绿色切削技术

合集下载

绿色切削中的 MQL 技术

绿色切削中的MQL技术在机械制造领域，切(磨)削加工中使用的切削液对提高加工效率与加工质量具有重要作用，但切削液在制造、使用、处理和排放的各个时期均会对环境造成严重污染，而在加工过程完成以后，清除零件表面切削液附着物时还会产生所谓的“二次效应”污染。

据统计，切削液的使用成本相当昂贵，把切削液和有关设备的费用、能耗费、处理费、人工费、维修费及材料费加在一起达到了全部制造费用的7%～17%，而全部刀具费用仅为总制造费用的2%～4%。

1996年，国际标准化协会颁布了关于环境管理的ISO14000 系列标准，德国、美国、加拿大和日本等国家也相继制定出更加严格的工业排放标准，进一步限制了切削液的使用。

面对降低生产成本，改善生产条件和可持续发展对环境保护的要求，更迫于有关法律的压力，合理利用制造资源、废弃物少、环境污染小、可进行良性循环的“绿色制造”技术必将会成为21 世纪制造领域的主要发展趋势。

1、绿色加工技术的原理与特点人们在寻找替代原有切削液浇注方法的绿色加工技术过程中，进行了多方面有益的尝试，创造出多种具有代表性的切削润滑冷却技术) 生物稳定型切削液、喷雾冷却、液氮冷却、低温风冷切削、MQL及干切削等。

从优质、高效、经济以及环保的角度出发，上述各种技术各有其自身的特点和优越性。

生物稳定型切削液生物稳定型切削液依靠其配方中所含的特定成分来延长使用寿命，当该特定成分的含量降低后(如排放后)就不具有这种抗菌的功能，很容易被生物所分解，对人体和环境基本无害。

生物稳定型切削液在国外已形成系列产品，并已推向中国市场，如Mobilcut系列水溶性切削液、德国ARAL系列切削液、英国嘉士多公司的水溶性切削液。

喷雾冷却喷雾冷却是利用气液两相流体的混合体以高压(3～6 个大气压)雾化的方式喷射到加工区，雾化的质点颗粒在切削区的高温作用下发生相变(汽化)，吸收大量的切削热。

高速气流中所携带的细小的雾滴容易渗透到切削接触区，改善了切削液的渗透性，降低了摩擦和摩擦热，润滑作用得以充分发挥。

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。

绿色技术在切削加工中的实施方案

绿色技术在切削加工中的实施方案XXXxxx（东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110819）摘要: 21世纪的制造业实施绿色制造已势在必行,绿色切削加工技术的研究应运而生。

干切削技术避免了切削液的副作用,但它对刀具提出更高的要求;切削液最少量润滑技术能够使切削工作处在最佳状态下,切削液的使用量达到最少,但绿色切削液需深入研究。

实现绿色切削加工的关键技术是: 1)开发刀具技术,包括新型刀具材料和刀具涂层技术的研究和应用,优化刀具形状及结构; 2)开发绿色切削液技术,包括切削液的绿色设计与绿色使用,开发切实可行的废液处理新工艺。

关键词:绿色切削加工；切削液；干切削；最少量润滑Green technology in the cutting process of theimplementation of the programxxx(School of mechanical engineering and automation, Northeastern University, Shenyang 110819) Abstract: in twenty-first Century, it is imperative to implement green manufacturing in manufacturing industry, and the research of green cutting technology has emerged as the times require. Dry cutting technology to avoid the side effects of cutting fluid, but it on the tool put forward higher requirements; cutting fluid to the small amount of lubricating technology to the cutting work in the best condition, the usage of cutting fluid is minimal, but green cutting fluid need in-depth study. The author believes that the implementation is the key technology of green machining: 1) development tool technology, including the research and application of new cutting tool material and coating technology, optimize the shape and structure of the tool; 2) development of green cutting fluid, including the use of cutting fluid for green design and green color, and develop practical wastewater treatment process. Keywords: Green MachiningCutting Fluid; Dry Cutting; MQL环境问题和资源问题是当前以至今后人类社会面临的主要问题。

