【绿色制造技术论文】绿色制造论文5000字
绿色制造技术论文——PCBN工具与绿色制造技术
聚晶立方氮化硼(简称PCBN)是一种硬度仅次于金刚石的新型工具材料。其物理性能、化学性能和优良的干切削特性，使其不仅适用于切削有色金属及其合金，也适用于切削黑色金属及其合金。在满足一定条件的情况下，符合绿色制造技术的要求，具有非常广阔的发展前景。
PCBN刀具；绿色制造；切削液；干切削；红色硬度
绿色制造是一种现代制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色制造，又称环境意识制造和环境导向制造等。它是一种综合考虑环境影响和资源效益的现代制造模式。其目标是在从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，使环境影响(负面效应)最小化，资源利用率最大化，协调优化企业的经济效益和社会效益。
保护地球环境是21世纪的重中之重。在机械加工领域，一些环保措施的研发及其成果得到了广泛的应用。目前，节能减排的主要加工方法，即干切削技术、半干切削技术、微润滑切削、低温微润滑切削等绿色切削技术和应用技术的研究正在加速。
1切削液对绿色制造技术的影响
在节能方面，机械制造中切削液消耗的功率占总功率的60%以上，切削液占生产成本的15%，刀具成本仅占3% ~ 4%；因此，干切削和半干切削技术对于节约能源是实用和有效的。
在减废方面，主要是减少切削液的废液量。目前大部分研究工作致力于切削液长效化、重复循环利用等技术的开发和应用。在长寿命切削液方面，切削液的合成是发展项目之一，而合成切削液是以化学合成油为基础，与水的亲和性要求我们对产生的废水进行处理。切削液的输送、回收、过滤及其维护成本高，增加了生产成本。切削液还会冲走滑动部分的润滑液，切削液的泄漏和溢出会污染环境，容易导致安全和质量事故，对电气系统产生不良影响。高负荷切削液中所含的氯化合物作为高压润滑油添加剂，在高温切削和废油燃烧处理时会产生剧毒物质，影响加工表面质量，已被逐步废止。作为清洁生产的重要组成部分，绿色切削的研究表明，干切削和高速切削的有机结合将是一种高效、低耗、高质量、环境污染小、综合效益好的理想绿色切削，是未来机械切削的主流。
干切削是绿色切削。
干切削在机械加工中的作用是找到一种替代冷却和润滑的方法。目前比较成功的干切削方法有两种:高速干切削和低温冷风切削。
2.1高速干切削法。加工方法是使用高切削速度进行切削，不需要冷却和润滑剂。干切削必须选择合适的切削条件。首先采用高切削速度，尽可能缩短刀具与工件的接触时间，然后用压缩空气或其他类似方法去除切屑，控制工作区域的温度。随着数控技术的广泛应用，机床的刚度和动态性能不断提高，因此提高机床的切削速度并不难。实践证明，当切削参数设置正确时，切削产生的热量80%可以被切屑带走。
2.2高速干切削法的优点。干切削技术在西方工业化国家已经得到广泛应用。美国牧野公司推荐？红月？(红月)干切削技术不仅能充分发挥刀具的切削性能，而且比湿切削大大提高了生产率。其机理实际上是金属软化效应:由于切削速度高，产生的热量集中在刀具前方，使切削区域附近的材料达到红热状态，屈服强度降低，从而提高切削效率。
高速干切削方法具有以下优点:第一，由于省略了油屑分离过程，没有冷却润滑油箱、油屑分离装置和相应的电气设备，机床结构紧凑。其次，这种方法大大改善了加工环境；加工成本也大大降低。为进一步延长刀具寿命和提高工件质量提供了保证。
2.3高速干切削方法对刀具的要求。高速干切削法对刀具有严格的要求:①刀具应具有优良的耐高温性能，能在无切削液的情况下工作；②切屑与刀具的摩擦系数应尽可能小，并补充排屑好的刀具结构，减少热量积聚；③干切削刀具还应具有比湿切削刀具更高的强度和冲击韧性。
一般来说，干切削工艺要求在较高的切削温度下，被切削材料的强度明显降低，变得易于切削，而刀具材料的强度应具有较好的红硬性和热稳定性，以及相同状态下较好的耐磨性和抗粘附性。
3 PCBN切割机可实现绿色干式切割。
