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数控技术之绿色制造一、绿色制造简介在全球经济高速发展的同时, 人类对自然资源的任意开发利用带来了全球的生态破坏、资源短缺和环境污染等一系列问题。
制造业是创造人类财富的支柱产业, 为人类社会的发展起到了很大促进作用, 但是又是环境污染的主要源头。
为缓解这些问题带来的危害, 必须坚持科学发展观, 实施可持续发展战略, 各国专家普遍认同, 绿色制造是解决机械制造业环境污染问题的根本方法之一, 是控制环境污染源头的主要途径。
绿色制造又称为面向环境制造( MFE) 、环境意识制造( ECM) 等, 其基本观点是协调解决环境和资源两大社会问题,目的是充分利用资源, 减少废弃物的产生, 减少机械制造业对环境的负面影响。
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式, 产品从材料的获取、设计、制造、包装、运输、销售、使用和废弃回收, 最后回到土壤中的整个生命循环过程, 使制造业对环境负面影响最小, 资源利用率最高, 产生的废弃物最少, 使企业经济效益和社会效益协调发展。
绿色制造内涵很广, 传统意义上的制造是产品的制造过程, 主要表现为机械加工过程, 即通常称为“小制造”。
绿色制造是一种现代制造模式, 涉及制造工业中的产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和报废处理等一系列相关活动, 因此绿色制造是“大制造”的概念。
绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现, 它考虑环境和资源既要满足经济发展的需要, 又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要, 从而形成了一种综合性的发展战略, 具有重大的社会效益。
绿色制造将是21 世纪企业取得显著经济效益的机遇实施绿色制造, 最大限度的提高资源利用率, 减少资源消耗, 可直接降低消耗, 从而直接降低成本; 实施绿色制造减少或消除环境污染, 可减少或避免因环境问题引起的处罚; 由于绿色制造是从源头控制了污染, 实行预防为主, 将污染物消除在生产过程之初, 降低了企业环境污染处理费用。
干式切削铁屑颜色标准或者手册1.铁屑的颜色标准对于切削工艺非常重要。
The color standard of iron chips is crucial for the cutting process.2.铁屑的颜色可以反映刀具和工件的切削状态。
The color of iron chips can reflect the cutting status of the tool and workpiece.3.一般来说，铁屑颜色越亮，切削质量越好。
In general, the brighter the color of iron chips, the better the cutting quality.4.通过观察铁屑颜色，可以及时调整切削参数。
By observing the color of iron chips, cutting parameters can be adjusted in a timely manner.5.铁屑颜色标准通常包括红、黄、蓝等颜色。
The color standard of iron chips usually includes red, yellow, blue, and other colors.6.红色铁屑通常表示高温的切削过程。
Red iron chips usually indicate a high-temperaturecutting process.7.黄色铁屑可能表示切屑含有油脂。
Yellow iron chips may indicate that the chips contain oil.8.蓝色铁屑可能表示刀具磨损严重。
Blue iron chips may indicate severe tool wear.9.铁屑颜色标准对于刀具选择也有指导作用。
The color standard of iron chips also guides theselection of cutting tools.10.铁屑颜色标准需要与切屑形态一起综合分析。
干式与准干式切削技术目前绝大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。
切削液具有冷却、润滑、清洗和排屑等功能，对延长刀具使用寿命和保证加工质量起着重要的作用。
但是近年来，随着人们对环境保护的日益重视，切削液所带来的一系列负作用已受到关注。
