基于绿色制造的机械加工工艺技术

机械加工工艺技术正在向着“高效、高速、智能复合、绿色环保”的方向发展。合理利用资源及原材料、降低零件制造成本，最大限度地减少时环境的污染程度。先进技术的应用改变了传统的机械制造理念。

环境、资源、人口是当今社会面临的3大主要问题。依靠科技进步，实现节资增效，减少废物排放，在制造业实施绿色制造已势在必行，绿色制造技术也是国家“十一五”科学技术发展规划中制造业领域的重大项目。在此背景下，绿色制造工艺技术应运而生。

绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目的是合理利用资源及原材料、降低零件制造成本，最大限度地减少对环境的污染程度。为此，我们应在以下几方面推广绿色制造工艺技术。

1 选择绿色原材料

绿色制造所选择的材料既要有良好地适用性能，又要满足制造工艺特性以及与环境有较好地协调性，选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。

绿色制造要求选择材料应考虑以下几个原则:

1)优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，提高资源利用率，实现可持续发展; 

2)选用原料丰富，低成本，少污染的材料代替价格昂贵，污染大的材料;

3)尽量选择环境兼容性好的材料，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。这样有利于提高产品的回收率，节约资源，减少产品毁弃物，保护生态环境。

2 采用先进的成型技术

2.1 少无切削加工技术

随着新技术、新工艺的发展，精密铸造、冷挤压、直接沉积等成型技术和工程塑料在机械制造中的应用日趋成熟，从接近零件形状向精密成形、仿形方向发展。用自由成形制造代替切削加工，有些成形件不需要机械加工，就可直接使用，这样不仅可以节约传统毛坯制造时的能耗、物耗，同时也大大减少了产品的制造周期和生产费用。

2.2 快速成型RP技术

快速成型(RP-RapidPrototyping)又叫快速原型制造技术，他是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。它与传统机加工去除材料的方法截然相反，该工艺可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，快速、准确、直接地制造任意复杂形状的三维实体和零件，实现零件的生产。因此，既节约资源、降低制造成本，又能减少加工废弃物对环境的污染，同时也大大提高了新产品样件的制造速度。

3 绿色切削加工技术

切削液是机械加工过程中主要的污染源，而且切削液的费用约占零件制造成本的16肠，解决切削液带来的问题最有效的途径是采用绿色切削加工技术。绿色切削加工技术是一种充分考虑环境和资源问题的加工技术，要求在整个加工过程中做到对环境的污染最小和对资源的利用率最高。目前国内外对绿色切削的研究主要集中在干式切削、低温切削、绿色湿式切削等几个方面。

干式切削技术现已成熟应用于有色金属及其合金和铸铁的加工中，但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。低温切削仅用于钦合金、高锰钢、淬硬钢等一些难加工材料的加工中。相对于传统的切削方法，低温切削的成本较高，因此，降低成本成为有低温切削推广应用的前提。

绿色湿式切削是目前比较可行的加工方法。新型环保切削液的研制、切削液的合理使用及废液的净化处理成为巫待解决的问题。

绿色切削加工技术作为12世纪一项新的课题，正得到越来越广泛的重视。虽然干式切削、低温切削、绿色湿式切削等技术还有很多问题需要解决，但它们的优越性正逐渐休现出来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。

4 先进刀具应用技术

先进刀具有3大技术基础:材料、涂层和结构创新。目前我国的刀具材料和涂层技术与国外还有较大差距，在使用常规加工设备的场合下，注重刀具的结构创新同样是提高切削效率的有效和更为可行的手段。

4.1 采用新的刀具材料牌号

现代制造业中被力J工材料覆盖着很广的范围，包括钢铁材料、有色金属及耐热合金、合成材料等，这些工件材料不仅可切削性能有很大差异，而且每一类材料内部也由于机械性能或金相组织的不同而出现可切削性的差异，必须选用相应的牌号，才能达到理想的加工效果。正是出于这样的需求，刀具制造商加快了材料新牌号开发的速度，开发出众多不同性能、不同用途的牌号，以更加适应被加工材料和切削条件，达到提高切削效率的目的。通常一种新牌号的开发，可提高切削效率20%以上。及时应用新的牌号替代现有的牌号，可使企业提高切削加工效率。