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

主要的绿色切削工艺技术

主要的绿色切削工艺技术绿色切削工艺技术指的是在切削加工过程中，通过改进刀具、润滑剂、冷却剂、加工条件等手段，实现切削过程的高效、低能耗、环境友好和节能减排。

绿色切削工艺技术的发展旨在减少切削过程中的能源消耗和材料损耗，降低环境污染，提高加工效率和产品质量。

首先，绿色切削工艺技术在刀具的研发和使用方面积极探索。

切削工艺中，刀具是起到直接切削加工作用的关键工具，其性能直接影响到加工效率和加工质量。

因此，绿色切削工艺技术致力于改进刀具的刀具材料、刀具几何形状以及涂层技术等方面。

新材料的应用可以提高刀具的硬度、耐磨性和切削稳定性，从而延长刀具的使用寿命，减少切削过程中的刀具更换次数，降低能源消耗和材料损耗。

此外，绿色切削工艺技术还鼓励使用可再生材料和可回收材料制造刀具，以减少对环境的影响。

其次，在润滑剂和冷却剂的选择方面，绿色切削工艺技术提倡使用环境友好的润滑剂和冷却剂。

传统切削工艺中常使用的润滑剂和冷却剂通常含有有机溶剂和重金属等有害物质，对环境和人体健康造成一定的危害。

绿色切削工艺技术倡导使用水溶性润滑剂和冷却剂，避免有害物质的排放，减少污染物的产生。

此外，绿色切削工艺技术还可以通过改进润滑剂和冷却剂的使用方法，如微量喷雾、雾化和系统循环等，最大限度地利用和循环润滑剂和冷却剂，减少使用量和浪费，降低能源消耗和成本。

再次，在加工条件的控制方面，绿色切削工艺技术注重优化切削工艺参数，实现高效、精确的切削加工。

通过合理设置切削速度、进给速度和切削深度等参数，可以最大限度地减小切削力和切削温度，降低能量消耗和切削力对刀具的磨损，延长刀具的使用寿命。

同时，绿色切削工艺技术还注重加工过程中的监测和控制，通过实时监测切削过程中的刀具磨损和加工表面质量，及时调整切削参数，确保加工质量和效率。

总之，绿色切削工艺技术是切削加工领域的一项重要技术创新，旨在实现经济高效、低能耗、环保和可持续发展的目标。

随着技术的不断进步和应用的推广，绿色切削工艺技术将在制造业的发展中起到积极的推动作用，为构建绿色、智能的制造业新体系做出贡献。

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

金属切削液污染及“绿色切削”技术

随着＿件与刀具材料的技术进步，Ｔ金属切削加Ｔ的冷却润滑越来越引起人们的重视，切削液的针对性越来越强，这都是为了保证加Ｔ质量、提高生产效牢、延长刀具使寿命、降低生产成本、减少环境污染。尤其是人
们对环境污染的关注，绿色切削液” 使“ 得以广泛推广应州；高速十式而“ 切削” 技术则从根本上解决了金属切削液污染的问题。在这方面我国与
压应力小于工件材料弹性极限时，刀具与＿Ｔ件均产生弹性变形；当其挤压应力大于丁件材料弹性极限直至超过屈服强度时，因刀具材料硬度远
（）１乳化液：ｌｌ乳化油与水配制而成。水是连续相，＝｝油呈小滴分散在
水中，水包油” （ｗ）为“ 型（）。乳化油是矿物油（５％～０与乳化剂、／占０８％）防锈剂、油性剂、极压剂、防腐剂、化稳定剂等组成。乳（）２合成切削液：南水溶性防锈剂、油性剂、极压剂、面活性剂、表消泡剂等组成。其浓缩液不含矿物油，川时用水稀释。使（）半合成切削液：与合成切削液的区圳是还加入了少量矿物油３
磷酸三甲酯．磷酸ｊ乙酯、二烷基二硫化代磷酸锌；氯系——氯化石蜡、氯化脂肪酸酯；有机金属化合物——有机钼化合物、有机硼化合物等（质
量分数０５处形成“ 积屑瘤 ” “ 。积屑瘤” 会部分突刃部，硬度较Ｔ件高～
（％～３％）５０
大于Ｔ件，使得工件的被挤压部分产生塑性变形，品格错动、ｆ扭『变形、ｆＩ
断裂，成金属切屑。形１切削热．２