一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本，据德国一些公司的统计数据显示，冷却液费用占总制造成本的16%，而切削刀具消耗的费用只占成本的3%^-4%；另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害操作人员的健康。
为此，越来越多的学者开始倡导“清洁生产”的理念。
干式切削是消除切削液污染、降低产品成本、实现清洁生产的最有效途径。
实现干式切削的最大技术难题是刀具，它是使干式切削加工得以顺利进行的关键因素。
必须选择合理的刀具结构和刀具材料，设计合理的刀具几何参数，并采取相应的工艺措施。
干式切削技术己成为金属切削加工发展的趋势之一。
（1)干式切削加工对刀具材料的要求干式切削加工过程中，刀具要承受很大的压力，同时由于切削时产生的金属塑性变形，以及在无切削液的情况下刀具、切屑、工件相互接触表面间将产生更强烈的摩擦，使刀具切削刃上产生极高的温度并受到很大的应力作用，在这样的条件下，刀具将迅速磨损或破损。
因此，干式切削刀具必须具备以下性能：①具有较高的耐热性和良好的耐磨性；②具有更高的强度和耐冲击韧性；③切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。
目前适用于干式切削的刀具材料有超细颗粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷及金属陶瓷、CBN及PCD等。
对硬质合金刀具来说，表面涂层是提高其性能的最有效措施。
涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑／工件之间增加了力和热的隔离层，可有效地阻止将热量传递到刀具基体上。
另外，MOS2等“软”涂层可有效降低刀具表面的摩擦系数。
近年来开发成功的纳米涂层技术，将数百层具有软、硬不同特性的涂层复合叠加，总厚度仅为2^-5卿，既使刀具的硬度和韧性显著增加，又使其具有优异的抗摩擦、抗磨损和自润滑性能，非常适合干式切削。
干式切削技术干式切削的基本概念金属切削加工普遍采取使用切削液的湿式方式，因为切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等功能，同时对延长刀具使用寿命、保证加工表面质量起到重要作用。
切削液所带来的负作用：消耗资源和能源，增加加工成本（据统计，切削液使用费用占总制造成本的16%，而切削刀具费用仅占总制造成本的3%～4%）；切屑上的残留切削液提高了清洁处理成本。
干式切削是指在切削加工过程中不使用切削液的工艺方法，它能从源头上消除切削液带来的系列环境负面效应，符合绿色制造的理念和需求。
干式切削的优点①形成的切屑洁净、无污染、易于回收和处理，可以降低切削残屑的回收成本；②可以省去与切削液有关的供应、回收、过滤、处理等费用；③不污染环境，实现绿色切削，工厂无须承担切削废液污染的责任；④干式切削法加工产品效率高、成本低。
干式切削的局限性①干式切削的切削力会大大增加，刀具与工件之间的振动会加剧，从而导致工件加工表面质量变差，刀具磨损加快，刀具使用寿命缩短；②干式切削会在加工瞬间产生大量热量，这些热量主要集中在切屑中，会影响切屑的成型，导致形成带状缠绕在刀具上，影响后续切削，加剧刀具磨损。
③由于摩擦使工件和刀具的温度升高，导致刀具磨损加快，工件产生残留应力，刀具和工件发生热变形，表面质量下降；④无润滑作用，会使刀具分屑困难，切屑堵塞容屑槽，还可能损坏已加工的工件表面；⑤切屑如不及时排出，残留切屑可能导致夹紧误差、损坏机床导轨等。
干式切削关键技术刀具技术、排屑方法、使用的机床等三项技术①干式切削的刀具技术为了使得在干式切削过程中，产生的热量减少，提高刀具的润滑效果和断屑功能，首先要优化刀具的几何形状：◆减少刀具/工件表面之间的接触面积；◆考虑刀具表面的最大润滑性，防止积屑瘤的产生。
如美国公司把刀片制成超大正前角+34°加强刃，前刀面呈多条弧形沟，以减少切屑与前刀面的接触，使切削温度大大降低，采用常规切削速度加工时，刀具寿命可提高3～4倍。
硬态、干式、准干式切削方式简介刘红良（浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州310014）摘要：硬态切削是指采用陶瓷或超硬CBN刀具对硬度大于50HRC的淬硬钢进行精密切削的加工工艺。
干式切削是消除切削液污染、降低产品成本、实现清洁生产的最有效途径。
在有些场合要实现不用切削液的完全干式切削仍是困难的。
因此，完全干式切削工艺的应用范围有一定限制，这时可采用最小量润滑的准干式切削方式或低温冷风切削。
本文简述了硬态切削、干式切削、准干式切削的原理，适用范围，联系、区别。
