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提升精益制造水平,推广绿色基础制造工艺

2016年08月19日 10:01:24 中国传动网

装备制造业是为国民经济和国防建设提供技术装备的重点行业,是制造业的核心组成部分。基础制造工艺是装备制造业赖以生存和发展的基础,其水平直接决定着装备和主机产品的性能、质量和可靠性。“十二五”期间,我国已发展成为基础制造大国,铸造、锻压、焊接、热处理等行业规模都是世界首位,年铸件产量超过4000万吨、锻造和冲压超过2000万吨、材料热处理超过1500万吨。与此同时,基础制造工艺也成为了装备制造业资源消耗和污染排放的主要环节,铸、锻、热、焊四种基础制造工艺合计能耗占装备制造业总能耗的70%-85%。“十三五”时期是我国全面推行绿色制造、建设制造强国的关键时期,加快推广绿色基础制造工艺、提升精益制造水平意义十分重大。

一、绿色基础制造工艺是实现工业绿色发展的重要基础

(一)绿色基础制造工艺是落实制造强国战略的重要内容

《中国制造2025》把全面推行绿色制造作为实现制造强国战略目标的重要内容,要求加大先进节能环保技术、工艺和装备的研发力度,加快制造业绿色改造升级,努力构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系。铸造、锻压、热处理、焊接、表面工程和切削等基础制造工艺量大面广、通用性强,是汽车、电力装备、石化装备、造船、钢铁、纺织、机床制造等产业发展的基础制造核心技术,通过采用无毒无害或低毒低害的原辅料、清洁能源以及高效节能的先进制造工艺与设备,可带动整个制造业的技术改进、产品和产业结构优化,从而提升工业发展的质量和效益。可以说,基础制造工艺的绿色化、精益化水平直接决定着工业绿色发展基础能力的高低。

(二)绿色基础制造工艺是制造业绿色转型的重要基础

基础制造工艺是装备制造业生产过程耗能及污染物排放主要环节。据统计,铸造、锻造和热处理工艺年消耗能源量约4000万吨标煤,约占装备制造业规模以上企业总能耗的50%。铸造行业不仅要排烟、排尘,而且要排出大量的废砂、废渣,我国每吨合格铸铁件平均排放废渣0.2~0.3吨、废砂0.4~0.7吨、排放CO2、NOx等2.3吨,每年合计排放总量超过1亿吨。我国锻造行业燃料炉污染物排放超标严重,锻压年消耗润滑剂约40万吨,容易造成水体、土壤中有机烃和毒害物累积,锻压时产生的巨大振动和噪声严重影响了精密装备的精度和生态环境。我国每年因摩擦磨损或腐蚀造成的总损失至少占当年GDP的7%以上,其中腐蚀总损失约占GDP的5%,表面处理行业通过绿色发展每年至少可以挽回30%的腐蚀损失。因此,没有绿色基础制造工艺的绿色化,制造业绿色转型发展就没有了技术支撑,绿色基础制造工艺是制造业绿色转型的重要基础。

(三)绿色基础制造工艺是未来制造业竞争的重要领域

绿色基础制造工艺的水平直接影响到制造业的可持续发展能力,发达国家不断提高绿色基础制造工艺的发展目标。2012年,美国提出到2020年原材料消耗量减少15%、加工废屑减少90%、能耗减少75%的目标,从而进一步提高数字化工厂中水、能源和材料的利用效率;德国启动了“BlueCompetence”高能效机电产品推广计划,要求机床减重50%以上、能耗减少30%~40%、报废后机床100%可回收等。绿色基础制造工艺已成为未来制造业竞争的重要领域,但我国基础制造工艺长期难以克服能耗高、环境污染严重的弊端,与发达国家相比,我国绿色制造基础工艺创新和应用存在较大差距。目前,我国吨铸铁件能耗比国际先进水平高约60%,每吨锻件能耗比国际先进水平高47%,热处理吨工件平均能耗约为国际先进水平的1.4倍,吨合格铸件与锻件三废排放量约为国际先进水平的10倍。

二、“十三五”基础制造工艺绿色发展重点方向

(一)轻量化

轻量化是未来基础制造工艺的重要发展方向,主要通过采用新型轻量化材料和轻量化成形工艺来实现。以汽车零部件制造为例,通过采用复合材料、轻金属、高温合金等高强韧度材料,如镁合金替代钢、铸铁可减重60%-75%;超高强度钢热冲压成形技术制造的等轻量化成形可以减小关键零部件壁厚或截面尺寸,具有减轻车体重量和提高安全性的双重优势。汽车自重每减少10%,燃油消耗可降低6%-8%,污染物排放可降低5%-6%。

