Majoritatea problemelor de mediu și de sănătate a muncii asociate cu prelucrarea mecanică se datorează utilizării fluidelor de tăiere. În ultimele decenii, s-au făcut eforturi extinse pentru a le aborda. Acest capitol oferă o privire de ansamblu asupra acestor eforturi. În linii mari, aceste eforturi ar putea fi împărțite în două categorii, adică abordări bazate pe fluid și abordări bazate pe sistem. Pentru abordările pe bază de fluide, s-au făcut eforturi pentru a prelungi durata de viață a fluidelor de tăiere și pentru a proiecta formulări de fluide de tăiere folosind ingrediente pe bază bio. Pentru abordările bazate pe sistem, eforturile s-au concentrat pe reducerea sau eliminarea utilizării fluidelor de tăiere. Dar, trebuie remarcat faptul că multe dintre aceste abordări vor crește costul de producție și nu sunt competitive în multe aplicații. Ca urmare, se așteaptă ca tehnologiile tradiționale de prelucrare să rămână utilizate pe scară largă în deceniile următoare, în timp ce se vor depune eforturi continue pentru a promova tehnologiile ecologice pentru a le face mai competitive.
Most of the environmental and occupational health issues associated with machining are due to the use of cutting fluids. In the past decades, extensive efforts have been made to address them. This chapter provides an overview of these efforts. Roughly speaking, these efforts could be put into two categories, i.e., fluid-based approaches and system-based approaches. For fluid-based approaches, efforts have been made to extend usable life of cutting fluids and design cutting fluids formulations using bio-based ingredients. For system-based approaches, efforts have been focused on reducing or eliminating the use of cutting fluids. However, it should be noted that many of these approaches will increase production cost and are not competitive in many applications. As a result, traditional machining technologies are expected to remain to be widely used in decades to come, while continuing efforts will be made to advance environmentally friendly technologies to make them more competitive.

Aproape toate cercetările privind dezvoltarea fluidelor de tăiere pe bază bio s-au concentrat pe înlocuirea uleiului de petrol cu ​​ulei vegetal și esteri sintetici, care pot concura cu alte aplicații, cum ar fi furnizarea de alimente și combustibilii regenerabili. Însă, s-a constatat că uleiurile și esterii pe bază bio nu sunt absolut necesari pentru a realiza acest lucru și este posibil să se utilizeze produse secundare în exces sau chiar deșeuri în acest scop. Recent, cercetătorii din Germania au dezvoltat un nou tip de fluide de tăiere pe bază bio, care se bazează pe apă și glicerină (Winter et al. 2012). Expansiunea rapidă a producției de biomotorină a dus la o aprovizionare în exces de glicerină. Utilizarea glicerinei ca ingredient principal în fluidele de tăiere oferă o soluție promițătoare la această problemă, eliminând în același timp nevoia de ulei de petrol. Șlefuirea inelelor cilindrice interioare din oțel aliat cu carbon a fost efectuată folosind nitrură de bor cubică și discuri din oxid de aluminiu. Testele au sugerat că fluidele de glicerină pot oferi performanțe comparabile și parțial mai bune în ceea ce privește forțele de prelucrare măsurate, uzura sculei și rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat. În plus, nu au fost găsite reacții adverse sau produse de descompunere pe piesa de prelucrat finită și nu au fost detectate VOC atunci când au fost utilizate fluide pe bază de glicerină. Mai mult, se raportează că fluidele de tăiere pe bază de glicerină sunt foarte biostatice, eliminând astfel nevoia de biocide pentru controlul microorganismelor (Winter et al. 2012).
Almost all research on developing bio-based cutting fluids has been focusing on replacing petroleum oil with vegetable oil and synthetic esters, which may compete with other applications such as food supply and renewable fuels. However, it has been found that bio-based oils and esters are not absolutely necessary to achieve this and it is possible to use by-products in excess supply or even wastes for this purpose. Recently, researchers in Germany developed a new type of bio-based cutting fluids, which are based on water and glycerol (Winter et al. 2012). Rapid expansion of biodiesel production has led to an excess supply of glycerol. The use of glycerol as one main ingredient in cutting fluids offers a promising solution to this problem while at the same time eliminating the need of petroleum oil. Grinding inner cylindrical rings made of carbon alloy steel was conducted using cubic boron nitride and an aluminum oxide wheels. The tests suggested that glycerol fluids can deliver comparable and partially better performance with regard to the measured machining forces, the tool wear, and the workpiece surface roughness. In addition, no adverse reaction or decomposition products were found on finished workpiece, and no VOCs were detected when glycerol-based fluids were used. Moreover, it is reported that the glycerol-based cutting fluids are highly biostatic, thus eliminating the need of biocides for microorganism control (Winter et al. 2012).

