關(guān)于綠色刀具設(shè)計(jì)的概念與關(guān)鍵技術(shù)的探究

李方君

四川省自貢職業(yè)技術(shù)學(xué)校，四川自貢 643000

0 引言

近些年，自然環(huán)境破壞嚴(yán)重，造成多種負(fù)面環(huán)境的不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重影響人們的生活和工作，更加影響到國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。為此，在國(guó)家政府的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行綠色制造，不斷推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。而綠色刀具的設(shè)計(jì)、制造和推廣是執(zhí)行綠色制造的重要的具體表現(xiàn)之一。綠色刀具的設(shè)計(jì)過程中完全按照綠色化為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，才使得綠色刀具的形成。

1 綠色刀具

綠色刀具是指采用綠色材料同先進(jìn)的綠色設(shè)計(jì)及制造方法生產(chǎn)的節(jié)能降耗減污的環(huán)境友好型產(chǎn)品。綠色刀具的設(shè)計(jì)與制造緊緊與環(huán)保相結(jié)合，在21世紀(jì)以環(huán)境保護(hù)為主題，進(jìn)行開展綠色刀具制造是我國(guó)全面貫徹可持續(xù)發(fā)展的思想路線的一種實(shí)際行動(dòng)。綠色刀具與傳統(tǒng)刀具有很大的區(qū)別，其設(shè)計(jì)是在刀具壽命周期過程的設(shè)計(jì)中充分的考慮對(duì)環(huán)境和資源的影響，促使綠色刀具能夠最大限度地節(jié)約能源，利用材料資源、保護(hù)環(huán)境的特點(diǎn)，這是傳統(tǒng)刀具無(wú)法企及。綠色刀具節(jié)約能源體現(xiàn)在其整個(gè)使用周期中每個(gè)階段都符合綠色化的要求，最大限度的將降低能力的消耗，使資源有效的應(yīng)用。利用材料資源是綠色刀具應(yīng)用的材料中含有少量甚至沒有有毒、有害材料，以綠色環(huán)保的材料為主，在滿足刀具切削要求的基礎(chǔ)上減少材料的應(yīng)用量，有效的利用材料資源。保護(hù)環(huán)境體現(xiàn)在綠色刀具是可回收利用的刀具，能夠?qū)⑵溲h(huán)利用，實(shí)現(xiàn)零污染。

2 綠色刀具設(shè)計(jì)概念

綠色刀具設(shè)計(jì)是指在刀具壽命周期過程的設(shè)計(jì)中充分的考慮對(duì)環(huán)境和資源的影響，通過優(yōu)化各種有關(guān)設(shè)計(jì)因素，使刀具及其制造過程中對(duì)環(huán)境的總體影響最小。綠色刀具設(shè)計(jì)的概念是以“綠色，環(huán)?！睘橹?，促使綠色刀具在設(shè)計(jì)、制造、使用、回收這一系列環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)綠色化。為了突出綠色刀具的設(shè)計(jì)是以“綠色，環(huán)保”為主，提出以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要求

2.1 具有良好的切削性能

盡管綠色刀具具有節(jié)約資源、利用材料資源、減少污染等特點(diǎn)，但是不可忽視的一個(gè)問題是綠色刀具也是一把刀，需要具有良好的切削性能力。這是綠色刀具最基本的功能，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)綠色化的特點(diǎn)，才更加貼切。因此，為保證綠色刀具需要具備良好的切削性能需要在材料方面進(jìn)行處理?？梢圆捎酶邚?qiáng)度，高硬度，高韌性，高耐磨性和高耐熱性等特點(diǎn)的材料作為綠色刀具材料，能夠達(dá)到目的。

2.2 減少刀具的磨損

傳統(tǒng)刀具的因?yàn)楦汕邢骰蚋咚偾邢?，容易增加刀面與切屑、工件之間的摩擦面積增大，切削溫度增高，導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重。針對(duì)此問題，在設(shè)計(jì)綠色刀具時(shí)將其作為設(shè)計(jì)重要要求之一進(jìn)行處理。在綠色刀具的表面增加一個(gè)涂層，將綠色刀具的表面與切屑隔絕，阻隔切削熱，降低綠色刀具刀面與切屑之間的摩擦，降低綠色刀具的磨損，提高綠色刀具的使用壽命。減少刀具磨損程度而采用的涂層盡量采用綠色涂料，與綠色刀具的設(shè)計(jì)概念相統(tǒng)一。

2.3 提升刀具排屑和散熱能力

刀具使用過程中殘留的屑末并產(chǎn)生的熱量對(duì)刀具產(chǎn)生不利的影響，在設(shè)計(jì)綠色刀具過程中需要重點(diǎn)處理此種情況。提高綠色刀具的排屑和散熱能力才能提高綠色刀具加工質(zhì)量和使用壽命，為此，在設(shè)計(jì)綠色刀具幾何參數(shù)時(shí)，在綠色刀具上適當(dāng)設(shè)計(jì)出排屑槽結(jié)構(gòu)，及時(shí)處理刀面上的切屑，刀面表面有效的散熱。（即便是加工脆性材料，在保證刀具強(qiáng)度的前提下，也可考慮排屑機(jī)構(gòu)）

