綠色制造技術(shù)在模具中的應(yīng)用

1、武漢理工大學(xué) 學(xué)院（系）： 物流工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及自動化 課程名稱： 現(xiàn)代模具技術(shù) 學(xué)生姓名： 王 志 學(xué) 號： 104972102777 代課老師： 羅繼相 綠色技術(shù)在模具中的應(yīng)用【摘要】 在對綠色技術(shù)概念介紹的基本上,介紹了模具綠色制造的整個生命周期，包括綠色設(shè)計、綠色制造、綠色包裝、綠色回收利用等階段,并聯(lián)系鍛模、沖壓模、注塑模具自身的特點,具體闡述了基于綠色技術(shù)的模具設(shè)計與制造的原則與范例。指出了模具的設(shè)計和制造工藝與綠色思維的聯(lián)系是模具工業(yè)的成長必然。 【關(guān)鍵詞】 綠色技術(shù),模具設(shè)計,制造工藝 當(dāng)今我們的生活環(huán)境面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因此綠色急需成為生活及生產(chǎn)的主旋律。綠色

2、設(shè)計與制造技術(shù)成為了模具的設(shè)計及生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢。現(xiàn)在的產(chǎn)品不只是能夠生產(chǎn)出來就行，更重要的是要求質(zhì)量好、外觀精美，況且產(chǎn)品趨于復(fù)雜化，尤其是一些塑料制件更是如此，所以單憑一些圖紙很難準(zhǔn)確并直觀地表達(dá)出產(chǎn)品信息。這就要求模具設(shè)計者和制造者用最少的資源設(shè)計制造出符合求的產(chǎn)品，同時減少對環(huán)境的負(fù)面影響，使能源的利用率能夠在最大程度上有所提高。1. 綠色技術(shù)綠色技術(shù)就是根據(jù)環(huán)境價值并利用現(xiàn)代科技的全部潛力的工程或技術(shù)，要發(fā)揮高科技，使工業(yè)生產(chǎn)走向“綠化”和“無害化”。在機(jī)械行業(yè)中，綠色技術(shù)包括綠色設(shè)計與綠色制造技術(shù)。綠色設(shè)計又稱為面向環(huán)境的設(shè)計是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計中，充分考慮對資源和

3、環(huán)境的影響，在考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計因素，使產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的總體影響減到最小。綠色設(shè)計是從源頭對產(chǎn)品進(jìn)行“綠化”的最為有效的途徑和方法之一。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環(huán)境負(fù)面影響最小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。模具作為一種特殊的產(chǎn)品，它既屬于成品，又屬于生產(chǎn)其他產(chǎn)品的工具。為生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品，模具本身也應(yīng)成為綠色工具，同時從模具的設(shè)計到制造的整個過程都應(yīng)成為“綠色”，生產(chǎn)出綠色模具。 2. 模具的綠色設(shè)計 模具綠色設(shè)計在模

4、具綠色制造中占據(jù)主要的地位,這一步解決的方法直接影響到最終操作模具加工產(chǎn)品的綠色出產(chǎn)問題。綠色設(shè)計的研究包括七項內(nèi)容：面向環(huán)境的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，面向環(huán)境的產(chǎn)品材料選擇，面向環(huán)境的制造環(huán)境設(shè)計（或重組），面向環(huán)境的工藝設(shè)計，面向環(huán)境的包裝方案設(shè)計，面向環(huán)境的回收處理設(shè)計和面向環(huán)境并行工程設(shè)計。2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)模具CAD/CAPP/CAM一體化。具CAD/CAPP/CAM是模具設(shè)計走向全盤自動化的重要方法。采用 CAD/ CAPP/CAM工藝,可實現(xiàn)少圖紙或無圖紙加工,一方面,節(jié)約用紙即節(jié)約資本和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一體化也為并行工程的實現(xiàn)供給可能,可縮短模具設(shè)計與制

5、造周期,提高模具研制的成功率及模具質(zhì)量。2.2 產(chǎn)品材料選擇產(chǎn)品材料的綠色程度直接決定了產(chǎn)品的綠色程度。綠色材料是綠色設(shè)計的基礎(chǔ)，綠色材料的選擇很大程度上影響了綠色設(shè)計的最終結(jié)果。因此綠色設(shè)計必須建立在綠色材料的選擇上。綠色材料應(yīng)具備的基本性能有：（1）低污染、低耗能、低成本；（2）易加工和加工過程中無污染或少污染；（3）可降解，可重復(fù)使用。比如,可選擇優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工型腔,輔之以精良的拋光手段;直接用不銹鋼材料來加工防腐的模具。此外除在材料上選用不銹鋼來避免使用電鍍外,也可采用鎳磷鍍替代電鍍鉻,因為鎳磷鍍在對氯化氫氣體的防腐上要優(yōu)于電鍍鉻,且前者對生態(tài)環(huán)境的危害也要小于后者。2.3 制造環(huán)

