綠色制造技術論文
綠色制造技術論文
綠色制造技術是以綠色理念為指導，綜合運用綠色設計，綠色工藝，綠色包裝、綠色生產(chǎn)等為一體的科學技術。下面是學習啦小編整理了綠色制造技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
綠色制造技術論文篇一
PCBN刀具與綠色制造技術
【摘 要】 聚晶立方氮化硼(簡稱PCBN)是目前利用人工方法合成的硬度僅次于金剛石的新型刀具材料，這種材料的物理性能、化學性能和優(yōu)異的干切削特性，使之不僅適用于有色金屬及其合金的切削加工，還適用于黑色金屬及其合金的切削加工，在滿足一定條件要求時，最符合綠色制造技術要求，具有非常廣闊的發(fā)展前景。
【關鍵詞】 PCBN刀具 綠色制造 切削液 干切削 紅硬性
前言：綠色制造是一種現(xiàn)代化制造模式，是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。綠色制造，又稱環(huán)境意識制造(Environmentally Conscious Mannufacturing)、面向環(huán)境的制造(Manufacturing For Environment)等。它是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代化制造模式，其目標是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響(負作用)最小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。
保護地球環(huán)境是21世紀最優(yōu)先考慮的課題。在機械加工領域，一些保護環(huán)境措施的研究開發(fā)及其成果已得到廣泛應用。目前，對節(jié)約能源和減少廢物的主要加工方式，即干式、半干式切削加工技術、微量潤滑切削、低溫微量潤滑切削等綠色切削工藝和應用技術的研究，正在加速進行。
1 切削液的使用對綠色制造技術的影響
在節(jié)約能源方面，機械制造中切削液所消耗的功率要占總功率的60%以上，切削液占生產(chǎn)成本的15%，而刀具費用僅占3%～4%; 因此，干式、半干式切削加工技術對節(jié)約能源是切實有效的。
減少廢棄物方面，主要是減少切削液的廢液量。目前研究工作多致力于切削液的長效化和重復循環(huán)使用等技術的開發(fā)與應用。在切削液長效化(長壽命化)方面，切削液的合成化是開發(fā)的項目之一，而合成切削液是以化學合成的油劑為基液來使用的，它和水的親和性要求我們必須處理產(chǎn)生的廢水，切削液的傳輸、回收、過濾等裝置及其維護費用較高，增加了生產(chǎn)成本。切削液還會使滑動部分潤滑液被洗掉，切削液的滲漏、溢出會污染環(huán)境，易發(fā)生安全、質(zhì)量事故，而且對電氣系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。作為高壓潤滑油添加劑含在高負荷用切削液中的氯系化合物，在高溫切削和廢油燃燒處理時，可產(chǎn)生劇毒物，并影響加工表面質(zhì)量，已開始逐步廢除。作為清潔生產(chǎn)重要組成部分的綠色切削研究表明：干式切削和高速切削的有機結(jié)合將是一種理想的具有高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、環(huán)境污染小、綜合效益好的綠色切削，是未來機械切削加工的主流。
2 干切削是綠色切削
干式切削在機械加工中的作用，在于找到一種代替冷卻和潤滑的方法。目前，比較成功的干式切削法有兩種：高速干式切削和低溫冷風切削。
2.1 高速干式切削法。該加工方法是在無冷卻、潤滑油劑的作用下，采用很高的切削速度進行切削加工。干式切削必須選用適當?shù)那邢鳁l件。首先，采用很高的切削速度，盡量縮短刀具與工件間的接觸時間，再用壓縮空氣或其他類似的方法移去切屑，以控制工作區(qū)域的溫度。隨著數(shù)控技術的廣泛使用，機床剛性和動態(tài)性能不斷提高，提高機床的切削速度并非難事。實踐證明，當切削參數(shù)設置正確時，切削產(chǎn)生的熱量80%可被切屑帶走。
2.2 高速干式切削法的優(yōu)勢。干切削加工工藝已在西方工業(yè)發(fā)達國家有了相當?shù)膽?。由美國Makino公司推薦的“紅月牙”(Red Crescent)干切工藝，既可以充分發(fā)揮刀具的切削性能，與濕切相比又能大大提高生產(chǎn)率。其機理其實就是金屬軟化效應：由于切削速度很高，產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部，使切削區(qū)附近材料達到紅熱狀態(tài)，屈服強度下降，進而達到提高切削效率的效果。
高速干式切削法有如下優(yōu)點：首先，由于它省去了油屑分離過程，無冷卻潤滑油箱和油屑分離裝置以及相應的電氣設備，因此，機床結(jié)構緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環(huán)境;加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質(zhì)量做了保障。
2.3 高速干式切削法對刀具的要求。高速干式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具應具有優(yōu)異的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作;②切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能小，并輔以排屑良好的刀具結(jié)構，減少熱量堆積;③干式切削刀具還應具有比濕式切削刀具更高的強度和抗沖擊韌性。
