綠色機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境問題越來越關(guān)注。作為傳統(tǒng)的加工技術(shù)，機(jī)械制造業(yè)如何實(shí)現(xiàn)加工過程中的“零污染”，同時(shí)保證加工的質(zhì)量，是值得大力研究的問題。文章針對(duì)綠色機(jī)械加工技術(shù)的特征，對(duì)綠色加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：綠色機(jī)械；加工技術(shù)；干式切削技術(shù)；切削液；冷卻潤滑技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：F407 文章編號(hào)：1009-2374（2015）21-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.026

當(dāng)今社會(huì)的飛速發(fā)展不僅加速了工業(yè)化的進(jìn)程，同時(shí)也使得環(huán)境問題日益突出，隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，綠色化生產(chǎn)模式已成為許多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。而著手“綠色機(jī)械加工技術(shù)”的研究，就可以在資源可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行有效的控制。

1 綠色機(jī)械加工技術(shù)的特點(diǎn)

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展以及社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，為了做到節(jié)省人力資源，減少和降低工業(yè)生產(chǎn)加工流程過程中對(duì)周邊環(huán)境所帶來的污染，同時(shí)在滿足機(jī)械加工效率的前提下，人們從機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中逐漸總結(jié)出了一套完整的綠色機(jī)械加工技術(shù)。綠色機(jī)械加工技術(shù)是以節(jié)約資源、降低污染、減少對(duì)人體健康傷害為目的，在通常的機(jī)械工業(yè)加工流程中，為了保持機(jī)械零部件運(yùn)行的潤滑，提高工作效率，一般使用潤滑液，與此同時(shí)還可能會(huì)涉及工業(yè)材料的消耗、人力資源的浪費(fèi)、化工原料的損失等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在這些消耗中，切削液消耗的比例是最大的，其費(fèi)用達(dá)到占機(jī)械制造中零部件加工總成本的16%，而刀具費(fèi)用僅占總成本的4%。因此綠色機(jī)械加工的最大特點(diǎn)是節(jié)省能源和資源。為實(shí)現(xiàn)綠色機(jī)械加工以達(dá)到節(jié)約能耗、保護(hù)環(huán)境的目的，就要我們?cè)跈C(jī)械工業(yè)加工的過程中采取相對(duì)應(yīng)的措施。還有重要一點(diǎn)是在傳統(tǒng)制造加工過程中的切削液，它是由特殊的化學(xué)原料和材料所組成的，如果不對(duì)其做出及時(shí)有效的處理就會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，直接排入河水中的切削液會(huì)影響水質(zhì)、破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，會(huì)給魚類和水生物的繁殖和生長造成影響。因此，在機(jī)械制造加工中必須貫徹對(duì)綠色機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用，并采取有效措施保護(hù)環(huán)境，以取得更好的機(jī)械加工效果。

2 綠色機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，老百姓的環(huán)保意識(shí)不斷提高。由于機(jī)械制造加工業(yè)具有既傳統(tǒng)又現(xiàn)代的特點(diǎn)，使得它逐漸開始引起人們的關(guān)注。對(duì)于機(jī)械加工制造業(yè)目前存在著三個(gè)方面的研發(fā)：第一，通過降低機(jī)械加工中的切削摩擦來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的無污染；第二，對(duì)于切削液本身無污染的研究；第三，通過研制低污染、甚至無污染的切削冷卻潤滑劑再結(jié)合低摩擦的切削技術(shù)，最終達(dá)到綠色的機(jī)械工業(yè)加工技術(shù)。

2.1 高速與超高速干式切削技術(shù)

20世紀(jì)90年代，世界各地都在研制新的干式切削技術(shù)。該種技術(shù)能實(shí)現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)制造加工的時(shí)候不使用任何冷卻和潤滑的液體。為了不斷改進(jìn)機(jī)械制造中的內(nèi)部技術(shù)，其最終目的是提高加工效率并降低環(huán)境污染，但顯然這是一種理想化的切削狀態(tài)的模擬技術(shù)。因?yàn)樵诓皇褂们邢饕旱那闆r下，要達(dá)到在機(jī)械加工工業(yè)中對(duì)工具和刀具的冷卻和潤滑的效果，就要求干式切削技術(shù)具備很高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這就涉及了很多數(shù)據(jù)的考慮因素，比如工具和切削的方式的選擇、還有切削的環(huán)境等。

1931年，德國Salomon博士提出一種高速切削的概念，高速切削具有降低刀削力、減少機(jī)械加工中受熱形變、提高機(jī)械業(yè)加工的表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)，給最終實(shí)現(xiàn)干式切削提供了必要條件。而國內(nèi)各種相關(guān)技術(shù)還不完善，所以在研制的過程中還需考慮是否有利于可持續(xù)發(fā)展的問題。這些問題包括，基礎(chǔ)油的選擇、切削液添加劑的選擇、擠壓抗磨劑的選擇、抗霧劑的選擇、防腐劑的選擇等。眾所周知，潤滑劑中最主要的成分就是基礎(chǔ)油，而基礎(chǔ)油中包含礦物油、合成油（脂）和植物油。我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有取之不盡用之不竭的太陽能，而且我國物產(chǎn)豐富，植物油的儲(chǔ)備極其豐富，所以從能耗和來源及污染的角度來說，植物油是一種無害且來源充裕的制造切削液的原材料；對(duì)于抗煙霧劑則可使用聚異丁烯類化學(xué)物質(zhì)；用豬血清來做極抗壓磨劑。