绿色切削技术

绿色切削技术探讨1 引言在金属切削加工过程中，通常都要使用切削液。

切削液的大量使用给环境和人体健康带来了很大危害，迫使人们不断研究开发新技术以改变现状。

因此，近年来绿色制造技术成为国际上的研究热点。

绿色切削技术是绿色制造的一个组成部分，它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），在加工过程中产生的少量“三废”（废气、废液和废渣）在链条末端可回收或自然降解，达到无公害的环保要求，对人的健康和环境没有危害的切削技术。

对于绿色切削加工，国际上相应地制定了一系列标准。

1996年4月，国际机械学会制定了关于清洁加工的ISO14000国际标准。

德国、美国、加拿大和日本等国也相继制定了更加严格的工业排放标准，进一步限制了切削液的使用。

作为有毒废料的切削液以及带有切削液的切屑的排放和处理大大增加了回收处理成本，与切削液相关的费用约占加工成本的17％。

无公害、清洁化、低能耗的绿色制造是21世纪机械制造业的发展方向。

因此，研究开发新的绿色切削技术，减少切削液给环境带来的污染，寻求绿色环保的冷却润滑技术，是绿色切削技术推广应用的重要课题。

绿色切削技术符合可持续发展战略的要求，必将推动机械工业的持续、健康发展。

2 干式切削干式切削是指在切削加工过程中不使用任何切削液，完全消除了切削液的负面影响，是一种符合生态要求的绿色切削加工方式。

它的优点主要有：对大气和水环境无污染；切屑上无残液，降低了清洁处理成本；对人的健康无害且不会损伤皮肤或造成过敏。

干式切削技术目前主要应用于铸铁件的加工，在其它方面的推广应用正在进一步研究开发。

干式切削的实施需要满足一定的条件，主要包括：（1）要求机床具有很好的热稳定性和很高的刚度，否则难以保证加工精度。

（2）对刀具提出了新的要求。

主要包括刀具材料的选择和刀具几何参数的设计。

由于干式切削不使用切削液，因此切削温度很高。

只有具有良好导热性、耐高温和高硬度的刀具材料才能满足加工要求，目前在干式切削中应用较多的刀具材料有CBN和PCD等。

基于环境意识的绿色切削加工技术

【ｂｔｃ】ｒｎｍｎｆｃｒｇｎｄｖｌｉｉｔｉｔｅｍｎａｔｉｄｓｙｌｓＡｓａｔＧｅａｕｔｉ，ｅｅｐｎｏｅａｏｉｆｕａｕｕｎｉｕｔ，ｙｆｒｅａｕｎｏｇｒｎｔｎｎｕｒｆｒｇｎｒａｃ
陈超黄建龙（兰州理工大学，兰州７０５）３００ＧｒｅｕｔｇｔｃｎｌｇａｅｎｅｖｒｎｎａｗａｅｅｓｅｎｃｔｎｅｈｏｏｙｂｓｄｏｎｉｍｅｔＩｉｏａｒｎｓ
ＣＨＥＮＣａ，ｈｏＨＵＡＮＧＪａ－ｏｇｉｎｌｎ
高速切削加工，在切削加工过程中不使用任何切削液，是一种符合生态要求的绿色切削加工方式，其效率高、成本低，而机床、刀具投入的技术与成本很高。目前，美国家较为流行，欧、德国处于国际领先水平。它的优点主要有：对大气和水环境无污染；切屑上无残液，降低了清洁处理成本；对人的健康无害且不会损伤皮肤或造成过敏。全干式切削技术目前主要应用于铸铁件的加工，在
第９期２１００年９月
文章编号：０１３９（００）９０２ — ３１０ — ９７２１０ — １３０
机械设计与制造
ＭａｈｉｅｙＤｅｉｎｃｎｒｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅｌ３２
基于环境意识的绿色切削加工技术
ｆｃｕｉ．ｈｓａｃｔａｉｅｇｅｎｃｔｎｃｎｌｙｉｏｅａｄａｒａｇｉｔｄｃｄｉｌｄｄａｔｒｇＴｅｒｅｒｈａｕｌｉｏｒｅｕｔｇｔｈｏｏｈｍｎｏｄａｅｎｒｕｅ，ｃｕｅｎｅｃｔｓｆｉｅｇｎｂｏｎ

