绿色机械加工的研究现状及其发展

绿色机械加工的研究现状及其发展

王锐1张旭2

（1.哈尔滨东安实业发展有限公司；2.中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨150066）

摘要：随着科技的发展，我国工业化水平得到了巨大提升，一跃成为了世界第一工业大国。但同时，高度工业化所带来的环境问题也成为了亟待解决的问题。传统机械加工制造业作为我国实体产业的重要组成部分，其存在一些问题，例如资源利用率较低以及环境污染大等。本文在绿色制造的背景下，提出了绿色机械加工的概念，概述了绿色机械加工的特点及其应用，并探讨了其发展趋势。

关键词：绿色制造；绿色机械制造；应用及发展

引言：

从20世纪70年代以来，随着世界经济的发展，人类工业化活动对地球生态环境造成了一定程度上的影响，这对人类的生存和发展造成了威胁。据权威统计，造成地球环境为污染的排放物有70%以上来自于制造业，而制造业中的切削加工占机械加工的90%以上，这意味着污染物排放行业的主体是机械加工制造业。传统机械加工制造业主要的缺陷是资源利用率不高、环境污染大以及损害人体健康等，传统的环境治理方法并不能在根本上整治机械设计制造行业的污染现状，因而在机械加工过程中实现优质加工、低能量消耗以及清洁生产成为了机械加工制造领域内的热门讨论话题，这也是绿色机械加工概念的由来。

一、绿色机械加工的实际应用

绿色机械加工已经在实际生产中有了实例，例如自然绿色机械加工、辅助绿色机械加工等。

（一）自然绿色机械加工

自然绿色加工是指在进行机械加工时，除了自然环境冷却外不使用其他任何的冷却介质例如冷风、冷却液以及植物油等，目前在机械加工制造行业内主要的应用实例是干切削技术。

干切削技术是利用高强度、高耐磨以及耐高温的刀具在高速切削的条件下进行切削作业的切削技术。在干切削作业中，由于缺少冷却介质的冷却作用，切削力会大大增加，使得总体切削温度急剧上升，引起切削刀具的耐久度降低，严重的会导致被切削工件的加工质量降低。如何解决干切削作业所引起的加工质量的降低是机械加工制造行业内的热门话题，因为干切削技术的特性与湿切削技术不同，想要切实解决干切削技术的缺陷，就必须对包括刀具、机床以及工件在内的整个工艺系统进行全面的考虑并采取相应改善措施以消除干切削加工的不利影响。同时，干切削加工过程还会产生一定量的粉尘，对加工操作者的心肺系统造成伤害，所以，作为低污染物排放的干切削技术还留有很大的改进余地。

（二）辅助绿色机械加工

辅助绿色加工是指把冷却介质输入到切削系统中，起到切削刀具以及被切削工件的冷却及降温作用的机械加工方式。根据冷却液形态的不同分为射流加工以及喷雾加工。

射流加工是指将冷却介质以一定的压力和速度直接输送到切削刀具和被切削工件之间进行冷却和润滑的冷却机制。根据冷却介质的不同分为液体射流加工和气体射流加工。

在液体射流加工中，采用集中冷却润滑代替分散冷却润滑可以提高冷却液的使用寿命，改善和提高机械加工质量，同时也更加容易进行废水以及废液的集中处理，减少了废水的处理繁杂程度。

气体射流加工按冷却介质不同又可分为空气射流加工和氮气射流加工。氮气射流加工是指将液氮作为冷却介质通过一定的压力以及速度直接喷射到切削区域的冷却技术，氮气作为大气中含量最高的惰性气体，其相对来说较为容易获得，在制氧工业中有很大的附带产量，资源十分丰富。液氮在冷却结束后直接气化成氮气回归入大气当中，基本不会造成环境的危害，是目前绿色机械加工领域内最被推崇的冷却方式。空气射流加工是指将空气作为冷却介质通过一定的压力以及速度直接喷射到切削区域的冷却技术。相较于氮气射流加工技术，空气射流加工的冷却介质更容易获得，通过空气压缩机就能直接实现，但其在冷却中空气中的氧气可能会与切削区域产生化学反应，导致被切削工件的加工质量降低，并存在大气污染物排放的可能性。

喷雾加工是通过高压系统将冷却介质压缩再以雾状形式喷洒进切削区域内，起到冷却和润滑作用的加工方法。喷雾加工的优点是可以全面覆盖切削面的各个区域，加强了切削液的渗透性，使得冷却和润滑效果提升，提高工件的加工质量并降低刀具的损耗。

喷雾加工依据喷雾形式的不同分为简单喷雾加工、复合喷雾加工以及混合喷雾加工。在实际应用中，复合喷雾加工能够最大程度的降低刀具的消耗，降低刀具在加工过程中前刀面产生的积屑瘤的数目，一般在实际应用中，都是将复合喷雾和水喷雾加工结合来使用以达到切削过程最大程度的冷却与润滑作用。

二、绿色机械加工存在的一些问题

目前绿色机械加工在实际应用中还存在一些问题，如冷却介质存在环境污染以及冷却方式不够先进等。

（一）冷却介质的环境污染问题

虽然在绿色机械加工过程中，针对于绿色冷却介质的研究一直在井然有序的进行，但截至目前，还不存在对环境完全没有污染且成本低还能保证加工质量的冷却液。同时，在无污染冷却液的开发中，除了对于冷却介质本身化学性质的分析以外，还要考虑目前技术条件所限制的冷却系统能否适用。

（二）冷却方式较为落后

不同加工件有不同的冷却机制需求，如何针对于不同的零件加工需求使用正确的加工方式一直是绿色机械加工领域内的热门话题之一。不同加工零件，为了达到其加工质量，应当仔细调整其冷却介质的用量以及冷却方式，同时还要考虑一些加工参数例如切削速度、切削深度以及进给量等。

三、绿色机械加工的发展趋势

绿色机械加工具有广阔的发展前景，在目前看来其主要的发展趋势是集成化以及并行化。

（一）集成化

绿色机械加工过程不是孤立且单独进行的加工过程，而是考虑到各种因素的集成系统。通过网络和计算机应用技术把其他系统如MIS、绿色设计系统、质量保证系统等设备系统与绿色机械加工系统联系起来，实现绿色机械加工过程中的数据共享和传输，从而融入到整个企业集成制造系统中以便于更好的决策。

（二）并行化

通过网络和计算机应用技术将绿色机械加工系统与机械类设计软件CAD、ERP、MRP等相联，使得产品在加工过程中的每一个步骤都考虑到了其整个生命周期的所有因素例如产品质量、成本、进度以及用户需求等，这是绿色机械加工技术并行性的体现。

四、结语

传统的机械加工行业容易造成污染物的大量排放并导致机械加工企业周边的生态环境遭到破坏，传统的环境治理方法并不能在根本上整治机械设计制造行业的污染现状，绿色机械加工因其优质加工、低能量消耗以及清洁生产的优点成为了机械加工制造行业未来发展的主要方向，政府以及机械加工企业应当对绿色机械加工给予足够的重视，为节能减排的可持续发展目标做出切实的贡献。

参考文献

[1]孙超擎,王翔宇.绿色机械加工的应用分析[J].科技创新与应用，2016(30)

[2]艾永旭.浅析绿色制造工艺在机械加工中的应用[J].中国新技术新产品，2013(04)

[3]裴宏杰,王贵成.实施绿色机械加工的基本程序与途径[J].工具技术，2003(07).

作者简介：王锐（1971.08—），黑龙江省哈尔滨市人，高级工程师；

张旭（1974.02—），黑龙江省齐齐哈尔市人，高级工程师。