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綠色製造技術在金屬加（jiā）工中刀具的選擇應用

2022-6-14 來源：山東理（lǐ）工大學機械工程學院作者：亓軍

摘要：人們對於可持續發展環保觀念的（de）重視，使得綠色製造技術（shù）也逐漸映入大眾視野，以其節（jiē）約環境與經濟（jì）成本（běn）、促（cù）進生態（tài）文明（míng）建設的突出優勢，成為（wéi）關注的焦點內容之一。在追求健康環保的生（shēng）活方式的同（tóng）時，人們對於製作（zuò）工藝尤其是綠色製造技術（shù）提出了更高層次的要求。本（běn）文從綠色（sè）製造的概念內涵出發，對金屬加工中刀具的選擇原則、建（jiàn）議以及綠色（sè）刀（dāo）具的設（shè）計（jì）要求進行了簡要介紹，以（yǐ）期可以為相關的理論與技術工作者（zhě）提供基本的借鑒與參（cān）考。

關鍵詞（cí）：綠色製（zhì）造技術；金屬加工；刀具選擇

0 引言

自然（rán）資源與人類（lèi）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（lì）用有限的（de）自然（rán）資源，去獲得最大的經濟利益是當代社會製造業的重點議題。綠色製造技術的最大特征就在於符合當今時代（dài）發展（zhǎn）潮流，迎合了可持續（xù）發展理念的發展要求。恰（qià）如其名（míng），綠色（sè）製造技術以綠色理念為核心。因而，在（zài）進行金屬資源的加工過程（chéng）中，綠色製造技術（shù）能夠在保障產（chǎn）品質量的基礎之上最大程度的節（jiē）約資源，真正實現了將經濟效益進行最大化（huà），進而廣泛應用於現代製造業。與此同時，在進行金屬（shǔ）加工的具（jù）體環節中，如何選（xuǎn）擇（zé）加（jiā）工刀（dāo）具進行設計製造是尤為重要的（de）。刀具選擇（zé）的適當與否直（zhí）接關係到金屬加（jiā）工製造的質量與效率，因而，本文將對金（jīn）屬加工中刀具的選擇

進行簡要介紹。

1、綠色製造的概念內涵

顧名思義，綠色製造的概念正是在追求綠色環保（bǎo）生態（tài）理念的社會環境背景下，在工業（yè）生產製造領域提出的一種用於（yú）指導生產製造的理論概念。具體來講，綠色製造（zào）理念就是將（jiāng）資源效益與環境保護進行有效結合從（cóng）而在工業產（chǎn）品的設計、製造、包裝運輸、使用以及後續處理等各項環節提供最佳選擇，以達到節約資源、減少人工工業環境汙染以及保護（hù）人類身心健康的目的。總而（ér）言（yán）之，綠色製造（zào）就是旨在降低工（gōng）業製造對於生態環境以及人類自身（shēn）的危害，同時（shí）可以對有限生態（tài）資源進行合理（lǐ）科學利用從而實現經濟（jì）效益（yì）最大化的一（yī）套現代工業製造模（mó）式。

2、金屬（shǔ）加工中刀具的選擇原則

在綠色製造（zào）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（yuán）則進行簡要介紹。

2.1 效（xiào）率原則

所謂事半功倍，現代（dài）社會工業發展迅速，其一主要特征就是追求高效原則。對於金屬的切割製（zhì）造來講，選擇刀具的重要（yào）原則標準同樣在於遵循效率原則。在保障刀（dāo）具的基本質量如穩定性以（yǐ）及刀（dāo）具精密度的前（qián）提之下，刀具的效率原（yuán）則是決定金屬加工製造資源利用率的重要影響因素（sù）。在整個工藝（yì）製（zhì）造加（jiā）工（gōng）的過程中，刀具製造本身所占成本其（qí）實並不大，但其後續影響（xiǎng）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製造（zào）技（jì）術所節約的資源成本直接相關。如果切割（gē）刀具的（de）使用效率較（jiào）低，其（qí）直接後果就是延長金屬（shǔ）加工製造的周期。此外，還會降低（dī）自然資源的使用率，導致金屬原材料的大量浪（làng）費，甚至造成環境汙染。因此，在金屬切（qiē）割加工中，刀具的選擇必須考慮（lǜ）效率原（yuán）則。

