绿色制造绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用) 最小,资源效率最高。其体现的一个基本观点是,制造系统[1]中导致环境污染的根本原因是资源消耗和废弃物的产生。因此,绿色制造涉及的领域有三部分:一是制造问题,包括产品生命周期全过程;二是环境保护问题;三是资源优化利用问题。绿色制造就是这三部分内容的交叉日趋严格的环境与资源的约束,使绿色制造越来越重要。中国的资源、环境问题尤为突出,制造业不仅要解决生产过程的污染和资源浪费问题,更重要的是要为社会提供在全寿命周期内没有污染、节约资源的产品。从当前人类积极实施可持续发展战略的氛围来看,绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。 从“大制造”的概念来讲,制造的全过程一般包括:产品设计、工艺规划、材料选择、生产制造、包装运输、使用和报废处理等阶段。如果在每个阶段都考虑到有关绿色的因素,就会产生相应的绿色制造技术。电火花加工具有如下的特点:可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料;加工时无明显机械力,适用于低刚度工件和微细结构的加工;脉冲参数可依据需要调节,可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工;电火花加工后的表面呈现的凹坑,有利于储油和降低藏省;生产效率低于切削加工;放电过程有部分能量消耗在工具电极上,导致电极损耗,影响成形精度。4.1.1电火花成形加工该方法是通过工具电极相对与工件作进给运动,将工件电极的形状和尺寸复制在工件上,从而加工出所需要的零件。其包括电火花成型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压住摸、挤压模和胶木模的型腔。电火花主要用于型孔、曲线孔、小孔和微孔的加工。近年来,为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、空的深径比大、排屑困难等问题,在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工,取得良好的社会经济效益。4.1.2电火花线切割加工该方法是利用移动的细金属丝工具电极,按预定的轨迹进行脉冲放电切割,按线电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。高速走丝时,线电极是直径为0.02~~0.3mm的高强度走丝,王府运动速度为8~~10m/s.线切割时,电极丝不断移动,其损耗很小,因而加工精度较高。其平均加工精度可达0.01mm,大大高于电火花成型加工。4.1.3电火花表面强化电火花加工机床在提高精度和自动化程度同时,也在向结构的小型 化方向发展。为提高零件加工精度,类似于加工中心的精密多功能微细电火花加工机床受到青睐,在这种机床上,从微细电极的制作到微细零件的加工,电极只需要一次装夹,因此减小了多次装夹电极所带来伤害。提高零件表面的加工精度。4.2激光加工激光是一种经受激辐射产生的加强光。当激光照射到工件表面,光能被工件吸收并徐速转化成为热能,光斑区域的温度可达10000℃以上,使材料熔化甚至气化。随着激光能量的不断吸收,材料凹坑内的金属蒸发迅速膨胀,压力突然增大,熔融物爆炸式的告诉喷射出来,在工件内部形成方向性很强的冲击波。激光加工具有下面特点:它属于高能束流加工,不存在工具磨损更换问题;几乎可以加工任何金属与非金属材料;属非接触加工,无明显机械力,能加工易变形的薄板和橡胶等弹性工件;加工速度快,热影响区小;易实现加工过程自动化;激光可以通过玻璃、空气及惰性气体等透明介质进行加工,如对真空[2]管内部进行焊接等;激光可以通过聚焦,形成微米级的光斑,输出功率的大小又可以调节,因此可用于精密微细加工;加工时不产生震动噪声,加工效率高,可实现高速打孔和高速切割。