机械产品的绿色设计与制造技术

　　一、绿色设计与制造技术的概念

　　机械制造业要从根本上防止污染，节约资源和能源，关键在于设计与制造，不能等产品产生了不良的环境后果才采取防治措施，要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用，然后制造。这就是绿色设计与制造的基本思想。绿色设计是这样一种设计，即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本功能、使用寿命、质量等。绿色设计，必须按环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗、不产生毒副作用，其产品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产。

　　二、绿色设计的主要内容

　　1.绿色产品的建模

　　建立系统的绿色产品评价模型是绿色设计的关键。例如针对减速器等机械零部件，采用多目标模糊优化设计，使其重量最轻、体积最小、用材最少、消耗能源最少。现在已经提出绿色产品的评价指标体系、评价标准制定原则，利用模糊评价法对“绿色程度”进行了评价，并开发了相应的评价工具。

　　2.绿色设计的材抖选择与管理

　　绿色设计要求选材时应考虑既要有良好的适用性能，又要与环境有较好的协调性。绿色设计对材料的要求也为材料科学的发展提出了新的挑战，即能提供或生产出适合绿色产品设计的绿色材料，选用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收和利用的材料。如铝材料，若汽车车身改用轻型铝材制造，重量可减少40%，且节约燃油消耗。采用天然可再生材料，如丰富的柳条、竹类、麻类、木材等用于产品的外包装。除合理选材外，还应加强材料管理。绿色产品设计的材料管理内容：一方面不能把含有有害成分与无害成分的材料混放在一起;另一方面，达到寿命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要进行处理，使其对环境的影响降低到最低限度。

　　3.产品的可拆却性设计

　　不可拆卸不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。拆卸已成为机械设计的重要内容。可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则。可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式。可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的联接方法，如螺栓联接、键联接及过盈配合等;另一种则是基于计算机的目的设计方法，现已开发系统的可拆卸性评价指标体系、评价方法、拆卸结构设计准则，并开发了相应的评价软件。

　　4.产品的可回收性设计

　　可回收性设计是指：在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列问题，最终达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污染最小的一种设计思想和方法，可回收性设计包括以下几方面的主要内容：①可回收材料及其标志;②可回收工艺与方法;③可回收性经济评价;④可回收性结构设计。

　　5.绿色产品的成本分析

　　由于在产品设计初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能，因此成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等。企业是否支出环保费用，也会形成产品成本上的差异;同样的环境项目，在各国或地区间的实际费用，也会形成企业间成本的差异。因此，在每一设计决策时都应进行绿色产品成本分析，以便设计出的产品“绿色程度”高且总休成本低。

　　三、绿色制造的实现技术

　　1.干切削技术

　　干切削技术在不使用切削液的条件下进行。切削液传统的排屑、冷却、润滑作用已逐渐由刀具设计与制造及其他方法所代替。如刀具材料的发展使刀片可承受更高的温度，减少了对润滑的要求;真空或喷气系统可以改善排屑条件;复杂刀具的制造可解决封闭空间的排屑问题等。

　　2.微机械技术

　　微机械的技术关键是微细加工技术，常用的工艺方法主要采用来自于半导体IC加工工艺的硅微细加工、特种精密加工和微组装技术。

　　微机械的基本特点是：体积小、精度高、重量轻;性能稳定、可靠性高;能耗低、灵敏性和工作效率高;多功能和智能化;适合大批量生产，制造成本低廉。

　　3.快速原型制造(RPM)技术

　　RPM技术是利用分层切片的软件，将计算机产生的CAD模型处理成一系列薄截面层，并根据各截面层形状的二维数据，采用黏结、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层有选择地固化液体或粘结固体材料，从而快速堆积制作出所要求形状的零部件或模型。

　　RPM技术的成型原理突破了传统加工中的金属成型和切削成型方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下，迅速制造出任意复杂形状，且具有一定功能的三维实体模型或零件，即所谓使材料生长而不是去掉材料的制造过程。它被认为是近20年来制造技术领域的一次重大突破。