面向單張紙膠印機綠色制造的綠色設(shè)計

1、    面向單張紙膠印機綠色制造的綠色設(shè)計    楊曉鳴+喬俊偉在國家“提高裝備工業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和效益，走綠色可循環(huán)發(fā)展路線”方針的指引下，印刷設(shè)備制造商在產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售等經(jīng)營活動中，不僅要面向綠色印刷過程，也要面向綠色制造過程。綠色設(shè)計是綠色制造過程的源頭，其核心是通過現(xiàn)代設(shè)計方法，減少資源和能源的消耗，減少有害物質(zhì)的排放，降低對環(huán)境和人體健康的影響。本文通過闡述綠色制造和綠色設(shè)計的概念，結(jié)合多年來筆者在單張紙膠印機研發(fā)方面積累的實踐經(jīng)驗，探討如何通過綠色設(shè)計實現(xiàn)綠色制造，最終達到為社會創(chuàng)造綠色價值的目標。綠色制造和綠色設(shè)計綠色制造是一個綜合考慮

2、環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的負面影響最小，資源效率最高，使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。綠色制造的產(chǎn)物是綠色產(chǎn)品。綠色產(chǎn)品是在其生命周期全程中，符合特定的環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品，即綠色產(chǎn)品應(yīng)有利于保護生態(tài)環(huán)境，不產(chǎn)生環(huán)境污染或使污染最小化，同時有利于節(jié)約資源和能源。綠色設(shè)計，也稱為生態(tài)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計等。雖然叫法不同，內(nèi)涵卻是一致的，其基本思想是：在設(shè)計階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計目標和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品對環(huán)境

3、的影響最小。綠色設(shè)計遵循的原則有生態(tài)效益最好原則、安全及人機工學(xué)原則、資源損耗最少原則、可拆卸性原則等。在實施綠色制造的過程中，采用什么樣的設(shè)計、工藝思路是關(guān)鍵。設(shè)計者不僅要求考慮自然科學(xué)技術(shù)，還要求面向產(chǎn)品的全生命周期進行設(shè)計，將“產(chǎn)品-人-環(huán)境-社會”看成是設(shè)計中完整的一個系統(tǒng)；既要考慮產(chǎn)品本身，又要考慮產(chǎn)品對環(huán)境的影響；既要考慮技術(shù)層面，又要考慮經(jīng)濟社會層面；既要看當(dāng)前發(fā)展，又要看長遠發(fā)展。綠色設(shè)計實踐在此，筆者談一下在面向單張紙膠印機綠色制造中，應(yīng)當(dāng)遵循的四大原則。1.生態(tài)效益最好原則生態(tài)效益最好原則要求從設(shè)計上考慮生產(chǎn)過程的環(huán)保性，避免有毒、有害物質(zhì)對環(huán)境的污染。在單張紙膠印機中，印

4、版滾筒、橡皮滾筒和壓印滾筒是關(guān)鍵部件，為避免銹蝕和磨損，過去的做法是在滾筒表面電鍍硬質(zhì)鉻層。眾所周知，電鍍過程中的被鍍金屬是不可能完全變成所需要的鍍層，其中有相當(dāng)部分將變成對環(huán)境有害的重金屬污染。以鍍鉻為例，其電鍍平均效率低于25%，也就是說75%以上的鉻酸酐以大部分劇毒的六價鉻及少部分三價鉻流失于鍍鉻廢水及鍍鉻污泥中。鑒于此，我們在滾筒的設(shè)計過程中，放棄了原有的表面鍍鉻工藝，取而代之的是更為環(huán)保的超音速噴涂不銹鋼工藝。超音速噴涂不銹鋼工藝是近年來在航空、航天、石油化工、冶金、電力等行業(yè)快速發(fā)展起來的一種表面處理工藝，它是利用熱源將不銹鋼基材加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助外加的氣流霧化并以超

5、過音速的速度噴射到已經(jīng)過預(yù)處理的滾筒表面，并牢固地結(jié)合其上。該工藝不僅可以使?jié)L筒表面達到防銹、耐磨的特點，而且在整個工藝過程中不產(chǎn)生廢液、廢渣及重金屬污染。因此，在單張紙膠印機滾筒的制造過程中，采用超音速噴涂不銹鋼工藝替代鍍鉻工藝，可以減少對環(huán)境的影響，實現(xiàn)生態(tài)效益最好原則。2.安全及人機工學(xué)設(shè)計在研發(fā)過程中，我們越來越注重單張紙膠印機的安全及人機工學(xué)設(shè)計，使操作者在安全、舒適的工作環(huán)境下完成印刷過程，這體現(xiàn)了我們“以人為本”的研發(fā)思路。以光華ep106系列高速單張紙膠印機為例，如圖1所示，首先，在產(chǎn)品的外觀設(shè)計上，突破了原有的“非圓即方”的概念，而是運用色組間圓弧的過渡，實現(xiàn)整機從飛達到收紙

