绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489

合集下载

高速干切削的关键技术和应用

高速干切削的出现与高速切削和干切削有着密切关系。高速切削具有切削效率高、切削力小、加工
精度高、削热集中、切加工过程稳定以及可加工某些
难加工材料等特点；干切削在加工过程中不用或而
微量使用切削液，消除切削液带来的负面影响，可是
进一步研究和发展的主要有以下几个方面：刀具涂
技术。
干切削时，由于缺少了切削液的润滑、却、冷排屑与断屑等功能，刀具与工件、具与切屑之间的摩刃擦增加，切削力增大，削热也大大增加，切刀具耐用度大大降低，时工件的加工质量也得不到保证。同
采取隔热措施。
ｌ高速干切削的关键技术
中图分类号：ＴＧ５６０文献标识码：Ｂ
切削加工是汽车、空航天、源、具等制造航能模
（Ｂ等材料是干式切削刀具的首选材料；切屑ｃＮ） ②
和刀具之问的摩擦因数要尽可能小，常用的方法是对刀具表面进行涂层（层除了有类似于切削液的涂润滑功能外，在刀具与切屑问起隔热作用，当于还相
一
种对环境污染源头进行控制的清洁制造工艺。高
速干切削技术则将高速切削技术与干切削技术或准干切削技术（采用微量切削液）机地融合，合两有结

摘要：干式切削是一种绿色制造工艺技术

摘要：干式切削是一种绿色制造工艺技术，它已成为金属切削加工发展的趋势之一。

文中分析了干式切削加工对刀具的要求，讨论了刀具材料的选择并结合实例分析了干式切削技术在铣削中的应用。

1、前言现今大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。

切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等功能，对延长刀具使用寿命，保证加工质量起着重要的作用。

但是近几年随着人类社会对环境保护的日益重视，人们开始关注切削液所带来的一系列负作用。

一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本。

据德国许多公司统计计算的资料表明，使用冷却液费用占总制造成本的16%，而切削刀具消耗的费用只占成本的3～4%。

另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害工人健康。

为使金属切削加工尽可能少地产生污染，人们提出了“清洁化生产”这一概念。

干切削是消除切削液污染，降低产品成本，实现清洁化生产的最有效的途径。

要实现干式切削，必须合理选择刀具材料，设计合理的刀具几何参数。

干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势之一。

近年来，它在车削和铣削中的应用已日益普遍，在钻削、镗削和滚齿方面也取得了重大的突破。

本文结合工作实际，仅就干式切削技术在不锈钢铣削中的应用进行论述。

2、干式切削加工对刀具的要求切削刀具的性能取决于刀具材料和刀具结构及几何参数。

不同加工方法对刀具的设计侧重点有所不同。

对于干式切削加工刀具必须具备下述性能：(1)刀具应具有较高的耐热性和良好的耐磨性。

(2)切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。

(3)刀具形状要保证排屑流畅和易于散热。

(4)刀具应具有更高的强度和耐冲击韧性。

在实际生产中，应根据工件材料的物理、力学性能和工序特点，合理选用刀具材料、涂层，优化刀具结构和几何参数，并注意刀具材料与工件材料的匹配，才能设计和制造出适用于干式切削的刀具。

1)干式切削加工的刀具材料干式切削时刀具材料最重要的是必须具各高的红硬性和高的耐冲击性。

先进制造工艺技术高速切削

进给速度
合理设置进给速度，以保证加工表面质量和刀具寿命。
切削深度
根据刀具和工件材料特性，选择合适的切削深度，以获得良好的加工效果。
加工过程的监控与检测
01
切削力监测
通过实时监测切削力变化，可以判断刀具磨损情况和调整切削参数。
02
加工表面质量检测
03
刀具磨损监测
采用表面粗糙度仪、光学显微镜等方法检测加工表面质量，以确保加工精度和降低不良率。
高速切削适用于多种材料加工，包括钢、铸铁、有色金属等
，扩大了加工范围。
高速切削对机床的要求
高转速主轴
高进给系统
为了实现高速旋转的刀具，机床需要配备高转速的主轴，通常转速范围在每分钟数千转到数万转之间。
为了实现高速进给的切削方式，机床需要配备高进给的传动系统和控制系统，确保切削过程的稳定性和准确性。
刀具涂层
涂层技术能够提高刀具表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系数，从而提高切削速度和加工效率。
刀具结构
采用合理的刀具结构和几何参数，如刀尖圆弧半径、切削刃倾角等，能够改善切削效果，减少刀具磨损。
切削液技术
切削液种类
选择合适的切削液对于降低切削温度、减少刀具磨损和提高加工表面质量至关重要。常用的切削液有油基、水基和半合成切削液
集成电路芯片。
高速切削技术能够实现高精度、高效率的加工，满足电子信息产业对产品精度和一致性的高要求。
高速切削技术的应用还有助于提高电子信息产品的性能和可靠性，
降低生产成本。
05 高速切削技术的发展前景与挑战
高速切削技术的发展前景
高效加工
高速切削技术能够显著提高加工效率，缩短产品制造周期，降低生产成本。

