關于綠色刀具設計的概念與關鍵技術的探究

李方君

四川省自貢職業技術學校，四川自貢 643000

0 引言

近些年，自然環境破壞嚴重，造成多種負面環境的不斷出現，嚴重影響人們的生活和工作，更加影響到國家的可持續發展戰略。為此，在國家政府的領導下進行綠色制造，不斷推動可持續發展戰略。而綠色刀具的設計、制造和推廣是執行綠色制造的重要的具體表現之一。綠色刀具的設計過程中完全按照綠色化為標準進行，才使得綠色刀具的形成。

1 綠色刀具

綠色刀具是指采用綠色材料同先進的綠色設計及制造方法生產的節能降耗減污的環境友好型產品。綠色刀具的設計與制造緊緊與環保相結合，在21世紀以環境保護為主題，進行開展綠色刀具制造是我國全面貫徹可持續發展的思想路線的一種實際行動。綠色刀具與傳統刀具有很大的區別，其設計是在刀具壽命周期過程的設計中充分的考慮對環境和資源的影響，促使綠色刀具能夠最大限度地節約能源，利用材料資源、保護環境的特點，這是傳統刀具無法企及。綠色刀具節約能源體現在其整個使用周期中每個階段都符合綠色化的要求，最大限度的將降低能力的消耗，使資源有效的應用。利用材料資源是綠色刀具應用的材料中含有少量甚至沒有有毒、有害材料，以綠色環保的材料為主，在滿足刀具切削要求的基礎上減少材料的應用量，有效的利用材料資源。保護環境體現在綠色刀具是可回收利用的刀具，能夠將其循環利用，實現零污染。

2 綠色刀具設計概念

綠色刀具設計是指在刀具壽命周期過程的設計中充分的考慮對環境和資源的影響，通過優化各種有關設計因素，使刀具及其制造過程中對環境的總體影響最小。綠色刀具設計的概念是以“綠色，環保”為主，促使綠色刀具在設計、制造、使用、回收這一系列環節實現綠色化。為了突出綠色刀具的設計是以“綠色，環保”為主，提出以下幾點設計要求

2.1 具有良好的切削性能

盡管綠色刀具具有節約資源、利用材料資源、減少污染等特點，但是不可忽視的一個問題是綠色刀具也是一把刀，需要具有良好的切削性能力。這是綠色刀具最基本的功能，在此基礎上設計綠色化的特點，才更加貼切。因此，為保證綠色刀具需要具備良好的切削性能需要在材料方面進行處理。可以采用高強度，高硬度，高韌性，高耐磨性和高耐熱性等特點的材料作為綠色刀具材料，能夠達到目的。

2.2 減少刀具的磨損

傳統刀具的因為干切削或高速切削，容易增加刀面與切屑、工件之間的摩擦面積增大，切削溫度增高，導致刀具磨損嚴重。針對此問題，在設計綠色刀具時將其作為設計重要要求之一進行處理。在綠色刀具的表面增加一個涂層，將綠色刀具的表面與切屑隔絕，阻隔切削熱，降低綠色刀具刀面與切屑之間的摩擦，降低綠色刀具的磨損，提高綠色刀具的使用壽命。減少刀具磨損程度而采用的涂層盡量采用綠色涂料，與綠色刀具的設計概念相統一。

2.3 提升刀具排屑和散熱能力

刀具使用過程中殘留的屑末并產生的熱量對刀具產生不利的影響，在設計綠色刀具過程中需要重點處理此種情況。提高綠色刀具的排屑和散熱能力才能提高綠色刀具加工質量和使用壽命，為此，在設計綠色刀具幾何參數時，在綠色刀具上適當設計出排屑槽結構，及時處理刀面上的切屑，刀面表面有效的散熱。（即便是加工脆性材料，在保證刀具強度的前提下，也可考慮排屑機構）

3 綠色刀具設計的關鍵技術

再設計綠色刀具的過程中采用適合的，有用的技術，保證綠色刀具的使用性是設計的重點。因此，綠色刀具設計中關鍵技術的選擇至關重要。綠色刀具設計的關鍵技術主要包括綠色材料選擇技術、面向可拆卸設計技術、面向可回收設計技術。

