目前对人体健康无害的切削技术

《目前对人体健康无害的切削技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1、引言在金属切削加工过程中，通常都要使用切削液。切削液的大量使用给环境和人体健康带来了很大危害，迫使人们不断研究开发新技术以改变现状。因此，近年来绿色制造技术成为国际上的研究热点。绿色切削技术是绿色制造的一个组成部分，它是指对生态大环境和加工现场小环境均无毒副作用（或副作用很小），在加工过程中产生的少量“三废”（废气、废液和废渣）在链条末端可回收或自然降解，达到无公害的环保要求，对人的健康和环境没有危害的切削技术。对于绿色切削加工，国际上相应地制定了一系列标准。1996年4月，国际机械学会制定了关于清洁加工的ISO14000国际标准。德国、美国、加拿大和

2、日本等国也相继制定了更加严格的工业排放标准，进一步限制了切削液的使用。作为有毒废料的切削液以及带有切削液的切屑的排放和处理大大增加了回收处理成本，与切削液相关的费用约占加工成本的17％。无公害、清洁化、低能耗的绿色制造是21世纪机械制造业的发展方向。因此，研究开发新的绿色切削技术，减少切削液给环境带来的污染，寻求绿色环保的冷却润滑技术，是绿色切削技术推广应用的重要课题。绿色切削技术符合可持续发展战略的要求，必将推动机械工业的持续、健康发展。2、干式切削干式切削是指在切削加工过程中不使用任何切削液，完全消除了切削液的负面影响，是一种符合生态要求的绿色切削加工

3、方式。它的优点主要有：对大气和水环境无污染；切屑上无残液，降低了清洁处理成本；对人的健康无害且不会损伤皮肤或造成过敏。干式切削技术目前主要应用于铸铁件的加工，在其它方面的推广应用正在进一步研究开发。干式切削的实施需要满足一定的条件，主要包括：（1）要求机床具有很好的热稳定性和很高的刚度，否则难以保证加工精度。（2）对刀具提出了新的要求。主要包括刀具材料的选择和刀具几何参数的设计。由于干式切削不使用切削液，因此切削温度很高。只有具有良好导热性、耐高温和高硬度的刀具材料才能满足加工要求，目前在干式切削中应用较多的刀具材料有CBN和PCD等。刀具涂层技术（CVD

4、和PVD涂层技术、纳米涂层技术等）的应用可以延长刀具寿命，较好满足干式切削的要求。优化刀具的几何参数，可以提高加工精度和延长刀具使用寿命，也是推动干式切削技术发展的重要手段之一。目前，干式切削技术还存在许多不足和限制其推广应用的技术难题。由于失去了切削液的润滑、冷却、辅助排屑等作用，刀具在加工中承受的负荷增大，切削温度升高，刀—屑界面处于完全的二相固体接触状态，刀具磨损过程异常复杂，刀具与工件均易发生热变形，导致刀具使用寿命缩短，加工表面质量降低。此外，对于机床本身而言，由于不能保持热平衡，机床的床身、立柱等也会因温度升高而发生不容忽视的变形。干式切削技术

5、的发展主要取决于机床和刀具性能的提高和改进，即：（1）提高机床性能。一方面提高机床的热稳定性和抗热变形能力；另一方面通过提高机床的主轴转速，发展高速（超高速）干式切削技术，以大幅度提高生产效率，减小切削力，并获得良好的表面加工质量。（2）开发新的刀具材料和涂层技术。通过提高刀具材料的导热性、耐热性、自润滑性和耐磨性，延长刀具使用寿命，保证干式切削的加工精度。3、液氮冷却切削液氮冷却切削是利用液氮特性，在切削区形成局部低温（或超低温），从而改变工件材料的物理力学性能使其有利于加工的先进切削技术。美国怀特州立大学的SYHong博士对液氮冷却车削加工的研究表明，

6、硬质合金刀具材料在液氮冷却切削条件下能够保持良好的切削性能。林肯大学的ZYWang车削氮化硅陶瓷的试验表明，在液氮冷却条件下，刀具磨损可减小约4倍，工件表面粗糙度值可减小6倍多。液氮冷却切削对于钛合金、低合金钢、软钢及一些高塑（韧）性复合材料等难加工材料的加工非常有利。目前，液氮冷却切削技术主要存在以下需要解决的问题：（1）液氮的存储、运输等费用带来了附加成本；（2）液氮在切削加工中的润滑性不够；（3）液氮使用的安全性需要特别加以注意；（4）在超低温下切削出来的工件表面具有极强的化学活性，暴露在空气中会很快生锈，因此必须解决工件防锈问题；（5）尚需对不同工

7、件材料的低温切削性能以及刀具的切削特性等作进一步深入研究。4、水蒸汽冷却切削水蒸汽冷却切削是将过热水蒸汽喷射到切削区以达到冷却润滑的一种切削方法。它的切削系统由水蒸汽发生装置、水蒸汽传输与控制系统和机床系统组成。前苏联学者PodgorkvVV和GodelviskiVA在上世纪90年代提出了这种切削加工方法。哈尔滨工业大学也对此做过初步研究，并取得了一定成果。研究表明，水蒸汽冷却切削可以减小切削力和工件表面粗糙度值，明显降低切削温度，生成的切屑更规则合理，润滑性有所提高。水蒸气价格低廉又无污染，是一种很好的绿色润滑剂。目前，该技术仍处于研究阶段，主要存在以下

8、问题：（1）水蒸汽发生装置能耗较大，尚须进一步研究能耗低、保温性好