绿色切削加工技术分析

，
ｌｒａｏ（ＱＬｅｈｏｏｙｃｎｒｅｍｎｍｑａｔｙｌｒａｔｔｒｃｖｍｕｉｔｎＭ．．）ｔｎｌａｓｉｎｍｕｎｔｕｉｎｏｅｈｏａ￣ｃｔｎｂｃｉｃｇｉｉｉｂｃａｕｉｔｇ
ａｄｓｕｔｒｆｃｔｎｏｌ．（）ｄｖｌｐｎｆｇｅｎｃｔ￣ｎｔｃｕｅｏｕｔｇｔｓ２ｅｅｍｅｔｒｅｔｒｉｏｏｏｕｉ
ｃｔｉｇｔｈｏｏｙａｏｄｄｃｐｌｔｌｅａｉｅｅｌｔｈｗｅｅ，ｉｃｓｕｔｎｏｄｉｏｔｗ０鲫ｕｔｎｅｎｌｇｖｉｅ￣ｎｅｅｙｎｇｔｖ￣＇．ｏｖｒｔ卸Ｊｅｃｔｇｃｎｔｎｏｌｃｃｅｉｉｈｉｄｍａｄ０３ａＩｉｇｏｔｍｉｉｍｕｎｉｅｎ１ｔｎｔｏ；ｔｎｍｕ ห้องสมุดไป่ตู้ ａｔｔｙ
ＡｎａｙｉｆＧｒｅａｈｉｎｇＴｅｈｌｙｌｓｓ０ｅｎＭｃｎｉｃｎｏｏｇ
ＪａａｍｉｇＷａｇＢａｚｏｇ（ｅｅＩｔｔｏＴｃｎｌｇ，Ｔｎｓａ６０９ｉＸｉｏｎｎｏｈｎＨｂｉｎｉｅｆｅｈｏｏｙａｇｈｎ０３０）ｓｔｕ
Ｆｎｊｇ（ｏｅＧｎｒｉｌｔＨｂｉｕｈａｒｅｇＸｉｉｎＰｗｒｅｅｔｇａ，ｅｅＸａｕｏａｎＰｎｎＩｎ＆ＳｅＣ．Ｚａｇａｏ５０）ｔｌｏ，ｈｎｊｋｕ７１５ｅｉ０
Ａｂｓ嘣ｔ：Ｉｍｅａｎｔｌｉ，ｃｔｉｇｆｉａｉｒａｅｒｍａｋａｌｒｄｃｖｆｃｅｅｎｍａｈｎｄＳｌａｅｑ￣ｉ唱ｕｔｌｄｃｎｎｃｅｓｅｒｂｙｐｏｕｔｅｅ￣ｉｎｙａｄｎｕｉｌｃｉｅｌｆｃｕｔａｄｒｔｒｔｅｗｅｒｏｈｅｌｙ，ｎｅａｄｈａｆｔｃｔｇｔｏ；ｂｔｉｕｔｎｏｌｕｔｉｎｐｎｇｔｖｆｃｎｅｖｒｎｎｏｌｔｏｎＯｏｇｕｅａｉｅｅｅｔｉｎｉｏｍｅｔｐｌｉｎａｄＳｎ．Ｉｏｄｒｔｅｌｚｒｅｕｔｎｕｎｒｅｏｒａｉｅｇｅｎｃｔｉｇ，Ｉｌｍａｘｌｒｔｎａｄｓ，那ｋｅｅｐｏａｉｎｔｏ￣ｙ．Ｄｑａｄｌｂｉａｏ￣ａｒｙｔｌｗｅｎｕｒｃｔｎｐｒｅｔｏｏｒ．ＳｉｅｓａｓｉｌｉＯｔｓｔｔｌ

绿色制造—高速干切削概述

绿色制造—高速干切削概述高速干切削是一种先进的切削加工技术，它在提高加工效率的同时，也有效地降低了环境污染和能源消耗。

本文将概述高速干切削技术的原理、应用领域以及对绿色制造的积极影响。

一、高速干切削的原理高速干切削是指在高速旋转的切削工具与工件接触时，不使用冷却液进行冷却和润滑的切削过程。

其原理是通过提高切削速度、降低加工温度和减少摩擦力来实现高效率的切削加工。

在高速干切削过程中，切削温度相对较低，切削力较小，从而减少了工具磨损和加工成本。

二、高速干切削的应用领域高速干切削技术广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子、光学器件等领域。

