機械制造中加強綠色加工技術(shù)研究

呂靜波

摘要：綠色環(huán)保是21世紀倡導的新方向，本文主要對機械制造中加強綠色加工技術(shù)進行了詳細分析和研究。

關(guān)鍵詞：機械制造;綠色加工技術(shù);方法

一、機械制造中綠色加工技術(shù)

原材料（尤其是一些不可再生的金屬材料）的大量消耗，將不利于全社會的可持續(xù)發(fā)展，因此，機械工業(yè)應積極推廣資源消耗少的綠色加工技術(shù)，通?？刹扇∫韵戮G色工藝技術(shù)。

綠色材料：綠色設計與制造所選擇的材料既要有良好的使用性能，又要與環(huán)境有較好的協(xié)調(diào)性。為此，可改善機電產(chǎn)品的功能，簡化結(jié)構(gòu)，減少所用材料的種類;選用易加工的材料，低能耗、少污染的材料，可回收再利用的材料，如高速內(nèi)燃機車的輕量化及節(jié)約燃油量;采用天然可再生材料，如豐富的柳條、竹類、麻類等用于產(chǎn)品的外包裝。

少無切削技術(shù)：隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，精鑄、精鍛、擺輾等成型技術(shù)和工程塑料在機械制造中的應用日趨成熟，從近似成型向凈成型方向發(fā)展。有些成型件不需要機械加工，就可直接使用，不僅可以節(jié)約傳統(tǒng)毛坯制造時的能耗、物耗，也大大減少了產(chǎn)品的制造周期和生產(chǎn)費用。

節(jié)水制造技術(shù)：水這種寶貴的資源在機械制造中起著重要的作用。但由于我國北方缺水，從綠色可持續(xù)發(fā)展的角度，應積極探討節(jié)水制造的新工藝。干式切削就是一例，它可消除在機加工時使用切削液所帶來的負面效應，是理想的機械加工綠色工藝。它的應用不局限于鑄鐵的干銑削，也可擴展到機加工的其他方面，但要有其特定的邊界條件，如要求刀具具有較高的耐熱性、耐磨性和良好的化學穩(wěn)定性，機床則要高速、超高速切削（磨削），并有冷風、吸塵等裝置。

減少加工余量：若坯件粗糙，機加工余量就較大，不僅消耗較多的原材料，而且生產(chǎn)效率低下。因此，有條件的地區(qū)可組織專業(yè)化毛坯制造，提高毛坯精度。另一方面，采用先進的制造技術(shù)，如高速切削，隨著切削速度的提高，則切削力下降，且加工時問短，工件變形小，易保證加工質(zhì)量。

新型刀具材料：減少刀具材料消耗，尤其是復雜、貴重刀具材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要途徑，對此可采用新型刀具材料，發(fā)展涂層刀具。消耗的另一重要途徑，對此可采用新型刀具材料，發(fā)展涂層刀具。

回收利用：綠色設計與制造，非?？粗貦C械產(chǎn)品廢棄后的回收利用，它使傳統(tǒng)的物料運行模式從開環(huán)式變?yōu)椴糠珠]環(huán)式。產(chǎn)品生產(chǎn)廠家對回收可再利用的元器件，進行選擇、回收和再利用等處理。從1990年中期，美國僅汽車零部件回收、拆卸、翻新、出售方面，每年就可獲利數(shù)十億美元。

另外，機械制造目前多是采用材料去除的加工方式，產(chǎn)生了大量的切屑、切削液、廢品等廢棄物，既浪費了資源，又污染了環(huán)境，也可以采取一些綠色加工辦法。切削液的回收再生在已使用過的廢乳化液中，一般含油量為20g/L，化學需氧量為18g/L，此外還含有S、P等化學添加劑，如直接排放或燃燒，則將造成嚴重的環(huán)境污染，綠色制造對切削液的使用、回收利用或再生非常重視。磨屑二次資源利用在磨削中，磨屑的處理有些困難，若采用于式磨削，磨屑處理則較為方便，由于CBN砂輪的硬度比較高，磨屑中很少有砂輪的微粒，磨屑純度很高，可通過一定的裝置，搜集被加工材料的磨粒，作二次資源利用?？焖僭椭圃旒夹g(shù)應用材料堆積成形的原理，突破了傳統(tǒng)機加工去除材料的方法，可節(jié)約資源，又能減少加工廢棄物的處理，是很有發(fā)展前邊的綠色制造技術(shù)。

