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工程师的社会责任

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工程师的社会责任

背景介绍

全球变暖、自然灾害频发等现象敲响了人类保护环境的警钟,节能减排、绿色环保、促进人与自然和谐发展逐渐成为人类生产和生活的主导意识。而机械制造业作为我国国民经济支柱的主导产业之一,在传统的制造工艺中融入绿色工艺技术成为今后机械制造业发展的重点。绿色制造技术在其本质以机械制造流程中都与传统的机械制造技术类似。然而在其制造理念中由于满足环境保护以及我国可持续性发展观念,因而在当下的机械制造领域具有着乐观的发展前景。绿色制造技术在其制造流程中,往往更加充分的对现代的先进科学技术加以利用,对资源的使用也更加科学有效。因此使用绿色切削加工技术生产出的机械设备更能满足我国在机械相关产业的实际需求,有利于对我国机械制造业的发展进行推动。

绿色切削技术

绿色切削技术可以在机械制造加工工艺中做到降低能耗,减少排放的目标。因为加工切削机械产品操作当中所使用的切削液是存在污染的,所以绿色切削技术的应用就可以避免切削过程中污染的出现。干式切削、低温切削、绿色低温切削、绿色冷却润滑技术^[1]^是这种技术的几种主要方式和方法。

干式切削

干式切削消除了传统湿切加工中切削油液的使用及其导致的车间环境污染及工人职业健康危害,是一种典型的绿色高效切削加工工艺^[2]^。随着干式切削技术的发展,干式切削必然会成为绿色切削加工的主流工艺。然而,由于缺少冷却油液的冷却、润滑、排屑等作用,干式切削工艺存在诸多难题亟需解决,如干切机床热变形、干切刀具热致磨损与崩刃、被加工表面质量、材料干式切削可加工性评价^[3]^等。

在切削加工过程中,改善切削界面的摩擦状况,是提高切削性能的关键要素之一。传统切削往往大量使用切削液实现冷却润滑,以起到降低切削力和切削温度,延长刀具的使用寿命等作用。而近年来,传统浇注式供给切削液带来的环境问题日益严峻:传统切削加工过程中往往采用大量冷却液浇注的方式对工件和刀具进行冷却降温,这种冷却方式虽然能够降低切削温度、改善工件质量和辅助排屑,但也导致了如工人健康受损、污染加工环境等一系列问题,浇注式切削需要建立一个复杂且昂贵的切削液循环系统,这无形中也增加了制造成本。据统计,在欧洲汽车制造业,刀具成本通常只占生产成本的2%~4%;而切削液相关成本已超过刀具成本,占到生产成本的7%~17%。在可持续发展的大环境下,制造业必须探索新型冷却润滑方式,创造绿色、安全、清洁的生产环境。

低温切削加工技术

低温切削是利用低温流体如液态氮、液态二氧化碳和冷风等喷向加工系统的切削区域,造成切削区的局部低温或超低温状态,利用工件在低温条件下产生的低温脆性,提高工件的切削加工性、刀具寿命和工件表面质量。冷却是切削加工中重要的组成环节之一,主要用于抑制切削过程中工件的过快温升和降低刀具的磨损速度^[4]^。当前保护生态环境、可持续发展的观念早已深入人心。为了解决传统切削加工过程中冷却液浇注方式资源消耗巨大,对环境污染严重的问题,绿色切削技术具有巨大优势。

为了解决干式切削问题,实现加工过程中安全无污染的目的,各国学者通过寻求切削液的替代品或对刀具结构进行改进来实现绿色冷却,常见的冷却方式有最小微量润滑、低温冷却、内冷却和喷雾冷却等^[5]^。这些冷却方式在保证生产效率的基础上,能够有效节约生产加工所用资源,降低生产过程产生的污染,减少废液危害性,达到环保化生产。这些冷却方式中如喷雾冷却的冷却温度接近室温,对工件的内部结构热应力不会产生影响,能够充分证实绿色冷却切削技术的必要性和可行性。

绿色湿式切削

绿色湿式切削是指使用高性能、长寿命、低污染、可降解的新型绿色切削液,最大限度地减少切削液的用量和废液的排放,增加切削液循环使用的次数^[6]^,并对其实施无害化处理,从而达到绿色环保要求的切削加工方式。目前绿色湿式切削的研究主要集中在高性能、长寿命、低污染切削液及其废液处理技术切削液性能的优劣、废液处理的难易、对操作者的危害和对环境的污染程度均取决于切削液中添加剂的种类及性能。作为未来的切削液添加剂,必须性能优良,对人体和环境无害。提高切削液质量的有效途径是研究开发新型高效无毒添加剂。目前国内外专家、学者研制出了一些新型的添加剂:硼酸酷类添加剂、钼酸盐系缓蚀剂、新型防腐杀菌剂等。为适应绿色制造技术的发展趋势,实现切削加工过程的洁净化,在研究开发干式切削加工技术的同时,还应重视传统切削液系统的优化改造,研制先进的切削液供给系统以及有利于环境保护和人类健康、加工性能优越的新型绿色切削液。同时,通过改进供液方法,优化供液参数、加强使用管理等措施,可延长切削液使用寿命,减少切削液使用量及废液排放量。