例如，高速干切削技术在汽车制造中被用于发动机零部件的加工，可大幅提高生产效率和减少废液处理成本。

同时，在电子器件制造领域，高速干切削技术具备高精度和高表面质量等优势，被广泛应用于半导体芯片、光纤组件等的加工。

三、高速干切削对绿色制造的影响1. 节约能源：高速干切削不需要冷却液，大大减少了能源消耗。

与传统切削相比，高速干切削可节约能源30%以上，减少了对环境的负荷。

2. 降低环境污染：传统切削过程中，大量的冷却液被使用后会成为废液，对环境造成严重的污染。

而高速干切削技术无需冷却液，减少了废液的产生，降低了对水资源的消耗和水污染的风险。

3. 提高生产效率：高速干切削技术采用高速切削工具和高速传动设备，加工速度更快，提高了生产效率。

同时，由于无需处理废液等附加工序，工艺流程更加简化，进一步提高了生产效率。

4. 减少工具磨损：高速干切削的切削速度相对较高，与工件接触时间短，减少了工具磨损。

这可以延长工具的使用寿命，减少了资源消耗和废弃物的产生。

综上所述，高速干切削技术具有降低能源消耗、减少环境污染、提高生产效率和减少工具磨损的优势，为绿色制造的实践提供了重要的技术支持。

随着高速干切削技术的进一步发展和应用，相信将在制造业领域取得更加显著的绿色效益和可持续发展。

绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489

绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术1 引言制造业是人类社会的传统产业，它的历史可以追溯到远古时代，人们磨制石器、铜器和铁器用来捕猎。

制造业为人类社会带来物质财富的同时，又给环境造成了严重的污染。

而切削加工作为制造技术的主要基础工艺，是产生污染的重要原因之一。

金属切削加工方法有湿式和干式切削法之分。

目前采用最多的是湿式切削法(即在金属切削加工时，用一定压力和流量的液体(切削液)连续不断地冷却、润滑刀具和工件加工部件的方法)。

这种方法已经使用多年，通常在金属切削加工时使用切削液主要有3个功能：润滑作用，冷却作用，清洗和排屑作用。

这些功能对工件已加工表面质量和刀具耐用度具有明显的影响。

随着高速切削加工技术的迅猛发展，加工过程中切削液的用量越来越大，有时高达80-1OOL／min。

但大量使用切削液造成了许多负面影响，主要表现在以下几个方面。

(1)增加了制造成本。

据国外许多统计资料表明，切削液及切削液的供给、保养、回收及切削废液的处理等费用加在一起，占总制造成本的13％-17％，而刀具消耗的费用仅占制造成本的2％-4％。

(2)造成了环境污染问题。

切削液是金属切削加工中造成环境污染的一个重要根源。

如乳化液不仅含有油，而且含有烧碱、油酸酯、乙醇和苯酚等有害物质。

如果这些切削液未经处理直接排人外界，会对环境造成严重污染。

(3)直接危害操作工人的身体健康。

切削液产生的油烟会引起工人肺部和呼吸道的多种疾病。

切削液与人体直接接触会诱发多种皮肤病[1]。

人类社会已经迈入2l世纪，随着制造技术的发展和环保意识的提高，发展以绿色无污染的高速切削工艺和加工方法成为人们追求的目标。

在这种背景下，取消或减少切削液和润滑剂的使用已成为金属切削工艺发展的必然趋势，于是干式切削工艺的研究便应运而生，干式切削(Dry Cutting)的概念逐步形成。

2 高速干式切削加工技术的提出及发展从20世纪90年代开始，国外对干式切削技术进行了大量研究，1995年干切削的科学意义被正式确立，1997年的国际生产工程研究会(CIRP)年会上，德国Aachen工业大学的F．Klocke教授作了“干切削”的主题报告；1999年1月在美国国家科学基金“设计与制造学科”受资助者会议上，国际著名的刀具制造厂MAPAL公司的总裁B．P．Erdel博士也作了有关美国干切削发展的主题报告[2]。

干式(绿色)切削技术

14
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
（4）涡流管直接制冷
1—喷嘴，2—孔板，3—涡流室，4—控制阀图4-8 涡流管直接制冷原理
15
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
制冷方法
低沸点液体制冷
压缩机循环制冷空气绝热膨胀制
冷涡流管制冷
表4-2 四种制冷方法性能的比较
装置复杂程度
初始成本运行成本
可控性
现代机械加工新技术
第4章干式（绿色）切削技术
4.1 概述
1
4.1 概述
概述
人们正试图少使用或不使用切削液，以适应21世纪清洁生产和降低成本的要求。干式切削技术就是这样的实用绿色切削技术，可以较好地解决当前的生态环境、技术与经济间的协调与持续发展。
图4-1 干式切削
2
现代机械加工新技术
第4章干式（绿色）切削技术
21
4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
uc = 230 m/min, ap = 1 mm, f = 0.15 mm/r
uc = 50 m/min, ap = 1 mm, f = 0.1 mm/r
1—干切，2—浇水，3—水蒸气
图4-10 用水蒸气作为冷却润滑剂的车刀磨损VB值
22
4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
6
4.2.2 实施干式切削的必要条件
干式切削的刀具技术
（3）减少对切削液排屑作用的依赖对于干式切削，排屑则成了要解决的主要问题。 ① 重力排屑法。 ② 虹吸原理排屑法。 ③ 利用真空或喷气系统改善排屑条件，以实现干式切削。 ④ 用复杂的刀具几何结构解决封闭空间的排屑问题。
7
4.2.2 实施干式切削的必要条件
24