6、境設(shè)計機(jī)械生產(chǎn)車間尤其是沖壓車間的噪音和污染非常嚴(yán)重，對工作人員的身體健康造成了非常大的威脅，也干擾了周邊的安寧，所以，在進(jìn)行模具設(shè)計的時候要對產(chǎn)生的噪音加以控制，甚至消除。鍛造、沖壓車間是機(jī)械工場的高噪聲車間之一。對于鍛造設(shè)備,如使用排氣消聲器、用液壓模鍛錘替代蒸空模鍛錘等等。對于沖壓設(shè)備,消減聲源噪聲的方法有:用V帶傳動替代齒輪傳動;以摩擦離合器替代剛性離合器;采用鑄鐵機(jī)身以增添壓力機(jī)的剛性和減震能力;作好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動平衡等等。節(jié)制噪聲傳播的方法有在軸承和軸承座之間加彈性襯套;在壓力機(jī)發(fā)生噪聲的首要部位加蓋隔聲罩;采用具有油減震器的無沖擊模架等等。對于注塑模具,澆道設(shè)計上要注重澆道凝料

7、與塑料制品的體積比率,一般應(yīng)小于30%。若是達(dá)不到,就要考慮進(jìn)一步優(yōu)化澆道設(shè)計和調(diào)整型腔數(shù)目,或者采用熱流道工藝。熱流道工藝在塑料原料的節(jié)約上有突出的優(yōu)勢,在產(chǎn)品價錢競爭日益激烈的今天,這一點尤為主要。因此近幾年該工藝的應(yīng)用獲得快速普及。 2.4 工藝設(shè)計綠色工藝規(guī)劃技術(shù)是指采用物料和能源消耗少、廢棄物少，且環(huán)境污染小的工藝方案和工藝路線。綠色工藝技術(shù)應(yīng)從模具的工藝設(shè)計及模具的結(jié)構(gòu)考慮。2.4.1 模具設(shè)計的可回收性在模具的設(shè)計過程中應(yīng)盡量簡化模具的結(jié)構(gòu)，從而減少模具材料的用量。其次，模具組成件之間的連接盡量使用可拆卸的零件。若為不可拆卸的話，不僅造成大量重復(fù)零件的浪費，而且這些廢棄物不易處理

8、，造成很大的污染?？刹鹦兑竽＞叩慕Y(jié)構(gòu)易于拆卸，零部件更換方便，模具報廢之后其零部件仍可以加以利用。2.4.2 模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化無論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有需要向尺度化、規(guī)范化、系列化的目標(biāo)成長,模具尺度化是組織模具專業(yè)化出產(chǎn)的前提,而模具的專業(yè)化出產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關(guān)鍵。模具設(shè)計向尺度化、規(guī)范化、系列化標(biāo)的目的成長,便于采用多規(guī)格的尺度模架及其它尺度件,而這些模架及尺度件又可由專門的廠家、企業(yè)經(jīng)批量化化分工進(jìn)行出產(chǎn),從而使有限的資本獲得優(yōu)化設(shè)置裝備。此外,模具各結(jié)構(gòu)單元的規(guī)范化、尺度化,可使出產(chǎn)其的夾具數(shù)目多為削減,從而節(jié)約資本,而且加速了設(shè)計速度,縮短了設(shè)

9、計周期,便于加工。2.4.3 延長模具的使用壽命延長模具的使用壽命就要求工作人員有保護(hù)意識，同時改進(jìn)模具的結(jié)構(gòu)，選擇正確的模具材料等。這樣不僅能夠提高模具的使用壽命，也提高了材料的利用率，節(jié)約了資源。對于鍛造模具,在提高模具壽命方面已有很多好方法,如正確選擇分模面位置、選擇恰當(dāng)?shù)娘w邊槽、選擇合適噸位的鍛造設(shè)備、在一副鍛模上開設(shè)兩個終鍛模膛等。對于沖壓模具,如沖壓間隙值的合理拔取、盡量壓縮凸模工作部分長度、采用彈性卸料板、改良凸(凹)模的結(jié)構(gòu)如采用一模多形、一形兩用和拼裝式模具來提高模具的操作率。對于注塑模具,如采用隨形冷卻水道可提高注塑精度和模具使用壽命;將模具型芯由整體結(jié)構(gòu)改為鑲拼式結(jié)構(gòu),

10、可解決模具的變形問題,提高模具壽命。 2.5 包裝方案設(shè)計模具的綠色包裝是模具出售過程中涉及到的綠色問題,它著重從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā),盡可能使模具產(chǎn)品進(jìn)入出售、使用、銷毀的物流過程中,其對環(huán)境資本耗損和銷毀最小。模具的綠色包裝主要包括三個方面的內(nèi)容:模具包裝材料的選擇、模具包裝結(jié)構(gòu)和模具包裝材料的回收利用。具體來講,第一方面就是在模具遠(yuǎn)程配送過程中,在不影響包裝強(qiáng)度的前提下盡可能使用一些常見的木制材料(如合成板),這是因為模具產(chǎn)品不同于其他一些精制產(chǎn)品,它不太注重產(chǎn)品的外包裝,只關(guān)心產(chǎn)品的質(zhì)量。第二方面就是要合理設(shè)計包裝箱內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而簡化包裝復(fù)雜度。即多個零件盡量在一個包裝箱中放置。同時,為

