浅谈绿色制造工艺技术在机械加工中的应用.pdf

科l技f论i坛科浅谈绿色制造工艺技术在机械加工中的应用韩圣武(沈阳职业技术学院，辽宁沈阳110045)摘要：机械加工业对环境造成的污染日益严重，通过绿色制造工艺技术在机械加工中的应用来达到节约资源、保护环境的目的。关键词：机械加工：绿色制造；工艺技术随着世界经济飞速发展和人口爆炸性增长，全球环境加速恶化，资源日趋枯竭，生态环境受到严重破坏，危及到人类的生存和发展。绿色制造是一种现代制造模式，它综合考虑了制造业对环境的影响和对资源效率的利用。它的目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售、使用的整个过程中，对资源的利用率最高，对环境造成的有害影响最小。绿色制造工艺技术是绿色制造技术的基础，采用绿色制造工艺技术可以有效地减少废物和有害物的产生可以减少加工业对环境的影响，也可以节约资源，降低能量损耗，以提高产品的质量，降低产品的成本，使产品具有更大的市场竞争力。作为制造业的基础环节，机械加工能否实现”绿色化”，对于实现绿色制造、清洁生产和可持续发展起着举足轻重的作用。l绿色制造工艺技术的概念绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标是对资源的合理利用，节约成本，降低对环境造成的污染。根据这个目标可将绿色制造工艺划分为三种类型：节约资源的工艺技术、节省能源的工艺技术、环保型工艺技术。节约资源的工艺技术是指在生产过程中简化工艺系统组成、节省原材料消耗的工艺技术。它的实现可从设计和工艺两方面着手。在设计方面，通过减少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计等方法使原材料的利用率达到最高；在工艺方面，可通过优化毛坯制造技术、优化下料技术、少无切屑加工技术、干式加工技术、新型特种加工技术等方法减小材料消耗。节省能源的工艺技术是指在生产过程中，降低能量损耗的工艺技术。目前采用的方法主要有减磨、降耗或采用低能耗工艺等。环保型工艺技术是指通过一定的工艺技术，使生产过程中产生的废液、废气、废渣、噪声等对环境和操作者有影响或危害的物质尽可能减少或完全消除。目前最有效的方法是在工艺设计阶段全面考虑，积极预防污染的产生，同时增加末端治理技术。2绿色制造工艺技术的具体内容及在机械加工中的应用绿色制造工艺主要内容在机械加工中，绿色制造工艺技术主要是在切削和磨削上采用干切削和干磨削的方法来进行加工。常规的加工方法例如车削、铣削、磨削等，都需要切削液来帮助加工，切削液在加工中的作用主要有冷却、润滑、排屑和清洗的作用。但是，随着高速加工技术的迅猛发展，加工过程中使用的切削液用量越来越大，其流量有时高达80100Umin。大量切削液的使用造成了很多有害影响，如零件的生产成本大幅度提高，环境污染严重，对工人的身体健康造成危害等。干式加工是在加工过程中不采用切削液的一种加工方法。由于在加工过程中不采用切削液，所以可获得洁净无污染的切屑，省去了切削液及其处理的大量费用。这种加工方法从原理上来讲并不陌生，比如铸铁的干铣削加工就在实际生产中使用了很长时问。但是现在我们所说的干式加工并不是只在铸铁材料的加工中应用，而是要在所有材料的加工中采用干式加工技术。21干式加工干切削加工方法有很多种，如干车削、干铣削、干钻削、干式螺纹加工、干式齿轮加工等。干式加工就是在加工过程中不用冷却润滑液的加工工艺。这种工艺方法从原理上讲并不新，且已在生产中有较长时间的应用(如铸铁的干铣削等)，但其内涵却与以往有很大不同，因为这里的干式加工已不仅局限于铸铁材料的加工，而是力图在所有材料加工及所有加工方法中均采用干式加工。就目前来看，干式加工范围还较为有限，但其研究和应用以成为加工领域的一个新热点。近年来，美国在制造业广泛采用了干式加工。在欧洲已有一半的企业采用了干切削加工技术，尤其在德国，应用更为广泛。22刀具技术干式加工对刀具材料要求很高，它要求材料要具有很高的红硬性和热韧性，良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性，现在立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)、超细晶粒硬质合金等超硬材料已经广泛应用于干切削。经研究表明，高速钢和硬质合金经过PVD涂层处理后也可以用于干切削。在对刀具的几何参数和结构设计时，要满足干切削对断屑和排屑的要求。对韧性材料的加工来说，断屑是很关键的，目前车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术已经比较成熟，可针对不同的工件材料和切削用量很快设计出相应的断屑槽结构与尺寸，并能大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。2-3机床技术干式加工在切削区域会产生大量的切削热，如果不及时散热，会使机床受热不均而产生热变形，这个热变形就成为影响工件加工精度的一个重要因素，因此机床应配置循环冷却系统，带走切削热量，并在结构上有良好的隔热措施。实验表明，干式切削理想的条件应该是在高速切削条件下进行，这样可以减少传到工件、刀具和机床上的热量。干切削时产生的切屑是干燥的，这样可以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。工作台上的倾斜盖板用绝热材料制成，在机床上配置过滤系统排出灰尘，对机床主要部位进行隔离。现在切削加工已朝着高速超高速方向发展，高速切削机床的发展给干切削的实现创造了良好的条件，对于精密切削机床，可在机床上装上监控系统。以检测切削区域的温度变化、切削力的变化以及刀具的磨损，并配以机床补偿装置。24工艺技术对机械加工来说，要实现干切削，工件材料在很大程度上起着决定性的作用。超硬合金最难进行干切削，钢次之，而铸铁的干切削性能最好。铝合金在加工过程中产生的切屑很容易与刀具发生”咬焊”式粘连，采用高速干切削这种方法可以解决这种问题，实验表明在高速切削中9598的切削热都传给了切屑，切屑与刀具前刀面接触的部分被局部熔化，很容易被切离工件表面，减少了积一屑瘤的产生，可提高铝合金的加工精度和表面质量。为了减少高温条件下刀具和工件之间材料的粘结和扩散，要注意刀具材料和工件之间的搭配，还可以采用硬车和激光辅助切削等方法对不适合进行磨削加工的零件和抗拉强度极高的零件进行加工。钛铝钒合金(Ti6A14V)和反应烧结氮化硅(RBSN)是典型的难加工材料，采用液氮冷却刀具可以进行加工。采用干切削和干磨削技术能够节约资源，降低能耗，就目前来看其加工的范围还比较有限，对于干切削来说，应该利用现有的刀具材料探索新的加工条件，以达到干切削的要求；干磨削会使磨削液的作用完全丧失掉，在实际应用中还不太多，在研究干磨削方式的同时，还应该积极探索新的磨削方式以达到绿色制造的要求