基于绿色制造的干切削技术应用研究

收稿日期：０１０ — １２１－１１
作者简介：伟（９５）男（族）宁人，安１５一，蒙古，辽教授，阳电大理工学院院长，沈研究方向：代制造技术、现机械产品设计；王育欣（９６）男，１７一，山东人，副教授，硕士研究生，士研究生在读，阳电大理工学院机电教研室主任，博沈主要研究方向：工业网络应用，数控技术，现代控制技术等。
安伟，王育欣
（阳广播电视大学，沈辽宁沈阳１００）１０３
摘要：分析和阐述了干切削技术的机理、点以及研究应用等，出绿色制造是制造业发展的必由之路，特指在机械加工
中所采用的干切削技术，是一种理想的绿色制Ｒ．艺方法；展干切削技术，进一步降低产品制造成本和消除切正ｒ－发是削液对环境污染的重要途径。
关键词：色制造；械ｋ－；切削绿机ｙ干－
中图分类号：Ｇ５６９Ｔ０．
文献标识码：Ａ
文章编号：６２５５２１）４０２ — ３１７ — ４Ｘ（０１０ — １２０
绿色制造是以传统制造技术为基础，以环境科等方面，发挥了重要的作用，但冷却液及其后处理，学、材料科学、能源科学、制技术等先进科学与技将会造成非常突出的负面影响：控术为支撑的现代制造模式。绿色制造的研究对象，是（）削液费用约占零件加工总成本的１１切２％综合考虑环境影响和资源的有效利用，其目标是使１７％，零件的生产成本大大提高；使产品从设计、造、装、输、用到报废处理的整制包运使（）２未经处理的切削液排放，会污染、破坏生态

绿色制造之绿色切削加工

的速度
螺桿行程、及機械摩
耗
最高100m/s2（馬達最高5m/s2，受限於
加速度）
慣Hale Waihona Puke 矩20~30（m/min）/mm 5（m/min）/mm
可並列數個馬達，理經過齒輪減速可以很
論上無上限
高
需要
高速時導螺桿需要冷卻
低，只有線軌產生摩高，高速時摩耗更大耗
佳
中等
高
低
行程長、定位精度優價格較線性馬達便宜
解決方案
降低刀具與切屑之間的摩擦添加極少量切削液
傳統切削液之解決方案
1. 使用半乾式油霧混合切削液(MQL) 2. 以冷風、高壓空氣、液態氮取代切削液 3. 發展高速切削
切削液之功用及替代技術
Sorce：大立公司技術報告
完全乾切削的解決方案(一)
1. 半乾加工法以微量之植物油加入切削加工區，以得到潤滑及冷卻之效果
雙邊扣環分析圖
何謂複合材料
• 複合材料的定義：兩種或兩種以上不能互相溶解的物質的
組合物，其性質與結構特性優於原先各別獨立的成分元素。
蜂窩狀組織(Honeycomb Structures)
• 類似於三明治或層狀組織物，屬於另一種形式的聚合物，具有高的比強度及比剛性的特性。
蜂巢式結構內層實體材料圖
高速切削相關技術
• 高速主軸設計(>20000r.p.m) ─軸承與潤滑設計 ─結構分析 ─馬達與自動控制技術 ─拉刀機構、刀把機構設計、離心力影響抑制技術 ─熱變形控制
• 高精度高速進給系統 ─高速高剛性，高精度傳動系統，線性馬達，低慢量伺服馬達，高速代滾珠螺桿 ─輕量化高剛性結構 ─高性能CNC控制系統 ─高速CAD/CAM系統

绿色高速干式切削技术

１干式切削加工的确立
干切削的科学意义在１９年被正式确５９立，９７的国际生产工程研究会（Ｉ）１９年ｃＲＰ年会上，国Ｆ．ｏｋ教授作了“ 切削 ” 德Ｋｌｃｅ干的主题报告；国际刀具制造厂ＭＡＰ公司ＡＬ的总裁ＢＰ．ｒｅ博士ｌ９年１．Ｅｄｌ９９月也作了有关美国干切削发展的主题报告，洲和日欧本等国家也展开研究。目前，式切削技术干已应用到生产领域，得了良好的社会和取经济效益。国已有２％～２％的加工采用德０５干式切削，预示着干式切削技术是未来这切削加工发展的一个方向。
（）高切削速度，位时间内的材料１提单切除率增加，削加工时间减少，大幅度切可提高加工效率，降低加工成本。２提高切削（）速度，削力随之减小（０切３％以上）利于刚，性较差和薄壁零件的加工。３切屑的高速（）排出，走９％以上的切削热，带Ｏ工件受热大幅减少，件内应力和热变形减小，工精零加度提高。４作为切削中产生振动的主要激（）励源，削力随切削速度的提高而降低。切使切削系统的工作频率远离机床的粗糙度敏感的低阶固有频率，大降低表面粗糙度。大