二、綠色制造工藝的應用

傳統(tǒng)制造和綠色制造的最大區(qū)別就是傳統(tǒng)制造只是根據(jù)市場信息設計生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品，而其余就考慮得較少。綠色制造則通過綠色生產(chǎn)過程（綠色設計、綠色材料、綠色設備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理）生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品，產(chǎn)品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。采用綠色制造能最大限度地減少對環(huán)境的負面影響，同時原材料和能源的利用效率能達到最高。查閱相關(guān)資料與當前的發(fā)展形勢，其應用有以下方面：

1.成形制造技術(shù)正向凈成形方向發(fā)展

成形制造技術(shù)包括鑄造、焊接、塑性加工等，目前它正從接近零件形狀向直接制成工件，即精密成形或凈成形方向發(fā)展。這些工件有些可以直接或者稍加處理即可用于組成產(chǎn)品，這樣就可以大大減少原材料和能源的消耗。

2.干式加工開始得到應用

目前干式加工的主要應用領(lǐng)域是機械加工行業(yè)，如干切削加工、干磨削加工等等。干式加工顧名思義就是加工過程中不采用任何冷卻液的加工方式。干式加工簡化了工藝、減少成本并消除了冷卻液帶來的一系列問題，如廢液排放和回收等等。目前干式加工雖然在國外已經(jīng)得到局部應用，并也取得了一些成效，如美國、日本、德國等采用于車削、干磨削、干鏜削等都取得了一定的成果，但在我國還剛開始研究，并且干式加工工藝本身還尚須全面論證，不過作為一種新型的加工工藝，已經(jīng)得到了世界各國的廣泛注意和研究。

但是，干式切削加工技術(shù)還存在一些不足之處：如在鋼材尤其是高強度鋼的干切削應用方面仍存在問題，主要表現(xiàn)為刀具磨損嚴重，對刀具的材料和結(jié)構(gòu)要求較高，成本較大，加工能耗大，切削過程產(chǎn)生高溫，由于在高溫中的熱塑性特點，鐵屑難以控制，造成排屑困難。

3.工藝模擬技術(shù)迅速發(fā)展

工藝模擬技術(shù)主要應用于熱加工過程，過去通常必須做大量的實驗才能初步控制和保證加工工件的質(zhì)量，采用工藝模擬技術(shù)將數(shù)值模擬、物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合，確定最佳工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案，預測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷和防止措施，從而能有效控制和保證加工工件的質(zhì)量。

4.綠色切削加工工藝技術(shù)

切削液在機械加工中起到冷卻、潤滑、排屑和清洗的作用，但是在機械加工過程中使用的切削液用量過大，大量的切削液會污染環(huán)境。因此，要采用綠色切削加工藝技術(shù)，來解決切削液帶來的問題。目前國內(nèi)對綠色切削的研究主要包括卡式切削、低溫切削、綠色濕式切削等幾個方面。相信在不久的將來，綠色切削將是未來綠色制造業(yè)的重要組成部分。

5.低溫切削加工工藝

低溫切削一般用于一些難度比較大的材料加工，比如鈦合金、高錳鋼、淬硬鋼等。由于要配備相應的低溫冷風裝置，包括氮氣流發(fā)生裝置、使用低沸點工質(zhì)作冷媒的間接冷卻裝置等，因此其成本會相對比較高，這也成為改技術(shù)需要解決的問題。其中的低溫冷風切削技術(shù)得到廣泛應用，近年來，低溫冷風切削技術(shù)在國外研究趨于成熟，被許多機床企業(yè)接受采用。特別在日本的機床行業(yè)，應用較為廣泛，國內(nèi)的研究也比較順利，在不久的將來，國產(chǎn)低溫冷風發(fā)生裝置的研制成功必將推動我國干式切削技術(shù)得到更廣泛的應用和發(fā)展。

6.高速復合機床加工工藝

21世紀的今天，機械加工只有追求高效率、高精度和綠色化，才能適應社會的發(fā)展。這就需要在高效生產(chǎn)的同時，提高零件的加工精度和表面質(zhì)量，高速機床加下工藝技術(shù)可以實現(xiàn)這個要求，由于較高的切削速度、較高的進給速度及較短的換刀等輔助時間，高速機床加工工藝技術(shù)通過一次性加工就可以獲得高質(zhì)量的加工表面，大大提高廠加工效率和質(zhì)量，滿足了機械行、止品種多、批量大、投資少的要求。

三、結(jié)束語

總之，這些技術(shù)之所以都被歸于綠色制造工藝是因為這些工藝和技術(shù)或減少了原材料和能源的耗用量或縮短開發(fā)周期、減少成本，而且有些工藝改進對環(huán)境起到保護作用。雖然現(xiàn)階段由于種種原因還不能全面施行和應用這些工藝和技術(shù)，而且它們本身也許還有需要完善之處，但有理由相信綠色制造工藝將在未來大顯身手。