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农机制造中的绿色加工工艺技术

农机制造中的绿色加工工艺技术 2011年12月03日 来源： 引言在全球经济转移浪潮中，我国已成为机电产品制造大国，并逐渐成为世界的生产制造基地。农机制造业作为机械制造业的重要产业之一，尽管已掌握了相当多先进工艺制造技术，生产的众多农机产品也基本达到或接近国外机械水平。但是，农机制造业一方面是创造人类财富的重要产业，另一方面又是环境污染的源头之一。因此，既要生产适销对路的农机产品占领市场，又要保障生产的绿色度，使绿色生产技术成为农机企业广泛关注的技术。绿色生产是将绿色设计的思想转化为最终产品的过程，主要包括绿色工艺、绿色生产设备、绿色环境和绿色管理等。绿色生产要求比常规方法能显著地节约能源和节省资源;同时在生产过程中最大限度地避免或减少对人体的危害，如电磁辐射、噪声、有毒气体和有毒液体对环境的污染。绿色生产技术是以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标是对资源合理利用，降低成本，减少对环境造成的严重污染。现在农机制造中开始使用的绿色生产技术有干式切削技术和干式磨削技术等。1 干式切削技术1.1 干式切削技术的绿色特性由于干式切削不采用切削液，完全消除了切削液导致的一系列负面影响，因此有明显的绿色特点。其特性如下:— 形成的切屑洁净，易于回收;— 省去了相应的切削液处理装置，简化了生产设备，降低了生产成本;‘— 不产生环境污染，实现了清洁化生产。1.2 干式切削的关键技术干式切削加工中，刀具及机床的性能、被加工零件材料特性都影响干式切削的效果。为顺利进行干式切削，就必须对整个工艺系统进行全面考虑，创造一个适宜于干式切削的生产环境。目前，高速干式切削技术还在发展中，以下问题尚需要进一步研究。1.2.1 刀具技术干式切削对刀具的要求:刀具的截面形状和几何角度应使刀具切削时产生较小的切削力和摩擦力;刀具材料和涂层材料有良好的耐高温性能;刀具的结构适宜高速切削，刀体与夹紧结构的强度和断裂韧性高，刚性好，以确保安全可靠。随着新型刀具材料的不断出现，刀具的性能不断完善，完全可以承受干切削的不利条件。在干切削时，通过合理选择刀具材料和切削用量，减少切削热的生成，减小加工时的摩擦，可以有效提高干切削刀具的耐用度，使干切削在生产中顺利进行。目前，适用于干式加工的刀具材料有超细颗粒硬质合金、陶瓷、金属陶瓷以及PCBN，CBN，PCD等。需要发展的技术主要包括刀具涂层技术、刀具材料技术、刀具结构和几何参数的设计、可靠的刀具监测装置等。1.2.2 干式切削机床干式切削机床要求具有较高的主轴转速、进给速度和较好的刚性，能够充分发挥干式切削刀具的材料性能。要实现干式切削加工，对机床性能选择要处理好两个问题:一是切削区热量迅速散发;二是切屑的快速排出。干切削时，机床加工区产生的热量较大，这些热量如不及时排出将会使机床产生严重的热变形。这不仅会影响工件的加工精度，同时还会影响机床工作的可靠性。因此，干切削机床在结构和功能上有其特殊性.在机床的刚度和结构设计方面，很多制造商将机床床身材料采用了人造花岗岩，来提高床身的刚度或改变床体结构，将立柱和底座合为一个整体，采用新型铸铁材料制成，使其整体刚性得以提高.在高速主 轴研制方面，采用独立主轴和电主轴两种结构形式。电主轴是实现高速机床主运动系统“零传动”的典型结构，转速多为1x10*4~2x10*4r/min，转速高达10x10*4~25xl0*4r/min的高速.主轴也正在研制开发中。配置循环 冷气系统的设计是在加工区某些关键部位设置温度传感器，用以监控机床温度场的变化，可通过数控系统进行精确到微米级的误差补偿;采用过滤系统可将干切削过程中产生的尘埃颗粒及时滤掉并被风机系统吸走。为防止灰尘进人加工区，机床的主轴部件、液压及电气系统应严加隔离。