绿色制造——高速干切削概述

绿色制造——高速干切削概述作者：华小红来源：《中国新技术新产品》2009年第13期摘要：综述了高速干切削技术（绿色制造）技术优势，刀具材料的涂层技术。

关键词：高速干切削技术；刀具材料；涂层CVD技术高速切削是当今世界制造业中一项快速发展的高新技术，在现代工业发达国家，高速切削作为一种新的切削加工理念，被越来越多的机械工程师所认可，而高速切削所带来的高速切削效率和高切削精度，可以满足制造业不断发展的需要。

随着科学技术的发展，高速机床与高速切削刀具相继出现，目前高速切削加工在航空航天、模具、汽车等行业已经得到了广泛的应用，并产生了巨大的经济效益。

二十世纪九十年代以后，工业发达国家的机械制造业在政府环保立法和降低生产成本的双重压力下，提出了“绿色制造”的新概念[1]。

1高速干切削对刀具的要求高速干切削既是采用高效率的高速数控加工手段，由此获得高精度、高柔性，同时又限制使用切削液，消除了切削液带来的种种负面影响（如增加成本、污染环境、危害工人健康等），因此它是符合可持续发展要求的先进制造技术[2]。

高速切削过程中，大部分的切削热被切屑和刀具承载，其中切屑被快速处理，而刀具却持续承受切削热和切削力，因此要求刀具又很高的红硬性和高温稳定性。

不同的切削加工方式对刀具设计提出了不同的要求，干式切削刀具必须满足以下条件[1]：a.刀具材料应具有良好的耐热性和耐磨性；b.切屑与刀具之间的摩擦系数应尽可能小；c.刀具的槽型应保证排屑流畅、易于散热；d.刀具应具有较高的强度和抗冲击韧性。

2 高速干切削的散热问题有效散热是实现干式切削需要解决的关键问题。

为尽量减小刀具加工时产生的切削热，刀具几何形状的设计应使刀具具有小的切削力和摩擦力。

干式切削刀具材料必须具有良好的耐高温性能。

对于大前角刀具必须采用高硬度材料。

目前适合于干式切削加工的刀具材料主要有超细颗粒硬质合金、CBN、PCD、陶瓷和金属陶瓷等。

3 刀具涂层技术在干切削过程中，刀具涂层可起到以下作用[1]：①在刀具与被切削材料之间形成隔离层；②减少摩擦力及摩擦热，提供低摩擦层取代切削液的润滑作用；③提供低导热层，通过抑制从切削区到刀片的热传导来降低热冲击。

绿色制造的研究现状与发展趋势

绿色制造的研究现状与发展趋势随着环境问题日益严重，绿色制造成为制造业发展的重要方向。

绿色制造旨在减少环境污染、降低资源消耗，同时提升企业经济效益和社会责任。

本文将介绍绿色制造的研究现状及发展趋势，以期为相关领域的研究和实践提供参考。

生态学在绿色制造中的应用：生态学强调生态系统与人类的相互作用，这在绿色制造中具有重要意义。

生态学研究有助于企业合理利用资源，减少生产过程中的环境污染。

例如，生态设计理念倡导在产品全生命周期内进行环境友好设计，从源头上减少废弃物产生。

环境科学在绿色制造中的应用：环境科学在绿色制造中的应用主要涉及污染控制、废物管理和环境监测等方面。

环境科学的研究成果为企业提供了解决环境问题的有效手段。

例如，绿色工艺的研发和推广可以降低生产过程中的能耗和排放；环保设备的普及有助于提高资源利用率，减少污染。

制造工程在绿色制造中的应用：制造工程在绿色制造中发挥着关键作用，涵盖产品设计、生产制造、供应链管理等多个环节。

制造工程的研究重点是如何实现生产过程的绿色化。

例如，采用清洁能源和原材料降低生产过程中的碳排放；优化生产流程，减少浪费。

政策法规驱动：随着全球环境问题日益严峻，各国政府将加大对绿色制造的扶持力度。

未来，政策法规将不断完善，推动绿色制造技术的发展和普及，约束企业环境污染行为。

技术创新引领：绿色制造的发展需要不断的技术创新。

未来，研发机构和企业将更加注重环保技术的研发和应用，如新能源技术、循环技术、绿色工艺等。

这些技术将进一步优化生产过程，提高资源利用效率，减少环境污染。

市场需求推动：随着消费者对环保意识的提高，市场对绿色产品的需求将不断增长。

企业为了满足市场需求，将积极投身绿色制造领域，推动绿色制造技术的快速发展。

产业协同发展：未来，绿色制造产业将与其他产业更加紧密地协同发展。

例如，绿色能源产业、环保产业、循环经济等领域的合作将进一步加强，实现跨产业的绿色化。

国际合作与竞争：全球各国将加强在绿色制造领域的合作与交流，共同应对环境挑战。

先进制造之绿色干切削技术

先进制造之绿色干切削技术作者：谢纬安谢国如来源：《科技资讯》 2012年第32期谢纬安谢国如(南通大学江苏南通 226019)摘要:通过对传统湿切削加工不利因素的分析,对比体现了绿色制造中干切削技术具有对环境污染小,能合理利用资源的优势。

