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绿色机械加工的研究现状及其发展 　　[摘要]本文以绿色制造为基础提出了绿色机械加工的概念，并阐述了其内涵；概述了绿色机械加工的特点及其应用；指出尚待解决的主要问题；并探讨了其发展趋势。 　　[关键词]绿色制造；绿色加工；冷却；切削液一、绿色机械加工的背景及内涵 　　从绿色制造[4]的意义上讲，传统机械加工主要有三个缺陷：①资源利用率不高。加工一个合格的零件往往需要多道工序，浪费了原材料、能源和时间； ②对环境污染大。主要是机械加工经常使用的切削液破坏水源、污染土地、破坏生态系统等；③损害人体健康。在加工过程中所形成的油雾、粉尘、烟雾、化学微粒、噪声等容易引起操作者的皮肤、呼吸系统、听力系统的疾病，甚至癌症。而传统的环境治理方法是末端治理，不能从根本上实现对环境的保护，因而提出了绿色机械加工，其内涵是指在机械加工过程中实现优质、低耗、高效及清洁化。 　　二、绿色机械加工的研究现状 　　目前有关绿色机械加工方法的研究如图1 所示： 　　图1 绿色机械加工系统示意图 　　1、自然绿色机械加工。自然绿色机械加工是指在机械加工时，除自然环境冷却外不使用任何其它附加的介质（如冷风、水、植物油等）。目前主要是干切削[5]技术。 　　在干切削方面，国外进行了大量的研究。据统计，目前在德国制造业中已有大约8 %的企业采用了干切削，权威专家预测在今后五年内，大约至少有20 %的德国企业将运用干切削技术。美国LeBlond Makino公司已经开发出用陶瓷工具和CBN刀具对铸铁进行高速干切削的“红月牙”（Red Crescent）工艺并投入实际生产，取得了良好的经济效益。欧洲的Breidenbach.Buderus Guss公司加工的闸轮和Wieloch1Heidelbery机械股份公司加工的印刷零件都采用了干切削技术加工灰口铸铁件，非常成功。 　　干切削利用高强度、高耐磨、耐高温的刀具在高速切削条件下加工。在干切削中，由于缺少切削液的润滑、冷却、排屑等作用，切削力会大量增加，切削温度急剧上升，刀具磨损加剧，引起刀具耐用度下降，同时工件加工质量变差。要使干切削在规定的时间内达到与湿加工相当，甚至超过湿加工的加工质量和刀具耐用度，就必须对包括刀具、机床、工件在内的整个工艺系统进行全面的考虑并采取相应措施，消除干式加工的不利影响。同时，在干切削中还有大量的粉尘排放，对操作者的健康造成伤害。尽管对铸铁的干切削已无问题，但其应用范围还不是很广泛，对钢、铝与合金材料的干切削也正在研究中。 　　2、辅助绿色机械加工。辅助绿色加工是指把冷却介质（或润滑油） 输入到切削区域，起到冷却或润滑等作用。根据介质的形态目前有两种：射流加工和喷雾加工。 　　（1）射流加工。 射流加工是指把冷却介质以一定的压力和速度直接输送到切削区，进行冷却和润滑。按所用的介质分为液体射流加工和气体射流加工。 　　①液体射流加工。对于传统的浇注冷却，采用集中冷却润滑代替分散冷却润滑，这样可以提高冷却液的使用寿命，改善与提高机械加工质量，同时便于废水、废液的集中处理，减少废水的处理量。针对传统浇注冷却的缺陷与干切削不足提出了最佳流量润滑。如美国的Thyssen公司将润滑系统集成在主轴电机中，其流量由CNC程序控制，该单元在615s 时间内可钻削10个直径8mm、中心距为20mm的孔，每小时使用一杯润滑油，且大部分被蒸发，切屑中切削液含量大大减少，因此处理费用大幅降低。美国密执安技术大学对切削加工中有关切削液的适当用量问题进行了研究，试图在满足加工要求的情况下，使切削液用量最少，与切削液有关的费用也降至最低，同时也对环境减少了污染。 　　②气体射流加工。气体射流加工按介质又可分为：空气射流与氮气射流。 　　氮气射流是将液氮作为切削液直接喷射到切削区。氮气是大气中含量最多的成分，氮气作为制氧工业的副产品，资源十分丰富。液氮使用后直接挥发成气体返回到大气中，不会留下任何污染物。美国怀特州立大学的S. Y. Hong和印度工学院的S. Paul 分别在车削和磨削加工中对液氮冷却进行了理论和试验研究，结果表明，在超低温加工状态下，刀具材料能够保持良好的切削性能，可提高切削效率和加工质量，同时液氮可显著降低磨削区的温度，减少磨损烧伤[7]。 　　空气射流是将冷空气输送到射流口，以一定的方式冲刷加工区。空气的资源广大，冷却后回到大气中，不会留下污染物。目前日本用于切削试验的风冷方法，其温度可调范围达- 45 ℃～ + 10 ℃，压强为012～017MPa ，流量可调。日本的横川和彦[8]在车削和铣削中对冷风冷却进行了研究。在铣削中分别采用水基切削液，常温风（ + 10 ℃），冷风（ - 30 ℃） 三种条件下进行比较，结果表明，冷风切削时，刀具耐用度显著提高。在车削中，冷风切削