绿色制造：持久的环境和商店效益
“绿色制造”已成为美国最大工业中许多人使用的常用词。古德温学院将其定义为“生产流程的更新和在制造领域内建立环保运营”。花时间重新考虑过时的流程可以节省您的时间和金钱，并有助于建立您作为一流企业的声誉。建立环保加工工艺是朝着创建环保企业正确方向的巨大飞跃。
绿色制造是该行业向前迈出的下一个合乎逻辑的步骤。
如何开始绿色制造
迈向更可持续的机械车间和绿色制造的第一步是评估您的设施对环境的影响。制造过程的环境影响评估最常用的方法是生命周期评估或 LCA。 ISO 14040 将 LCA 定义为对产品系统在其整个生命周期内的输入、输出和潜在环境影响的编译和评估。
要问自己的 4 个问题：
- 目标定义和范围界定——我想在这次调查中实现什么？
- 库存分析 - 量化的输入（能源、水、材料等）和输出（废气、废水）是什么？
- 影响评估 - 这些事物如何影响环境？
- 解释 - 我可以进行哪些更改以使我的流程更加高效和环保？
有一些数据库可以帮助进行库存分析。这些数据库收集进给速度、切削速度、刀具直径、切削时间、冷却液特性等信息，然后计算所有材料以及能量输入和输出。
了解切削液的影响
切削液很可能是您机加工车间的头号污染物，并且正在阻碍您实现绿色制造。根据现代制造流程，北美制造商在 2002 年消耗了超过 20 亿加仑，金属加工液市场从那时起才开始增长。切削液对加工过程有许多好处，主要涉及切削区域的冷却、润滑和排屑。
污染物
充分利用冷却液是任何机械车间成本效率的关键因素。因此，您可能面临或目前面临的最大问题之一是因污染物而导致切削液性能下降。最常见的污染物类型包括：
- 游离油（杂油或油底壳油）- 润滑 CNC 机床齿轮和设备的液体渗入切削液
- 粗颗粒 - 相对较大的固体废物、碎屑和切屑
- 细颗粒物 - 通常由钴、镉、铬、铝和铅等重金属组成的极小工件或切削工具碎片
- 微生物 - 生长在 CNC 机器的墙壁和管道内的细菌和真菌
使用 H 链、链条和板条、推杆或水槽系统通常可以轻松提取碎屑和切屑等粗颗粒。细颗粒物更加困难，因为它们需要以沉降罐、泡沫分离器、离心分离器或磁力分离器的形式进行分离或过滤。游离油也可以通过过滤去除，但也可以使用撇油器快速轻松地处理。
合适的过滤系统既可以节省机械车间的资金，又可以保护环境。
微生物是最难去除的，因为它们的大小可能是细颗粒的十分之一。 “周一早上的臭味”是厌氧菌在代谢过程中排出硫化氢的常见副作用。这些微生物是每隔几个月就必须从机器中排出和更换冷却液的主要原因之一。过去几十年的技术进步使膜微滤系统能够从冷却液中分离生物质以及油。有了这些类型的系统，操作员将不再需要使用有问题的杀菌剂，因为这些杀菌剂对环境和员工的健康都有不利影响。但是，需要注意的是，大多数微生物不是在切削液中生长，而是在机器的壁/管道上或埋在槽底部的切屑残留物中。
减少商店中微生物堆积的一些方法包括：
- 保持机器清洁 - 污泥、切屑和碎屑可能是细菌的滋生地
- 减少有机污染——唾液、汗水、烟草汁和有机物都是微生物的食物来源
- 减少杂油的用量——这也可以作为食物来源
一堆肮脏的薯片，细菌会在那里滋生并弄脏你的机器。
切削液的种类
良好的切削液应具有高闪点、良好的粘附性、高热稳定性和高氧化稳定性。高闪点是必要的，因为流体不应在高温下着火（汽油具有低闪点）。良好的粘附性使流体能够粘附在工件表面。这会在切削工具和工件之间形成一层，有助于将它们分开，从而减少摩擦。更大的摩擦力会导致更高的切削力，从而导致更高的切削温度。
高切削温度是有问题的，因为这会导致切削刀具磨损更快，并且还会导致工件加工硬化。高热稳定性意味着在高温下，流体应该具有低粘度（高粘度流体的一个例子是室温下的蜂蜜）。切削区域中的较低粘度允许较低量的摩擦，因此较低量的热量和切削力。切削液的氧化稳定性最终决定了切削液可以使用多长时间。一段时间后，油开始氧化，从而导致其粘度和油泥沉积量上升。
过多的冷却剂可能意味着过多的浪费。
就本文而言，切削液将分为两大类：可生物降解的和不可生物降解的。
不可生物降解的冷却剂
不可生物降解的冷却剂是以石油为基础的。它们具有很高的人类和生态毒性，从而导致职业健康风险。它们的处理过程也很复杂。
可生物降解的冷却剂
可生物降解的冷却剂是基于植物的。这些通常由大豆、椰子和油菜等蔬菜或印楝、卡兰贾和麻风树等不可食用植物制成。这一因素使它们成为一种可再生资源，对人类和环境的毒性较小。
近年来，一些改性植物油在表面光洁度、热抑制和润滑方面的性能已超过石油基油。发表在 Science Direct 上的一项研究以车削 304 不锈钢为中心显示，与其他两种切削液相比，含有硼酸添加剂的椰子油在对抗刀具后刀面磨损和表面粗糙度方面明显更好。这是由于植物性溶液具有较高的热稳定性。
另一项发表在 IOP Science 上的研究发现，在钻探低碳钢时，印楝油和 karanja 油的组合在润滑方面优于 SAE 20W40（石油基油）。结果表明，植物油溶液由于其较高的粘度和粘附性而降低了操作的切削力。这最终导致零件的表面光洁度更好。
您可以进行的具有成本效益的冷却液更换总结
- 保持机器清洁并减少外部污染，从而减少机器中微生物的堆积
- 安装膜式微滤系统
- 改用更高效且可生物降解的切削液
干式加工对绿色加工的积极影响
只要机会出现，就应该使用干式加工，因为与切削液的获取、管理和处置相关的成本和环境问题都被消除了。干式加工的另一个好处是没有热冲击。当刀具退出切削但冷却液仍在喷射时，较大的温度波动（热冲击）将导致切削刃比全时热运行时更快地损坏。干式加工在断续切削或切削淬硬钢的加工操作中最为普遍。它在高速和进给的铣削操作中特别受欢迎。使用高运行参数进行切削可以使大部分热量分散到切屑中，而不是分散到工件中。加工硬化钢时也是如此。
干式加工的理想工具
理想的切削工具应该更耐热，并且产生的热量更少。硬质合金是一种很好的基材，因为它非常坚硬和坚固。涂层刀具是干式加工的最佳选择，因为它们具有改进的隔热性和改进的自润滑性。
微量润滑 (MQL) 的积极影响
- 显着减少液体消耗
- 更安全的切削液和润滑剂
- 减少对员工的健康危害
- 更清洁的商店环境
- 减少维护
因为在 MQL 中使用了如此少量的流体，所以这使其成为使用价格稍贵的植物油的完美应用。已发现 MQL 在锯切和钻孔操作中最有效。
绿色制造的好处
通过环保镜头重新审视您当前的加工操作可以节省您的时间、金钱，并为您的员工创造一个危险性较低的工作场所。使用上述技术，可以近似车间效率并为当前和未来几代人的利益做出适当的改变。
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