阐明了研究干切削技术,使其尽快投入工业应用,对保护生态环境,提高产制造业生产水平,具有十分重要的意义。

关键词:先进制造技术绿色制造干切削切削液中图分类号:TG506.9 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)11(b)-0046-01制造是人类社会发展的基石,制造业具有永恒性,任何时代都离不开它,在许多国家它是国民经济的支柱产业,国家经济的发展在很大程度上受到制造业发展的影响。

先进制造技术是制造业为了提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群,是一个多学科体系,它包容了市场需求、创新设计、工艺技术、生产过程的组织与监控、市场信息的反馈等。

其概念远远超越了传统制造技术界限。

绿色制造技术是以传统制造技术为基础,结合表面技术、材料科学、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。

其目的是为了降低成本,合理利用资源和减少对环境的严重污染。

如何实现生产中的绿色制造,是机械行业中值得研究的问题。

1 传统切削的不利影响1.1 造成环境污染在传统的切削加工中,通常使用的切削液分为油基和水基两种,含有多种化学成份。

使用切削液的危害主要是其废液对环境的污染,切削液中所含的矿物油生物降解性差,会长期滞留在土壤和水中。

研究表明,油的含量达到一定程度会破坏水生生物正常的生态,甚至导致水生生物死亡。

同时,切削液中添加剂对环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时也会对环境造成危害。

1.2 生产成本增加切削用量的不断增大,使切削液的用量不断增加,据国内外统计资料表明,切削液的使用和切削废液的处理占总制造成本的16%,而刀具的成本仅占制造成本的4%。

这个统计数据足以引起人们的高度重视,当今市场竞争日益激烈,降低产品的成本和价格,已成为企业生存与发展必须考虑的问题。

绿色切削加工技术的应用及其发展

绿色切削加工技术的应用及其发展机械加工在保证工件质量的同时如何实现“零排放”，是值得大力研究的问题。

文章阐述了绿色切削加工产生的背景，然后分析了绿色切削加工技术的具体应用，并对其发展前景进行了展望。

标签：绿色切削加工；干式切削；零排放1 绿色切削加工的背景近四十年来，工业的发展特别是机械加工业的发展给人类带来了巨大的经济效益，但同时也严重污染了生态环境，危及人类的生存和发展。

据统计，机械加工业每年产生有害废物7亿吨、无害废物55亿吨，约占整个工业排放物的70%。

而切削加工占机械加工总量的90%以上。

传统机械加工存在三个主要的问题：一是资源利用率低。

需要多道工序才能完成对一个零件的合格加工，造成了对原材料、能源和时间的浪费；二是严重污染环境。

切削加工过程中对切削液的经常使用，这就给水体和土壤带来了污染、致使我们的环境遭到破坏；三是损害人体健康。

切削加工过程会产生噪声，引起操作工人听力系统疾病；产生粉尘、油雾、化学微粒等，这些物质是加工工人呼吸系统、皮肤等方面疾病的隐患。

在满足切削加工效率的前提下，为了节约资源、减轻加工过程中产生的污染、减少对人体健康的损害，在此背景下产生了绿色切削加工技术，在切削加工过程中利用这种新技术，能实现优质、低耗、高效及清洁化等四大目标。

2 绿色切削加工技术的应用2.1 利用高速干式切削技术切削加工时利用干式切削技术就可以达到一种理想状态。

该技术无需冷却液和润滑剂却可以实现对零件的切削加工。

干式切削是在高速切削条件下，利用耐高温、耐磨、高强度的刀具对零件加工。

在干式切削中由于不使用能发挥冷却、润滑作用的切削液，这使得刀具产生的切削力增大，同时切削产生的温度也越来越高，使刀具的耐用性能降低，使用寿命缩短。

并且加工出来的零件质量也相应下降。

在干式切削过程中，要使刀具的耐用度和工件的加工质量达到甚至超过湿加工的水准，就必须全面考虑整个加工工艺系统，并且采取相应措施，消除干式加工的不利影响。

绿色切削技术的研究进展与发展趋势

绿色切削技术的研究进展与发展趋势大中小日期: 2010-07-20 来源: 中国刀具商务网采用绿色切削技术的必要性制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是创造社会财富的支柱产业。