3 綠色刀具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

再設(shè)計(jì)綠色刀具的過程中采用適合的，有用的技術(shù)，保證綠色刀具的使用性是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此，綠色刀具設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)的選擇至關(guān)重要。綠色刀具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括綠色材料選擇技術(shù)、面向可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)、面向可回收設(shè)計(jì)技術(shù)。

3.1 綠色材料選擇技術(shù)

綠色刀具的設(shè)計(jì)是在優(yōu)化和改善傳統(tǒng)刀具的基礎(chǔ)上，增加綠色化這一大特點(diǎn)。因此，選擇綠色材料技術(shù)上需要滿足幾個(gè)要求，其一是綠色材料具有良好的切削性能；其二是綠色材料設(shè)適合使用環(huán)境；其三是綠色材料屬于易回收、易處理、可回收再利用；其四是綠色材料具有良好的經(jīng)濟(jì)性，屬于節(jié)能型低成本的材料。將滿足以上要求材料稱為良好環(huán)境協(xié)調(diào)性的綠色材料。綠色材料選擇技術(shù)是綠色刀具設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的基本技術(shù)，應(yīng)用其綜合性和復(fù)雜性有效的解決綠色刀具材料選擇的需求。

3.2 面向可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色刀具設(shè)計(jì)過程中加入可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)的目的有兩方面，一方面便于零件的重復(fù)利用。綠色刀具上的零部件有一部分能夠直接應(yīng)用于其他工具或設(shè)備中，避免零部件的浪費(fèi)，一部分經(jīng)過加工處理，形成新的零部件，將其合理的應(yīng)用于其他方面，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用這一特點(diǎn)。另一方面是為回收利用材料做準(zhǔn)備。由于綠色刀具應(yīng)用材料都是可回收的，可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用將易于實(shí)現(xiàn)材料合理的回收。因?yàn)?，在面向可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)以易于拆卸、易于分離、減少拆卸工作量、盡量簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)原則，便于回收人員進(jìn)行綠色刀具材料拆卸、維護(hù)工作。綠色刀具設(shè)計(jì)面向可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)要求刀具具有良好的拆卸能力，并且拆卸簡(jiǎn)單，提高刀具良好的裝卸性能，并符合綠色化的理念。

3.3 面向可回收設(shè)計(jì)技術(shù)

綠色刀具設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用可回收設(shè)計(jì)技術(shù)從制造材料回收利用的角度出發(fā)。在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮材料回收的可能性、回收價(jià)值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等一系列問題。應(yīng)用可回收設(shè)計(jì)技術(shù)是通過以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)的。

3.3.1 綠色刀具中可回收材料的確定

由于在綠色刀具中應(yīng)用得到的材料有多種，盡管應(yīng)用的材料是以綠色環(huán)保型的為主，但是在一些刀具中也不可避免的應(yīng)用少量有毒或有害的材料。為此準(zhǔn)確的劃分可回收和不可回收的材料，避免給材料回收工作產(chǎn)生不必要的麻煩。另外，由于可回收再利用的材料分為不同的種類，準(zhǔn)確地將其區(qū)分，并將可回收材料合理的應(yīng)用，節(jié)約資源， 避免污染環(huán)境。

3.3.2 回收工藝和方法

綠色刀具設(shè)計(jì)是按照刀具壽命周期過程的綠色化要求進(jìn)行的。因此，綠色刀具具有周期性，一旦綠色刀具用到周期末端，綠色刀具需要進(jìn)行報(bào)廢處理。在此環(huán)節(jié)中包含材料回收環(huán)節(jié)。刀具材料回收是綠色刀具報(bào)廢處理中最重要的一項(xiàng)，需要應(yīng)用適合的、合理的、有效的回收方法進(jìn)行處理，才能保證綠色刀具材料回收率高。

3.3.3 回收經(jīng)濟(jì)性分析

之所以進(jìn)行材料回收處理是因?yàn)椴牧暇哂幸欢ǖ膬r(jià)值，應(yīng)用于其他領(lǐng)域中能夠創(chuàng)造價(jià)值。換句話說，廢棄的材料具有經(jīng)濟(jì)性才會(huì)被再次利用。經(jīng)濟(jì)性在刀具材料回收中作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)，若綠色刀具材料具有較好的經(jīng)濟(jì)性就會(huì)被回收，反之將不會(huì)被回收。由于經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)抽象詞，用其作為材料回收的標(biāo)準(zhǔn)，主要是通過具體衡量刀具產(chǎn)品類型、生產(chǎn)方式、材料種類、應(yīng)用成本預(yù)算等，最終確定刀具材料是否可回收利用。

4 結(jié)論

綠色刀具之所以名符其實(shí)的以綠色化形式推廣，主要是綠色刀具設(shè)計(jì)過程中以“綠色，環(huán)?！钡母拍?，應(yīng)用綠色材料選擇技術(shù)、面向可拆卸設(shè)計(jì)技術(shù)、面向可回收設(shè)計(jì)技術(shù)，將綠色刀具的綠色化在各個(gè)方面體現(xiàn)出來。

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