2 低温加工的绿色功能和资源综合利用模型

1. 低温加工工艺简介
   低温加工是指利用物质在低温（包括超低温）状态下的特殊性能来进行机械加工。低温加工时，利用超低温液流体在机械加工系统内的切削区形成局部低温（或超低温）状态，从而利用在这种状态下加工对象和加工刀具的机械性能的改变，使其有利于机械加工。特别是对一些难加工材料，如钛合金、低合金钢、低碳软钢和一些塑韧性特别强的复合材料等形成较好的加工状态。图2为一种低温加工系统的构成示意图。
   低温加工的基本步骤是：

   1. 根据加工对象和加工工具的特性设定最佳低温加工温度T_opt;
   2. 利用低温流体使特定封闭式加工区的温度达到T_opt;
   3. 自动控制低温流体的喷射量，以维持加工区的温度在T_opt状态：一方面，当检测到的加工区温度偏离T_opt,则通过反馈控制器来调节喷射流量，另一方面当加工系统输入功率发生变化，则直接通过前馈控制器超前调节喷射流量，以维持最佳低温加工状态。其控制系统框图如图3所示。
2. 低温加工的绿色功能和资源综合利用模型
   低温加工采用的低温液体一般为液氮，液氮取自空气，使用过程中挥发回到空气中，无论其生产还是使用过程，均不对环境造成任何污染，避免了切削液所造成的环境污染。
   液氮挥发时，局部会产生缺氧现象，故应对加工区进行屏蔽，避免操作者受影响。
   自然，比起常规的加工来，低温加工系统增加了两部分额外费用：一部分是低温设备的投资费（包括低温容器、加工区屏蔽、控制系统）；另一部分是低温液体消耗费。
   若我们从资源的综合利用的角度出发，把制造厂建在氧气厂附近，直接利用氧气厂的废液——液氮作为低温加工系统的低温源，而液氢、液氧等输出供他用，形成资源综合优化利用系统，最大限度的提高资源综合利用率。另外还省去切削液供应及回收，减少了资源消耗，降低了低温加工的成本，提高其经济可行性。如图4所示。图中 E_c——切削时变换为热能的能量；
   E_ch——切屑和工件带走的能量；
   E_ab——低温液所吸收的热能；
   E_env——低温加工系统初始化所吸收的能量。

3 低温加工的综合效益

1. 改善某些塑韧性特别强的复合材料的机械加工性能。例如钛合金是一种广泛应用于航天和国防的优质合金材料，但又是一种典型的难加工材料，由于其塑性和韧性太强，加工时易损刀具，因而加工成本高，效率低。如果在低温状态下，其延伸率降低，脆性增加，加工性能将得到很大改善，从而提高了刀具的耐用度，降低了生产成本，提高了生产率和加工质量。
2. 减少了资源消耗。省去了切削液的供应与回收，利用氧气厂的废液——液氮，实现了资源的循环使用，从而降低了加工成本。
3. 减少了环境污染。液氮来自氧气厂，产生过程中不产生污染物，使用过程中不对车间环境造成污染，也没有排放物对生态环境造成污染，有效地保护了生态环境。

4 结论