制造业的发展水平是一个国家综合国力的重要体现。

但是在自然资源开采过程和工业产品的制造过程中，制造业所产生的废气、废渣、废液也造成了环境的严重污染，导致了以资源枯竭和环境恶化为特征的生态危机。

诸如在传统的切削加工过程中通常要使用大量的切削液，尽管切削液在冷却、润滑和辅助排屑中起着重要的作用，但它对资源消耗、环境和人体健康产生了一系列负作用，并且与切削液相关的费用约占加工成本的17%。

采用干式切削技术具有重要的意义，因此，在材料的加工过程中很有必要发展绿色制造技术。

绿色切削技术是绿色制造的一个重要组成部分，该技术是指对生态大环境和加工现场小环境均无毒副作用（或副作用很小），在加工过程中产生少量的废气、废液和废渣，以达到无公害的环保要求，是对人类的健康和环境没有危害的加工技术[1]。

面对人类社会可持续发展的需要，实施绿色制造已经势在必行。

绿色切削技术的研究现状近年来绿色制造技术已成为国际上的研究热点，并且各国都投入大量的人力、物力和财力来发展此工艺。

按照切削工艺构成分类，可以将绿色切削技术分为干式切削技术、微量润滑切削技术、低温冷风切削技术和气体射流切削技术。

针对绿色切削技术，有以下典型学者和机构开展了深入研究。

1994年美国Ecunion公司独家资助，由阿亨工业大学的WZL、戴姆拉·彭兹、蒲吉沃等组成联合课题组，开展硬态切削研究，计划4年完成。

1996年“有利于环保的加工方法”作为德国政府的国家级项目，正式制定了1个3年研究计划来实施硬态切削技术的研究[3]。

近年来，美国阿拉巴马大学的Y.B.Guo教授和乔治亚理工学院的L.Y.Steven教授课题组分别在干式切削技术的原理、应用和工艺的优化方面做了细致且系统的研究，在很大程度上促进了硬态干式切削技术的推广。

绿色切削----干式切削

绿⾊切削----⼲式切削切削加⼯的绿⾊化是制造业可持续发展的重要⽅向。

⾼速⼲切削是⼀种新型的绿⾊制造⽅式。

与传统的切削⽅式相⽐，⾼速⼲切削技术具有⽣产效率⾼、加⼯质量好、⽆环境污染等特点，具有很⼤的发展潜⼒，是未来切削加⼯发展的⼀个趋势。

⾼速⼲切削技术的产⽣⾼速⼲切削的出现与⾼速切削和⼲切削有密切关系。

⾼速切削具有切削效率⾼、切削⼒⼩、加⼯精度⾼、切削热集中、加⼯过程稳定以及可以加⼯各种难加⼯材料等特点。

随着⾼速机床、加⼯中⼼的不断发展，切削速度和切削功率急剧提⾼，使得单位时间内的⾦属切除量⼤⼤增加，机床的切削液⽤量也越来越⼤。

但⾼速切削时切削液实际上很难到达切削区，⼤量的切削液根本起不到实际的冷却作⽤。

这不仅增加了制造成本，还加重了切削液对资源、环境等⽅⾯的负⾯影响。

⼲切削优点⼲切削具有以下显着优点：·由于不⽤冷却液，降低了⽣产成本；·对环境⽆污染，对操作⼯⽆伤害，有利于清洁⽣产；·提⾼切削效率，部分⼯件加⼯可实现以车代磨；·提⾼被加⼯件的表⾯质量；·适⽤范围⼴，车、铣、刨、钻、镗等⾼速钢⼑具加⼯领域，⼲切削都可以⼤展其能。

⼲切削对⼑具材料的要求⼲切削的⼑具材料必须要有优良的热硬性和耐磨性，以可有效地承受切削过程的⾼温；较低的摩擦系数，以可降低⼑具与切屑与⼯件表⾯之间的摩擦抑制切削温度的上升；较⾼的强度和耐冲击性能，以可承受更⼤的切削⼒和更差的切削条件。

要实现⼲切削，⼑具材料有⾼的耐热性能（热硬性）和耐磨性能尤为必须。

⽬前⽴⽅氮化硼（CBN）、聚晶⽴⽅氮化硼（PCBN）、⾦刚⽯、聚晶⾦刚⽯（PCD）、陶瓷（A12O3、Si3N4）、⾦属陶瓷（CERAMIC）、超细晶粒硬质合⾦和硬质合⾦涂层等⼑具材料已⼴泛⽤于⼲切削之中。

低温冷风切削该切削⽅法是⼀种⽤-10～-100℃的冷风和⾮常微量的植物油代替冷却和润滑油剂冷却的加⼯⽅法。

它由⽇本明治⼤学的横川和彦等最先提出。

高速干切削

题目：高速干切削技术在绿色化工制造中的应用研究学生姓名学号院系专业年级教务处制2013年11 月摘要在切削加工过程中需要大量使用切削液来进行冷却润滑，此过程不仅提高了加工成本并且带来了环境污染问题。

