机械产品绿色加工工艺研究

梅志敏，张融

(武昌工学院机械工程系，湖北武汉 430065)

机械产品绿色加工工艺研究

梅志敏，张融

(武昌工学院机械工程系，湖北武汉 430065)

机械加工存在着浪费能源、污染环境等问题，因此发展绿色制造技术十分重要。介绍绿色制造加工工艺，分析多种绿色加工方法的优缺点，将其与传统的加工技术进行对比，指出绿色加工技术在我国生态工业和社会可持续发展中起着重要作用。

绿色制造;工艺技术;可持续发展

随着经济的迅速发展，世界的工业化进程加快，而对环境的破坏、资源的浪费也越来越厉害。机械制造业在促进了社会发展的同时也产生了大量的污染，使资源日益枯竭，地球环境恶化，生态环境受到破坏，使人类的生存和发展受到了威胁。如果继续使用这种粗放式的制造模式，必将影响社会的可持续发展。

1 绿色制造加工工艺简介

绿色制造加工工艺技术是以传统的加工工艺技术

为基础，以保护环境、节约资源、降低成本为目标，并结合环境科学、能源科学、表面技术、材料科学、控制技术等的先进制造技术工艺。其目标是使机械产品在制造的过程中对环境的影响最小，资源利用率高，并使企业在不危害环境的同时让自己的经济效益与社会效益一致。

2 绿色低耗的制造工艺技术

2.1 绿色切削技术

采用绿色切削加工工艺技术，是为了解决切削过程中切削液带来的问题。切削液在机械加工制造过程中起润滑、冷却、排屑和清洗的作用，但如果在机械加工的过程中大量使用切削液，会对环境造成严重的影响，同时也会危害到工作人员的身体健康。现今国内学者主要针对干式切削、绿色湿式切削、低温切削等几个方面进行研究。

2.1.1 干式切削加工工艺

干式切削加工工艺技术方法有很多，如干车削、干铣削、干钻削、干式齿轮加工、干式螺纹加工等。如今，干式切削加工工艺技术在很多材料加工中都得到了应用，尤其是在有色金属及其合金和铸铁的加工方面。干式切削时温度一般都很高，因此在选择刀具方面是很严格的。干式加工刀具必须具有很高的热韧性和红硬性，还要有很好的耐磨性，抗粘结性强还得耐热冲击，要保证刀具和切削工件之间的摩擦因数尽可能小，排屑顺畅，易于散热。机床切削时速度尽量高，并配备有吸尘和排屑装置。

虽然干式切削加工工艺对环境等方面都起到了一定的作用，但是，应该知道干式切削加工技术还存在很多不足之处:如在对高强度的钢材进行切削时，刀具就磨损得相当严重，于是对刀具的材料和结构功能要求很高，成本也相对较大;加工时能量耗损比较大，切削过程中产生的温度很高，而且在高温时铁屑会体现出热塑性，由于很难控制，所以就造成了排屑困难。

2.1.2 低温切削加工工艺

一般对于对那些难度比较大的材料进行加工，比如高锰钢、淬硬钢、钛合金等，用低温切削。低温切削时在其装置上一般要配有低温冷风装置，包括氮气流发生装置、使用低沸点工质作冷媒的间接冷却装置等，相比较其成本也会有一定的提高，因此这也将是技术改进所需解决的问题。近年来，在国外低温冷风切削技术的研究已趋于成熟，国内在之方面的研究也比较顺利，相信在不久的将来，低温冷风发生装置在国内的成功研制必将推动干式切削技术在我国的广泛应用和发展。

2.1.3 准干式切削加工工艺

准干式切削加工技术是将干、湿加工的优点相结合，即在切削加工中，将混有少量润滑油的气体喷射于加工部位，恰当地使用，使得零件、刀具和切削处于干燥状态，避免了切削液的污染与处理问题，而且改善了工作环境，能够在达到加工要求的同时使切削的费用降到最低，达到与干切削相同要求的一种切削工艺。干式切削加工中的润滑或冷却也称准干式切削加工。

对于某些工件材料和加工方式的组合，在实际生产中纯粹的干式切削目前难以使用，故极微量润滑技术由此产生。这种润滑是将具有一定压力的空气与极微量的切削油混合并油雾化，然后一同喷于切削区，对刀具与工件和刀具与切削的接触面进行润滑，防止了切削液粘到刀具上，还减小了摩擦，而且使得切削区的温度有所改善，并有利于排屑，从而使得切削加工的条件有了显著改善。

2.2 绿色加工技术——数控

数控加工有利于产品的更新改型，工人劳动强度小，自动化程度高，质量稳定，加工精度以及自动化程度都很高，便于实现计算机辅助制造。对于加工频繁改型的零件，使用数控机床能节省大量工装费用，从而降低了综合费用。

常见的数控加工设备:数控车床、数控铣床、数控加工中心。

2.2.1 数控车床

数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床能加工轴类、盘类等复杂回转体零件，还能加工完成螺纹、圆锥面、内外圆柱面以及端面等的切削加工，能完成复杂回转面的加工，并且能进行车槽、扩孔、铰孔等工作。

