綠色制造技術在金屬加工中刀具的選擇應用
2022-6-14 來源： 山東理工大學機械工程學院 作者：亓軍
摘要：人們對于可持續發展環保觀念的重視，使得綠色制造技術也逐漸映入大眾視野，以其節約環境與經濟成本、促進生態文明建設的突出優勢，成為關注的焦點內容之一。在追求健康環保的生活方式的同時，人們對于制作工藝尤其是綠色制造技術提出了更高層次的要求。本文從綠色制造的概念內涵出發，對金屬加工中刀具的選擇原則、建議以及綠色刀具的設計要求進行了簡要介紹，以期可以為相關的理論與技術工作者提供基本的借鑒與參考。
關鍵詞：綠色制造技術；金屬加工；刀具選擇
0 引言
自然資源與人類之間的矛盾，隨著自然科學的發展以及人類的工業生產活動愈演愈烈，如何科學有效地利用有限的自然資源，去獲得最大的經濟利益是當代社會制造業的重點議題。綠色制造技術的最大特征就在于符合當今時代發展潮流，迎合了可持續發展理念的發展要求。恰如其名，綠色制造技術以綠色理念為核心。因而，在進行金屬資源的加工過程中，綠色制造技術能夠在保障產品質量的基礎之上最大程度的節約資源，真正實現了將經濟效益進行最大化，進而廣泛應用于現代制造業。與此同時，在進行金屬加工的具體環節中，如何選擇加工刀具進行設計制造是尤為重要的。刀具選擇的適當與否直接關系到金屬加工制造的質量與效率，因而，本文將對金屬加工中刀具的選擇
進行簡要介紹。
1、綠色制造的概念內涵
顧名思義，綠色制造的概念正是在追求綠色環保生態理念的社會環境背景下，在工業生產制造領域提出的一種用于指導生產制造的理論概念。具體來講，綠色制造理念就是將資源效益與環境保護進行有效結合從而在工業產品的設計、制造、包裝運輸、使用以及后續處理等各項環節提供最佳選擇，以達到節約資源、減少人工工業環境污染以及保護人類身心健康的目的。總而言之，綠色制造就是旨在降低工業制造對于生態環境以及人類自身的危害，同時可以對有限生態資源進行合理科學利用從而實現經濟效益最大化的一套現代工業制造模式。
2、金屬加工中刀具的選擇原則
在綠色制造的金屬加工中，刀具的選擇具有十分重要的影響作用。因而，筆者將對金屬加工的刀具選擇的具體原則進行簡要介紹。
2.1 效率原則
所謂事半功倍，現代社會工業發展迅速，其一主要特征就是追求高效原則。對于金屬的切割制造來講，選擇刀具的重要原則標準同樣在于遵循效率原則。在保障刀具的基本質量如穩定性以及刀具精密度的前提之下，刀具的效率原則是決定金屬加工制造資源利用率的重要影響因素。在整個工藝制造加工的過程中，刀具制造本身所占成本其實并不大，但其后續影響是十分明顯的。具體來講，刀具的使用效率與金屬加工的經濟效益和綠色制造技術所節約的資源成本直接相關。如果切割刀具的使用效率較低，其直接后果就是延長金屬加工制造的周期。此外，還會降低自然資源的使用率，導致金屬原材料的大量浪費，甚至造成環境污染。因此，在金屬切割加工中，刀具的選擇必須考慮效率原則。
2.2 精度原則
隨著近年來我國科技水平的不斷發展，工藝制造產品越發向著精細化與復雜化的方向發展。進而，在對金屬進行切割加工制造的時候，刀具的精度就成為一項重要原則。就金屬加工可具體細化分為粗加工與精加工兩種，在粗加工中，最為重要的在于效率原則，目的在于迅速打造工藝產品的大致造型。而在精加工環節，則必須對工藝產品進行細致打磨，即以精度原則為主。就具體金屬加工過程來看，專業工作人員必須依照產品設計的深度以及精細度要求來選擇適合的刀具。如相較于 C 型刀片來講，W 型刀具在鋒利度以及精細度上都具有明顯的優越性。總而言之，在進行金屬切割加工的過程中，應該根據不同的設計要求分析，選擇精細度不同的刀具。只有這樣，才能夠科學合理地對金屬工藝進行加工打磨，滿足不同客戶的使用需要。
2.3 穩定性原則
對于金屬切割加工制造來講，其本身是一項潛在危險性較大的工作。尤其，涉及到對于刀具的使用時這一危險性就更為突出。即使是擁有成熟切割技術的工作人員也無法保證百分之百的安全性。因而，在進行金屬加工制造時，刀具的穩定性原則十分重要，這是相關工作人員人身安全的基本保障。具體來講，刀具的穩定性原則表現在諸多方面，無論是原材料的材質、刀片安裝的槽型以及安裝夾的松緊度都會影響到刀具自身的穩定性。如果不慎刀具穩定性能較差，或者在使用過程中因為某一方面的影響而導致刀具損壞，對于工作人員的安全性造成威脅自不必再加以贅述，還會導致不必要的資源浪費與成本增加。