因此，切削加工的绿色化是制造业可持续性发展的重要方向。

高速干切削技术是在高速加工和干切削技术的基础上发展起来的一项先进制造技术,是绿色制造在金属切削领域的具体实施。

关键词：切削加工, 绿色制造, 高速干切削AbstractIt is inevitable to use a great amount of cutting fluid for cooling and lubricating in the cutting process, this process not only improves the processing cost but also brings many environmental pollution problems.Therefore，the greenization of the machining is the important direction of sustainable development of manufacturing industry. The high-speed dry cutting is an advanced manufacturing technology based on high-speed milling and dry cutting technology, it is the specific implementation of green manufacturing in the field of metal cutting .Key words：cutting process, green manufacturing, high-speed dry cutting1 绪论制造业是创造人类财富的支柱产业,同时制造业也大量消耗人类社会的有限资源,是造成当前环境污染问题的主要根源[1]。

干加工绿色制造工艺研究

干加工绿色制造工艺研究资源问题、环境问题和人口问题已经成为了人类社会发展所面临的三大主要阻碍。

人类社会的生存和发展也因为环境问题的日益严重，其恶化程度越来越大。

一些研究人员经过近几十年来的考究，渐渐认识到环境问题和资源问题、人口问题有着千丝万缕的内在联系，它并不是单一的存在。

通过技术创新发展绿色制造技术与产品，重点研究再设计、再制造与再资源化等关键技术，推动制造业生产模式和产业形态创新。

在现在的机械加工制造中，要求综合考虑产品的机械性能、产品使用周期、环保以及安全等因素，因此在绿色制造过程中应该考虑解决以下几点技术：(1)解决生产过程中废弃物的二次利用问题，这样才能从根源上解决资源的浪费，实现废物的循环使用。

(2)解决干式加工技术问题，这有利于生产过程成本的降低以及减少冷却液的使用，从而达到节约和环保。

(3)解决虚拟制造技术。

建立虚拟模型对产品进行性能评估和预测，以减少材料的浪费。

(4)解决工艺模拟技术。

利用数值和物理等方法的模拟技术调整制作工艺参数，选用优良的制作工艺，确保成品质量。

(5)不断开发近成形制造技术。

相比于传统的绿色制造技术，近成形技术理念下绿色制造可以节省传统的毛坯制造能耗和材料消耗，同时，产品工期和生产成本也大幅降低。

本文主要研究干式加工技术，干式加工是未来金属切削加工发展趋势之一。

近年来，特别是工业发达国家，非常重视干式切削，为了贯彻环境保护政策，更是大力研究、开发和实施这种新型加工方法。

1.干切削的简介干切削加工过程中涉及不到切削液，是环保型清洁制造工艺，是新型绿色制造技术，不但对环境污染做到极小，而且无切削液的参与就少了有关装置的设置，设备结构精简，生产成本大幅度降低。

干式车削、干式铣削、干式加工等，均属于干切削的范畴。

干式车削是干切削中较为常见一种技术，干切削在众多材料加工领域都有良好的应用，尤其针对有色金属以及合金的加工更有优异的表现。

干切削时会产生较高的温度，因此对刀具的耐热性和耐磨性有较高的要求。

北京理工大学科技成果——绿色干切削工艺技术

北京理工大学科技成果——绿色干切削工艺技术
成果简介
针对高强度钢、淬硬钢等难加工材料构成的曲轴、连杆、凸轮轴等发动机关键零部件切削加工效率低，以及切削液、固体废弃物和噪声等废流排放量大的特点，通过绿色干切削刀具与工艺的研究、开发和应用，在保证加工质量水平的前提下，大幅度提高了加工效率。

开发出针对发动机零件“以车代半精磨”、“以铣代半精磨”等实用的绿色干切削工艺技术，在保证发动机零件加工质量和效率的前提下，显著减少了污染物排放，提高了加工经济性，达到了绿色制造的目的。

效益分析
绿色干切削工艺技术的应用，可使发动机零件用高强度钢和淬硬钢的加工费用由原来的约55800元/吨（磨削）降低为约47000元/吨（干切削），直接降低曲轴、连杆、凸轮轴制造过程的资源耗费和用于环境保护、排污处理费用约15.7%，同时可降低用于环保的社会总成本约8%，因而具有较好的经济效益和社会效益。

项目来源自行开发
技术领域先进制造
应用范围汽车整车与零部件制造企业、发动机制造企业、模具制造企业。

现状特点国内领先，2006年通过原国防科工委组织的国防科技成果鉴定。

所在阶段工艺定型
成果转让方式技术转让、合作开发、技术服务
市场状况绿色干切削工艺技术是发展汽车工业所必需具备的基础性关键技术之一。

研究成果将使发动机主要零件制造过程达到环保要求并具有“绿色循环”的特性，符合国家有关环境保护和可持续发展的各项要求，减少发动机主要零件制造过程的资源耗费和用于环境保护、排污处理费用约20%，促进企业ISO14000系列认证工作的顺利实施。