先進制造之綠色干切削技術

摘 要：通過對傳統濕切削加工不利因素的分析，對比體現了綠色制造中干切削技術具有對環境污染小，能合理利用資源的優勢。闡明了研究干切削技術，使其盡快投入工業應用，對保護生態環境，提高產制造業生產水平，具有十分重要的意義。

關鍵詞：先進制造技術 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

制造是人類社會發展的基石，制造業具有永恒性，任何時代都離不開它，在許多國家它是國民經濟的支柱產業，國家經濟的發展在很大程度上受到制造業發展的影響。先進制造技術是制造業為了提高競爭力以適應時代的要求而形成的一個高新技術群，是一個多學科體系，它包容了市場需求、創新設計、工藝技術、生產過程的組織與監控、市場信息的反饋等。其概念遠遠超越了傳統制造技術界限。綠色制造技術是以傳統制造技術為基礎，結合表面技術、材料科學、控制技術等新技術的先進制造工藝技術。其目的是為了降低成本，合理利用資源和減少對環境的嚴重污染。如何實現生產中的綠色制造，是機械行業中值得研究的問題。

1 傳統切削的不利影響

1.1 造成環境污染

在傳統的切削加工中，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，甚至導致水生生物死亡。同時，切削液中添加劑對環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境造成危害。

1.2 生產成本增加

切削用量的不斷增大，使切削液的用量不斷增加，據國內外統計資料表明，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%。這個統計數據足以引起人們的高度重視，當今市場競爭日益激烈，降低產品的成本和價格，已成為企業生存與發展必須考慮的問題。

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，由于高溫產生化學反應，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查，也驗證了直接接觸切削液的操作工患呼吸系統疾病的概率大于其他人群。

2 干切削技術的提出

為適應全球日益高漲的環保要求和可持續發展戰略，干切削技術是1995年后發展起來的一項綠色切削加工技術。隨著各國環保法規的日益嚴格和全球生態環境的惡化，切削液在傳統的濕切削加工中對工人健康的危害和環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，機械制造業面臨了很大的環保壓力，迫使人們必須采用環保型的生產工藝。1995年干切削的科學意義被正式確立。德國Aachen工業大學的F.Klocke教授在1997年的國際生產工程研究會（CIRP）年會上，作了有關干切削的主題報告。如今干切削技術已經在許多工業發達國家的學術界和工業界引起了廣泛的重視，并成功應用到生產領域，取得了很好的經濟效益。

3 干切削刀具

刀具是干切削加工技術能夠順利實現的關鍵因素，是進行干切削加工最大的技術難題，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、對刀具的幾何參數進行優化、采用合適的切削用量來降低切削溫度和減小切削力。干切削刀具材料應具備很高的耐熱性、熱韌性和耐磨性，良好的抗粘結性和耐熱沖擊性。常用的干切削刀具材料有立方氮化硼，聚晶金剛石，涂層硬質合金和陶瓷及金屬陶瓷等。

隨著耐高溫刀具材料的不斷發展，干切削技術也得到了不斷發展。它不僅有利于節約能量資源、減小環境污染，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

設計干切削機床主要考慮的問題是切削熱的迅速散發和切屑、灰塵的快速排出。干切削時在機床切削加工區會產生很大的熱量，如不能及時從機床中排出去，機床就會產生熱變形，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的熱穩定性可采用內置循環冷氣系統。為了監控機床溫度場的變化情況，可在關鍵部位設置溫度傳感器，必要時可通過數控系統進行精確的誤差補償。另外還可采用吸氣系統幫助排屑，采用過濾系統濾去塵埃顆粒。

5 結語

制造技術的先進程度不僅是衡量一個國家科技發展水平的重要標志，也逐漸成為國際間科技競爭的焦點。因此，對先進制造技術的研究顯得尤為重要。加之人們的環保意識不斷增強，可持續發展思想不斷深入，制造業中環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，是機械制造業可持續發展的方向。研究干切削加工技術，探明各種不同工件材料所適合的干切削加工工藝，最終實現干切削加工，對保護生態環境，提高制造業的生產水平，有著非常重要的意義。

參考文獻

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