关于绿色刀具设计的概念与关键技术的探究

2014-08-15李方君

科技传播 2014年3期

李方君

四川省自贡职业技术学校，四川自贡 643000

0 引言

近些年，自然环境破坏严重，造成多种负面环境的不断出现，严重影响人们的生活和工作，更加影响到国家的可持续发展战略。为此，在国家政府的领导下进行绿色制造，不断推动可持续发展战略。而绿色刀具的设计、制造和推广是执行绿色制造的重要的具体表现之一。绿色刀具的设计过程中完全按照绿色化为标准进行，才使得绿色刀具的形成。

1 绿色刀具

绿色刀具是指采用绿色材料同先进的绿色设计及制造方法生产的节能降耗减污的环境友好型产品。绿色刀具的设计与制造紧紧与环保相结合，在21世纪以环境保护为主题，进行开展绿色刀具制造是我国全面贯彻可持续发展的思想路线的一种实际行动。绿色刀具与传统刀具有很大的区别，其设计是在刀具寿命周期过程的设计中充分的考虑对环境和资源的影响，促使绿色刀具能够最大限度地节约能源，利用材料资源、保护环境的特点，这是传统刀具无法企及。绿色刀具节约能源体现在其整个使用周期中每个阶段都符合绿色化的要求，最大限度的将降低能力的消耗，使资源有效的应用。利用材料资源是绿色刀具应用的材料中含有少量甚至没有有毒、有害材料，以绿色环保的材料为主，在满足刀具切削要求的基础上减少材料的应用量，有效的利用材料资源。保护环境体现在绿色刀具是可回收利用的刀具，能够将其循环利用，实现零污染。

2 绿色刀具设计概念

绿色刀具设计是指在刀具寿命周期过程的设计中充分的考虑对环境和资源的影响，通过优化各种有关设计因素，使刀具及其制造过程中对环境的总体影响最小。绿色刀具设计的概念是以“绿色，环保”为主，促使绿色刀具在设计、制造、使用、回收这一系列环节实现绿色化。为了突出绿色刀具的设计是以“绿色，环保”为主，提出以下几点设计要求

2.1 具有良好的切削性能

尽管绿色刀具具有节约资源、利用材料资源、减少污染等特点，但是不可忽视的一个问题是绿色刀具也是一把刀，需要具有良好的切削性能力。这是绿色刀具最基本的功能，在此基础上设计绿色化的特点，才更加贴切。因此，为保证绿色刀具需要具备良好的切削性能需要在材料方面进行处理。可以采用高强度，高硬度，高韧性，高耐磨性和高耐热性等特点的材料作为绿色刀具材料，能够达到目的。

2.2 减少刀具的磨损

传统刀具的因为干切削或高速切削，容易增加刀面与切屑、工件之间的摩擦面积增大，切削温度增高，导致刀具磨损严重。针对此问题，在设计绿色刀具时将其作为设计重要要求之一进行处理。在绿色刀具的表面增加一个涂层，将绿色刀具的表面与切屑隔绝，阻隔切削热，降低绿色刀具刀面与切屑之间的摩擦，降低绿色刀具的磨损，提高绿色刀具的使用寿命。减少刀具磨损程度而采用的涂层尽量采用绿色涂料，与绿色刀具的设计概念相统一。

2.3 提升刀具排屑和散热能力

刀具使用过程中残留的屑末并产生的热量对刀具产生不利的影响，在设计绿色刀具过程中需要重点处理此种情况。提高绿色刀具的排屑和散热能力才能提高绿色刀具加工质量和使用寿命，为此，在设计绿色刀具几何参数时，在绿色刀具上适当设计出排屑槽结构，及时处理刀面上的切屑，刀面表面有效的散热。（即便是加工脆性材料，在保证刀具强度的前提下，也可考虑排屑机构）

3 绿色刀具设计的关键技术

再设计绿色刀具的过程中采用适合的，有用的技术，保证绿色刀具的使用性是设计的重点。因此，绿色刀具设计中关键技术的选择至关重要。绿色刀具设计的关键技术主要包括绿色材料选择技术、面向可拆卸设计技术、面向可回收设计技术。

3.1 绿色材料选择技术

绿色刀具的设计是在优化和改善传统刀具的基础上，增加绿色化这一大特点。因此，选择绿色材料技术上需要满足几个要求，其一是绿色材料具有良好的切削性能；其二是绿色材料设适合使用环境；其三是绿色材料属于易回收、易处理、可回收再利用；其四是绿色材料具有良好的经济性，属于节能型低成本的材料。将满足以上要求材料称为良好环境协调性的绿色材料。绿色材料选择技术是绿色刀具设计中应用到的基本技术，应用其综合性和复杂性有效的解决绿色刀具材料选择的需求。

3.2 面向可拆卸设计技术

绿色刀具设计过程中加入可拆卸设计技术的目的有两方面，一方面便于零件的重复利用。绿色刀具上的零部件有一部分能够直接应用于其他工具或设备中，避免零部件的浪费，一部分经过加工处理，形成新的零部件，将其合理的应用于其他方面，实现重复利用这一特点。另一方面是为回收利用材料做准备。由于绿色刀具应用材料都是可回收的，可拆卸设计技术的应用将易于实现材料合理的回收。因为，在面向可拆卸设计技术以易于拆卸、易于分离、减少拆卸工作量、尽量简单化的设计原则，便于回收人员进行绿色刀具材料拆卸、维护工作。绿色刀具设计面向可拆卸设计技术要求刀具具有良好的拆卸能力，并且拆卸简单，提高刀具良好的装卸性能，并符合绿色化的理念。

3.3 面向可回收设计技术

绿色刀具设计过程中应用可回收设计技术从制造材料回收利用的角度出发。在设计时充分考虑材料回收的可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等一系列问题。应用可回收设计技术是通过以下几个方面实现的。

3.3.1 绿色刀具中可回收材料的确定

由于在绿色刀具中应用得到的材料有多种，尽管应用的材料是以绿色环保型的为主，但是在一些刀具中也不可避免的应用少量有毒或有害的材料。为此准确的划分可回收和不可回收的材料，避免给材料回收工作产生不必要的麻烦。另外，由于可回收再利用的材料分为不同的种类，准确地将其区分，并将可回收材料合理的应用，节约资源，避免污染环境。

3.3.2 回收工艺和方法

绿色刀具设计是按照刀具寿命周期过程的绿色化要求进行的。因此，绿色刀具具有周期性，一旦绿色刀具用到周期末端，绿色刀具需要进行报废处理。在此环节中包含材料回收环节。刀具材料回收是绿色刀具报废处理中最重要的一项，需要应用适合的、合理的、有效的回收方法进行处理，才能保证绿色刀具材料回收率高。

3.3.3 回收经济性分析

之所以进行材料回收处理是因为材料具有一定的价值，应用于其他领域中能够创造价值。换句话说，废弃的材料具有经济性才会被再次利用。经济性在刀具材料回收中作为唯一的标准，若绿色刀具材料具有较好的经济性就会被回收，反之将不会被回收。由于经济性是一个抽象词，用其作为材料回收的标准，主要是通过具体衡量刀具产品类型、生产方式、材料种类、应用成本预算等，最终确定刀具材料是否可回收利用。