关键词：硬态切削；干式切削；准干式切削；切削液The brief introduction of Hard Cutting、 Dry Cutting and Near-dry CuttingLIU Hongliang (Zhejiang University of Technology College of Mechanical Engineering Zhejiang Hangzhou 310014)Abstract:The hard cutting means finishing bearing steel harder than 50HRC with super hard cutting tools such as ceramics、CBN. Dry Cutting is the most effective way to eliminate the pollution of the cutting fluid、 reduce product cost and implement the cleaner production. But On some occasions, it is difficult to implement the hard cutting completely without using cutting fluid.So the application scope of the hard cutting has certain restrictions and it is the time to use Near-dry Cutting or Cooling gas cutting. This paper briefly describes the principles 、application、connection and differencesof the hard state cutting, dry cutting, dry cutting.Key word:hard cutting；dry Cutting；near-dry cutting；cutting fluid引言硬态切削是指采用陶瓷或超硬CBN刀具对硬度大于50HRC的淬硬钢进行精密切削的加工工艺 [1]。
干式切削与干式切削刀具干切削对刀具有更高的要求，如刀具的材料、刀具的结构以及刀具涂层。
在传统的切削加工中，湿切削中的切削液占有紧要的地位，但也存在着很多弊端。
例如，维持一个大型的切削液系统需花费很多资金，同时需要定期添加防腐剂，更换切削液等，因而加添了很多费用，其费用比例已占总生产成本的15%～17%，而刀具成本通常只占总成本的2%～5%。
加之由于切削液中的有害物质，对工人的健康造成危害，造成环境污染等。
所以，它的使用带来了越来越多的问题。
从这些方面来说，干切削具有更多优势。
干切削中的刀具应有更优异的耐高温性能（热硬性）和耐磨性能，目前的刀具材料中，如新型硬质合金、陶瓷、CBN和PCBN等有充足的耐高温磨损性能，能够在干切削条件下使用。
而且，现代切削刀具材料应用于高速加工时更适合干切削。
像CBN和先进的硬质合金材质等级，尤其是有涂层保护的刀具材料，在高速高温下不使用切削液实际上切得更有效率和寿命。
干切削对刀具材料的要求干切削的刀具材料必需要有优良的热硬性和耐磨性，以可有效地承受切削过程的高温；较低的摩擦系数，以可降低刀具与切屑与工件表面之间的摩擦抑制切削温度的上升；较高的强度和耐冲击性能，以可承受更大的切削力和更差的切削条件。
要实现干切削，刀具材料有高的耐热性能（热硬性）和耐磨性能尤为必需。
目前立方氮化硼（CBN）、聚晶立方氮化硼（PCBN）、金刚石、聚晶金刚石（PCD）、陶瓷（A12O3、Si3N4）、金属陶瓷（CERAMIC）、超细晶粒硬质合金和硬质合金涂层等刀具材料已广泛用于干切削之中。
伊斯卡近两年开发了浩繁可用于干切削的刀具材料：IB90及IB85，CBN含量高达85%和90%，刀片的耐磨性和韧性高，能应对断续切削所带来的震动，推举用于铸铁的高速切削及淬硬钢的断续切削及粗加工。
低CBN含量的牌号，IB55，IB50，CBN含量为50%和55%，更适合于半精加工及精加工。
IB10H属于超细晶粒的CBN，耐磨性和韧性更高，用于高速连续切削，可获得高的表面质量；IB20H细晶粒及中等晶粒CBN，用于连续—细小断续切削加工；还有IB10HC、IB25HC和IB25HA涂覆TiN、Ti（C,N,O）和Ti（C,N），应用于各种对应的场合。
干式与准干式切削技术
目前绝大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。
切削液具有冷却、润滑、清洗和排屑等功能，对延长刀具使用寿命和保证加工质量起着重要的作用。
但是近年来，随着人们对环境保护的日益重视，切削液所带来的一系列负作用已受到关注。
一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本，据德国一些公司的统计数据显示，冷却液费用占总制造成本的16%，而切削刀具消耗的费用只占成本的3%^-4%；另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害操作人员的健康。