Utilizarea microfiltrației cu membrană pentru controlul contaminanților a fost demonstrată la scară pilot atât pentru fluide de tăiere sintetice, cât și semisintetice. Limitarea principală pentru aplicarea mai largă a tehnologiei de filtrare cu membrană este sensibilitatea acesteia la designul formulării fluidului de tăiere. Multe dintre fluidele de tăiere curente au compatibilitate scăzută cu microfiltrarea; astfel, în timpul filtrării apar încrustări semnificative ale membranei și pierderi de ingrediente. Dezvoltarea viitoare a formulării pe bază bio ar trebui să ia în considerare compatibilitatea cu microfiltrarea, acordând o atenție deosebită selecției uleiurilor și agenților tensioactivi, precum și concentrațiilor acestora.
Using membrane microfiltration for contaminant control has been demonstrated at pilot scale for both synthetic and semisynthetic cutting fluids. The primary limitation to wider application of membrane filtration technology is its sensitivity to cutting fluid formulation design. Many of the current cutting fluids have low compatibility with microfiltration; thus, significant membrane fouling and ingredient loss occur during filtration. Future development of bio-based formulation should take microfiltration compatibility into consideration by paying particular attention to the selection of oils and surfactants as well as their concentrations.

Prelucrarea uscată și prelucrarea MQL reduc semnificativ amprenta asupra mediului în procesul de prelucrare, deoarece utilizarea fluidelor de tăiere este foarte mult redusă sau eliminată. Obstacolul principal pentru adoptarea pe scară largă a acestor tehnologii este costul și lipsa expertizei tehnice. Majoritatea sistemelor MQL utilizate în prezent sunt adaptate la mașini-unelte existente, astfel încât performanța optimă de prelucrare nu este în general atinsă. Este de dorit să se configureze sistemele MQL astfel încât lubrifianții să fie livrați mai eficient la muchia de tăiere primară; astfel, cantitatea de lubrifianți necesară poate fi redusă la minimum, menținând în același timp o lubrifiere și o răcire suficiente. Deși sunt dezvoltate multe configurații MQL, nu este clar în ce măsură aceste configurații sunt aproape de setările optime. În plus, lubrifianții MQL folosiți în mod obișnuit nu pot oferi o capacitate mare de lubrifiere și de răcire în același timp, ceea ce necesită dezvoltarea de noi lubrifianți. De asemenea, sunt necesare cercetări pentru a dezvolta materiale de inserție pentru scule care pot tolera temperaturi ridicate și/sau oferă auto-lubrifiere.
Dry machining and MQL machining significantly reduce environmental footprints of machining process as the use of cutting fluids is greatly reduced or eliminated. The primary obstacle for widespread adoption of these technologies is cost and the lack of technical expertise. Most of MQL systems currently in use are retrofitted to existing machine tools, thus optimal machining performance is generally not achieved. It is desirable to configure MQL systems such that lubricants are delivered more effectively to the primary cutting edge; thus, the amount of lubricants needed can be minimized while maintaining sufficient lubrication and cooling. Although many MQL configurations are developed, it is not clear to what degree these configurations are close to optimal settings. In addition, commonly used MQL lubricants cannot deliver high lubrication and cooling capacity at the same time, which calls for the development of new lubricants. Research is also required in order to develop tool insert materials that can tolerate high temperature and/or provide self-lubricating.

