綠色制造是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，其基本宗旨是：使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中資源利用率最高、廢棄物最少、對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小。切削加工在制造業(yè)中占有重要地位，它在為人類社會(huì)創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)．也在大量消耗有限的自然資源，并造成環(huán)境污染。作為切削加工不可缺少要素之一的切削刀具，在其制造和使用過(guò)程中同樣存在資源利用和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。為此，人們提出了綠色刀具的概念，并將其應(yīng)用于切削刀具的設(shè)計(jì)、制造與使用。
1.綠色刀具的基本特征
    根據(jù)綠色制造“節(jié)約能源、利用資源、減少污染，有利于環(huán)境保護(hù)”的指導(dǎo)思想，綠色刀具應(yīng)具備以下特征： 
    (1)最大限度地節(jié)約能源：綠色刀具在其生命周期的各個(gè)階段所消耗的能源應(yīng)最少，使能源得到最有效的利用。 
    (2)最大限度地利用材料資源：綠色刀具應(yīng)盡可能減少材料的使用量和使用材料的種類(少用或不用稀有材料及有毒、有害材料)，這就要求設(shè)計(jì)刀具時(shí)應(yīng)在滿足“切削”要求的前提下，盡量簡(jiǎn)化刀具結(jié)構(gòu)，合理使用材料，并可最大限度地實(shí)現(xiàn)刀具材料的再利用。 
    (3)最大限度地減少污染、保護(hù)環(huán)境：綠色刀具從開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到使用維護(hù)乃至報(bào)廢后回收處理的各個(gè)過(guò)程中均應(yīng)對(duì)環(huán)境無(wú)負(fù)面影響或污染甚小。
2.綠色刀具生命周期設(shè)計(jì)體系 
    切削刀具的綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同。綠色設(shè)計(jì)包括概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造與工藝、使用與維護(hù)、報(bào)廢后的回收、重用及處理全過(guò)程的“綠色化”，即對(duì)綠色刀具進(jìn)行生命周期設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮刀具(產(chǎn)品)對(duì)工藝環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，并將其控制在最小范圍內(nèi)或予以完全消除。為此，可建立綠色刀具生命周期設(shè)計(jì)體系模型。該體系模型由四個(gè)層次組成。第一層為目標(biāo)層，以設(shè)計(jì)出“利用資源、節(jié)約能源、減少污染和保護(hù)環(huán)境”的綠色刀具為目標(biāo)；第二層為內(nèi)容層，包括綠色刀具的技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、綠色材料選擇、資源能源利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)四部分；第三層為過(guò)程層，即實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)考慮的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、使用維護(hù)和回收處理等主要階段；第四層為因素層，即綠色設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的主要因素，包括材料、能源、成本、效率、安全、加工質(zhì)量、使用壽命、環(huán)境影響等。
3.綠色刀具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1 綠色刀具技術(shù)設(shè)計(jì)的基本要求 
    目前，綠色切削技術(shù)以干式切削和高速切削為主。對(duì)綠色刀具進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下基本要求： 
    (1)為適應(yīng)干式切削、高速切削對(duì)刀具切削性能的要求，綠色刀具材料應(yīng)具有高強(qiáng)度、高硬度和良好的耐熱性、耐沖擊韌性等機(jī)械物理性能。現(xiàn)有的一些刀具材料如陶瓷、CBN、高性能硬質(zhì)合金等均具有較好的耐熱性、耐磨性等，可用于綠色刀具的制造。 
    (2)干式切削、高速切削會(huì)顯著提高切削區(qū)溫度，增大刀具與切屑之間的摩擦阻力，容易產(chǎn)生積屑瘤，加劇刀具磨損。為改善刀具切削刃的耐高溫、耐磨損性能，可對(duì)刀具表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐繉犹幚?如涂覆TiN、TiC、Al203等涂層)，以起到減小切削力和切削功率、減小刀具與切屑的摩擦阻力、阻隔切削熱、減小刀具磨損、延長(zhǎng)刀具壽命的作用。 
    (3)排屑和散熱是干式切削、高速切削中需要解決的重要工藝課題。為提高加工質(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命，應(yīng)對(duì)綠色刀具的排屑槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證排屑流暢、散熱迅速。
3.2 綠色刀具幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 
    (1)干式切削刀具 
    干式切削時(shí)，由于刀具與切屑接觸部位溫度過(guò)高，因此刀具的磨損機(jī)制通常以月牙洼磨損為主。一般情況下，干式切削刀具應(yīng)具有較大的前角，但增大前角會(huì)降低刀尖強(qiáng)度，為此可設(shè)置合適的負(fù)倒棱，使切削刃對(duì)切削力和切削高溫具有足夠的承受能力，同時(shí)又可減輕切削沖擊和因月牙洼擴(kuò)展造成的不利影響，使切削刃在較長(zhǎng)切削時(shí)間內(nèi)保持足夠強(qiáng)度。此外，適當(dāng)加大刀尖前角、后角及刃傾角，可縮短刀具與加工表面的接觸長(zhǎng)度，有利于減輕后刀面磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命。 
    (2)高速切削刀具 
    高速切削具有切削力小、散熱迅速、加工過(guò)程穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。與普通切削刀具相比，高速切削刀具前角較小(約小10°)、后角較大(約大5°～8°)。為防止刀尖處發(fā)生熱磨損，可在主、副切削刃的連接處采取刀尖修圓或倒角的方法，通過(guò)加大刀尖角、增加刀尖附近的切削刃長(zhǎng)度和刀具材料體積，提高刀具剛性和減小刀刃破損概率。此外，對(duì)于高速回轉(zhuǎn)刀具(包括刀柄和刀具旋轉(zhuǎn)總成)還應(yīng)進(jìn)行精密的動(dòng)平衡校驗(yàn)，以保證加工質(zhì)量和加工安全，延長(zhǎng)刀具壽命，提高切削效率。 
    綠色切削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)表明，干式切削與高速切削的有機(jī)結(jié)合將獲得生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好、環(huán)境污染小等多重效益。
4．結(jié)語(yǔ) 
    為實(shí)現(xiàn)綠色刀具生命周期設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)，應(yīng)從刀具的概念設(shè)計(jì)起就以“綠色化”為主線貫串整個(gè)設(shè)計(jì)全過(guò)程，包括在生產(chǎn)制造過(guò)程中選用綠色材料、采用綠色制造技術(shù)與工藝，用戶在使用中應(yīng)用綠色切削技術(shù)，不產(chǎn)生環(huán)境污染或?qū)⑽廴緶p小到最低限度，在回收、處理報(bào)廢淘汰刀具的過(guò)程中運(yùn)用綠色處理技術(shù)，盡量減少?gòu)U棄物且不產(chǎn)生二次污染，從而實(shí)現(xiàn)刀具整個(gè)生命周期的“綠色化”。 作者：常熟高等專科學(xué)校 林朝