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清洁成形与改性技术

时间: 2011-07-13 18:01 来源: 作者: 点击:

一、技术概述 

    制造成形与改性技术是以物理、化学、冶金相平衡为基础理论,将热、电、光、声及化学现象散发出来的燃烧、压力、电阻、电弧、电感应、电子束、激光、超声波、等离子体等能量作用于成形及改性,使其产生熔化、凝固、结晶、塑性变形、扩散相变等物理化学性能的变化,以达到使工件成形与改性的目的,伴随这些过程,将产生大量污染物、高温和噪声,严重污染环境。

    清洁成形与改性技术是实现机械制造业自身清洁生产的重要举措,旨在成形与改性过程中,采用无毒、无害的原材料,利用率高的能源及高效、节能降耗的工艺与设备,使材料、能源消耗及排污最少,使先进的成形与改性技术与环境保护、生态系统协调发展,因而它是新的知识集约型技术,是21世纪科技发展的关键技术之一。其研究范畴与内容为:

    1.节能节材、无污染成形与改性技术
    2.成形与改性过程“三废”治理及利用技术
    3.成形与改性设备的改造及延寿技术 

    二、现状及国内外发展趋势 

    清洁成形与改性技术是产品、零部件加工过程中具有与生态度环境相协调的先进实用技术,是目前全球关注的焦点,我国亦给予了足够的重视。“九五”期间已开始强调从设计、原材料、工艺、生产过程及产品的回收等各个环节皆要做到:排污少,材料、能源利用率高,与环境协调发展。

    1.成形与改性技术清洁化

    在铸造成形清洁化中,为控制其大量的有害气体和粉尘的产生,先后开发并应用了多种诸如压铸、金属型、金属型复砂等少无型砂铸造工艺,在砂型铸造中采用无毒CO2硬化的树脂砂制芯,减少树脂中游离和游离甲醛含量,解决了造型、制芯砂溃散性差的难点,开发各种类型的水玻璃旧吵干法及湿法再生装置,使高性能旧砂获得再生和回收,控制了环境污染,并达到节能、节材的目的。

    在接成形清洁化过程中,不用填充材料的摩擦焊,已趋向于大型化,其最大功率达700KW,最大焊接截面积为20000mm2,焊接机的焊接控制已实现了数字化,电子束焊可不开坡口、不加填料,其耗电量为手工焊接的23%,埋弧焊的58%,CO2气焊的76%,是节能节材、少无污染的焊接工艺。

    清洁表面改性技术,重点开发无污染、低能耗、排污少、高效能的新型涂料,如:水性涂料,粉末涂料,高固分涂料等,特别是水性涂料,具有无污染、性能优良的特点,视为大型工业涂装生产线首选涂料。国际上解决表面处理污染问题采用的方法,一是采用低毒或无毒化工原料;其二是采用封闭式生产,使产生的废水、废气在工厂再生循环使用。以德国Aachen大学和瑞士公司为代表开发的水热喷涂技术是90年代新兴的热喷涂工艺方法,水下喷涂避免了噪声辐射和烟尘的污染,可较好地控制喷涂中的成分,以防止喷涂材料的氧化等。这些无污染的新技术都有助于生态环境的保护。

    2.开发新能源及节能、节材新工艺

    激光作为一种新的能源,近年来在国际上发展迅猛,国外激光焊接已进入应用阶段,全世界拥有1KW以上的激光加工设备超过10000台,其中1/3用于焊接,美国占48%,工业发达国家焊机功率为10-30KW,焊接厚度已超过100m/m,应用十分广泛。

    国际热处理联合会(IFHT)预测,真空热处理在欧洲工业国家有完全取代污染严重的盐浴炉的趋势,美国真空热处理已占15%。这一发展趋势今后将进一步增长。我国真空热处理技术的发展趋势和国际热处理工业的发展趋势同步。我国今后10年内应优先发展真空热处理技术。

    3.三废治理与综合利用技术占有重要地位

    近年来出现了几种改型的真空脱脂清洗技术,整个过程由可编程序控制器(PLC)自动控制,技术先进,自动化程度高。

    铸造行业水玻璃砂再生的应用发展迅速,水玻璃具有无毒、成本低的特点。它比树脂砂成本低,来源广,造型(芯)工艺易掌握,我国目前年产铸件1200万吨,其中应用水玻璃砂(CO2法、VRH法、酯硬化法)生产的约150~ 170万吨,旧砂如不回用,将严重污染环境。若再生利用,直接经济效益可达12~14亿元,目前已有研究将造型废砂与其它材料混合制造建筑用材。所以综合利用技术在改性与成形技术中占据重要位置。 

    三、“十五”目标及主要研究内容 

    1.目标

    清洁成形与改性技术涉及能源、材料、制造、环境与管理等领域,改变大量消耗能源、粗放经营的传统模式,组建新的生产模式,采用清洁工艺,以节能、降耗、减污为目标,在热加工过程中实施全过程控制,杜绝污染源的产生,实现机械生产与环境协调发展。

    2.主要研究内容

    (1)节能节材及少无污染成形与改性技术

    包括低毒或无毒CO2硬化的树脂砂高效制芯工艺;焊接锰尘防治技术;真空高压气淬热处理及智能控制系统;节能型超音速火焰喷涂技术;水下热喷涂技术;低污染节能自泳涂装技术。

    (2)成形及改性过程“三废”治理及综合利用

    采用生产过程控制技术,减少废物、废水的排放,实现水耗降低40%,循环利用率提高到80%,能耗降低30%,废物利用率达到60%。如冲火炉废气利用的研究;铸造水玻璃砂的再生回用工艺技术研究;无污染处理电镀废水及其它污水处理新技术;无公害真空脱脂清洗技术等。

    (3)成形与改性设备改造及延寿技术

    包括关键部件在运行过程中材料的蜕化、破坏及失效机理研究;提出关键部件的失效判据、诊断方法、监控措施、关键部件的维护、改造及延寿的可行性和方法;设备失效分析和破损机理的交互作用及耦合研究,寿命估算判据和方法的集成,维修管理决策系统的研究,复合表面工程技术的研究和推广;设备寿命评估、失效机理的研究;寿命估算法和集成;维修管理决策系统的研究。

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