(二)清洁化

“十三五”期间,在资源能源与环境的约束下,物耗大、污染物重的基础制造工艺将不断被淘汰。对于切削、热处理、涂镀等污染严重的行业,采用绿色清洁生产工艺将是主要发展趋势。例如传统切削加工过程中大量使用切削液,污染严重,而干式切削和准干式切削一般使用强冷风或其他介质或少量切削液冷却切削点,可大幅减少切削液污染。

(三)精密化

精密成形主要是指采用近净成形、快速成形等精密成形技术,免除或减少后续加工,有效降低后续加工余量。精密成形过程中材料流动经过合理控制,材料纤维连续并按照要求分布,且由于免除或减少成形后续加工,最大限度地保留了成形的纤维形态,从而提升零件的机械强度,提高产品使用寿命,实现高质量绿色节能、节材。

(四)短流程化

基础制造工艺绿色化的一个重点方向是短流程生产。一方面,可以通过利用前期工序中的材料、热能或者集成工序,使整个制造过程实现流程再造和优化。另一方面,也可以通过采用增材制造等先进的成形技术实现短流程成形,减少资源能耗消耗。由于增材制造技术采用材料累加的方法制造零部件,相对于传统的材料去除—切削加工技术,可以大幅减少材料消耗,同时提高加工精度。

(五)循环化

以无废弃物为目标的循环利用也是实现基础制造工艺绿色化的重要途径。无废弃物制造,即加工过程中不产生废弃物,或产生的废弃物能被整个制造过程作为原料而利用,并在下一个流程中不再产生废弃物。我国铸造行业生产过程中大量余热还没有充分进行回收,铸造产生的废砂还没有实现100%回用,若铸件开箱时的高温能够有效利用,可以达到优化铸造工艺、提高能效的目的。

三、“十三五”发展目标、重点和措施

(一)发展目标

“十三五”期间,重点推广绿色的铸造、锻压、焊接、切削、热处理、表面处理等基础制造工艺技术与装备。到2020年,铸件废品率降低10%,锻造材料利用率提高10%,切削材料利用率提升10%,电镀和涂装行业减少污染物排放30%以上。

(二)发展重点

针对“十三五”基础制造工艺绿色发展目标,围绕轻量化、清洁化、精密化、短流程化、循环化等重点方向,加大重点绿色基础制造工艺的研发、应用和推广力度。

(三)主要措施

一是建立完善绿色基础制造工艺的标准体系,强化标准实施。逐步建立体系完善的典型行业准入规范和典型装备绿色制造标准,把握好绿色制造标准中国家、行业和团体标准等的区别定位和分级管理,突出行业特点,推进重点绿色标准制定。强化标准实施,通过开展标准培训、评价和监督,加强标准实施中的指导,发挥企业在标准实施中的主体作用,建设标准化信息服务平台,全面提升标准化服务能力。

二是实施绿色基础制造工艺推广行动。选择一批铸、锻、焊、热处理等行业的龙头企业实施“绿色基础制造工艺技术与装备应用示范”装针对基础工艺关键工序开展生产工艺绿色化改造,重点推广绿色、先进的铸造、锻压、焊接、切削、热处理、表面处理等基础制造工艺技术与装备。建立绿色化数字化车间/工厂,建立数字化、柔性化、绿色、高效的铸造车间,以锻压设备为中心构建数字化冲压车间,建设数字化焊接车间、数字化热处理车间、高效绿色切削加工中心。

三是搭建绿色制造基础工艺创新服务平台。围绕典型产品零部件从毛坯到成品的生产全工艺链,以企业为主体,推进绿色制造共性关键技术及装备研发,开展制造工艺创新和集成应用,提高我国制造业绿色化制造能力和核心竞争力。建立并完善国家级的工业装备制造公共服务平台,为典型装备产品提供绿色制造资源共享平台和数据服务等。

四是健全有利于推广绿色制造工艺的政策体系。充分发挥产业政策的引导作用,制定行业技术规范,提高行业准入门槛,遏制低水平重复建设。鼓励企业积极开展清洁生产审核,推进制造过程绿色化。充分利用中央预算内投资、技术改造、节能减排、清洁生产、专项建设资金等资金渠道及政府和社会资金合作模式,支持企业技术升级改造、推广绿色制造工艺。

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来源:节能与综合利用司

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