为此，越来越多的学者开始倡导“清洁生产”的理念。
干式切削是消除切削液污染、降低产品成本、实现清洁生产的最有效途径。
实现干式切削的最大技术难题是刀具，它是使干式切削加工得以顺利进行的关键因素。
必须选择合理的刀具结构和刀具材料，设计合理的刀具几何参数，并采取相应的工艺措施。
干式切削技术己成为金属切削加工发展的趋势之一。
（1)干式切削加工对刀具材料的要求
干式切削加工过程中，刀具要承受很大的压力，同时由于切削时产生的金属塑性变形，以及在无切削液的情况下刀具、切屑、工件相互接触表面间将产生更强烈的摩擦，使刀具切削刃上产生极高的温度并受到很大的应力作用，在这样的条件下，刀具将迅速磨损或破损。
因此，干式切削刀具必须具备以下性能：
①具有较高的耐热性和良好的耐磨性；
②具有更高的强度和耐冲击韧性；
③切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。
目前适用于干式切削的刀具材料有超细颗粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷及金属陶瓷、CBN及PCD等。
对硬质合金刀具来说，表面涂层是提高其性能的最有效措施。
涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑／工件之间增加了力和热的隔离层，可有效地阻止将热量传递到刀具基体上。
另外，MOS2等“软”涂层可有效降低刀具表面的摩擦系数。
近年来开发成功的纳米涂层技术，将数百层具有软、硬不同特性的涂层
复合叠加，总厚度仅为2^-5卿，既使刀具的硬度和韧性显著增加，又使其具有优异的抗摩擦、抗磨损和自润滑性能，非常适合干式切削。
(2)干式切削加工对刀具结构的要求
干式切削时，刀尖和刃口承受的热负荷大大增加，容易产生各种刃口损伤，最终导致刀具失效。
为了保证工件加工质量和刀具寿命，要求刀具设计尽可能使加工产生的切削力和摩擦力要小，排屑效果要好。
因此，干式切削要求必须对刀具结构和几何参数进行优化设计，如把刀具设计为负前角或使前刀面凸起，可显著延缓月牙洼对刀刃的损害；增大负刃倾角，改善刀刃及刀尖的切入状态，以提高刀具的抗冲击和抗热震能力等。
欧洲的一些刀具制造商已开发出许多有利于干式切削几何形状的刀具，可供用户选用。
例如，瑞典山高(SECO )公司设计的具有ME型断屑槽的八角形铣刀片，能有效控制切屑的形成和排屑，特别适用于干式铣削。
（3）准干式切削
在有些场合（如深孔钻削、攻丝等）要实现不用切削液的完全干式切削仍是困难的，因此，完全干式切削工艺的应用范围有一定限制，这时可采用最小量润滑（Minimum Quantity Lubrication，MQL）的准干式切削方式或低温冷风切削。
最小量润滑，也称喷雾润滑，它是用压缩空气使微量的润滑液（通常为植物油）雾化，并以很高的速度喷向高温切削区，可以起到冷却、润滑和排屑的作用。
MQL切削中，润滑液的用量是湿式切削的1110000，一般仅为0.03-0.2L1h，而同等用量所吸收的热量却是湿式浇注法的1000倍，因而既提高了工效，又不会对环境造成大的污染。
MQL技术只要使用得当加工后的刀具、工件和切屑都是干燥的，避免了后期的处理，清洁和干净的切屑经过压缩还可以回收使用，故又称为准干式切削。
低温冷风切削是在MQL切削技术的基础上，用一10℃一一100℃的低温冷风替代常温压缩空气，并与非常微量的植物油进行混合，从而实现冷却润滑的切削方法。
研究表明：在金属切削过程中，如果只给加工点提供微量、润滑效果良好且未被氧化的植物油，加工点会因高温而丧失润滑性，刀具很快就会磨损；如果只提供低温冷风，加工点的高温得到缓解，刀具磨损也会有所延缓；但如果
在提供低温冷风的同时，再加上润滑效果良好且未被氧化的微量植物油，不仅加工点的高温得到缓解，而且刀具表面的润滑也可得到保证。
试验证明，采用低温冷风切削时，车刀的寿命可以延长2倍以上。
近几年来，国外对低温冷风切削技术的研究已趋成熟，一些机床生产企业已相继推出采用该技术的机床产品。
例如，日本安田工业公司的加工中心采用在电动机轴、刀杆轴的中心插入绝热风管的结构，使一30℃低温冷风直通刀刃，该结构大大改善了切削条件，更有利于低温冷风切削加工工艺的实施。
此外，日本三井精机推出的加工中心、冈本工作机械推出的平面磨床、森精机推出的车床等，都使用了低温冷风切削技术。
为了保证切屑的迅速处理，这些机床的结构都作了较大的调整。
无论是采用MQL技术还是低温冷风切削技术，目前国内还缺乏在不同的生产工艺中的全面、系统和深入的试验研究，同时也没用商品化的喷雾装置和低温冷风发生装置，但这些都不会成为MQL技术和低温冷风切削技术迅速完善和推广的障碍。
相信在不远的将来，绿色切削技术会成为切削技术的主流。