3.1 綠色材料選擇技術

綠色刀具的設計是在優化和改善傳統刀具的基礎上，增加綠色化這一大特點。因此，選擇綠色材料技術上需要滿足幾個要求，其一是綠色材料具有良好的切削性能；其二是綠色材料設適合使用環境；其三是綠色材料屬于易回收、易處理、可回收再利用；其四是綠色材料具有良好的經濟性，屬于節能型低成本的材料。將滿足以上要求材料稱為良好環境協調性的綠色材料。綠色材料選擇技術是綠色刀具設計中應用到的基本技術，應用其綜合性和復雜性有效的解決綠色刀具材料選擇的需求。

3.2 面向可拆卸設計技術

綠色刀具設計過程中加入可拆卸設計技術的目的有兩方面，一方面便于零件的重復利用。綠色刀具上的零部件有一部分能夠直接應用于其他工具或設備中，避免零部件的浪費，一部分經過加工處理，形成新的零部件，將其合理的應用于其他方面，實現重復利用這一特點。另一方面是為回收利用材料做準備。由于綠色刀具應用材料都是可回收的，可拆卸設計技術的應用將易于實現材料合理的回收。因為，在面向可拆卸設計技術以易于拆卸、易于分離、減少拆卸工作量、盡量簡單化的設計原則，便于回收人員進行綠色刀具材料拆卸、維護工作。綠色刀具設計面向可拆卸設計技術要求刀具具有良好的拆卸能力，并且拆卸簡單，提高刀具良好的裝卸性能，并符合綠色化的理念。

3.3 面向可回收設計技術

綠色刀具設計過程中應用可回收設計技術從制造材料回收利用的角度出發。在設計時充分考慮材料回收的可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結構工藝性等一系列問題。應用可回收設計技術是通過以下幾個方面實現的。

3.3.1 綠色刀具中可回收材料的確定

由于在綠色刀具中應用得到的材料有多種，盡管應用的材料是以綠色環保型的為主，但是在一些刀具中也不可避免的應用少量有毒或有害的材料。為此準確的劃分可回收和不可回收的材料，避免給材料回收工作產生不必要的麻煩。另外，由于可回收再利用的材料分為不同的種類，準確地將其區分，并將可回收材料合理的應用，節約資源， 避免污染環境。

3.3.2 回收工藝和方法

綠色刀具設計是按照刀具壽命周期過程的綠色化要求進行的。因此，綠色刀具具有周期性，一旦綠色刀具用到周期末端，綠色刀具需要進行報廢處理。在此環節中包含材料回收環節。刀具材料回收是綠色刀具報廢處理中最重要的一項，需要應用適合的、合理的、有效的回收方法進行處理，才能保證綠色刀具材料回收率高。

3.3.3 回收經濟性分析

之所以進行材料回收處理是因為材料具有一定的價值，應用于其他領域中能夠創造價值。換句話說，廢棄的材料具有經濟性才會被再次利用。經濟性在刀具材料回收中作為唯一的標準，若綠色刀具材料具有較好的經濟性就會被回收，反之將不會被回收。由于經濟性是一個抽象詞，用其作為材料回收的標準，主要是通過具體衡量刀具產品類型、生產方式、材料種類、應用成本預算等，最終確定刀具材料是否可回收利用。

4 結論

綠色刀具之所以名符其實的以綠色化形式推廣，主要是綠色刀具設計過程中以“綠色，環保”的概念，應用綠色材料選擇技術、面向可拆卸設計技術、面向可回收設計技術，將綠色刀具的綠色化在各個方面體現出來。

[1]龔志偉.“綠色制造”環保切削技術初試成功[N].中國質量報，2008.

[2]王躍進，等.綠色產品多級模糊評價方法的研究[J].中國機械工程，2000，11(9):12-14.

[3]任菲，吳曉鈴，王晶晶.基于綠色制造的模具設計與制造技術初探[A].晉冀魯豫鄂蒙云貴川滬甘湘渝十三省（市區）機械工程學會2008年學術年會——機電工程類技術應用論文集[C].2008.

[4]張澤云，張兵勝，李德府，常進明.提高模具設計與制造水平的五個匹配性問題[J].金屬加工(冷加工)，2011(16).

[5]劉飛.21世紀制造業的綠色變革與創新[J].機械工程學報，2000，36(1):32-25.