绿色冷却润滑技术

微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)切削技术也叫做最小量润滑,是一种典型的准干式切削方法,是指将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑剂混合汽化,形成微米级的液滴,喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。该技术最早由德国学者KLOCKE等在1997年提出。大量试验及工程应用证明,其具有切削液用量少,可有效减小刀具与工件、刀具与切屑界面摩擦,降低切削力,防止黏结,延长刀具寿命,提高工件表面质量等优点,在铝合金、钛合金、高温合金等多种金属材料的加工中得到应用。微量润滑技术作为一种新型的绿色冷却润滑方式,近年来逐渐受到科学界和产业界的重视。国内外学者在MQL切削加工工艺方面进行了大量的试验研究,针对传统车削、铣削、钻削和磨削工艺的绿色化改造,面向钛合金、高温合金、不锈钢、铝合金、镁合金、合金钢等典型材料,甚至CFRP复合材料,以切削力、表面完整性、刀具磨损、切屑形态等为指标,优化了MQL工艺参数,实现在试验条件下MQL技术达到甚至超过了传统方法的切削性能^[10]^。

低温微量润滑切削技术

低温微量润滑切削技术是低温冷风切削技术和微量润滑切削技术的结合体^[7]^。为了进一步降低切削区温度,提高工件加工质量,提出了低温微量润滑切削技术。低温微量润滑切削技术将低温气体射流与微量润滑油通过雾化喷嘴喷射到切削加工区的一种高性能冷却润滑技术,低温微量润滑切削技术融合了低温冷风切削技术和微量润滑切削技术的优势,同时弥补了两种切削技术单独使用时存在的缺陷。

切削液的再利用技术

废金属切削液中大约有15%左右的有效成分因加工变质而自然失效,其中大约有超过80%^[9]^的有效变质成分经加工能够被有效地回收并加以利用,如果我们能够将这些废金属切削液生产过程中的有效成分经加工回收并有效地加以变质和利用,不仅我们还可以有效减少对资源的消耗和浪费,为社会和国家经济发展节约了大量自然资源,还使我们能够有效降低这些废金属切削液对于环境的污染和危害。因此,研究各种废金属切削液的变质和回收循环利用的工艺,将对于资源的有效循环利用和对环境的保护都具有积极的重大意义^[11]^。

社会价值

绿色工艺技术是遵循绿色健康理念为指导,在机械制造过程中从设计、生产、流通、回收等各个环节融入绿色施工理念的一种新型技术,是为了实现资源效益和经济效益的最大化,促进产品性能更加优化,达到保护环境,推动社会经济持续健康发展的目标。通过在机械制造中应用绿色工艺技术,使我国的机械制造业水平显著提升,促进了机械制造业长远发展目标的实现

综上所述,绿色制造技术作为现代化机械制造模式,应用重点在于大力提倡节能环保思想,这与机械制造行业的可持续发展战略要求不谋而合,因此为其拓宽了广阔发展与应用前景。绿色工艺技术是经济全球化、社会大发展的必然产物,也是实现机械化生产和可持续发展的技术支持和工艺保证。

工程师的社会责任

当今世界很多工程领域都爆发出严重的伦理问题,残酷的现实呼唤伦理教育。工程师必须把公众的"安全、健康、福祉"放在首位。工程实践既是一种技艺,更是一种德行,工程师具有良好的"伦理认知、伦理判断、伦理决策"的能力尤为重要。工程伦理就是"以道驭技、道技合一",弘扬理性精神。工程师应理解好"法理、情理、伦理"三者的关系,完成工程项目的时候尽力做到"人与人、人与社会、人与自然"和谐共生",以人为本",更要"以生命为本"。

协调人与自然关系的是"自然伦理",协调人与人之间关系的是"人际伦理",二者都得处理好个人利益与集体利益、当前利益与长远利益、局部利益与整体利益的关系。每一个工程项目对自然环境、社会环境、人文环境,都会带来巨大影响,工程师必须综合权衡和应对。

参考文献[1]杨明卓.浅谈机械制造过程中绿色制造技术的应用与发展[J].内燃机与配件,2019,290(14):246-247.[2]杨海军.基于绿色加工的PCD刀具干式切削铜合金的磨损研究[D].大连理工大学,2019.[3]袁松梅,朱光远,王莉.绿色切削微量润滑技术润滑剂特性研究进展[J].机械工程学报,2017,53(17):131-140.[4]赵翔.浅谈机械加工制造中的绿色制造工艺[Z].[5]张雨.内冷与喷雾复合冷却车刀设计及冷却性能研究[D].华东交通大学,2020.[6]陈致昊.绿色制造工艺技术在汽车制造业中应用研究[J].现代制造技术与装备,2020,56(9):127-128.[7]刘俊岩.水蒸汽作绿色冷却润滑剂的作用机理及切削试验研究[D].哈尔滨工业大学,2005.[8]Andrejczan,Michalsajgalik,Jozefholubjak,etal.IdentificationofTemperaturesinCuttingZoneWhenDryMachiningofNickelAlloyInconel718[J].ProcediaManufacturing,2017,14.[9]董玥彤,李慧,吴奕佳,等.一种切削废液循环利用环保装置设计[J].山东化工,2020,49(16):152-153,156.[10]凌天白.关于绿色制造技术在机床全生命周期中的应用[J].科技传播,2016,8(2):86,100.[11]李俊.绿色制造理念下机械制造工艺发展探究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2019(5):54-55.

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