激光加工的应用范围:激光技术的广泛用于:医疗器械、机械零件、五金工具、光通讯器件、手机按键、航空航天器材、量具刃具、硬质合金、仪器仪表、齿轮轴[3]承、铜铝制品、汽车零部件、展览展示、电脑灯LOGO片、GOBO片、彩色玻璃片、金属片(电脑灯,摇头灯,成像灯)、塑胶制品、餐具厨具、钟表眼镜架、奖杯奖牌、文具、礼品、首饰、笔、批号、条形码、拉链、产品通过激光打标加工后,标记清晰、美观,耐久性好,非接触加工,加工效率高;可提高产品档次、增强产品市场竞争力。4.3电子束加工工作原理和技术特点:由电子枪[4]射出的高速电子束经电磁透镜聚焦后击中工件表面,在轰击处形成局部高温,使材料瞬时融化或者气化,从而达到材料去除、连接或改性的目的。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间,可达到不同加工目的。电子束可实现极其微细的聚焦,可实现亚微米和毫微米级的精密微细加工;电子束加工主要靠瞬时热效应,工件不受机械力作用,因而不产生宏观应力和变形;加工材料的范围广,对高强度、高硬度、高韧性的材料以及道题、半导体和非导体材料均可加工;电子束的能量密度高,如果配合自动控 制加工过程,加工效率非常高;电子束加工在真空中进行,污染少,加工表面不易被氧化,尤其适合加工易氧化的金属及其合金材料,以及纯度要求高的半导体材料。电子束加工的应用范围:(1)高速打孔。孔径微笑,孔数巨大的适应用电子束打孔。还可以在人造革、塑料上高速打孔、增加透气性。(2)加工型孔。人造纤维的喷丝头型孔往往设计成各种异型截面,这些异形截面最适合采用电子束加工。(3)加工弯孔和曲面。借助于偏转器磁场的变化,可以采用电子束在工件内部偏转方向,可加工曲面和弯孔。4.4离子束加工原理及特点在真空条件下,将离子源产生的离子束经过加速后,撞击在工件表面上,引起材料变形、破坏和分离。离子束轰击工件的材料时,其束流密度和能量可以精确控制,因此可以实现毫微米即纳米级的加工,是当代毫微米加工技术的基础;离子束加工在真空中进行,污染少,特别适宜加工易氧化的金属、合金、高纯度的半导体材料;离子束加工的宏观压力小,因此加工应力小,热变形小,加工表面质量非常高;离子束加工设备费用高,成本高,加工效率低,其应用范围受到一定限制。应用范围(1)离子刻蚀。这种加工本质上属于一种原子尺度上的切削加工,所以也成为离子铣削。(2)离子溅射沉积。本质上是一种镀膜加工。采用0.5~5kev氩离子轰击靶材,并将靶材上的原子击出,沉积在靶材附近的工件上,使工件表面镀一层薄膜。(3)离子镀膜。一种镀膜加工。将0.5~5kev氩离子分成两束,同时轰击靶材和工件表面,以增强膜材与工件基材之间的结合力。(4)离子注入。离子注入时是采用5~~500kev能量的离子束,直接轰击被工材料。在如此大的能量驱动下,离子能够钻入材料表层,从而达到改变材料的化学成分的目的。可以根据不同的目的选用不同的注入离子,以实现材料的表面改变性处理,从而改变工件表面层的机械物理性能。4.5水喷射加工可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工(除水切割外其它切割方法都会受到材料品种的限制);切割时不产生热量和有害物质,材料无热效应(冷态切割),切割后不需要或易于二次加工,安全、环保,成本低、速度快、效率高,可实现任意曲线的切割加工,方便灵活、用途广泛。水切割是目前适用性最强的切割工艺方法。特点:对金属的加工,线切割有更高的精度,但速度很慢,有时需要用其它方法另外穿孔、穿丝才能进行切割,而且切割尺寸受到很大局限,水切割可以对任何材料打孔、切割,切割速度快,加工尺寸灵活。水切割投资小,运行成本低,切割材料范围广,效率高,操作维修方便。可随时进行任意形状工件的切割加工,尤其在材料厚、硬度高等情况下,冲剪工艺将很难或无法实现,而用水切割方法则较为理想。水切割能很好地解决一些熔点高、合金、复合材料等特殊材料的切割加工。在金属切割领域中的典型应用(1) 装饰、装潢中的不锈钢等金属切割加工(2) 机器设备外罩壳[5]的制造(如机床、食品机械、医疗机械、电气控制柜等)(3) 金属零件切割(如不锈钢发兰盘的半精加工、钢板结构件、有色金属、特种金属材料等)