2.2 綠色機(jī)械加工切削液的研制

綠色的機(jī)械工業(yè)加工模式應(yīng)該是以實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)加工過程中的綠色、安全、環(huán)保、無污染，追求高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的干式切削方式為目標(biāo)。因?yàn)闅v史因素的限制，該技術(shù)尚未成熟面向市場，一直受到技術(shù)支持的困擾，從而導(dǎo)致綠色機(jī)械工業(yè)加工模式難以實(shí)現(xiàn)。為了能夠改變目前的這種狀況，我們從機(jī)械加工中所必須用到的切削液入手，研制出一種新的綠色機(jī)械工業(yè)加工切削液的重要性便凸顯了出來。

對(duì)于在綠色機(jī)械加工中切削液的選擇可以分為三個(gè)階段。第一，根據(jù)機(jī)械工業(yè)加工的精度，通過精度可以將精度、工件材料、刀具材料、切削參數(shù)等作為限制條件，對(duì)于四大類和若干小類再進(jìn)行預(yù)選，最終選擇合適的類型；第二，通過對(duì)每一個(gè)細(xì)化的小類切削液的潤滑性、冷卻性、消泡性、污染性、滲透性、抗粘合性及壽命等作為特性條件對(duì)具體細(xì)化的每一個(gè)小類進(jìn)行特殊的選擇；第三，對(duì)幾十位所擬定選擇的切削液進(jìn)行合理性的評(píng)估，通過對(duì)比差異選擇最優(yōu)的結(jié)果。如果出現(xiàn)只有一種類別的切削液，則精心挑選的結(jié)果就是輸出的最優(yōu)結(jié)果。

綠色機(jī)械加工切削液的研制過程中，必須要考慮到廢液的處理問題。對(duì)于一般傳統(tǒng)的切削液可以分為油基切削液和水基切削液兩大類。由于水基切削液不易燃、易稀釋、不易變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地開發(fā)和應(yīng)用。

2.3 低污染或無污染冷卻潤滑技術(shù)

目前由于技術(shù)原因，干式切削技術(shù)雖為大家所熟知，卻仍處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，推向市場技術(shù)應(yīng)用的條件還不成熟。然而在機(jī)械工業(yè)加工過程中，傳統(tǒng)的切削技術(shù)又有許多不足，尤其是對(duì)環(huán)境的影響和破壞比較嚴(yán)重，而這種新的冷卻潤滑技術(shù)正是可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械加工方式的缺陷，經(jīng)試驗(yàn)證明通過小量的潤滑劑就可以使得切削順利進(jìn)行，還會(huì)提高機(jī)械加工制造的質(zhì)量，所以介于這兩者之間的冷卻潤滑技術(shù)在目前的市場來看具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

有一種近似于干式和切削液切削技術(shù)的最小量潤滑切削技術(shù)，它的原理就是通過在機(jī)械加工過程中對(duì)相應(yīng)機(jī)械添加最小化潤滑劑，從而在實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造加工的高質(zhì)量的同時(shí)有效保障了切削的質(zhì)量。在機(jī)械加工流程中，伴隨著切削液的減少，為了實(shí)現(xiàn)切削的雙贏模式加工，運(yùn)用最小量潤滑劑技術(shù)就可以有效提升切削質(zhì)量和效率。其最大的優(yōu)點(diǎn)就是在實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約的同時(shí)，降低了刀具磨損，并延長了刀具的使用年限。

3 綠色機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展前景

3.1 綠色機(jī)械加工液

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，在使用自然降解有劑、冷風(fēng)、水等原料的基礎(chǔ)下，經(jīng)過一定步驟就可以加工成一個(gè)新的綠色機(jī)械加工液，這就是在實(shí)際機(jī)械加工應(yīng)用過程中通常所說的微量油膜附水滴技術(shù)。通過試驗(yàn)和實(shí)際的機(jī)械加工應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以有效改善環(huán)境問題、防止資源、水源、生態(tài)系統(tǒng)破壞，從而實(shí)現(xiàn)“零排放”的要求，通過綠色機(jī)械加工液技術(shù)的推廣，最終會(huì)推動(dòng)我們一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)向一個(gè)現(xiàn)代化機(jī)械工業(yè)轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

3.2 零污染

相比較傳統(tǒng)機(jī)械加工業(yè)的加工技術(shù)而言，綠色機(jī)械加工技術(shù)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響變得很小。綠色機(jī)械加工技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工廢料零排放的同時(shí)，減少在制作切削液和切削液的使用維護(hù)過程中有毒化學(xué)試劑的使用量，通過采用冷風(fēng)和自然降解的油劑與水，就可以實(shí)現(xiàn)切削液的重復(fù)利用。同時(shí)，我們使用綠色機(jī)械加工技術(shù)替代原先傳統(tǒng)落后的技術(shù)，這就大大減少了對(duì)傳統(tǒng)冷卻和廢液處理裝置的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)電力等資源20%以上的節(jié)能。對(duì)刀具使用年限的問題上，綠色機(jī)械加工技術(shù)可以相對(duì)以前延長2倍以上的使用壽命，使得質(zhì)量效率雙提高。

3.3 低污染高效率

綠色機(jī)械加工技術(shù)是建立在對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)的改善基礎(chǔ)之上，對(duì)于機(jī)械加工業(yè)而言有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景。綠色機(jī)械加工液不僅在環(huán)保、生態(tài)、安全等諸多領(lǐng)域有良好效果，在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)方面也有顯著影響，因此在今后應(yīng)該大力推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語

綠色機(jī)械加工技術(shù)的多樣化類型，加之本身一系列的顯著特點(diǎn)，使得在今后機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展中應(yīng)該著力于此，進(jìn)行大力研發(fā)和普及，掌握核心技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工零污染、零排放最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境、資源的可持續(xù)發(fā)展有著重要而深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王俊杰，女，山東青島人，中國海洋大學(xué)學(xué)生，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與金屬加工。

（責(zé)任編輯：陳 倩）