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。

难加工材料绿色切削技术与CO2增效工艺

阐述几类绿色切削技术的基本原理及其在难加工材料加工中的应用，介绍二氧化碳微量润滑增效工艺，为发展绿色切削新工艺、提升微量润滑效能和改善难加工材料加工质量提供理论支撑和科学指导。

1序言高强钢、高温合金及钛合金等难加工材料通常具有高强度、抗腐蚀、抗氧化性以及优良的高温性能等优势，被广泛应用于航空航天、核能和兵器等重要领域的关键装备中。

然而在满足高性能使用要求的同时，由于材料的难加工性，会导致刀具磨损严重、寿命降低、切削区温度较高、工件表面加工质量下降以及产生较大的加工残余应力等一系列问题。

对于高端精密装备与结构部件，表面加工质量和残余应力更是直接关系到后期的使用寿命及可靠性。

传统加工通过浇注切削液对刀具和工件表面进行冷却、润滑和清洗，用来减小切削力和刀具磨损并改善表面质量。

但是切削液含有矿物油和各类化学添加剂，大量使用会导致环境污染，危害操作人员身体健康，同时造成资源浪费且提高了生产成本。

许多国家已制定相关环保标准，明确了切削液限值，我国也陆续出台了一系列环保和职业保护标准来限制切削液用量。

随着先进制造技术的发展和环境、安全及健康保护意识的加强，绿色制造成为制造业未来发展的必然趋势。

近些年发展起来的干式切削、低温切削、微量润滑（Minimal Quantity Lubrication，MQL）切削以及低温微量润滑切削等绿色高效加工技术，有望替代传统的浇注式加工方式。