3.1 PCBN工具材料。聚晶立方氮化硼(PCBN)是立方氮化硼(CBN)颗粒和粘结剂在高温高压下的烧结体，而CBN也是在高温高压下用人工方法合成的，其硬度仅次于金刚石但远高于其他材料。PCBN以其优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其适用于高硬度材料和难加工材料的切削加工。适用于高速和超高速切削技术，能在高切削速度下长时间加工高精度零件(尺寸分散小)。精车后的淬火钢表面粗糙度可达Ra 0.3 ~ 0.6，尺寸精度可控制在0.013mm。大大减少了更换刀具的次数和刀具磨损补偿停机时间。因此，它非常适用于自动化程度高的数控机床和加工设备，并能充分发挥设备的高效率。
3.2 PCBN工具最符合绿色制造技术的要求。立方氮化硼合金(PCBN)的导热性和热化学稳定性使其具有很高的热稳定性。PCBN除了硬度高、红硬性高、耐磨性高、摩擦系数低之外，不仅适合切削有色金属及其合金，也适合切削黑色金属及其合金，最符合绿色制造技术的要求，可以加工高速钢、硬质合金、陶瓷等新型工件材料。是国内外公认的硬切削、高速切削和干切削的理想刀具材料，主要用于加工淬火钢、铸铁、高温合金和表面喷涂材料。石油电站设备用高合金耐磨铸铁的切削效率比硬质合金刀具提高4倍以上，单把刀具成本降低到1/5。此外，PCBN刀具在切削烧结材料如硬质合金时也表现出良好的切削性能。PCBN刀具在国外汽车制造业广泛用于切割铸铁材料，PCBN刀具已成为国外各大汽车制造商各生产线使用的新一代刀具。3.3干切削时PCBN刀具切削参数的选择。PCBN刀具主要用于干切削时的精加工和半精加工。具有摩擦系数低、排屑顺畅、散热速度比被加工材料快等优点。只要选择合适的参数，PCBN材料在高温下的硬度损失很小。加工速度达到一定值后，切削速度与刀具寿命的关系不再符合泰勒公式，但切削速度高于一定值后，使用寿命增加，因为干切削时切削温度高，PCBN刀具的红硬性和热稳定性，使高温时硬度损失较少，而工件材料高温时硬度损失较大 而且硬度降低后更容易切削(简称金属软化效应)，不使用切削液，切削更容易。 PCBN的这些特性非常适合干切削高硬度材料。以车、铣、钻代替磨削，可以获得过去只有磨削才能获得的表面质量，前提是切削参数选择正确。
在选择刀具道具的几何参数时，常常将刀尖修磨成圆弧(= 0.4 ~ 1.2 mm)以增强刀尖强度，刃口修磨负倒角以增强刃口强度，小间隙角(？蔇 6?)，前角？0?，脚轮=0？，主偏角根据机床刚度在45？~60?之间调整，视加工情况而定。
在切削参数的选择上，切削速度、深度和进给速度的选择是由PCBN刀具材料的独特性能决定的。如:高速或超高速切削速度，切削深度在1mm以下但不能过小，选择大的进给量(为了产生金属软化效果)，三项指标综合调整，使高硬度材料的切削精度高，工件表面完整性好，切削表面纹理整齐、光亮、ra？嘿8？m，对工件表面结构几乎没有损伤，没有退火软化层和变质层，达到了以车代磨的目的，降低了成本，取得了良好的经济效益。
4结论
综上所述，先进制造技术是当今世界制造业发展的主要技术，绿色制造技术是人们关注环境和合理利用资源的必然结果。干切削制造技术作为一种绿色制造技术，对于节约资源、保护环境、降低成本具有重要意义，而PCBN刀具非常适合干切削硬质材料。经过十几年，特别是近年来，高速切削技术、刀具材料和涂层技术的不断研究和突破，加上更加严格的环保要求的法律法规，绿色制造技术的应用越来越广泛，PCBN刀具材料的应用将更加广泛。
参考
1郭立军。PCBN刀具在切削加工中的应用。农业机械化研究，2005 (11): 205-206。
2谢。PCBN刀具在干切削中的应用研究。机械工程师，2006 (2): 82-83
3蒋向东。聚晶立方氮化硼刀具的性能与选择。农业机械化研究，2006 (2): 133-134
4.互联网。PCBN工具在中国市场的应用现状及思考。中国机械网，2009-04-01。
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