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[济南暴雨锯机]绿色机床设计的新材料和新技术

日期:2019-06-22 11:54:27
绿色机器设计的意义 制造业作为国民经济的支柱产业,为社会创造了丰富的物质财富,却消耗了大量的资源,造成了环境污染。目前,环境问题日益成为影响社会经济发展的关键因素。政府制定的环境法规越来越严格,消费者也越来越重视环境管理。因此,如何减少资源消耗和环境污染是21世纪制造业面临的主要问题。为此,必须在制造业实施绿色制造技术,实施可持续发展战略。机械制造业在中国的节能减排工作中发挥着重要作用。金属切削机床是用于制造机器和工业机器的机器。机床的平均工作寿命超过三四十年。它是一种长寿命产品。在生命周期中,它消耗能量并产生固体,液体和气体废物,对工作环境和自然环境造成直接或间接污染[1]。因此,节能和绿色的新型节能机床已成为当前研究的热门话题。 绿色机械设计的新材料 随着现代工程技术和科学技术对材料性能要求的不断提高,新材料的研究和应用得到了迅速发展。以复合材料为代表的新材料已广泛应用于国民经济的各个领域。在机械工业中,新材料的出现和应用导致了一些传统加工技术的重大变化。现代航空航天工业等高新技术产业的发展,对数控机床和设备的性能,精度和加工能力的要求日益提高,推动和促进了数控机床和设备制造的发展。 由于耐高温,高强度,难加工,合金材料和复合材料,复杂的结构件和高工艺要求,航空航天工业产品零件需要大规模(重型,超重型),高速,精准复合和智能发展的趋势。如何充分发挥新材料和工艺性能的优势,并将其应用于实践,已成为新时代机床设计领域的一个重要课题。 碳纤维,陶瓷,复合材料等新材料在机床结构中的应用,使机床结构更轻,更环保,促进了机床加工设备向高速,精密,复合和高速化方向发展。情报。例如,机床的大尺寸支撑使用人造花岗岩,或者将混凝土焊接到由钢板焊接的框架中,这可以节省金属资源,增加抗振性和热稳定性,并且具有一些复杂的零部件。碳纤维等新材料的使用不仅使机器结构更轻,而且还提高了使用寿命;对于一些高硬度磨损件,使用陶瓷和其他材料代替高硬度钢可以减轻重量并节省贵金属。该资源还可以节省耗时且耗能的热处理工艺,即高硬度钢在加工过程中需要多次进行。 例如,在欧美的机床工业中,新材料树脂混凝土得到了很大的发展,特别是在高精度机床的应用中,树脂混凝土正在逐步取代传统的铸铁。树脂混凝土是一种新兴的结构材料。它是天然矿石(不同尺寸,不同来源)和环氧树脂(作为粘合剂)的混合物。它比传统铸铁具有很大的优势。目前,越来越多的国际机床制造商开始使用树脂混凝土设计机床,但对于中国市场来说,这个领域仍然是空白。与传统铸铁相比,树脂混凝土具有以下四个优点: (1)能耗低。与铸铁相比,树脂混凝土在制造过程中消耗更少的能量并节省约30%的能量消耗。面对电力,天然气和煤炭等能源短缺,使用廉价且可回收的环保材料,如树脂混凝土,是理想的选择。树脂混凝土废料和旧床可用作建筑材料。 (2)吸振性好。如今,精密数控机床越来越受到关注,工件和机床部件在高速切削过程中移动得越来越快。提高速度,进给速度和部件重量会产生振动,降低精度。树脂混凝土消除了振动并提高了机床的精度。 (3)高度集成。与浇铸温度为900℃的铸铁相比,树脂凝固的铸造温度为±45℃是另一个优点。传统的方法是在铸造床之后安装其它部件。现在可以将零件直接铸造到铸件中,例如管道,电缆,传感器,执行器和液体腔室。 (4)精度高。制作床的传统方法是在铣削和研磨后安装直线导轨。由于脱模后常规铸件的精度低,脱模后的树脂混凝土可以达到更高的精度。此外,通过重铸可以实现更高的精度。 绿色机床设计的新技术 随着科学技术的飞速发展,越来越多的新技术应用于机床产品的设计领域。绿色机床提供了一个新概念:在使用机床时降低机床质量,节省材料并降低能耗。