4.2 涂层技术的应用

涂层技术已经进人新的发展阶段，成为现代高效刀具的重要标志，也已经成为快速提高刀具性能的有效途径，应用涂层刀具对提高企业的切削加工效率可产生立竿见影的效果。新开发的涂层有适应高速切削、干切削、硬切削的耐磨、耐热涂层，有适应断续切削的韧性涂层，还有适用于干切削及需要降低摩擦因数的润滑涂层。新涂层的开发进一步提高了涂层刀具的性能，也为企业提供了更多的选择余地。

4.3 采用先进的刀具结构

采用复合刀具:复合刀具是将2把或2把以上的同类或不同类的孔加工刀具组合成一体的专用刀具，他能在一次加工的过程中，完成钻孔、扩孔、铰孔、惚孔和幢孔等多个工序不同的工艺复合，减少换刀时间，保证相互位置精度。具有高效率、高精度、高可靠性的成形加工特点。

应用整体硬质合金圆形刀具:用细颗粒、超细颗粒硬质合金制造的钻头、立铣刀、丝锥等圆形刀具与现在常用的同类高速钢刀具相比，切削速度可提高几倍，能在很大程度上提高加工效率。借助五轴联动数控工具磨床，现代的整体硬质合金圆形刀具不再是千篇一律的标准刀具，而是结构创新的特色刀具，因而此类刀具的性能有显著的提高。

5 先进机床应用技术

5.1 高速加工机床

为适应12世纪机械加工高效率、高精度、高柔性与绿色化的要求，高速、高效的新一代机床—高速机床应运而生，高速机床最大特点是在满足高效生产的同时，也大大提高了被加工零件的加工精度和表面质量。运用高速加工的“一次过”技术，可将传统的粗精加工一次加工完成，既可获得高质量的加工表面，又省去了传统的若干工序，使加工效率得以极大提高。很好地解决了加工柔性和产量、投资与更新的矛盾，满足了机械行业目前多品种，大批量，少投资的要求，由于其高的切削速度、高的进给速度及短的换刀等辅助时间，因而生产效率显著提高。#p#分页标题#e#

5.2 复合机床

复合加工机床进行零部件生产的最大特征是，把需要几台不同机床的加工统合到一起，以1台复合加工机可将工序较容易地集成起来。他有以下几个特点:

1)提高生产效率:复合加工机床可以通过一次性工具装卡，完成过去需要几台不同的机床所完成的加工，这样加工的整个工时和加工时间都会得到减少。

2)保持高精度:由于无需将工件再次装卡，不必在意定位问题，使精度容易得到保持。

3)节省能源、降低成本:与需要购买几台不同的设备进行加工相比，1台复合机是很合适的，与开动几台设备相比，能源也得到节省，运行成本也得以降低。

6 机械加工仿真技术

应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用，加工工艺性、装配工艺性、配合件之间的配合性、连接件之间的连接性、运动构件的运动性等均可建模仿真，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，从而有效控制和保证加工工件的质量，优化制造过程，提高加工效率。采用这种科学的模拟技术并与少量的试验验证结合，以代替过去一切都要通过大量重复试验的方法，不仅可以节省大量的人和物力，而且还可以通过数值模拟来解决一些目前无法在实验室进行直接研究的复杂问题，消除了昂贵的加工及装配零件设计变更，减少成本与时间。

7 结语

目前，我国绿色制造水平还处于初级阶段，企业实现绿色制造是一个长期的过程，发展绿色制造技术，应以企业生产和技术发展的实际需要及其体条件为导向，只有对合适的产品采用与之相适应的绿色制造方式进行生产，才能收到良好的技术经济效益和社会经济效益。

因此，从上述几个方面开展系统的绿色制造生产研究，促进我国绿色产品的迅速发展，适应国际市场的发展潮流，迎接未来挑战，是我国企业发展的当务之急。