2 低溫加工的綠色功能和資源綜合利用模型

1. 低溫加工工藝簡介
   低溫加工是指利用物質(zhì)在低溫（包括超低溫）狀態(tài)下的特殊性能來進行機械加工。低溫加工時，利用超低溫液流體在機械加工系統(tǒng)內(nèi)的切削區(qū)形成局部低溫（或超低溫）狀態(tài)，從而利用在這種狀態(tài)下加工對象和加工刀具的機械性能的改變，使其有利于機械加工。特別是對一些難加工材料，如鈦合金、低合金鋼、低碳軟鋼和一些塑韌性特別強的復合材料等形成較好的加工狀態(tài)。圖2為一種低溫加工系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。
   低溫加工的基本步驟是：

   1. 根據(jù)加工對象和加工工具的特性設(shè)定最佳低溫加工溫度T_opt;
   2. 利用低溫流體使特定封閉式加工區(qū)的溫度達到T_opt;
   3. 自動控制低溫流體的噴射量，以維持加工區(qū)的溫度在T_opt狀態(tài)：一方面，當檢測到的加工區(qū)溫度偏離T_opt,則通過反饋控制器來調(diào)節(jié)噴射流量，另一方面當加工系統(tǒng)輸入功率發(fā)生變化，則直接通過前饋控制器超前調(diào)節(jié)噴射流量，以維持最佳低溫加工狀態(tài)。其控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。
2. 低溫加工的綠色功能和資源綜合利用模型
   低溫加工采用的低溫液體一般為液氮，液氮取自空氣，使用過程中揮發(fā)回到空氣中，無論其生產(chǎn)還是使用過程，均不對環(huán)境造成任何污染，避免了切削液所造成的環(huán)境污染。
   液氮揮發(fā)時，局部會產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象，故應(yīng)對加工區(qū)進行屏蔽，避免操作者受影響。
   自然，比起常規(guī)的加工來，低溫加工系統(tǒng)增加了兩部分額外費用：一部分是低溫設(shè)備的投資費（包括低溫容器、加工區(qū)屏蔽、控制系統(tǒng)）；另一部分是低溫液體消耗費。
   若我們從資源的綜合利用的角度出發(fā)，把制造廠建在氧氣廠附近，直接利用氧氣廠的廢液——液氮作為低溫加工系統(tǒng)的低溫源，而液氫、液氧等輸出供他用，形成資源綜合優(yōu)化利用系統(tǒng)，最大限度的提高資源綜合利用率。另外還省去切削液供應(yīng)及回收，減少了資源消耗，降低了低溫加工的成本，提高其經(jīng)濟可行性。如圖4所示。圖中 E_{c#p#分頁標題#e#}——切削時變換為熱能的能量；
   E_ch——切屑和工件帶走的能量；
   E_ab——低溫液所吸收的熱能；
   E_env——低溫加工系統(tǒng)初始化所吸收的能量。

3 低溫加工的綜合效益

1. 改善某些塑韌性特別強的復合材料的機械加工性能。例如鈦合金是一種廣泛應(yīng)用于航天和國防的優(yōu)質(zhì)合金材料，但又是一種典型的難加工材料，由于其塑性和韌性太強，加工時易損刀具，因而加工成本高，效率低。如果在低溫狀態(tài)下，其延伸率降低，脆性增加，加工性能將得到很大改善，從而提高了刀具的耐用度，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。
2. 減少了資源消耗。省去了切削液的供應(yīng)與回收，利用氧氣廠的廢液——液氮，實現(xiàn)了資源的循環(huán)使用，從而降低了加工成本。
3. 減少了環(huán)境污染。液氮來自氧氣廠，產(chǎn)生過程中不產(chǎn)生污染物，使用過程中不對車間環(huán)境造成污染，也沒有排放物對生態(tài)環(huán)境造成污染，有效地保護了生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論