2 干式磨削技术2.1 快速点磨削技术快速点磨削(quick一pointgrinding)工艺是由德国Junker公司于1994年开发的一种集CNC和CBN超硬磨料、超高速磨削等3大先进技术于一体的高效率与高柔性先进加工工艺，主要用于轴类零件的加工。它采用薄层CBN或人造金刚石超硬磨料砂轮，是新一代数控车削和超高速磨削的极佳结合，是目前超高速磨削最先进的技术形式之一。2.1.1 快速点磨削的绿色特性1) 砂轮与工件处于点接触状态，，接触面积最小，实际磨削速度较高，磨削力大大降低，比磨削能小。砂轮使用寿命长(最长可达1年)，修整率低，并且采用快速安装定位系统，砂轮安装快速、简便，生产效率比普通磨削高。2) 磨削力极小，工件变形小，加工精度高。由于超高速加工，磨削过程的激振频率已远离“机床一砂轮一工件”工艺系统的固有频率;从而减少了振动和噪声及其对环境的污染，’极大地改善了加工，条件。3) 磨削发热量少，同时切屑可带走绝大部分热量、散热冷却效果好，因此磨削温度大为降低，甚至可以实现冷态加工和干式磨削。由此不仅提高了加工精度和表面质量.而且减少了由于大量使用磨削液所带来的环境污染。4) 由于采用CNC 两坐标联动实现复杂回转体零件表面磨削，一次安装后可完成外圆、锥面、曲面、纹、台肩和沟槽等多种外形的加工，具有更大的柔性;还可以对淬硬钢等材料进行加工，使热处理后的工件车、磨工序合并，进一步提高了加工效率和零件位置精度。由于加工工序的简化，减少了人力、物力、能源和资源的消耗，降低了加工成本。与传统工艺比较，节约了成本，提高了制造工艺的绿色度。2.1.2 快速点磨削的关键技术通过建立快速点磨削热和磨削力模型、磨削效率及砂轮磨损模型，深人进行快速点磨削机理的理论与实验研究，探索快速点磨削温度、磨削效率、比磨削能、磨削比及工件表面完整性的表现与变化规律，面向绿色制造优化磨削工艺参数与砂轮特性参数，开展少、无磨削液的干式绿色点磨削工艺的，基础研究，从而建立绿色点磨削的技术理论体系。数控快速点磨削机床研究，其研究重点是砂轮快速定位安装系统、砂轮主轴电平衡自动控制系统、精密导轨系统及砂轮在线修整技术等，以保证机床的加工性能。2.2 强冷风干式磨削技术这是由日本成功开发的一项新技术，它采取以-110℃的强冷风吹向加工区域带走磨削加工产生的热量，此方法取代了传统的磨削液，从而杜绝了因使用磨削液造成的环境污染。2.2.1 强冷风干式磨削技术的绿色特性1) 采用低温压缩空气代替了磨削液，实现了清洁生产。由此不仅免去了购买磨削液的费用，也节省了处理磨削液的费用，更重要的是实现了无公害加工。2) 磨屑易于直接回收利用，节约了材料。通过设置专用的回收装置，保证了磨屑的回收率;同时，采用高质量的CBN砂轮，大大减少了砂轮的磨损，保证了磨屑粉末的纯度。由此使磨屑融化后再生材料的成分几乎没有变化，有效地了节约了生产材料。2.2.2 强冷风干式磨削关键技术目前，强冷风干式磨削还处于起步阶段，有许多课题等待研究。1) 强冷风的供给装置研究中，根据加工需要，保证供给冷风的温度、流量、‘压力和方向等4个要素的喷嘴设计，供给冷风的冷却效率与磨削量的匹配等问题。2) 强冷风磨削中的噪音、磨削液的雾化和磨屑吸附处理等问题的研究，根据喷嘴喷射压缩空气时的速度，研制与之相应的消音装置，以消除噪声。针对强冷风磨削特点，研制相应的润滑剂供给装置，以保证润滑剂以雾状喷向砂轮表面;研制相配套的洗尘装置，以保障砂轮和工装的洁净，进而保障加工精度。3 结束语干式切削和磨削具有很好的绿色特性，是理想的绿色制造加工方法，在农机行业大力推广绿色生产技术将有助于提升我国农机业整体制造水平，促进农机设计观念改变。通过采用绿色生产技术，进一步提高农机产品的技术含量，推动农机制造企业更快发展。(end)

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