Trebuie remarcat faptul că majoritatea mașinilor-unelte fabricate au costul, productivitatea și precizia ca obiective principale. Adoptarea prelucrării ecologice necesită dezvoltarea de mașini-unelte cu eficiență energetică ridicată și impact redus asupra mediului. În prezent, Grupul de lucru 12 al ISO/TC 39 lucrează la elaborarea standardelor pentru evaluarea de mediu a mașinilor-unelte. Foarte probabil un standard de eficiență energetică va fi disponibil în curând, iar producătorii care produc mașini-unelte de înaltă eficiență vor câștiga unele avantaje pe piață.
It should be noted that most machine tools manufactured have cost, productivity, and precision as main targets. Adopting environmentally friendly machining requires the development of machine tools with high-energy efficiency and low environmental impacts. Currently, Workgroup 12 of the ISO/TC 39 is working on the development of standards for environmental evaluation of machine tools. Very likely an energy efficiency standard will soon be available, and manufacturers producing high-efficiency machine tools will gain some market advantages.

Procesele de prelucrare interacționează cu mediul prin intermediul fluxurilor de materiale și energie atât pe partea de intrare, cât și pe cea de ieșire. Noile tehnologii de prelucrare au probabil propriile lor sarcini de mediu, iar evaluarea ciclului de viață trebuie efectuată pentru a determina beneficiile lor reale pentru mediu (Clarens et al. 2008). În mod ideal, evaluarea ciclului de viață ar trebui integrată în dezvoltarea procesului pentru a oferi feedback în timp util. Prin urmare, există o necesitate critică de a dezvolta o bază de date cuprinzătoare a inventarului ciclului de viață, cu o acoperire largă a proceselor de prelucrare.
Machining processes interact with the environment through material and energy flows on both input and output sides. New machining technologies likely have their own environmental burdens, and life cycle assessment has to be carried out to determine their true environmental benefits (Clarens et al. 2008). Ideally, life cycle assessment should be integrated into process development to provide timely feedbacks. Therefore, a critical need exists to develop a comprehensive life cycle inventory database with broad coverage on machining processes.

Pe măsură ce populația lumii și calitatea medie a vieții cresc, sustenabilitatea mediului a devenit o mare provocare cu care se confruntă societatea noastră. Producția are un impact semnificativ asupra mediului, în special în țările în curs de dezvoltare. Prin urmare, ecologizarea activităților de producție, inclusiv procesele de prelucrare, joacă un rol important în atingerea unor obiective importante de dezvoltare durabilă. În ultimul deceniu, s-au efectuat numeroase cercetări în domeniul prelucrărilor ecologice, dar penetrarea industrială pare să fie limitată pentru multe dintre aceste noi tehnologii. Există bariere care trebuie depășite pentru a implementa tehnologiile ecologice dezvoltate în atelierele de mașini. In acelasi timp, comunitatea de cercetare ar trebui să-și continue eforturile pentru dezvoltarea de noi tehnologii de prelucrare cu performanțe economice și de mediu îmbunătățite.
As world population and the average quality of life both increase, environmental sustainability has become a big challenge faced by our society. Manufacturing has a significant impact on the environment, especially in developing countries. Therefore, greening manufacturing activities, including machining processes, plays an important role in achieving important sustainable development goals. During the past decade, lots of research has been carried out in the field of environmentally friendly machining, but the industrial penetration seems to be limited for many of these new technologies. There are barriers that have to be overcome to implement the developed green technologies in machine shops. At the same time, the research community should continue its efforts on developing new machining technologies with improved economic and environmental performance.