吕静波

摘要：绿色环保是21世纪倡导的新方向，本文主要对机械制造中加强绿色加工技术进行了详细分析和研究。

关键词：机械制造;绿色加工技术;方法

一、机械制造中绿色加工技术

原材料（尤其是一些不可再生的金属材料）的大量消耗，将不利于全社会的可持续发展，因此，机械工业应积极推广资源消耗少的绿色加工技术，通常可采取以下绿色工艺技术。

绿色材料：绿色设计与制造所选择的材料既要有良好的使用性能，又要与环境有较好的协调性。为此，可改善机电产品的功能，简化结构，减少所用材料的种类;选用易加工的材料，低能耗、少污染的材料，可回收再利用的材料，如高速内燃机车的轻量化及节约燃油量;采用天然可再生材料，如丰富的柳条、竹类、麻类等用于产品的外包装。

少无切削技术：随着新技术、新工艺的发展，精铸、精锻、摆辗等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟，从近似成型向净成型方向发展。有些成型件不需要机械加工，就可直接使用，不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗，也大大减少了产品的制造周期和生产费用。

节水制造技术：水这种宝贵的资源在机械制造中起着重要的作用。但由于我国北方缺水，从绿色可持续发展的角度，应积极探讨节水制造的新工艺。干式切削就是一例，它可消除在机加工时使用切削液所带来的负面效应，是理想的机械加工绿色工艺。它的应用不局限于铸铁的干铣削，也可扩展到机加工的其他方面，但要有其特定的边界条件，如要求刀具具有较高的耐热性、耐磨性和良好的化学稳定性，机床則要高速、超高速切削（磨削），并有冷风、吸尘等装置。

减少加工余量：若坯件粗糙，机加工余量就较大，不仅消耗较多的原材料，而且生产效率低下。因此，有条件的地区可组织专业化毛坯制造，提高毛坯精度。另一方面，采用先进的制造技术，如高速切削，随着切削速度的提高，则切削力下降，且加工时问短，工件变形小，易保证加工质量。

新型刀具材料：减少刀具材料消耗，尤其是复杂、贵重刀具材料的磨耗是降低物料消耗的另一重要途径，对此可采用新型刀具材料，发展涂层刀具。消耗的另一重要途径，对此可采用新型刀具材料，发展涂层刀具。

回收利用：绿色设计与制造，非常看重机械产品废弃后的回收利用，它使传统的物料运行模式从开环式变为部分闭环式。产品生产厂家对回收可再利用的元器件，进行选择、回收和再利用等处理。从1990年中期，美国仅汽车零部件回收、拆卸、翻新、出售方面，每年就可获利数十亿美元。

另外，机械制造目前多是采用材料去除的加工方式，产生了大量的切屑、切削液、废品等废弃物，既浪费了资源，又污染了环境，也可以采取一些绿色加工办法。切削液的回收再生在已使用过的废乳化液中，一般含油量为20g/L，化学需氧量为18g/L，此外还含有S、P等化学添加剂，如直接排放或燃烧，则将造成严重的环境污染，绿色制造对切削液的使用、回收利用或再生非常重视。磨屑二次资源利用在磨削中，磨屑的处理有些困难，若采用于式磨削，磨屑处理则较为方便，由于CBN砂轮的硬度比较高，磨屑中很少有砂轮的微粒，磨屑纯度很高，可通过一定的装置，搜集被加工材料的磨粒，作二次资源利用。快速原型制造技术应用材料堆积成形的原理，突破了传统机加工去除材料的方法，可节约资源，又能减少加工废弃物的处理，是很有发展前边的绿色制造技术。

二、绿色制造工艺的应用

传统制造和绿色制造的最大区别就是传统制造只是根据市场信息设计生产和销售产品，而其余就考虑得较少。绿色制造则通过绿色生产过程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响，同时原材料和能源的利用效率能达到最高。查阅相关资料与当前的发展形势，其应用有以下方面：

1.成形制造技术正向净成形方向发展

成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等，目前它正从接近零件形状向直接制成工件，即精密成形或净成形方向发展。这些工件有些可以直接或者稍加处理即可用于组成产品，这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。

2.干式加工开始得到应用

目前干式加工的主要应用领域是机械加工行业，如干切削加工、干磨削加工等等。干式加工顾名思义就是加工过程中不采用任何冷却液的加工方式。干式加工简化了工艺、减少成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。目前干式加工虽然在国外已经得到局部应用，并也取得了一些成效，如美国、日本、德国等采用于车削、干磨削、干镗削等都取得了一定的成果，但在我国还刚开始研究，并且干式加工工艺本身还尚须全面论证，不过作为一种新型的加工工艺，已经得到了世界各国的广泛注意和研究。

但是，干式切削加工技术还存在一些不足之处：如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，加工能耗大，切削过程产生高温，由于在高温中的热塑性特点，铁屑难以控制，造成排屑困难。

3.工艺模拟技术迅速发展

工艺模拟技术主要应用于热加工过程，过去通常必须做大量的实验才能初步控制和保证加工工件的质量，采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合，确定最佳工艺参数、优化工艺方案，预测加工过程中可能产生的缺陷和防止措施，从而能有效控制和保证加工工件的质量。

4.绿色切削加工工艺技术

切削液在机械加工中起到冷却、润滑、排屑和清洗的作用，但是在机械加工过程中使用的切削液用量过大，大量的切削液会污染环境。因此，要采用绿色切削加工艺技术，来解决切削液带来的问题。目前国内对绿色切削的研究主要包括卡式切削、低温切削、绿色湿式切削等几个方面。相信在不久的将来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。

5.低温切削加工工艺

低温切削一般用于一些难度比较大的材料加工，比如钛合金、高锰钢、淬硬钢等。由于要配备相应的低温冷风装置，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，因此其成本会相对比较高，这也成为改技术需要解决的问题。其中的低温冷风切削技术得到广泛应用，近年来，低温冷风切削技术在国外研究趋于成熟，被许多机床企业接受采用。特别在日本的机床行业，应用较为广泛，国内的研究也比较顺利，在不久的将来，国产低温冷风发生装置的研制成功必将推动我国干式切削技术得到更广泛的应用和发展。

6.高速复合机床加工工艺

21世纪的今天，机械加工只有追求高效率、高精度和绿色化，才能适应社会的发展。这就需要在高效生产的同时，提高零件的加工精度和表面质量，高速机床加下工艺技术可以实现这个要求，由于较高的切削速度、较高的进给速度及较短的换刀等辅助时间，高速机床加工工艺技术通过一次性加工就可以获得高质量的加工表面，大大提高厂加工效率和质量，满足了机械行、止品种多、批量大、投资少的要求。

三、结束语

总之，这些技术之所以都被归于绿色制造工艺是因为这些工艺和技术或减少了原材料和能源的耗用量或缩短开发周期、减少成本，而且有些工艺改进对环境起到保护作用。虽然现阶段由于种种原因还不能全面施行和应用这些工艺和技术，而且它们本身也许还有需要完善之处，但有理由相信绿色制造工艺将在未来大显身手。

装饰装修天地2015年10期