2.4 經濟性原則
歸根結底，無論是金屬制造行業本身的盈利性特征還是不同客戶的購買需求，經濟性原則都是必須納入金屬結構制造的考量范圍之內。首先，對于刀具選擇中的效率原則、精度原則以及穩定性原則，都有在一定程度上考慮了經濟性原則。綠色制造技術本身就是在綠色環保的基礎之上追求經濟利益的最大化。其次，在對金屬加工的過程中，如果對于刀具的精度要求也就是對于金屬的切割深度要求并不十分嚴格，應將成本納入考量范圍內以滿足不同客戶的購買需求。
3、綠色刀具的設計要求
在將綠色制造技術運用至金屬切割制造的過程中，刀具選擇除了要考慮上述原則外，還應該對刀具的使用壽命、回收利用以及處理等綠色設計進行考量。
3.1 滿足切割需要
在金屬加工制造中，刀具選擇的固然重要，但選擇科學的切削方式同樣必不可少。目前來講，我國金屬加工制造業主要的刀具切削方式可分為干式切削與快速切削兩種。因為切削方式不同，相應的在對刀具進行設計之初所側重的諸如硬度、強度以及耐熱性等性能要求也會不同。對于綠色刀具的設計來講，由于它在實際應用中會加大金屬與刀具之間的摩擦力，使得金屬周邊的溫度更高。因而，其硬度、熱度以及耐熱性相較于一般的刀具設計性能來講要更強。總而言之，綠色刀具設計的質量較于一般刀具質量更佳。因此，在對綠色刀具進行設計的時候必須準確了解刀具的切割需要。根據不同切割方式的參數進行調整，從而滿足刀具的性能設計，提供金屬加工制造的工作效
率。比如現代綠色制造技術所打造的陶瓷刀具。相較于其他刀具而言，陶瓷刀具在摩擦力、切削硬度以及耐用度等性能上都更加具有優越性。以氮化硅陶瓷刀具為例，在該刀具的設計制造之初，為了滿足高速切割以及更加耐用的設計需求，便采用了氮、硅等化學原材料。既可以有效節約自然資源，又可以最大限度的滿足設計需求。就現代機械制造市場來看，陶瓷刀具的應用稱得上是最為廣泛的綠色刀具，在對于合金結構鋼以及高硬度鋼的加工制造中都可以看到其身影。
3.2 干式切削刀具
就物理原理來講，干式切削刀具主要是憑借刀刃自身與金屬切割物之間劇烈的摩擦所導致的高溫而進行切割完成作業的。因而在通常情況下干式切削刀具中會有較為明顯的月牙洼磨損現象。這主要是因為干式切削刀具的前角較大，刀尖部分的強度降低。因此對于干式切削刀具而言，其前后腳以及傾斜度的參數都有嚴格的要求。稍有不慎，就會導致刀具磨損嚴重，切割速度下降甚至直接導致刀具報廢。與此同時，由于干式切削刀具的主要作業原理在于高溫摩擦，所以其對于設計材料的耐熱性與紅硬性具有較高要求。當然，在進行刀具設計之初，也可以選擇通過涂抹硅化碳等化學涂層來增加刀具的性能。
3.3 快速切削刀具
相較于干式切削刀具而言，快速切削刀具的主要特點就在于高速切割與高穩定性。在對金屬切料進行加工制造的過程中，快速切削刀具通常磨損現象會明顯出現在刀尖位置。因此，對于快速切削刀具設計來講，緩解刀尖的磨損度從而增強刀具質量并延長刀具的使用壽命是重點任務。一般來講，刀具所需的切削速度要求越高，就意味著它對于刀具材料的耐磨性以及紅硬性的要求也就越高。在現代金屬制造業的市場上來看，快速切削刀具一般都會選用硬度較高的金屬材料，單晶金剛石、聚晶金剛石（PCD）以及聚晶立方氮化硼（PCBN）等材料。基于綠色制造技術所提倡的低污染、低耗能的發展要求，PCD 以及 PCBN 等材料所制成的刀具在市場上最為廣受歡迎。以汽車制造市場為例，無論國內外 PCNB 刀具都已經成為新時代廣泛應用于各大生產線上的綠色刀具。圖 1 為切削刀具所使用的原材料硬度、耐磨性與韌性數據參數圖。
圖 1 切削刀具原材料硬度、耐磨性與韌性數據圖
4、結語
毫無疑問，綠色制造技術在當今以及未來都是工業加工制造業的核心引領。因而，在金屬切割制造的刀具選擇中運用綠色制造技術勢在必行。而如果想要真正達到增強刀具質量，延長刀具使用壽命的發展目的，必須始終堅持綠色發展理念，不斷引進綠色制造技術。這對于金屬加工制造的發展以及我國生態文明的可持續建設都具有十分重要的作用。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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