6、再到acc看樣臺間的協(xié)調(diào)。同時，在罩殼有可能對操作者造成碰撞傷害的位置，全部進行了圓角化處理，確保操作者的安全。其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，保證色組間具有寬敞的操作空間，使操作者在擦洗滾筒、清理墨斗、更換印版和橡皮布時不會產(chǎn)生空間局促感或壓迫感。再次，采用靜音設(shè)計的思路，把真空泵、鼓風(fēng)機等間歇啟動且噪聲大的功能部件，安置在一系列設(shè)計有吸音材料的安裝柜內(nèi)，降低這些功能部件對印刷車間的噪聲污染，給操作者提供安靜舒適的操作環(huán)境。3.資源損耗最少原則資源損耗最少原則要求用最少的原料和能源投入來達到既定的生產(chǎn)目的，從設(shè)計角度使資源的利用率最大化。在單張紙膠印機中，機座、墻板、滾筒等主關(guān)件普遍采用鑄件形式，通常，

7、機座和墻板使用ht300，滾筒使用qt500或qt700。這些鑄件的特點是體積大、重量重、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其重量之和占整機重量的比重甚至超過50%。因此，在研發(fā)這些大鑄件時，我們考慮的重點是資源的優(yōu)化利用，即設(shè)計出的鑄件在生產(chǎn)過程中消耗的資源最少。在這個過程中我們提出兩點要求，一是結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計，二是最小切削用量工藝。近年來，結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計理論在汽車制造行業(yè)應(yīng)用非常突出，該理論的成熟性得到了實踐的廣泛驗證。因此，我們將其借鑒到單張紙膠印機大鑄件的研發(fā)過程中，通過使用有限元方法（fem）和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)（cae）等手段，在“不降低結(jié)構(gòu)剛度和強度及壽命”的原則基礎(chǔ)上，降低鑄件的重量，從而降低鑄件

8、毛坯材料的消耗。最小切削用量工藝旨在減少大鑄件的毛坯加工余量，使機械加工過程產(chǎn)生的廢屑最少，達到降低原材料消耗的目的。我們采用的方法是在設(shè)計定型后，用鋁模代替木模進行鑄造。盡管鋁模的單價比木模高，但得益于鋁模精度高、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，使用鋁模鑄造出來的毛坯加工余量可以比木模少三分之一甚至更多。另外，我們在工藝規(guī)劃中，對大鑄件二次回火前的粗加工過程進行了詳細的檢驗，如發(fā)現(xiàn)有縮孔、縮松等鑄造缺陷時，立即進入報廢流程，杜絕進入下一道工序。這就避免了在精加工過程中才發(fā)現(xiàn)這些問題時，工時和設(shè)備的極大浪費已無可挽回的現(xiàn)象。4.可拆卸性原則可拆卸性原則又稱面向拆卸的設(shè)計原則，是綠色設(shè)計的主要內(nèi)容之一，它要

9、求在產(chǎn)品設(shè)計的初級階段就將產(chǎn)品維修或廢棄后的拆卸問題考慮在內(nèi)，使設(shè)計的結(jié)構(gòu)易于拆卸，便于回收，以達到節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境的目的。單張紙膠印機滾筒支撐軸承是重要的承載零件，其設(shè)計的優(yōu)劣不僅直接影響到滾筒的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和印品的質(zhì)量，也涉及到裝配、維修的難易程度。尤其在高速單張紙膠印機中，滾筒支撐軸承與墻板軸承座和滾筒軸頭的配合精度已經(jīng)上升到微米級。如何在裝配、維修過程中簡便、準確地控制這些配合尺寸，是保證高速印刷質(zhì)量和設(shè)備壽命的關(guān)鍵。以往，國產(chǎn)單張紙膠印機多以雙列滾針軸承或雙列圓錐滾子軸承為主要選擇，這兩種方式最大的問題是配合間隙和預(yù)緊力難以準確控制，裝配和維修難度較大。在研發(fā)ep106高速單張紙膠印機過程中，我們采用了內(nèi)錐面圓柱滾子軸承作為滾筒支撐軸承，如圖2所示。根據(jù)需要達到的軸承配合間隙，借助專用的測量器具，即可確定實際隔圈的寬度。這樣的結(jié)構(gòu)使裝配過程大為簡化，生產(chǎn)效率顯著提升。同時，需要拆卸的時候，僅需通過圖3所示的液壓方式即可方便地拆除軸承內(nèi)圈，因此維修也變得極為簡便。綠色制造與綠色設(shè)計是今后機械裝備制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢之一。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（20062020年）等文件明確指出，積極發(fā)展綠色制造，加快相關(guān)技術(shù)在材料與產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、加工制造、銷售服務(wù)及回收利用等產(chǎn)品全生命周期中的應(yīng)用，形成高效、節(jié)能、環(huán)保和可循