航天结构件切削加工工艺资源消耗及环境影响绿色属性分析研究文献综述

文 献 综 述

摘要 本文介绍了本课题的选题背景及意义；简要介绍了航天结构件切削加工工艺的研究现状；对LCA（生命周期评价）的国内外研究最新进展进行了总结；

关键字：航天结构件 切削加工 LCA 环境影响

1. 选题背景及意义

当前人类社会面临可持续发展，因此制造业必须尽可能减少资源消耗和解决制造所带来的环境问题。传统的环境治理方法是末端治理，不能从根本上实现对环境的保护，为此上世纪九十年代提出了绿色制造。绿色切削的定义是：一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是在产品的整个生命周期中（包括设计、制造、包装、运输、使用到报废处理），都对生态环境和加工现场均无危害作用（或副作用很小），加工过程中产生的少量“三废”（废气、废液和废渣）在链条末端可回收或自然降解，达到对人体健康和环境没有危害的切削技术^[1]。引入生命周期评价可以评估切削加工过程中的资源消耗和环境影响，从而用来帮助减少对环境的影响。

金属切削加工是通过刀具和工件的相对运动来完成材料的移除。切削时会产生大量的切削热，使刀具、工件，甚至机床的温度升高。在传统的切削加工中，需要使用大量切削液浇注在切削区，以起到冷却、润滑、清洗、排屑和防锈等作用。但是，使用切削液作为冷却润滑剂会造成很多问题，如环境问题、成本问题等^[2]。绿色切削加工技术是一种充分考虑环境和资源问题的加工技术，它要求在整个加工过程中做到对环境的污染最小和对资源的利用率最高^[3]。目前国内外对绿色切的研究主要集中在干式切削、低温切削、绿色湿式切削等几个方面。切削液是机械加工过程中主要的污染源，而且切削液的费用约占零件制造成本的1/6，解决切削液带来的问题最有效的途径是采用绿色切削加工技术^[4]。绿色湿式切削是目前比较可行的加工方法。新型环保切削液的研制、切削液的合理使用及废液的净化处理成为亟待解决的问题。绿色切削加工技术作为21世纪一项新的课题，正得到越来越广泛的重视。虽然干式切削、低温切削、绿色湿式切削等技术还有很多问题需要解决，但它们的优越性正逐渐休现出来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。

切削加工是当前离散机械制造业的主要工艺手段。在三大机械加工工艺（切削、热处理与铸锻）中，切削加工的应用比例最高。拿机械加工总的劳动量来看，切削加工的劳动量约占30%~40%^[5]。据统计，全世界工业发达国家(包括苏联)，在90年代中期每年用于切削加工的费用就超过2500亿美元。我国每年用在切削加工方面的费用约为320多亿元人民币，每年创造的价值约为8000亿元人民币^[6]。虽然切削加工带给我们巨大的财富，但同时也对环境造成了很大的影响。我们有必要对切削加工这个离散制造过程进行环境影响分析^[7]。

1. 切削加工工艺

2.1 金属切削加工过程描述

金属切削加工过程是工件和刀具相互作用的过程。金属切削就是从工件上切除部分金属，并在保证高生产率和低成本的前提下，得到符合技术要求的形状、尺寸精度和表面质量的工件。

2.2 金属切削加工工艺分类

根据机械工业标准（JB/ T 5992.5-1992)机械制造工艺方法分类与代码---切削加工，切削加工工艺包括刃具切削、磨削、钳加工等3个中类和21个小类，分类情况见下表。