基于新型混合RSM-模糊AHP-模糊GRA方法的对回收电子废弃物铜进行可持续渐进式金属成形的多目标优化

《Scientific Reports》：Multi-objective optimization of sustainable incremental sheet metal forming of recycled e-waste copper using a novel hybrid RSM-Fuzzy AHP -Fuzzy GRA

　　

摘要

从电子废弃物中回收的铜可为原生铜生产提供可持续的替代方案，但将其进一步加工成用于高级成型应用的轧制板材的相关研究仍不够充分。本研究以从废弃空调设备中回收的铜作为原料，探讨其用于渐进式金属成型工艺的可行性。首先对回收的铜废料进行清洁、熔化、铸造、轧制和退火处理，随后制成薄板，再开展基于CNC的渐进式金属成型试验。研究中考虑了四个工艺参数：进给速度为15–45毫米/分钟，刀具深度为0.10–0.15毫米，步长为0.10–0.20毫米，以及轧制次数为6次或8次。通过D最优响应面方法分析了这些参数对材料表面粗糙度、热导率、显微硬度及能源效率的影响。优化过程采用了混合模糊AHP–模糊GRA框架，同时通过方差分析、调整后的R2值、预测R2值、残差诊断以及验证实验来评估模型的可靠性。微观结构观察显示，经过轧制和退火处理后，材料的晶粒更加均匀且致密，仍保持面心立方晶体结构。这些回收铜板的抗拉强度约为300兆帕，硬度在96.4–99.7布氏硬度单位之间，表明其适用于渐进式金属成型工艺。最优工艺参数组合为：进给速度30毫米/分钟，刀具深度0.10毫米，步长0.10毫米，轧制8次。在此条件下，工艺产生的材料表面粗糙度最低可达1.038微米，热导率为355.68瓦特/米·开尔文，硬度符合要求，且能源利用效率更高。验证结果表明，预测值与实验结果高度吻合，进一步证明了所提出的优化框架的可靠性。这项研究为将电子废弃物中的铜转化为可用于渐进式金属成型工艺的板材提供了完整的方法路径，同时也展示了混合模糊多响应优化技术在可持续制造领域的应用潜力。