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绿色机械加工的应用

更新时间:2018-01-18

  0引言

  从上世纪七十年代以来,随着世界经济突飞猛进地发展,世界环境恶化越来越严重,地球生态收到无法恢复的破坏,这些都严重威胁到了人类的生存。统计资料表明,造成环境污染的70%的污染物来源于制造业,每年产生的无害废物和有害废物分别达到了55亿吨和7亿吨。但是制造业的切削加工在整个机械加工量的比例高达9层以上。从美国工业有害废物来源的研究资料可以看出,工业废物中有多达5%的比例来源于金属加工行业,这一比例业高居第四。从可持续发展的意义来讲,传统的机械加工存在三个严重的不足:资源利用率低,完成一个合格零件的加工需要很多工序,这是对原材料、时间和能源的浪费;环境污染严重,机械加工过程需要使用的切削液会造成水污染、土地污染、对生态系统造成破坏;影响人体健康,机械加工过程会产生烟雾、粉层、油雾、噪声、化学微粒等可能引起操作人员的皮肤、听力、呼吸系统疾病。针对传统的机械加工程序,治理的方法是末端治理,无法对环境进行有效的保护,因此绿色机械加工的概念得以提出,其本质就是实现加工过程的高效、优质、低能耗和清洁化。

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  1.绿色机械加工技术的应用

  1.1绿色机械加工切削液的研制

  未来机械加工的发展方向是彻底放弃切削液的使用,即干式切削,但是由于当前技术发展的不成熟,切削液在短时间内还是必不可少的。对切削液的选择必须符合“绿色机械加工”的要求,在对切削液研制的过程中,需要考虑可持续发展问题,研制的内容包括对基础油,添加剂,极压抗磨剂,抗烟雾剂,防腐剂的选择。切削液的主要成分是基础油,成分包括:合成油、合成脂、植物油和矿物油。而我国是农业大国,植物油储备丰富,且植物油取之不尽用之不竭,具备很好的生物降解性,无毒,这些特点都决定了植物油是一种很好的制造切削液的原材料。绿色机械加工业要求添加剂无毒无害,极压抗磨剂主要选择猪血精,抗烟雾剂利用的是聚异丁烯类。

  1.2高速与超高速干式切削技术

  在上世纪90年代,世界范围内研制出了干式切削技术,这种切削是指不需要冷却液和润滑体就能完成的机械制加工,是一种极为理想的切削手段。因为这种切割不使用切削液,又必须达到对工件和刀具的润滑和冷却作用,所以需要的技术基础是非常高的,这个问题设计诸多因素,包括工件、刀具、切削环境和切削方式等。在1931年,德国的卡尔.萨拉蒙博士提出了高速切削技术,这种切削工艺具有低切削力、小热变形、高表面质量和高效率等诸多优点,这些都为干式切削提供了必须条件,但高速切削要应用在当前制造领域中有一定的技术壁垒。

  1.3低污染与无污染的冷却润滑技术的应用

  如上所述,干式切削技术尚不成熟,应用范围不广。而传统的温式切削又有诸多不足。因此,介于两者之间的最小量润滑技术就有着很好的应用前景。最小量润滑切削又称为近干式切削,是一类双赢加工模式。这种技术可以很大幅度减少冷却量的使用、设备和能源的成本、减少散发到空气中的冷却液飞沫,降低对操作员皮肤刺激的可能性,同时还能够一定程度提高生产效率和质量。最小量润滑切削技术的优点包括:无废液处理过程、对人体无害、降低环境污染、减少能源消耗(油的供给量为2~30ml/h)、大大减小刀具和工件,刀具和切削的摩擦,延长刀具寿命、系统体积小,易布局,结构简单。

  2.绿色机械加工的发展

  2.1集成化

  机械的加工过程不应该是一个个独立的加工过程,而是考虑多种影响因素的集成系统。可以通过各种信息传输通道和后台数据库把其它系统,例如MIS、绿色设计系统、质量保证系统、物能资源系统和设备,级联起来,从而实现加工过程中的数据传输和信息共享,从而完成企业制造系统的集成化,便于中央控制系统的集中决策。

  2.2柔性化

  小批量、多品种是现代工业生产的发展趋势,这也逐渐取代了大批量、单品种的生产模式。这种转变要求企业能够快速地顺应市场的发展,灵活应对,从而才能跟上时代的步伐,赢去更多的市场。运行柔性、扩展柔性、机器柔性和工艺柔性就是所谓的绿色机械加工的柔性。要求加工系统必须可以实现快速重构,具备快速响应能力应对新产品开发及产品更新换代,用最短的时间,最低的成本应对加工任务的变化。企业想要快速生产多样化的产品,使底层加工系统的柔性化是比较好的方法,可以根据不同的工件、材料,不同的设备更换不同的方法,这也可以获得最低的综合成本。

  2.3最优化

  绿色加工的最终目标是利用最小的资源进行生产,而且不会造成不必要的环境污染。这不仅是从企业成本,也是从整个社会的综合成本考虑,加工过程中,对不同的材料、零部件、设备经过综合分析研究,对冷却方式、冷却介质的用量、加工参数进行最优化计算处理,从而选择一个最佳的加工方案,可以使得加工的时间减少,提高效率,减少甚至消除污染,降低综合生产成本(这是对整个企业乃至于整个社会来讲,不是仅单纯的指具体加工成本最低),也就是从系统的角度出发,综合考虑社会各方面的因素,最求企业和社会的最优。

  3.结论

  当今社会之中,各种新技术的出现与发展都成为行业领域的研究热点,要想创新就要做到“温故而知新”,只有在了解绿色机械加工技术的特点和应用的基础上,加强新型技术的创新与发展,不断的改造更新,才能使国家的制造业更加强大,造福人民。虽然绿色制造技术作为一个新事物,还有诸多地方需要进一步完善,而且从研究到应用与工业生产业需要一个长期推广的过程。但有理由相信,随着机械加工行业的不断向前发展,绿色机械加工技术将会在机械加工中发挥更加巨大的作用。


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