2.2 精度原則（zé）

隨著近年來我國科（kē）技水平的不（bú）斷發展，工藝製造產品越發向著精細化與複（fù）雜化的方向發展。進而，在對金屬進行切割加工製造的時（shí）候，刀具的精度就成為一項重要（yào）原則。就金屬加工可具（jù）體細化分為粗（cū）加工與精加（jiā）工兩種（zhǒng），在粗加（jiā）工中，最為重要的在於效率原則，目的在於（yú）迅速打造工藝（yì）產品的大致造型。而在精加工環節，則必（bì）須對工藝產品進（jìn）行細致打磨（mó），即以（yǐ）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（shì）合的刀具。如相較於 C 型刀片（piàn）來講，W 型刀具在鋒（fēng）利度以及精細（xì）度上（shàng）都具有明顯的優越性。總而（ér）言之，在進行（háng）金（jīn）屬切割（gē）加工的過程中，應該根據不（bú）同的設計要求分析（xī），選擇精細度不同的（de）刀具。隻有這樣，才能夠科學合理地對金（jīn）屬工藝進行加工（gōng）打磨，滿足（zú）不同客戶的使用需要。

2.3 穩定性原（yuán）則

對於金（jīn）屬切割加工製造來講，其本身是一項潛在危險性較大的工作。尤其，涉（shè）及到對於刀具（jù）的使用時這一（yī）危險性就更（gèng）為突出。即使（shǐ）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，在進行金屬加工製造時（shí），刀具的（de）穩定性原則（zé）十分重要，這（zhè）是相關工作人員（yuán）人身安（ān）全的基本保障。具體來講，刀具的穩定性原則表現在（zài）諸多方麵，無論是（shì）原材（cái）料的材質、刀片安裝的槽型以（yǐ）及安裝夾的鬆緊度都會影（yǐng）響到刀具自身的穩定性。如果不慎刀具穩定性（xìng）能較差，或者在使用過程中因為某一方麵的影響（xiǎng）而導致刀具損壞，對於工作人員的安全性造（zào）成威脅（xié）自（zì）不必再加以贅述，還（hái）會導致不（bú）必要的資源浪費與（yǔ）成本（běn）增加。

2.4 經濟性原則

歸根結底，無論（lùn）是金屬製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（xū）納入金屬結構製造的考量範圍之（zhī）內。首先，對於刀具選擇中的效率原則、精度原則（zé）以及穩定性原則，都有在一定程度上考慮了經濟（jì）性原則。綠色製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（qí）次，在對金屬加工的過程中，如果對於刀具的精（jīng）度要（yào）求也（yě）就是對於（yú）金屬的切割深度要求並不十分（fèn）嚴格，應將成本（běn）納入考（kǎo）量範圍內以（yǐ）滿足不同客（kè）戶的購買需求。

3、綠色刀具的設（shè）計要求

在將（jiāng）綠色製（zhì）造技術運用至（zhì）金屬切割製造的過程（chéng）中，刀具選擇除了要（yào）考（kǎo）慮上述原則外，還應該對刀具的使用壽命、回收（shōu）利用以及處理等綠色設計進行考量。

3.1 滿足切割需（xū）要

在（zài）金屬加工製造中，刀具選擇（zé）的固然重要，但選（xuǎn）擇科學的切削方式同樣（yàng）必不可少。目前來講，我國金屬加工製造業主要的刀具切削方式可分為幹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（rú）硬度（dù）、強（qiáng）度（dù）以及耐熱性等性能（néng）要（yào）求也（yě）會不同。對於綠色刀具的設計來講，由於它（tā）在實際應用中會加（jiā）大金屬（shǔ）與刀具之（zhī）間的摩擦力（lì），使得金屬周邊的溫（wēn）度更高。因而，其硬度（dù）、熱度以及（jí）耐熱性相（xiàng）較於一般的刀具設計性能來講要更強。總而言之，綠色刀具（jù）設計的質量較於一般刀具質量更（gèng）佳。因此，在（zài）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（háng）調整，從而滿足刀具的性能（néng）設計（jì），提（tí）供金屬加工（gōng）製造的工作（zuò）效

