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机床生产中的绿色制造工艺和技术

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机床生产中的绿色制造工艺和技术

  • 分类:工业节能
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2013-11-03 09:35

机床生产中的绿色制造工艺和技术

 

  当前,为了减少了原材料和能源的耗用、保护生态环境以及缩短开发周期减少成本,各国机床制造商在机床的生产和制造中纷纷采取各项绿色制造工艺和技术。

  干切削技术开始得到应用

  1. 干切削

  干切削是指在切削加工中为了减小环境的污染和成本的降低,而不用或少用切削液来进行机械加工的方法。干切削加工方法有很多种,如干车削、干铣削、干钻削、干式螺纹加工、干式齿轮加工等。其中,干车削是研究和应用最多的一种加工方法。美国Leistritz公司在加工丝杠时,先是在软的工件上加工出螺纹,再把有螺纹的工件淬硬,然后逐件精磨,加工一根丝杠需要近170个工时,为了提高生产效率,该公司采用GE超硬磨料公司的PCBN刀具进行旋风铣削加工,钢坯在精加工丝杠螺纹之前被瘁硬,以硬旋风铣削取代软车削和精磨工序,明显提高了金属切除率,加工时间缩短为1.75h,提高效率近100倍。

  由于干切削在加工过程中不用(或微量使用)切削液,是一种对环境污染源头进行控制的清洁制造工艺。干切削作为一种新型的绿色制造技术,不仅环境污染小,而且能大幅度降低产品的生产成本。作为一种环境效益和经济效益俱佳的切削技术,干切削已成为目前绿色制造工艺研究的一个热点,并已在车、铣、钻、铰、镗削等加工中得到了成功应用。

  2. 准干切削

  干切削并不是简单的取消切削液就可以实现,它对刀具材料、机床结构、工艺技术等均有较高的要求,所以,目前它的应用范围还比较有限,而完全采用湿切削又有资源浪费和环境保护等方面的问题,如果将干、湿切削的优点结合,既能够达到加工要求,又能够使切削液的费用降到最低,达到与干切削相同的要求,于是就出现了准干切削。

  准干切削加工布局合理,体积小,它是利用最小量润滑技术(MQL技术),将压缩空气和少量的冷却液喷射到加工区,对刀具和工件进行部分冷却。MQL技术大大减小了刀具和工件之间的摩擦,抑制了温升,防止粘连。一般湿切削时切削液消耗量可能在5L/min以上,而准干切削时切削液消耗量很少,可能在50mL/h以下,且有部分被蒸发。因此,废液处理费用减少,可提高工效,又不会发生环境污染。

  3. 高速干切削

  高速干切削是一种新型的绿色制造方式。与传统的切削方式相比,高速干切削技术具有生产效率高、加工质量好、无环境污染等特点,具有很大的发展潜力,是未来切削加工发展的一个趋势。

  高速干切削的出现与高速切削和干切削有密切关系。高速切削具有切削效率高、切削力小、加工精度高、切削热集中、加工过程稳定以及可以加工各种难加工材料等特点。随着高速机床、加工中心的不断发展,切削速度和切削功率急剧提高,使得单位时间内的金属切除量大大增加,机床的切削液用量也越来越大。但高速切削时切削液实际上很难到达切削区,大量的切削液根本起不到实际的冷却作用。这不仅增加了制造成本,还加重了切削液对资源、环境等方面的负面影响。与高速切削相比,由于干切削在加工过程中不用(或微量使用)切削液,是一种对环境污染源头进行控制的清洁制造工艺。干切削作为一种新型的绿色制造技术,不仅环境污染小,而且能大幅度降低产品的生产成本。

  高速干切削技术则是在高速切削技术的基础上,结合干切削技术或微量切削液的准干切削技术,将高速切削与干切削技术有机地融合,结合两者的优点,并对它们的不足进行了有效补偿的一项新兴先进制造技术。切削技术、刀具材料和刀具设计技术的发展,使高速干切削的实施成为可能。采用高速干切削技术可以获得高效率、高精度、高柔性,同时又限制使用切削液,消除了切削液带来的负面影响,因此是符合可持续发展要求的绿色制造技术。

  成形制造技术正向净成形方向发展

  成形制造技术包括铸造、连接、塑性加工等单元技术。目前成形制造技术正从接近零件形状(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或净成形(Net Shape Process)方向发展。这些工件有些可以直接或者稍加处理即可用于组成产品,这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。

  工艺模拟技术得到迅速发展

  工艺模拟技术主要应用于热加工过程,过去通常必须做大量的实验才能初步控制和保证加工工件的质量,采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合确定最佳工艺参数、优化工艺方案,预测加工过程中可以产生的缺陷和防止措施,从而能有效控制和保证加工工件的质量。

  新型制造技术不断涌现

  现在对制造技术本身来说,各学科、专业之间的界限已经不那么明显,从产品的设计开始,直到产品的加工工艺、加工过程、质量检测、最后装配和包装,这些中间环节之间的界限已逐步走向淡化和消失,逐渐趋向一体化,如现在CAD、CAPP、CAM的出现就使设计和制造成为一体。现在推出一种新型技术———快速原型零件制造技术(RPM),其设计突破了传统加工技术采用材料“去除”的原则,而采用“添加、累积”的原理。代表性技术有分层实体制造(LOM),熔化沉积制造(FDM)等。网络技术、虚拟现实技术与制造业相结合

  虚拟现实技术(VRT)在制造业中的应用主要包括虚拟制造技术和虚拟公司(VC)两个部分。虚拟制造技术就是在真正产品生产之前,在虚拟制造环境下生成软产品模型(Soft Prototype)来代替传统的硬样品(Hard Prototype)进行实验,对其性能和可制造性进行预测和评估,从而减少损耗,降低成本。虚拟制造技术和网络技术相结合就可根据市场需求,将产品所涉及到的不同公司临时组建起来成一个计算机网络联系的虚拟公司,通过这种虚拟企业的模式,可使制造企业之间通过Internet建立制造资源信息网络来实施敏捷制造(AM)。

  沈阳机床生产率先实行“一次涂装”工艺

  为了改变以往先装配后喷漆的落后生产工艺,日前,沈阳机床在全国同行业中率先实行了一次涂装工艺,使机床生产工艺进一步与国际接轨。

  目前,沈阳机床已在摇钻系列产品中全面推行了一次涂装,镗铣床、车床系列等部分产品也实行了一次涂装。据公司负责人介绍,这次工艺改革不仅是沈阳机床在产品制造精品化工程上取得的进步,也是中国机床工业生产工艺上的一次革命。

  据介绍,为了将新工艺加快落实,公司方面还把一次涂装完好率作为一项重要考核指标,直接和车间业绩、职工收入挂钩。承担一次涂装工作的主制车间都重新制定了各工序的操作规程,让先进工艺逐渐改变员工的落后行为。

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