1.引言
环境、资源、人口是当今社会面临的三大主要问题。依靠科技进步，实现节资增效，减少废物排放，建立生产、消费与环境、资源相互协调的发展模式已成为人类社会可持续发展的必由之路。进入21世纪，在制造业实施绿色制造已势在必行。切削加工作为制造业重要而应用广泛的加工方法正面临新的挑战，在此背景下，绿色切削加工技术应运而生。
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、防锈等作用。随着人类社会对环境保护的高度关注，使用切削液所带来的负面影响已不容忽视。这些影响主要表现在：①大量使用切削液增加了制造成本。在欧洲汽车制造业，切削液的成本占总制造成本的16.9%，其中包括购买切削液的费用、使用切削液所需设备费、维护及废液处理费用等。而刀具成本仅占总制造成本的7.5%。②切削液中含有矿物油及硫、磷、氯等对环境有害的添加剂，如排放前未经处理或处理不当，则会对环境造成污染。③切削液对操作工人的健康造成威胁，会诱发多种皮肤病和呼吸道、肺部疾病。
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。目前国内外对绿色切削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。
2.干式切削
干式切削是指在机械加工中为了保护环境和降低成本而有意识地减少使用或不使用切削液的加工方法。干式切削分为两种，一种为完全不使用切削液的干式切削，另一种为用气体混合微量润滑剂代替切削液的准干式切削，其使用的是最小量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)技术。采用MQL技术的准干式切削适用于无法完全实现干切削的情况，如磨削加工及难加工材料的切削加工。采用准干切削加工后，刀具、工件和切屑都保持干燥，切屑无需处理便可回收利用。
目前对干式切削的研究主要集中在以下几个方面。
2.1干式切削加工刀具的研究
由于干式切削的温度比湿式切削高得多，为实现干式切削，要求刀具材料必须具有较高的红硬性、耐磨性、热韧性和热化学稳定性，并且切屑、工件与刀具之间的摩擦系数应尽可能小。刀具结构应便于排屑，刀具强度和冲击韧性要高。目前适用于干式切削的刀具材料有超细颗粒硬质合金、金刚石、立方氮化硼、涂层硬质合金等。
美国学者开发的纳米涂层(Nanocoatings)刀具，可采用多种材料的不同组合(如金属/金属组合、金属/陶瓷组合、陶瓷/陶瓷组合、固体润滑剂/金属组合等)，以满足不同的功能和性能要求。纳米涂层可使刀具的硬度和韧性显着增加，具有优异的抗摩擦磨损及自润滑性能。
日本住友电气工业公司开发了能以较高速度对淬硬钢进行干式切削加工的刀具材料——住硼磨料(立方氮化硼磨料工具商品名)BNX10、BNX25。住硼磨料BNX10适用于淬硬钢的高速连续干切削。对轴的外径加工实例表明，与陶瓷刀具相比，BNX10可获得较高的加工表面光洁度和稳定的尺寸精度，且刀具的寿命大大提高。住硼磨料BNX25通过优化CBN粒度及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作为结合相，提高了耐缺损性和耐月牙洼磨耗性，适用于淬硬钢的高速断续切削加工。对套筒材料外径的高速切削加工实例表明，与以往的刀具材料相比，在高速切削的条件下使用BNX25刀具的寿命也有所提高。
邓建新等人以TiB2为添加剂、Al203为基体，研制了Al203/TiB2陶瓷刀具材料。用该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验，结果表明，当切削速度大于12Om/min时，刀具开始表现出高温自润滑性能，自润滑膜的组成为Al203/TiBz陶瓷刀具中TiB2的氧化物，它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用，进而降低前刀面的摩擦，减轻刀具的粘着磨损，提高刀具的耐磨性能，具有良好的减摩和抗磨作用。
杨海东等人利用YT15基体的氮化碳薄膜涂层刀具干车削硅铝合金，试验结果表明，刀尖积屑瘤非常小，工件表面粗糙度值较小，刀具的使用寿命远高于硬质合金。
2.2干式切削加工机理的研究
刘献礼等人通过对不同硬度淬硬轴承钢GCrI5的干式切削试验，提出了临界硬度的概念，并得出50HRC为区分硬态切削与普通切削GCrl5的临界硬度的结论。从切削热的角度出发，淬硬钢的硬态干式切削机理就是被切削金属层的软化作用机理，切削温度对金属软化效应起着决定性作用，工件硬度随切削温度的升高而降低，并进一步影响已加工表面的形成及其质量。研究表明，当淬硬材料硬度高于50HRC时，切削机理因金属软化效应而发生变化，并由此导致切削力、已加工表面残余应力分布和白层的产生情况发生变化。现有切削理论已不能解释切削温度的变化规律。
在高速干切削方面，美国Makino公司提出“红月牙”(Red Crescent)干切削工艺。其机理是由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切削区附近的工件材料达到红热状态，导致屈服强度明显下降，从而提高材料去除率。目前主要采用PCBN和陶瓷等刀具来实现这种工艺。
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