率。比如（rú）現代綠色（sè）製造技術所打造的陶瓷刀具。相（xiàng）較於其他刀具而言，陶瓷刀具在摩擦力（lì）、切削硬（yìng）度以及耐用度等性能（néng）上都更加具有優越性。以氮化矽（guī）陶瓷刀具為例，在該（gāi）刀具的設計製造之初，為了滿足高速切割以及更加耐用的設計需求，便（biàn）采用了氮、矽等化學原（yuán）材料。既可以有效節約（yuē）自然資源，又可（kě）以（yǐ）最大限度（dù）的（de）滿足設計需求。就現代機械製（zhì）造市場來看，陶瓷刀具的應用（yòng）稱得上是最為廣泛的綠色刀具，在對於合金結（jié）構鋼以及高硬度鋼的加工製造中都可（kě）以看到其身影。

3.2 幹式（shì）切削刀具

就（jiù）物理原理（lǐ）來講，幹式切削刀具主要（yào）是憑借刀刃自身與金屬切割物之間劇烈（liè）的（de）摩擦所導致的高溫而進行切割完成作業的。因而在通常情況下幹式（shì）切削刀具中（zhōng）會有較為明顯的月牙窪磨損現象。這主要是因為幹式切削刀具（jù）的前角較大，刀尖部分的強度降低。因此（cǐ）對於幹式切削刀具而言，其（qí）前後腳以及傾斜度的參數都有（yǒu）嚴格的要求。稍有不慎，就會導（dǎo）致刀（dāo）具磨損嚴（yán）重，切割速（sù）度下降（jiàng）甚至（zhì）直接導致刀具報廢（fèi）。與此同時，由於幹式切削刀具的（de）主（zhǔ）要作業原理在於高溫摩擦，所以其對於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（jù）設計之初，也可（kě）以（yǐ）選擇通過塗抹矽化碳等化學塗（tú）層來增加刀具的性能。

3.3 快速切削刀具

相較於幹式切削刀具而言，快速切削刀具的主要特點就在（zài）於高速切割與高穩定（dìng）性。在對金屬切料進行（háng）加工製（zhì）造（zào）的過程中，快速切削刀具通常磨損現象會明顯出（chū）現在刀尖位置。因此，對於快（kuài）速切（qiē）削刀具設計（jì）來（lái）講，緩解刀尖的磨損度從而增強刀具質量並延長刀具的使用壽命（mìng）是重（chóng）點任務。一般來講，刀具（jù）所需的切削速度要求越高，就意味著它對於刀具材（cái）料的（de）耐磨性以及紅硬性的要求也就越高。在現（xiàn）代金屬製造業的市場上來看，快速切削刀具一般都（dōu）會（huì）選用硬度較高（gāo）的金屬材料，單（dān）晶（jīng）金剛（gāng）石、聚晶（jīng）金剛石（PCD）以及聚晶立方氮化硼（PCBN）等材料。基於綠色（sè）製造技術（shù）所提倡的（de）低汙染、低（dī）耗能（néng）的發展要求，PCD 以及 PCBN 等材料所製成的刀具在市場（chǎng）上（shàng）最為廣受歡迎。以汽車製造市場為例，無論國內（nèi）外 PCNB 刀具（jù）都已經成為新（xīn）時代廣泛應用於各大生產線上的（de）綠色刀（dāo）具。圖 1 為切削刀具所使用的原材料硬度、耐磨（mó）性與韌性數據參數圖。

圖 1 切削刀（dāo）具原材料硬度、耐磨性（xìng）與韌（rèn）性數據圖

4、結語

毫無疑問，綠色製（zhì）造技術在當（dāng）今以及未來（lái）都（dōu）是工業加工製造業的核心引領。因而，在金屬切割製造（zào）的刀具選擇中運（yùn）用綠色製造技術勢在必行。而如果想要真正達到增（zēng）強刀具質量，延長刀具使用壽命的發展（zhǎn）目的，必須始終堅持（chí）綠色發展理念，不（bú）斷引進綠色製造技術。這（zhè）對於金屬加工（gōng）製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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