先進制造之綠色干切削技術(shù)

摘 要：通過對傳統(tǒng)濕切削加工不利因素的分析，對比體現(xiàn)了綠色制造中干切削技術(shù)具有對環(huán)境污染小，能合理利用資源的優(yōu)勢。闡明了研究干切削技術(shù)，使其盡快投入工業(yè)應(yīng)用，對保護生態(tài)環(huán)境，提高產(chǎn)制造業(yè)生產(chǎn)水平，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：先進制造技術(shù) 綠色制造 干切削 切削液

中圖分類號：TG506.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0046-01

制造是人類社會發(fā)展的基石，制造業(yè)具有永恒性，任何時代都離不開它，在許多國家它是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，國家經(jīng)濟的發(fā)展在很大程度上受到制造業(yè)發(fā)展的影響。先進制造技術(shù)是制造業(yè)為了提高競爭力以適應(yīng)時代的要求而形成的一個高新技術(shù)群，是一個多學科體系，它包容了市場需求、創(chuàng)新設(shè)計、工藝技術(shù)、生產(chǎn)過程的組織與監(jiān)控、市場信息的反饋等。其概念遠遠超越了傳統(tǒng)制造技術(shù)界限。綠色制造技術(shù)是以傳統(tǒng)制造技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合表面技術(shù)、材料科學、控制技術(shù)等新技術(shù)的先進制造工藝技術(shù)。其目的是為了降低成本，合理利用資源和減少對環(huán)境的嚴重污染。如何實現(xiàn)生產(chǎn)中的綠色制造，是機械行業(yè)中值得研究的問題。

1 傳統(tǒng)切削的不利影響

1.1 造成環(huán)境污染

在傳統(tǒng)的切削加工中，通常使用的切削液分為油基和水基兩種，含有多種化學成份。使用切削液的危害主要是其廢液對環(huán)境的污染，切削液中所含的礦物油生物降解性差，會長期滯留在土壤和水中。研究表明，油的含量達到一定程度會破壞水生生物正常的生態(tài)，甚至導致水生生物死亡。同時，切削液中添加劑對環(huán)境的污染更是多方面的。另外，切削液中的有毒有害成分在切屑再生利用時也會對環(huán)境造成危害。

1.2 生產(chǎn)成本增加

切削用量的不斷增大，使切削液的用量不斷增加，據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料表明，切削液的使用和切削廢液的處理占總制造成本的16%，而刀具的成本僅占制造成本的4%。這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)足以引起人們的高度重視，當今市場競爭日益激烈，降低產(chǎn)品的成本和價格，已成為企業(yè)生存與發(fā)展必須考慮的問題。

1.3 危害工人的健康

首先，切削液會對呼吸器官造成危害。油基切削液在重載或高速切削條件下，由于高溫產(chǎn)生化學反應(yīng)，釋放出有害氣體和油霧。其次，為改善切削性能水基切削液加入了各種添加劑，如：極壓劑、防霉劑、防銹劑等，切削液中的添加劑具有一定的毒性。最后，氯化物和甲醛類化合物會刺激皮膚和眼睛，對皮膚和眼睛造成危害。同時，美國GeneralMoter汽車公司專門的綜合調(diào)查，也驗證了直接接觸切削液的操作工患呼吸系統(tǒng)疾病的概率大于其他人群。

2 干切削技術(shù)的提出

為適應(yīng)全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，干切削技術(shù)是1995年后發(fā)展起來的一項綠色切削加工技術(shù)。隨著各國環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和全球生態(tài)環(huán)境的惡化，切削液在傳統(tǒng)的濕切削加工中對工人健康的危害和環(huán)境的污染已引起了廣泛的重視。隨著切削用量的不斷增大，切削液的使用量也不斷增加，切削液的使用帶來了許多負面問題，機械制造業(yè)面臨了很大的環(huán)保壓力，迫使人們必須采用環(huán)保型的生產(chǎn)工藝。1995年干切削的科學意義被正式確立。德國Aachen工業(yè)大學的F.Klocke教授在1997年的國際生產(chǎn)工程研究會（CIRP）年會上，作了有關(guān)干切削的主題報告。如今干切削技術(shù)已經(jīng)在許多工業(yè)發(fā)達國家的學術(shù)界和工業(yè)界引起了廣泛的重視，并成功應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域，取得了很好的經(jīng)濟效益。

3 干切削刀具

刀具是干切削加工技術(shù)能夠順利實現(xiàn)的關(guān)鍵因素，是進行干切削加工最大的技術(shù)難題，刀具在切削過程中承受的壓力很大，在無切削液的情況下，切削時會加大刀具、切屑、工件之間的摩擦，使刀具切削刃上溫度很高、壓力很大，從而刀具和會迅速磨損。因此，需要選用超硬刀具材料、對刀具表面進行涂層處理、對刀具的幾何參數(shù)進行優(yōu)化、采用合適的切削用量來降低切削溫度和減小切削力。干切削刀具材料應(yīng)具備很高的耐熱性、熱韌性和耐磨性，良好的抗粘結(jié)性和耐熱沖擊性。常用的干切削刀具材料有立方氮化硼，聚晶金剛石，涂層硬質(zhì)合金和陶瓷及金屬陶瓷等。

隨著耐高溫刀具材料的不斷發(fā)展，干切削技術(shù)也得到了不斷發(fā)展。它不僅有利于節(jié)約能量資源、減小環(huán)境污染，而且切屑清潔、易回收再利用，是一種非常理想的綠色加工方法。

4 干切削機床

設(shè)計干切削機床主要考慮的問題是切削熱的迅速散發(fā)和切屑、灰塵的快速排出。干切削時在機床切削加工區(qū)會產(chǎn)生很大的熱量，如不能及時從機床中排出去，機床就會產(chǎn)生熱變形，從而影響機床的工作可靠性和工件的加工精度。對于無法排出的熱量，可采取隔熱措施。為了排屑方便，干切削機床可盡量采用傾斜式床身和立式主軸。可用絕熱材料制造工作臺上的傾斜蓋板，大量熱切屑可直接送入螺旋排屑槽。為了提高機床工藝系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性可采用內(nèi)置循環(huán)冷氣系統(tǒng)。為了監(jiān)控機床溫度場的變化情況，可在關(guān)鍵部位設(shè)置溫度傳感器，必要時可通過數(shù)控系統(tǒng)進行精確的誤差補償。另外還可采用吸氣系統(tǒng)幫助排屑，采用過濾系統(tǒng)濾去塵埃顆粒。

5 結(jié)語

制造技術(shù)的先進程度不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志，也逐漸成為國際間科技競爭的焦點。因此，對先進制造技術(shù)的研究顯得尤為重要。加之人們的環(huán)保意識不斷增強，可持續(xù)發(fā)展思想不斷深入，制造業(yè)中環(huán)境污染和資源浪費的問題亟待解決。綠色制造正是解決這一問題的有效途徑，它將成為21世紀制造業(yè)的重要特征之一。

在切削加工過程中，干切削消除了切削液的不利影響，用干切削代替濕切削，是機械制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。研究干切削加工技術(shù)，探明各種不同工件材料所適合的干切削加工工藝，最終實現(xiàn)干切削加工，對保護生態(tài)環(huán)境，提高制造業(yè)的生產(chǎn)水平，有著非常重要的意義。

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