2绿色切削技术2.1 不含切削液的切削干式切削不使用切削液，因此机床结构简单，环保、成本低。

通过提高切削速度可以改善表面粗糙度，并且对残余应力和加工硬化程度有一定的改善。

但是由于缺少冷却和润滑，切削温度较高，切削力较大，排屑不畅，不易保证表面加工质量，并且存在较大的残余应力。

低温切削技术是在加工过程中加入冷源以降低加工区温度，局部的深冷可使工件材料冷脆，促进切屑的分离，进而达到改善加工质量，减少刀具扩散磨损的目的。

低温加工现场如图1所示。

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

绿色制造工艺在机械加工中的应用

绿色制造工艺在机械加工中的应用一、加工液的处理加工液是机械加工中必需的一种液体，它能够降低摩擦阻力、冷却刀具、冲洗切屑等。

但是加工液一般都含有切削液和工具钢屑等污染物，这些污染物会对环境造成一定的污染。

因此，在绿色制造工艺中，加工液的处理是十分重要的。

有以下几种加工液的处理方式：1、回收利用：将加工液经过过滤、离心等方法处理后回收利用，减少废水排放，节约加工液的使用成本。

2、生物降解：利用生物降解技术将加工液中的污染物分解，降低污染物的浓度，再进行过滤、离心等处理后回收利用。

3、换代用：将传统的合成切削液替换成生态友好型的切削液，减少对环境的污染。

二、机床设备的节能改造机床的工作效率和能耗成正比，因此，在绿色制造工艺中，节能改造机床设备是关键。

下面是一些节能改造的方式：1、节能光源：采用LED或节能灯泡作为机床照明灯，减少能源消耗，降低环境污染。

2、变频技术：通过变频控制技术，减少机床的能耗，节约电能，降低电费支出。

3、改善机床传动系统：采用高效的摩擦轮、滚轮或基于电子控制的传动系统，降低能量损耗，提高能效。

三、绿色切削技术的应用绿色切削技术主要包括：高速钻削技术、超音波切削技术、气体切割技术和激光切割技术等。

这些技术的应用不仅可以提高机械加工的效率，同时也可以降低能耗、减少污染。

1、高速钻削技术：采用高速电动机驱动主轴，可以大幅提高机床的加工效率和精度，同时还可减少切削液的使用，降低机床噪音和振动。

2、超音波切削技术：利用超声波振动改善刀具切削性能，减少机床热变形、切削力和切削温度等问题，提高加工精度和表面质量。

3、气体切割技术：采用氧割、氢氧割等安全环保的气体切割技术，减少切削液的使用，降低二次污染。

4、激光切割技术：通过激光切割技术代替传统的机械切割，可以大幅提高加工效率和精度，同时还可以减少废物产生，节约原材料。

综上所述，绿色制造工艺在机械加工中的应用是非常广泛的。

通过加工液的处理、机床设备的节能改造和绿色切削技术的应用等措施，可以减少污染物产生，降低资源消耗，达到绿色制造的目标。

绿色切削磨削加工技术

（２）最小量润滑（ＭＱＬ）切削最小量润滑（ＭｉｎｉｍａｌＱｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆＬｕｂｒｉｃａｎｔ，
万方数据
ＭＱＬ）切削是指将压缩空气与极微量的润滑液混合汽化后喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。它可以大大减少切削液的用量（一般仅为
０．０３—１．２０肌），可有效减小刀具与工件、刀具与
２绿色切削加工技术
（１）干切削加工技术干切削加工就是在切削过程中，刀具与工件及刀具与切屑的接触区不用切削液的加工工艺。干切削不是简单地停止使用切削液，而是在停止使用切削液的同时，保证高效率、高的产品质量、高的刀具使用寿命以及切削过程的可靠性，这就需要用性能优良的干切削刀具、机床以及辅助设施替代传统切削中切削液的作用，来实现真正意义上的干切削加工。干切削加工涉及到刀具材料、刀具涂层、刀具几何结构、加工机床、切削用量、加工方式等各个方面，是制造技术与材料科学及信息、电子、管理等学科之间的交叉、融合。
干切削加工技术是在机床结构与材料、机床设计制造技术、高性能刀具夹持系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高性能的涂层技术、高效高精度测试技术、干切削加工工艺方法等诸多相关技术的硬件与软件技术得到充分发展的基础上综合而成的。因此，干切削加工技术是一项复杂的系统工程，是诸多单元技术集成的一项综合技术，主要包括干切削加工理论、机床、刀具、工件、加工工艺及切削过程监控与测试等诸多方面。其中切削加工基础理论主要是研究分析干切削加工的可行性、切削过程中的变形、切削力、切削温度、刀具磨损、破损与刀具寿命、切削过程的稳定性、加工表面质量等的特征及其与机床、刀具、工件和切削参数等诸多因素之间的关系。干切削加工综合技术中刀具技术、涂层技术、机床技术、加工工艺、测试技术等是干切削实施的关键技术，它们对干切削加工技术的发展和应用，起着决定性的作用【４．５Ｊ。

关于面向绿色制造的切削加工新技术的认识

对“面向绿色制造的切削加工新技术”的认识姓名：张越夫学号：0901500451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。