同时,模块化设计逐步采用机床设计,以满足不同用户的需求,易于维修,拆卸和回收产品,最大限度地利用资源,资源可以得救 1在结构设计中减轻重量,简化结构,优化机器设计功能,大多数类比设计方法,基于原有产品的变化或改进,只要原产品没有问题,有些结构和尺寸复制过来或按比例放大,以创建结构尺寸的边距。因此,用于优化机床结构的空间非常大,并且在机床的生命周期中几十年的节能量是相当大的。 在设计机床的整体结构时,采用结构简化的原则,尽可能简化设计,减少不必要零件的数量。因为每个部件背后都有一个完整的设计过程,生产过程从准备空白到检查后的产品检验,所有管理流程,以及安装过程中的调整过程。通过减少一个部件,您可以减少整个过程并降低制造成本。在设计机床的驱动系统时,尽可能缩短传动链不仅可以减少零件数量,减少空载功率的损失,还可以提高传动精度。在零件设计过程中,还采用了结构简化的原则。在完成机床基本部件的设计后,进行有限元结构分析。在满足刚性的前提下,优化得到改善,减小了一定的尺寸,使机器重量最小化,节省了材料。图1是机床的大型基本部件的有限元分析的图例。一些运动部件的结构优化不仅节省了材料,而且减少了重量,降低了机器使用过程中的干运行功率和能耗。 对于中国航空航天工业的大型飞机项目,用于大型飞机的横梁,框架,肋骨和侧板坯料的板材或锻件重达数百公斤甚至吨,因此需要重型甚至超重型。数控加工设备如多坐标,高速,高刚性,大功率数控铣床和立式加工中心。在机床设计过程中简化结构,优化功能,减轻重量,节省大量材料,取得良好的社会效益和经济效益。 2采用新的环保技术,有效利用能源,保护生态环境在设计机床新产品的过程中,强调资源和能源的有效利用,保护生态环境,最大限度地减少不可再生的消耗资源和节约原材料。在实践中,它主要控制噪音污染,废气污染,切削液污染,润滑剂污染和有害物质的使用。为响应上述要求,有许多新的环保技术用于机床产品的设计。 例如,机床中使用的润滑冷却剂是有害的排放物,特别是用于研磨的乳液对环境和工人非常有害。现在,有干燥和最低润滑(MinimizedQuantity Lubricaion,MQL)技术。提高工具性能,不使用冷却液,或使用特殊装置提供气溶胶或低温空气(冷空气)来解决切削液污染问题。图2是微润滑技术的示意图。 同时,在机床润滑系统的设计中,集中润滑或自润滑方式可以有效减少润滑油的损失和排放,减少润滑油对环境的污染。在现代航空航天工业中,镁合金由于其低密度和高比强度而被广泛使用,这可以实现重量减轻。镁合金用于飞机制造壁板,肋,轮毂,电机外壳等。在航空航天工业中,镁合金用于制造火箭,卫星和其他部件。镁合金粉末在与水接触时容易产生氢气。氢气易燃烧,具有爆炸性。因此,镁合金的加工特别是高进给,高速切削不能冲洗和切削,只能使用矿物油,而且成本高。镁合金具有无需研磨抛光,散热快,无切削液表面质量好的特点。因此,干切削和微润滑等环保技术的出现解决了航空航天工业中镁合金材料的加工问题。降低了处理成本。 模块化设计,易于重组和绿色再制造 在机床的新产品设计中,模块化设计可以满足不同用户的需求,易于维修,拆卸和回收产品,最大限度地利用资源,节省资源。组合机床是模块化设计和易于回收的一个很好的例子。组合机床是一种高效的特殊机床,由大量通用部件和少量专用部件组成。当产品或工艺发生变化时,原始机床被拆卸,并且可以将大量公共部件重新用于新机床。在现有标准的基础上,如果可以为某些通用机床的主要部件尺寸设定相应的标准,有利于机床的恢复,改造或重组,大大节省了机床。并导致原始[2]。图3和图4分别显示了车削产品和镗铣产品的模块化设计。 结论 随着新材料和新技术研究的不断深入,节约能源和绿色生态的新机床的不断发展得到了极大的推动。中国是制造业大国,提高行业自主创新能力,运用新材料和新技术开发绿色机床,实现资源循环利用,实现企业经济效益和社会效益的全面优化。它对振兴中国机床工业具有重要的战略意义。社会节能减排有很大的推动作用。
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