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        綠色制造技術(shù)在金屬加工中刀具的選擇應用

        2019-04-26 12:50:58吳訓忠
        中國金屬通報 2019年12期
        關(guān)鍵詞:效率綠色設(shè)計

        吳訓忠

        (山東康達精密機械制造有限公司,山東 煙臺 265701)

        綠色加工技術(shù)即指以綠色理念作為導向,將綠色生產(chǎn)、綠色工藝、綠色包裝及綠色設(shè)計等技術(shù)應用至制造領(lǐng)域中,實現(xiàn)資源利用率的大幅提升,將因生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境所造成的傷害降至較低。伴隨民眾環(huán)保意識深化,綠色制造技術(shù)得以廣泛應用。同時,政府也將綠色制造技術(shù)納入國家發(fā)展規(guī)劃體系中。本文即圍繞綠色制造技術(shù)在金屬加工中刀具的選擇應用展開探討,望借此可推動綠色制造技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域中的深入應用。

        1 綠色制造定義概述

        伴隨近幾年,民眾對環(huán)境保護、資源保護的重視程度日漸提高,工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域提出綠色制造理念。所謂綠色制造即為將資源效率、環(huán)境保護理念融入工業(yè)制造中的一種制造模式,此制造模式具備系統(tǒng)性,將制造過程中所涉及到的各因素及各環(huán)節(jié)均同資源效益及環(huán)境保護相結(jié)合。綠色制造主要目標為將所制造產(chǎn)品在制造、設(shè)計、運輸及包裝等產(chǎn)品生命周期中對人類健康、生態(tài)環(huán)境及社會系統(tǒng)等所造成的負面影響降至最低,實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益二者的協(xié)調(diào)優(yōu)化。據(jù)統(tǒng)計,制造業(yè)為全球70%污染物的主要來源,每年所產(chǎn)生的無害廢物約為55億噸,有害廢物約為7億噸。所以,如何緩解制造業(yè)所造成的環(huán)境污染問題尤為必要。而綠色制造為一類新型制造模式,為目前工業(yè)制造領(lǐng)域研究重點,同時也為制造業(yè)今后發(fā)展的主要方向。

        2 金屬加工中刀具選擇要求

        的使用性能予以了解。僅有如此,方可對生產(chǎn)過程中刀具的穩(wěn)定性加以保障,并提升刀具使用效率。最后為遵循經(jīng)濟性原則。金屬切割刀具選擇時,需對生產(chǎn)成本加以考慮,即為生產(chǎn)成本的經(jīng)濟性。加工人員應結(jié)合客戶對切削深度所提出的不同要求對刀具加以選擇。此外,還可考慮選用W型刀槽刀片對C型刀槽刀片加以替代,借此除可增加刀刃鋒利度外,還應提升工作效益,于實現(xiàn)經(jīng)濟性原則同時對產(chǎn)品質(zhì)量加以保障。

        首先為效率原則,刀具選擇在金屬切削過程中尤為必要。金屬加工過程中應注重加工效率,再對加工工作精度、加工工作穩(wěn)定性予以保障。因此,要求在零件加工過程中須注重工作效率的提高。其次應加大刀具加工精度。刀具在金屬加工過程中將會直接影響金屬加工精度,因此須注重刀具的選擇。通常情況下,機械零部件加工主要分為粗加工、精加工兩種加工類型,因加工類型差異,所強調(diào)的加工要求也各不相同。如在粗加工中注重加工效率;精加工中更注重加工的精確度。此要求加工人員在選擇刀具時應結(jié)合不同加工需求選取適宜刀具。粗加工時,選用一般刀具即可,但若為精加工,則需改進原有加工刀具,提升刀片質(zhì)量,也可適當降低生產(chǎn)成本。再次為確保刀具穩(wěn)定性。金屬加工過程中,先需對加工穩(wěn)定性予以保障,方可切實提升機械增加效率,提高金屬加工產(chǎn)品質(zhì)量。因此,要求加工人員在刀具選擇時,需具體分析在加工過程中可能產(chǎn)生的變化選取適宜刀具。刀具選擇時,需對刀具的幾何參數(shù)及涂層材料等予以考慮,對刀具

        3 綠色制造技術(shù)在金屬加工中的刀具選擇模型建立

        (1)模型建立的目標。綠色制造技術(shù)在金屬加工中,對于刀具的選擇,需要考慮成本和質(zhì)量、資源笑傲和加工時間以及對環(huán)境的影響。因此,基于模型建立的目標向量應當如下圖所示。

        圖1 金屬加工中刀具選擇模型圖

        在這其中,刀具的環(huán)境影響涉及到很多的方面,包括生態(tài)環(huán)境和職業(yè)安全以及衛(wèi)生管理等,還包括生產(chǎn)安全等方面。

        (2)變量優(yōu)化。刀具的選擇是本方案體系中的核心,也是綠色制造技術(shù)在金屬加工中的重點,因此在刀具的選擇中,變量可以使用n來代替,即:

        X=[x1,x2,......xn]T

        在上述關(guān)系式中,n代表加工方案數(shù),因此在方案的采用上可以表示:

        4 金屬加工中刀具選擇建議

        (1)刀具設(shè)計。將綠色制造技術(shù)應用至刀具設(shè)計中,先應對刀具的使用壽命、成本、效率及安全性等加以考慮,此外,還應對刀具回收、使用及制造等綠色設(shè)計予以考慮。金屬加工過程中不僅應注重適宜切削工具的選擇,還應注重科學切削方式的選擇?,F(xiàn)階段,高速切削、干式切削為兩種較為常用的綠色切削技術(shù)。切削技術(shù)應用過程中應注意,因切削方式差異,因此對刀具所提出的性能要求也各不相同。因此,刀具設(shè)計過程中,應結(jié)合切削方式具體要求對刀具設(shè)計要點及設(shè)計參數(shù)等予以準確掌握,僅有如此,方可使得刀具的耐熱性、硬度及強度可充分滿足使用要求。此外,應用綠色切削技術(shù)時應注意以下幾點:①此切削技術(shù)在實際應用過程中將會導致切削區(qū)域溫度升高,加大刀具同所切物品間的摩擦阻力。因此,為適當降低摩擦阻力,在刀具設(shè)計時須注重涂層的選擇,可選取碳化硅及氧化鋁等涂層。②應合理制定散熱方式及排屑方式,對綠色切削技術(shù)予以優(yōu)化。如可以低溫切削技術(shù)完成切削工作,以液態(tài)二氧化碳及液態(tài)氮等低溫流動體將切削區(qū)域溫度降至較低。③應注重幾何參數(shù)的合理選擇。以干式切削刀具為例,月牙洼磨損現(xiàn)象尤為常見,分析主要原因即為此刀具前角較大,使得刀尖強度降低。因此,在具體設(shè)計時,應對刀具的傾角、后角及前角等參數(shù)合理選擇,以此適當減少刀具同接觸面間的接觸。此外,也可通過負倒棱的設(shè)置,提高切削刃的承受能力。④應將節(jié)能理念落實于綠色切削技術(shù)中。在刀具設(shè)計過程中,應注重合適切削液的選擇。適宜的切削液除可將摩擦熱量降至較低外,也可對熱變形予以有效控制。如選擇切削液時,應選擇性能佳、污染低及可降解的綠色切削液,并結(jié)合切削方式差異選取適宜的加工參數(shù)。⑤高速切削刀具設(shè)計過程中,須選取適宜方式將刀尖所產(chǎn)生的熱磨損現(xiàn)象予以緩解,借此增強刀具使用性能,如可將副切削刃與主切削刃二者連接位置設(shè)計為刀尖修圓形狀。

        (2)刀具材料。新型綠色材料產(chǎn)生前,金屬加工刀具多以高碳工具鋼材料為主,切削速度僅能達到5m/min,且加工能耗較高,效率低。同綠色制造技術(shù)要求相違背。因此,可持續(xù)發(fā)展背景下,需引入綠色新刀具材料,增強刀具使用性能。以金屬實際加工過程而言,刀具材料的選擇應具備較強耐磨性能及較高硬度,方可滿足金屬加工切削需求。伴隨綠色材料的研發(fā)及廣泛應用,刀具材料的選擇也逐漸趨于綠色材料,并產(chǎn)生多種以綠色材料為主的刀具。主要可分為如下幾類:①陶瓷刀具。此類型刀具具備切削高速、不積屑及摩擦力較小等特點,且具備較高耐用度。如以氮化硅陶瓷刀具材料為例,此刀具材料主要成為即為氮及硅,同硬質(zhì)合金刀具相較而言,前者使用性能更佳,并可節(jié)約多種金屬材料。金屬加工領(lǐng)域中,氮化硅基及氧化鋁基等陶瓷刀具得以廣泛應用,如氧化鋁-碳化物系復合陶瓷刀具在軸承鋼、高強度鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼中均得以良好應用。②超硬材料刀具。主要包括聚晶立方氮化硼、聚晶金剛石及單晶金剛石等,其中應用范圍最廣的為聚晶立方氮化硼,此類型刀具的硬度僅次于金剛石,并具備良好的抗破裂性及較高的沖擊強度。

        5 結(jié)語

        綜上所述,為實現(xiàn)綠色制造技術(shù)在金屬加工刀具中的充分應用,則需將綠色發(fā)展觀念為指導,遵循經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、精度性及效率性等刀具選擇要求,對綠色刀具結(jié)構(gòu)及刀具材料予以科學選擇,并結(jié)合實際金屬加工情況完成刀具設(shè)計,對綠色制造技術(shù)的落實加以保障,僅有如此,方可切實增強刀具使用性能,并適當延長刀具使用壽命,也可提高金屬加工工作效率及工作質(zhì)量,實現(xiàn)刀具的綠色、可持續(xù)發(fā)展。

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