其目的是合理利用资源及原材料、降低零件制造成本，最大限度地减少对环境的污染程度。

环境、资源、人口是当今社会面临的3大主要问题。

依靠科技进步，实现节资增效，减少废物排放，在制造业实施绿色制造已势在必行，绿色制造技术也是国家“十一五”科学技术发展规划中制造业领域的重大项目。

切削液是机械加工过程中主要的污染源，而且切削液的费用约占零件制造成本的16%，解决切削液带来的问题最有效的途径是采用绿色切削加工技术。

绿色切削加工技术是一种充分考虑环境和资源问题的加工技术，要求在整个加工过程中做到对环境的污染最小和对资源的利用率最高。

目前国内外对绿色切削的研究主要集中在干式切削、低温切削、绿色湿式切削等几个方面。

干式切削技术现已成熟应用于有色金属及其合金和铸铁的加工中，但在钢材尤其是高强度钢的干切削应用方面仍存在问题，主要表现为刀具磨损严重，对刀具的材料和结构要求较高，成本较大。

低温切削仅用于钦合金、高锰钢、淬硬钢等一些难加工材料的加工中。

相对于传统的切削方法，低温切削的成本较高，因此，降低成本成为低温切削推广应用的前提。

绿色湿式切削是目前比较可行的加工方法。

新型环保切削液的研制、切削液的合理使用及废液的净化处理成为有待解决的问题。

绿色切削加工技术作为21世纪一项新的课题，正得到越来越广泛的重视。

虽然干式切削、低温切削、绿色湿式切削等技术还有很多问题需要解决，但它们的优越性正逐渐休现出来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。

与此同时，新技术的广泛应用也面临着诸多问题。

1、旧机床的更新与改造旧机床处理方面尤为突出问题是废旧或闲置设备回收和再利用率较差，许多工厂厂房内常见有满身锈迹废弃的旧设备，数控机床、加工中心、FMS、CIMS甚至网络加工等先进制造系统和大批的20世纪五六十年代的旧机床并存，改造和利用好这些旧设备是我们面临的课题；2、材料与能源的浪费机械制造业中能源和原材料的浪费现象较为明显，满地的切屑、小零件与油污，中国在由原料到产品所消耗的能源和原材料比美国和日本等先进国家高出数十倍之多；3、环境保护意识淡薄一些中小企业对环境的污染还比较严重；4、产品的回收利用率低长期以来我们沿袭的生产模式是：生产!流通!消费!废弃的开式循环，绿色制造提倡闭式循环的生产模式，即在原来的生产模式中增加一个“回收”环节，厂家在产品的设计和制造过程中要充分考虑回收问题。

绿色切削工艺与电液锤设备应用技术资料

数据库模块
系统运行模块
系统用户操作
噪声计算
粉尘计算
切削液计算
固体废弃物计算
零件工艺库
零件材料库
零件设备库
废物流初值库
系统运行帮助
6
主要技术内容与创新点
(2)提出一种基于粗糙集的离散型加工绿色度综合评价法以测量和试验数据为依据，能够准确评定工序与工艺的绿色度，比模糊层次评价法更具客观性和真实性，适合于机械加工车间使用。
绿色切削工艺与电液锤设备应用技术
1
研究背景
1、“产品制造过程绿色化”是先进制造技术的发展趋势之一将成为未来制造业赖以生存的基础和可持续发展的关键。目前急需突破绿色制造所涉及的关键工艺与装备技术。 2、国内外绿色制造领域的同类研究存在一定局限性
主要围绕空调器、冰箱、印刷线路板等产品进行，研究方法
4、机械加工企业存在的能耗与污染问题突出先进制造是我国近年来着力发展的七大领域之一。机械加工作
为制造业的主要方式之一，普遍存在资源消耗量大、能源利用率低、
环境状况差等弊端。突出表现在粉尘、噪声、固体废弃物、切削液等工业废弃物排
放量大、污染严重、回收处理成本偏高等。
3
总体研究思路
项目成效
减少排放节约能耗提高经济性提高绿色度改善劳动条件
按每吨位锤每年生产200吨锻件计，则以上锻锤每年生产锻件在6600吨左右，每年节约能源约6000吨标煤。
19
干切削机理分析刀具材料优选刀具摩擦学设计刀具适配性设计
q 切削温度升高 q 切削力增加 q 刀具热磨损加剧 q 刀具易破损失效 q 切屑排除困难 q 加工质量易恶化