数控车床按功能可分为普通数控车床、经济型数控车床和车削加工中心。

2.2.2 数控铣床

数控铣床比较简单，它可以组成各种框式循环和往复循环，它不仅可以完成斜线、曲线、直线轮廓的铣削加工，还可以对具有复杂型面的工件进行加工，加工出来的零件，不仅美观性强，而且精度相当高。

2.2.3 数控加工中心

加工中心是一种备有自动换刀装置和刀库，对工件进行多工序加工的数控机床。数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换刀具;可自动改变机床进给量、主轴转速、刀具相对工件的运动轨迹以及其他辅助功能;依次完成工件几个面上多工序的加工。减少了工件测量、装夹和机床调整时间，缩短了工件存放、搬运时间，提高了生产率及机床的利用率，是数控机床的重要发展方向。

2.3 特种加工技术绿色选择

特种加工是指利用电能、热能、声能、光能以及化学能等去除材料的加工方法。

2.3.1 电火花加工工艺

加工特点:能加工任何导电材料，适用于微细加工及低刚度工件加工，其加工硬度比机械加工表面硬度高，且有利于保护润滑油，在相同表面粗糙度下其耐磨性和表面润滑性都比机械加工的表面好。

2.3.2 电火花线切加工

加工特点:生产效率高，加工成本低，缩短了生产准备时间，大大降低了电极设计、制造费用;电蚀余量小，蚀除金属量小，适于加工和切割稀有、贵重金属;工具电极损耗极小;便于实现自动控制;加工小孔、小槽、凹凸模、窄缝可一次完成，能够将多个工件叠起来加工，能获得一致尺寸。

2.3.3 激光加工工艺

加工特点:能量密度高，应用广泛;加工速度快，效率高，可控性好，容易实现自动化;能透过空气、惰性气体或透明物体对工件进行加工，在真空环境下也可加工;激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，因此可以用于精密微细加工。

2.3.4 电子束加工

加工原理:真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间 (几分之一微秒)内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或汽化。

加工特点:电子束能够极其微细地聚焦，所以加工表面可以很小，能加工半导体、微孔、窄缝集成电路;加工材料范围广，可以加工韧性、脆性、导体、非导体及半导体材料;通过电场或磁场对电子束的位置、聚焦、强度等进行控制，整个加工过程便于实现自动化;由于电子束加工是在真空中进行，所以产生的污染少，加工表面在高温时也不易被氧化，特别适用于加工易被氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。

2.3.5 离子束加工

加工特点:可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束轰击材料时逐层去除原子。离子束流密度及能量可以精确控制，其加工精度可以达到毫微米即纳米级别。离子镀膜可以控制在亚微米精度级别，离子注入的浓度和深度也可以精确控制，因此，离子束加工是所有特种加工方法中最精密最微细的加工方法。离子束加工在高真空中进行，适用于加工易氧化的金属、高纯度半导体材料和合金。

3 结束语

综上所述，绿色加工工艺目前已是世界工艺发展的潮流，其优势必将在经济全球化和可持续发展战略的提出中得到完美的展现。环境的质量问题已是当今社会共同价值的趋向，绿色加工工艺的前景广阔，它的发展必将给人类社会和自然环境带来美好的明天!

【1】赵占西.产品造型设计材料与工艺［M］.北京:机械工业出版社，2008.

【2】林武文，张春燕.特种加工对机械加工工艺的突破［J］.红外与激光工程，2006(5):199－202.

【3】张云霞.浅析绿色制造工艺在机械加工中的应用［J］.科技创业月刊，2009(4):81－82.

【4】盛夏.浅谈基于绿色制造的新型机械制造工艺［J］.硅谷，2010(6):130－130.

【5】王利，曹军.浅谈绿色制造技术在机械加工中的应用［J］.中国科技博览，2010(24):296 －296.

【6】韩圣武.浅谈绿色制造工艺技术在机械加工中的应用［J］.黑龙江科技信息，2008(33):29 －29.

Study on Green Machining Process of Mechanical Product

MEIZhimin，ZHANG Rong
(Department of Mechanical Engineering，Wuchang Institute of Technology，Wuhan Hubei430065，China)

Problems of energy waste，environmental pollution are existed in machining，so it is very important to develop green manufacturing technology.Greenmanufacturing processwas introduced.The advantages and disadvantages of various greenmachining methods were analyzed，and they were compared with traditional processing technology.It is pointed out that the green machining technology plays an important role in China ecological industry and sustainable social development.

Green manufacturing;Technology;Sustainable development

TH16

A

1001－3881(2013)8－137－2

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.046

2012－02－20

2011年湖北省高等学校省级教学研究项目(2011477);武昌工学院大学生校级科研项目 (2010XS10)

梅志敏 (1991—)，男，研究方向为机械设计制造及其自动化。E－mail:1158153253@qq.com。通信作者:张融，E－mail:meryer@sohu.com。