砂型铸造工艺过程碳排放特征建模及低碳优化方法研究

Sand casting is widely used in manufacturing industry. Its energy intensity and polluting attributes make it become one of the major resources for the carbon emission. Therefore, it is the main problem of low-carbon casting to reveal the effect law of the sand casting carbon emissions, reduce the carbon emissions and environmental impacts caused by sand casting processes. Modeling carbon emission and efficiency of sand casting and developing corresponding low-carbon-oriented optimization methods are significant for achieving emission reduction in sand casting process design. Motivated by above, how the process parameters of casting prats and their manufacturing processes exert influence on the total carbon emission of the casting process will be investigated. Then, a feature model for calculating carbon emission and the goal of low-carbon optimization will be proposed. In addition, an investigation on the influence that the production elements exert on the carbon emission of the sand casting process and its related constraints (such as casting pars of structure, function, quality and production condition etc.) will be delivered. Based on this, the low-carbon constraint function and optimization method of sand casting process will be established. This research can be beneficial for realizing low-carbon casting in terms of providing optimization models and approaches.

砂型铸造广泛应用于制造行业，但是其高能耗、高污染的特性使其成为制造业碳排放的主要来源。如何揭示砂型铸造工艺过程的碳排放特性及其影响规律，探索砂型铸造工艺低碳优化方法是实现铸造行业可持续发展所迫切需要研究的基础理论问题之一。因此，本项目以砂型铸造零件工艺设计参数为研究对象，揭示砂型铸造工艺设计参数对碳排放特性的影响规律，建立一种在铸造工艺设计阶段对零件铸造过程中将产生的碳排放及碳效率进行估算和优化的方法。首先，通过研究砂型铸造工艺设计参数与碳排放之间的影响关系，构建面向铸造工艺设计参数的碳排放及碳效率计算模型，从而确定铸造工艺设计低碳优化目标函数；其次，通过研究铸造零件结构要求、生产条件、铸件功能及质量等约束条件，来建立低碳优化约束函数，进而研究并提出砂型铸造零件工艺设计参数低碳优化模型的求解方法。本项目的研究成果可为实现砂型铸造零件低碳工艺设计提供理论和方法支持。

砂型铸造广泛应用于制造行业，但是其高能耗、高污染的特性使其成为制造业碳排放的主要来源。如何揭示砂型铸造工艺过程的碳排放特性及其影响规律，探索砂型铸造工艺低碳优化方法是实现铸造行业可持续发展所迫切需要研究的基础理论问题之一。本项目以砂型铸造零件工艺设计参数为研究对象，揭示砂型铸造工艺设计参数对 碳排放特性的影响规律，建立一种在铸造工艺设计阶段对零件铸造过程中将产生的碳排放及碳效率进行估算和优化的方法。为此主要开展了以下内容的研究：1）研究砂型铸造过程的碳排放构成要素，分析各个要素的特征关系和定量表达，对铸造工艺过程进行分解，建立砂型铸造工序碳源模型，实现对铸造工艺过程用工序碳源进行解析和表达。2）研究砂型铸造零件工艺设计参数对铸造工艺过程的影响，定量分析工艺设计参数对碳排放的影响作用，揭示砂型铸造零件工艺设计参数对碳排放的动态影响规律，构建工艺设计参数对工序碳源的关系函数，建立铸造工艺设计阶段的碳排放计算模型。3）研究在砂型铸造零件工艺设计阶段的低碳优化，即从工艺设计开始就考虑低碳生产的需求，在满足各种生产约束的同时，对工艺设计参数进行优化，使得在后续的铸造生产过程中实现降低碳排放量、提高效率的目标。4）以典型砂型铸造零件为例，开展铸造工艺设计低碳优化模型的应用研究。本项目按照计划对所有内容进行了研究，并根据项目研究过程所提出的方法和模型，应用拓展到了电火花线切割加工方法中，并开发了相关能耗的测试平台。