型位置， 凝固冷却后形成铸件的新型 铸造方法。与传统铸造技术相比， 消失模铸造是一种几乎 没有加工余量且能精确成型的加工工艺。铸件尺寸精度 可达 c 1 7 9 ， 加工余量最多 I ． 5 2 m m， 可大大减少 机械 加工的能耗和费用， 同时由于精度高， 加工余量少， 毛坯铸 件质量降低， 能源消耗、 材料消耗均大为减少， 铸件成本显 著降低。且结构形状不受铸造工艺的限制， 为产品设计制 作者简介 陈亚宁 1 9 5 6 一 ， 男， 江苏海安人 ， 高级工程师 ， 学 士， 主要研究精密机械设计与制造 。 6 O h t t p ／ ／ Z Z H D． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E m a i l Z Z H Dc h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c n 机械 制造 与 自动化 机械制造与研究 陈亚宁 机床制造 业的节能减排 造提供了广泛 的 自由度 。现代 机床生产个性化很强 ， 多 品 种 、 小批量是 大型高端 产品 的生产特点 。消失 模技术应用 在机床制造业大有可为 ， 采用消失模技术既节约了大量木 材资源 ， 又缩 短了生产 周期 ， 实为 机床制 造业 的一 次重要 的创新技术 。 3 振 动 时效技 术 振动时效的实质是 通过振 动 的形 式 给工件施 加 一个 动应力， 当动应力与工件本身的残余应力叠加后， 达到或 超过材料的微观屈服极限时 ， 工件就会发生微观或宏观的 局部 、 整体的弹性塑性变形 ， 同时降低并均化工件 内部的 残余应力， 最终达到防止工件变形与开裂， 稳定工件尺寸 与几何精度的目的。机床零件在铸造 、 锻压、 焊接、 切削加 工工艺 过程 中 ， 由于受 力 和受热不 均匀 ， 其 内部会 产生 不 同的残余 应力 。传统的 消除残余 应力 的方法 是热 时效 或 自然时效。自然时效周期太长， 一般要 1 ～ 2年 ， 生产效率 低 下 ， 长期 占用场地 ， 不适合大批量生 产。热时效能耗 高 ， 污染环 境 ， 且炉温控制难度 大 ， 工 件易 氧化 ， 时效需要 1～ 2天。而振动时效的显著优点是节能环保， 降低成本， 与 热 时效 相 比可节约成本 9 0 ％ ， 节 能 9 5 ％ ， 节约投资 9 0 ％ 以 上。振动时效效率高， 一般工件不超过 1 h ， 而且设备较 轻， 工艺简单， 适应性强。铸后时效和粗加工二次时效均 可采用振 动时效。振动 时效技 术应用 多年 ， 已 日渐 成熟 ， 特别是在采用了频谱谐波振动时效技术 ， 使振动时效的效 果更趋完善。频谱谐波技术不再沿用原有的扫频方式， 而 对工件进行频谱分析找出几十种谐波频率 ， 选择消除工件 残余应力效果最 佳的 5种 不 同振 型 的谐波进 行 时效处 理 达到多维消除应力的目的。频谱谐波方式不论工件大小 、 频率 和刚性 高低 、 材料 特性 如何 ， 均能 够处理 亚共 振无 法 处理的工件。满足高精度处理工件的要求 ， 大大降低了应 用 的门槛 。 4 机床再制造技术 机床再制造 目前已被公认为是节约能源和原材料的 绿色生产方式 。近年 来 ， 国家对 机床 再制 造越 来越 重视 ， 机床再制造是通过对已达到使用寿命年限的产品的修复 、 改造后使其达到甚 至超过原型产 品性能 的加工过程 ， 实现 资源循环利用 和机 床 能力 综合 提 升 的机床 制 造 新模 式 。 再制造是一个非常完整的体系， 在这个体系下， 不等这个 设 备报废就有计划 、 有 目的地送 到指定 的再 制造 中心 ， 不 让其 成为垃圾 。在机械制造领域 ， 考虑到各个部件 的可拆 卸 ， 可 回收 ， 有意 识地 按 不 同种类 ， 不 同金 属构 成 的零 部 件 ， 用特殊 的方法组装 ， 以至于某 个部件出现问题时 ， 可快 捷 地更换 ， 省 时省力 ， 达到资 源充 分 、 合 理利 用 的 目的 ， 实 现真正意义上 的节 能减排 。“ 十一 五 ” 期 间 ， 国家 科技 支 撑 计划安排 了“ 机床 再制 造关 键技 术与 应用 ” 项 目， 该 项 目根据我 国制造企业装备落 后的现状 ， 重 点围绕废 旧机床 综合 测试与再制造方 案设计 、 环 境友好 性改 进 、 零 部件 绿 色修复处理、 节能化提升、 信息化提升等关键技术进行研 究 ， 为我 国机床再制造 的深入开展提供关键技术支撑 。南 京工业 大学 、 重庆机床 厂在大型机床数控化再制造方 面取 得 了一 系列技术创新成果 ， 且经济效益 、 社 会效益显著 ， 既 满足了我国制造业的发展需要， 又实现了资源节约和再 利 用。 5 结论 节 能减排实现绿色 低碳 经济 ， 在具 体实施 科技 进步 、 技术创新举措过程中， 还有许多工作要做， 除了积极寻求 国家政 策方面的引导 和扶持 外 ， 还要 寻求与 大学 、 科研 机 构的通力合作， 努力缩短研发、 技术创新与企业实际需求 的差距 ， 以点带面， 不断提高企业在可持续发展中的竞争 力 ， 为圆满完成 “ 十二五 ” 节 能减排的 目标任务作贡献 。 参 考文献 [ 1 ]胡在矶 ， 詹晋浩 ， 张照军 ． 振 动时效 和热时效 的特性对 比[ J ] ． 铸造技术 ， 2 0 0 0 0 3 ． [ 2]北京翔博科技有 限责任公 司发明的频 谱谐波时效技 术 专利 号 Z L 2 0 0 5 1 0 0 9 2 9 8 5 ． 6 ． [ 3]崔春芳 ， 邓宏 远 ， 赵琦． 消失模铸 造技 术及应 用实 例 [ M] ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4]楼易 ． 低应力机床铸铁件取 消人工时效工 艺的铸造应力 测试 与控制技术 [ J ] ． 机 电工程 ， 1 9 9 6 0 3 ． [ 5 ] 孙宇宁． 低应力高强度铸铁生产机床床身件[ J ] ． 现代铸铁， 1 9 9 5 4 ． [ 6]徐滨士． 再制造 与循环 经济[ M] ． 北京 科学 出版社 ， 2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 0 1 01 29 关于交换刊物邮寄地址的通知 机械制造 与自动化 杂志编辑部已于2 0 0 6 年5月7日由南京市莫愁路搬迁至南京市珠江路。凡与我 刊建 立了期刊 交换 关 系的编辑部 杂志社 ， 请按 下述地 址 江苏省 南京市珠 江路 2 8 0号珠 江 大厦 1 9 0 3室 邮政 编码 2 1 0 0 1 8 ， 将贵刊邮寄至本刊编辑部收 ， 特此告知。 机械制造与 自动化 杂志编辑部 2 0 0 9年 6月 Ma c h i n e B u i l d i n g日 Au t o m a t i o n ， J ． n 2 0 1 1 ，4 0 3 6 0～ 6 J 6 1