綠色製造技術論文
綠色製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、綠色生產等為一體的科學技術。下面是小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!
篇一
PCBN刀具與綠色製造技術
【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於金剛石的新型刀具材料，這種材料的物理效能、化學效能和優異的幹切削特性，使之不僅適用於有色金屬及其合金的切削加工，還適用於黑色金屬及其合金的切削加工，在滿足一定條件要求時，最符合綠色製造技術要求，具有非常廣闊的發展前景。
【關鍵詞】 PCBN刀具 綠色製造 切削液 幹切削 紅硬性
前言：綠色製造是一種現代化製造模式，是人類可持續發展戰略在現代製造業中的體現。綠色製造，又稱環境意識製造***Environmentally Conscious Mannufacturing***、面向環境的製造***Manufacturing For Environment***等。它是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化製造模式，其目標是使產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命週期中，對環境的影響***負作用***最小，資源利用率最高，並使企業經濟效益和社會效益協調優化。
保護地球環境是21世紀最優先考慮的課題。在機械加工領域，一些保護環境措施的研究開發及其成果已得到廣泛應用。目前，對節約能源和減少廢物的主要加工方式，即乾式、半乾式切削加工技術、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製造技術的影響
在節約能源方面，機械製造中切削液所消耗的功率要佔總功率的60%以上，切削液佔生產成本的15%，而刀具費用僅佔3%～4%; 因此，乾式、半乾式切削加工技術對節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於切削液的長效化和重複迴圈使用等技術的開發與應用。在切削液長效化***長壽命化***方面，切削液的合成化是開發的專案之一，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、溢位會汙染環境，易發生安全、質量事故，而且對電氣系統產生不良影響。作為高壓潤滑油新增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，可產生劇毒物，並影響加工表面質量，已開始逐步廢除。作為清潔生產重要組成部分的綠色切削研究表明：乾式切削和高速切削的有機結合將是一種理想的具有高效、低耗、優質、環境汙染小、綜合效益好的綠色切削，是未來機械切削加工的主流。
2 幹切削是綠色切削
乾式切削在機械加工中的作用，在於找到一種代替冷卻和潤滑的方法。目前，比較成功的乾式切削法有兩種：高速乾式切削和低溫冷風切削。
2.1 高速乾式切削法。該加工方法是在無冷卻、潤滑油劑的作用下，採用很高的切削速度進行切削加工。乾式切削必須選用適當的切削條件。首先，採用很高的切削速度，儘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，以控制工作區域的溫度。隨著數控技術的廣泛使用，機床剛性和動態效能不斷提高，提高機床的切削速度並非難事。實踐證明，當切削引數設定正確時，切削產生的熱量80%可被切屑帶走。
2.2 高速乾式切削法的優勢。幹切削加工工藝已在西方工業發達國家有了相當的應用。由美國Makino公司推薦的“紅月牙”***Red Crescent***幹切工藝，既可以充分發揮刀具的切削效能，與溼切相比又能大大提高生產率。其機理其實就是金屬軟化效應：由於切削速度很高，產生的熱量聚集於刀具前部，使切削區附近材料達到紅熱狀態，屈服強度下降，進而達到提高切削效率的效果。
高速乾式切削法有如下優點：首先，由於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裝置，因此，機床結構緊湊。其次，這種方法極大地改善了加工環境;加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質量做了保障。
2.3 高速乾式切削法對刀具的要求。高速乾式切削法對刀具有嚴格的要求：①刀具應具有優異的耐高溫效能，可在無切削液條件下工作;②切屑和刀具之間的摩擦係數要儘可能小，並輔以排屑良好的刀具結構，減少熱量堆積;③乾式切削刀具還應具有比溼式切削刀具更高的強度和抗衝擊韌性。
總體而言，幹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下要有較好的紅硬性及熱穩定性，還要有較好的耐磨性和抗粘結性。
3 PCBN刀具的使用可實現綠色幹切削
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***顆粒加結合劑在高溫高壓下的燒結體，而CBN也是利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度僅次於金剛石而遠遠高於其它材料。PCBN以優越的切削效能應用於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，適用於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***，精車後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和刀具磨損補償停機所花費的時間。因此，很適合於數控機床及自動化程度較高的加工裝置，並且能使裝置的高效能得到充分發揮。
3.2 PCBN刀具最符合綠色製造技術要求。立方氮化硼合金***PCBN***的熱傳導性和熱化學穩定性使得之具備很高的熱穩定性，加之其較高的硬度、高紅硬性、高耐磨性及小摩擦係數，PCBN不僅適用於有色金屬及其合金的切削加工，還適用於黑色金屬及其合金的切削加工，最符合綠色製造技術要求，能加工如高速鋼、硬質合金、陶瓷等傳統刀具難以加工的新型工件材料，是國內外公認的用於硬態切削、高速切削以及乾式切削加工的理想刀具材料，主要用於加工淬硬鋼、鑄鐵、高溫合金以及表面噴塗材料等。在石油電站裝置中使用的高合金耐磨鑄鐵，採用PCBN刀具較硬質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。另外在硬質合金等燒結材料的切削加工方面，PCBN刀具也顯示了很好的切削效能。國外的汽車製造業大量使用PCBN刀具切削鑄鐵材料，PCBN刀具已成為國外主要汽車製造廠家各條生產線上使用的新一代刀具。 3.3 PCBN刀具在幹切削時的切削引數選擇。PCBN刀具在幹切削時主要用於精加工和半精加工，它摩擦係數小，排屑流暢，散熱速度快於被加工材料，只要選擇合適的引數，PCBN材料高溫下硬度損失小，加工速度達到一定值後，切削速度與刀具壽命關係便不再符合泰勒公式，切削速度高出一定數值後壽命反而增加，因為幹切時切削溫度高，PCBN刀具的紅硬性和熱穩定性，使之高溫硬度損失少，而工件材料在高溫下硬度損失大，硬度降低後更易於切削***簡稱金屬軟化效應***，使切削加工更易於進行而不需要使用切削液。PCBN這些特性非常適於幹切削加工高硬度材料，以車削、銑削、鑽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量，前提條件是正確選擇切削引數。
在選擇刀道具幾何引數時，往往刀尖部分研磨成圓弧***γε=0.4～1.2mm***來增強刀尖強度，刀刃研磨出負倒稜來增強切削刃強度，取小后角***?艽6°***，前角?艽0°、後傾角=0°，主偏角依據機床剛度在45°～60°之間進行調整，具體根據加工情況而定。
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PCBN刀具材料的特有效能決定。如：高速或超高速的切削速度、1mm以下但不過於小的切削深度以及選擇大的進給量***目的是為了產生金屬軟化效應***，三方面的指標綜合調整，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、不產生退火軟化層、無變質層，達到以車代磨的目的，可以降低成本，取得良好的經濟效益。
4 結束語
綜上所述，先進製造技術是當今世界製造業發展的主體技術，綠色製造技術是人們重視環境和合理利用資源的必然結果。幹切削製造技術作為一種綠色製造的工藝，對於節省資源，保護環境和降低成本具有重要意義，而PCBN刀具非常適合硬態材料的幹切削。經過十幾年，尤其是近幾年高速切削技術及刀具材料、塗層技術的不斷研究突破，加之對環境要求的法律法規越來越嚴格，綠色製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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