總體而言，干切削工藝要求刀具是在較高切削溫度下，被切材料強度有明顯下降，變得易切削，而刀具材料的強度在同樣狀態(tài)下要有較好的紅硬性及熱穩(wěn)定性，還要有較好的耐磨性和抗粘結(jié)性。
3 PCBN刀具的使用可實現(xiàn)綠色干切削
3.1 PCBN刀具材料。聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)是立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)顆粒加結(jié)合劑在高溫高壓下的燒結(jié)體，而CBN也是利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料。PCBN以優(yōu)越的切削性能應用于切削加工的各個領域，尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨樹一幟，適用于高速及超高速切削加工技術，能在高切削速度下長時間地加工出高精度零件(尺寸分散性小)，精車后的淬硬鋼表面粗糙度可達Ra0.3～0.6，尺寸精度可控制在0.013mm。大大減少了換刀次數(shù)和刀具磨損補償停機所花費的時間。因此，很適合于數(shù)控機床及自動化程度較高的加工設備，并且能使設備的高效能得到充分發(fā)揮。
3.2 PCBN刀具最符合綠色制造技術要求。立方氮化硼合金(PCBN)的熱傳導性和熱化學穩(wěn)定性使得之具備很高的熱穩(wěn)定性，加之其較高的硬度、高紅硬性、高耐磨性及小摩擦系數(shù)，PCBN不僅適用于有色金屬及其合金的切削加工，還適用于黑色金屬及其合金的切削加工，最符合綠色制造技術要求，能加工如高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等傳統(tǒng)刀具難以加工的新型工件材料，是國內(nèi)外公認的用于硬態(tài)切削、高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料，主要用于加工淬硬鋼、鑄鐵、高溫合金以及表面噴涂材料等。在石油電站設備中使用的高合金耐磨鑄鐵，采用PCBN刀具較硬質(zhì)合金刀具提高切削效率4倍以上，單件刀具成本下降為原來的1/5。另外在硬質(zhì)合金等燒結(jié)材料的切削加工方面，PCBN刀具也顯示了很好的切削性能。國外的汽車制造業(yè)大量使用PCBN刀具切削鑄鐵材料，PCBN刀具已成為國外主要汽車制造廠家各條生產(chǎn)線上使用的新一代刀具。 3.3 PCBN刀具在干切削時的切削參數(shù)選擇。PCBN刀具在干切削時主要用于精加工和半精加工，它摩擦系數(shù)小，排屑流暢，散熱速度快于被加工材料，只要選擇合適的參數(shù)，PCBN材料高溫下硬度損失小，加工速度達到一定值后，切削速度與刀具壽命關系便不再符合泰勒公式，切削速度高出一定數(shù)值后壽命反而增加，因為干切時切削溫度高，PCBN刀具的紅硬性和熱穩(wěn)定性，使之高溫硬度損失少，而工件材料在高溫下硬度損失大，硬度降低后更易于切削(簡稱金屬軟化效應)，使切削加工更易于進行而不需要使用切削液。PCBN這些特性非常適于干切削加工高硬度材料，以車削、銑削、鉆削代磨削可獲得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面質(zhì)量，前提條件是正確選擇切削參數(shù)。
在選擇刀道具幾何參數(shù)時，往往刀尖部分研磨成圓弧(γε=0.4～1.2mm)來增強刀尖強度，刀刃研磨出負倒棱來增強切削刃強度，取小后角(?艽6°)，前角?艽0°、后傾角=0°，主偏角依據(jù)機床剛度在45°～60°之間進行調(diào)整，具體根據(jù)加工情況而定。
在切削用量的選擇方面，切削速度、深度、進給量的選擇均根據(jù)PCBN刀具材料的特有性能決定。如：高速或超高速的切削速度、1mm以下但不過于小的切削深度以及選擇大的進給量(目的是為了產(chǎn)生金屬軟化效應)，三方面的指標綜合調(diào)整，使得高硬度材料的切削加工精度高，工件表面完整性好，切削表面紋理整齊、光亮、Ra?艽8μm，幾乎不破壞工件表面組織、不產(chǎn)生退火軟化層、無變質(zhì)層，達到以車代磨的目的，可以降低成本，取得良好的經(jīng)濟效益。
4 結(jié)束語
綜上所述，先進制造技術是當今世界制造業(yè)發(fā)展的主體技術，綠色制造技術是人們重視環(huán)境和合理利用資源的必然結(jié)果。干切削制造技術作為一種綠色制造的工藝，對于節(jié)省資源，保護環(huán)境和降低成本具有重要意義，而PCBN刀具非常適合硬態(tài)材料的干切削。經(jīng)過十幾年，尤其是近幾年高速切削技術及刀具材料、涂層技術的不斷研究突破，加之對環(huán)境要求的法律法規(guī)越來越嚴格，綠色制造技術的應用已越來越廣泛，PCBN刀具材料的應用必將更加廣泛。
參考文獻
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4 互聯(lián)網(wǎng).PCBN刀具在中國市場的應用現(xiàn)狀與思考.中華機械網(wǎng)，2009-04-01
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