分析绿色机床设计的新材料

【编者按】为了经济发展与环境能够和谐发展，人们对机床制造业提出了一个新的概念--绿色机床设计。在世界机床行业发展的现阶段来看，绿色生态设计所应该具有的全新理念是：通过采用新结构和新材料的方式，减少机床的重量，节省材料，同时降低机床使用时的能源消耗，达到节能，并且保证不由于采用干新材料和新技术而造成机床热变形，影响加工精度。

制造业作为国民经济的支柱产业，虽然为社会创造了丰富的物质财富，但是要消耗大量的资源，还会造成环境污染。目前，环境问题已经日益成为影响社会经济发展的一个关键因素，各国政府制定的环保法规越来越严格，消费者也对环境管理极大关注。因此，如何减少资源消耗和环境污染是21世纪制造业面临的重大问题。为此，在制造业实施绿色制造技术，贯彻可持续发展战略已势在必行。机械制造业在我国的节能减排工作中起举足轻重的作用，金属切削机床是制造机器的机器，是工业母机，一般机床的工作年限都在三、四十年以上，属于长寿命产品，在其生命周期内既要消耗能源，又要产生固体、液体和气体的废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。所以，节省能源、绿色环保的新型机床成为当前研究的热点。

绿色机床设计的新材料

随着现代工程技术和科学技术对材料性能要求的不断提高，新材料的研究和应用得到迅速发展，以复合材料为代表的新材料已经广泛地应用于国民经济各个领域。在机械工业中，新材料的出现和应用使一些传统的加工工艺发生了重大变化。现代航空航天业等高新技术产业的发展对数控机床与装备的性能、精度、加工能力的要求日趋提高，带动和促进了数控机床与装备制造业的发展。

由于航空航天工业产品零件具有耐高温、高强度、难加工、合金材料和复合材料多、复杂结构件多和工艺要求高等特点，要求机床加工设备朝大型（重型、超重型）、高速、精密、复合、智能化的趋势发展。如何充分地发挥新材料工艺性能等优势，把它应用于实际，成为新时期机床设计领域的重要课题。

包括碳素纤维、陶瓷和复合材料等新材料在机床结构中的应用，使机床结构轻量化、环保化，促进了机床加工设备向高速、精密、复合、智能化方向发展。如机床的大尺寸支承件使用人造花岗石，或在钢板焊接的框架内填充混凝土，既可以节省金属资源，又可以增加抗振性和热稳定性；对一些受力条件复杂的零、部件，使用像碳素纤维等新材料，不仅可以使机床结构轻量化，而且可以提高寿命；对一些高硬度耐磨件，使用陶瓷等材料代替高硬度钢，既可以减轻重量，又可以节省贵重金属资源，还可以省去高硬度钢在加工过程中需多次进行的、耗时耗能的热处理工序。

例如，在欧美等国家机床产业中，新型材料树脂混凝土得到了很大的发展，特别是在高精度机床的床身应用方面，树脂混凝土正逐渐替代传统的铸铁。树脂混凝土是一种新兴结构材料，是一种由天然矿石（不同尺寸、不同来源）和环氧树脂（作为粘合剂）为主的混合物，相对于传统的铸铁来说具有很大的优势。目前，越来越多的国际机床制造商开始设计使用树脂混凝土的机床，但对于中国市场来说，这个领域还是空白。与传统铸铁相比，树脂混凝土具有以下4项优势：

（1）低能耗。相对于铸铁来说，树脂混凝土能耗少，在制作过程中节省大约30％的能量消耗。在面临电力、天然气、煤等能源短缺问题的今天，使用如树脂混凝土之类造价低廉并能回收的环保材料是最理想的选择，树脂混凝土垃圾和旧的床身可以作为建筑原料。

（2）吸振性好。如今，精密数控机床越来越受重视，在高速切削时，工件和机器部件移动得越来越快。提高转速、进给速度和增加零部件重量将会产生振动，从而降低精度。树脂混凝土能消除振动，提高机床的精度。

（3）高度整合性。和900℃浇铸温度的铸铁相比较，树脂混凝±45℃的浇铸温度是另一个优点。传统的方法是在床身浇铸完成以后再安装上其他的零部件，如今可以直接在铸件中铸入零部件，如管道、电缆、传感器、执行器和盛液体的内腔等。

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