绿色加工技术在工业生产中的实施途径与工艺路线优化方向

齐 威，金 艳

(大连工业大学，辽宁 大连 116034)

0 引言

随着我国科学技术和人民生活水平的不断提升，人们越来越能够认识到需要保持发展与生态环境之间的关系，社会整体的生产和运营模式也逐渐由传统的资源消耗型向资源利用型转变，越来越多的行业利用现代科技和新理念逐渐实现了基于环境和资源理念的和谐发展。机械制造业是社会生产运营的重要行业，机械行业的发展对社会整体发展有重要的引领作用。传统的机械加工行业在对各种零件制造的过程中会不可避免地产生一定的环境污染与资源浪费问题，绿色加工技术是针对传统生产模式而产生的一项新的制造理念，不仅能够改善传统机械加工存在的弊端，还能有效优化机械生产行业的资源配置水平和市场竞争力，使机械行业获得更大的发展潜力。

1 绿色加工技术的阶段性特点

我国社会现阶段发展的一个最主要目标就是可持续发展，在人们对环境和资源问题重视度逐步加强的情况下，绿色理念也深入人心。而实际上，资源短缺问题早已成为机械行业必须面对的严峻问题，同时环境污染问题也成为了工业企业快速发展的阻碍。为了使机械加工过程中更好地兼顾节约和环保，绿色加工技术应运而生，有针对性地对机械生产的传统过程进行了研究，并对不利于资源节约和环境保护的典型加工形式进行了有效优化，对于机械加工行业的科学发展起到积极促进作用。

从目前来看，绿色加工技术在我国已经得到了一定程度的普及，只是很多制造业在实施过程并没有针对绿色加工技术做专门的引进，绿色加工技术多以渗透的方式结合到传统的机械加工过程中。目前的绿色加工技术重点研究方向为预防污染和节约资源，同时努力兼顾提高机械加工效率和机械制造品质。绿色加工技术的研究主要针对机械切削加工、磨削加工过程优化，意在减少制造过程中的能源消耗问题，并减少冷却液等主要污染物的使用量。同时绿色加工技术还针对材料损耗等问题展开了研究，减少生产过程金属材料或其他珍稀材料的无用损耗量，减少机械加工对不可再生资源的需求量，并尝试使用新材料和新的加工方式替代传统的生产模式，力争实现零污染和低消耗。

2 绿色加工技术的实施方式

2.1 绿色切削加工技术

绿色切削加工技术主要是在普通的机械切削工艺上进行优化而来的，绿色切削技术主要是为了减少在机械加工金属材料切削时因冷却液等使用产生的环境污染问题。从目前来看，金属切削过程必然会产生大量的热，刀具与金属零件接触表面必须要在冷却液的冷却作用下才能保证最佳的切削状态，实现设计过程对零件表面的质量要求。而针对这一问题，优化金属切削加工的工艺对于改善冷却液使用情况具有显著意义。从现阶段来看，减少冷却液使用量主要利用以下几种技术：一是冷却液的替代技术，通过现阶段的油液冷却技术替代传统冷却液，以少量的润滑油替代大量冷却液的使用，减小刀具加工阻力生热，并利用油液蒸发散热，实现以最小量油液达到合理降温的效果，图1为在微量润滑状态下的复杂零件制造过程；二是干式加工技术，即不使用冷却液和其他润滑的加工技术，包括干式车削、铣削、钻削等，需要用性能优良的干切削刀具、机床以及辅助设施替代传统切削中冷却液的作用，如图2所示为干式车削加工，干式加工工艺在我国的研究经历了较长的时间，近年来的技术水平得到了较大的提升，能够利用先进的切削刀具有效减少切削产生的不均匀性，使切削过程更接近理想化，这种加工方式在工作效率和加工方式的提升上仍需进一步提升；三是低温加工技术，主要是在较低温度下进行，以相对较低的转速完成对特殊零件的制造，现阶段的应用受到成本限制，普及率相对不高，此外，很多研究机构还针对冷却液的处理和冷却液材料技术展开了研究，希望能优化冷却液的技术特征，减少传统生产对环境产生的污染问题。

图1 微量润滑状态下的零件加工

图2 不使用冷却液的干式加工

2.2 绿色原料的应用技术

现代化的材料技术为机械制造行业的材料选择提供了更多种可能，从传统的金属材料生产来看，存在加工难度大、污染严重、能耗高等问题。因此针对以上问题，利用先进的新型材料替代传统的金属材料进行机械加工生产，一方面减少了钢铁等不可再生资源的消耗，另一方面避免了加工过程的难度和环境污染问题。例如，应用现代化的3D打印技术制造复杂零件，尽管目前看成本较高，但是其零件的制造品质和材料消耗量均具有明显优势，3D打印技术利用树脂等新材料，不依赖于传统金属材料。随着3D打印技术的普及，其制造成本进一步降低，加工形式的优势将进一步凸显，用其替代传统的机械加工的一部分过程能有效提高加工过程的节能与环保效果。

3 绿色加工工艺优化方向

3.1 优化生产环境布局

对机械加工的车间进行合理化布局，优化原材料供给和不同工序之间的衔接过程，使机械生产各个机床及其他设备之间的距离和临近关系更为合理，批量化的零件制造能够利用系列化的制造过程和先进的多轴机床实现流程化加工，使加工的时间消耗和原材料运输、转移工作减少，不同工序之间的配合失误减少，加工零件废品率、重置率减少，零件生产效率和实际质量显著提高。

3.2 减少加工原材料的损耗

提高毛坯零件的下料和取材精确度，做到以最小的材料去除量实现最优化的生产制造效果，在制造过程中尽量多地引进微量切削、磨削加工等设备，进一步减少金属材料的需求量，同时金属切削量的减少也使零件制造过程的能耗和加工表面热量积聚问题得到缓解，有利于加工过程能耗和污染问题的进一步控制。

3.3 重视资源回收与处理

一方面，要加强对冷却液等机械制造过程中产生的污染物的处理工作；另一方面，还必须对切削产生的金属材料和废弃零件进行更好的、更便捷的利用，做到机械生产对材料在利用和污染控制的同步提升。此外，提高资源利用率还要重视对加工机床等设备的及时维护，避免机床状态异常造成的材料浪费和环境污染。

4 结语

现阶段，绿色加工技术在机械加工领域的应用还不够广泛，绿色制造技术要得到快速发展还需要依靠行业的规范化和政策的支持，同时，行业上还要加强对机械绿色加工技术的进一步研究，建立科学的绿色机械化生产加工模式，保证机械加工技术得到全方位的提高。

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