11、了避免零件之間在運輸過程中互相摩擦造成磨損而影響模具產(chǎn)品質(zhì)量,可在其中多放置一些軟性材料來隔離。第三方面就是要在包裝箱上注明包裝材料的可回收利用性標(biāo)識。2.6 回收處理設(shè)計面向環(huán)境的模具回收處理就是在模具的設(shè)計階段就考慮模具使用后回收利用的可能性及回收處理的方法及費用?；厥招栽O(shè)計的主要內(nèi)容包括可回收材料及標(biāo)志、回收處理方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估和回收性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其主要措施如下：（1）使用對環(huán)境影響較小的模具材料，如無毒無害的材料、可再生材料、易回收的材料等；（2）使用可重新利用的材料；（3）對使用過的模具零部件進(jìn)行翻新、再加工等。2.7 并行工程設(shè)計綠色并行工程是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的新模

12、式,它的焦點是并行一體化設(shè)計,強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程同時交叉進(jìn)行,即在設(shè)計階段就要考慮整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有環(huán)節(jié),如質(zhì)量、成本、用戶要求、環(huán)境影響、資本耗損狀況等。因此,涉及產(chǎn)品整個生命周期的各個部分的小組成員必需協(xié)同工作。對于模具設(shè)計,不單需要模具設(shè)計小組成員之間進(jìn)行談判,協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計使命,而且其他部分如工藝、制造、質(zhì)量等小組也要介入產(chǎn)品的設(shè)計工作,對產(chǎn)品設(shè)計方案提出修改意見等,從而使得整個模具設(shè)計工作一次成功。 3. 模具的綠色制造工藝在模具綠色制造過程中,采用綠色制造工藝也是實現(xiàn)模具綠色制造的一個主要環(huán)節(jié),它是一種既能提高經(jīng)濟(jì)效益,又能同時減少環(huán)境影響的工藝工藝。近

13、來年,跟著新的制造工藝在模具行業(yè)的推廣,模具行業(yè)也全力向著綠色制造工藝目標(biāo)前進(jìn)。如今,在模具行業(yè)中應(yīng)用的較為典型的制造工藝有如下幾種。3.1 快速原型制造快速原型制造是一項集計算機(jī)、激光、數(shù)控及慎密傳動等工藝于一體的制造工藝,其在原理上打破了傳統(tǒng)加工工藝采用材料“去除”的原則,而采用材料“逐層聚積”的原理,能按照產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù),快速地制造出具有必然結(jié)構(gòu)和功能的原型,甚至產(chǎn)品,由此加速新產(chǎn)品的開發(fā)速度。而以RP&M原型作母模來翻制模具的快速模具制造工藝,進(jìn)一步闡述了快速成型工藝的優(yōu)越性,可在短期內(nèi)迅速推出知足用戶需求的產(chǎn)品,多幅度降低新產(chǎn)品開發(fā)研制的成本和投資風(fēng)險,縮短了新產(chǎn)品研制和投

14、放市場的周期,在小批量、多品種、改型快的現(xiàn)代模具制造模式下具有強(qiáng)勁的成長勢頭。 3.2 虛擬制造工藝虛擬制造是對制造過程中的各個環(huán)節(jié),包括產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配進(jìn)行統(tǒng)一建模,形成一個可運行的虛擬制造情形,以專門的虛擬軟件工藝為支撐,借助高機(jī)能的硬件,在虛擬制造情形中生成數(shù)字化產(chǎn)品,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、機(jī)能剖析、工藝選擇、制造裝配和質(zhì)量磨練,從而縮短模具產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期,降低開模的開發(fā)成本,提高快速響應(yīng)市場轉(zhuǎn)變的能力。 3.3 高速切削高速切削在模具規(guī)模的應(yīng)用主要是加工復(fù)雜曲面,其中高速銑削可以把復(fù)雜形面加工得很是滑膩。加工出粗糙度值很小、淺腔多曲率半徑的模具完全可用高速銑削來替代電加工;對深腔小

15、曲率半徑的模具可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工,而電加工只作為精加工。這樣可多多節(jié)約電火花和拋光的時刻以及有關(guān)材料的耗損,這對保護(hù)環(huán)境的貢獻(xiàn)是不言而喻的。同時,極多地縮短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成本。 3.4 反求工程反求工程是對已有的實物模型進(jìn)行掃描，采集其表面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成模型表面的線框模型，之后可根據(jù)需要對模型進(jìn)行凹凸模轉(zhuǎn)換、比例縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等處理，再自動生成模具的加工程序。自動生成模具的加工程序可適用于廣泛的數(shù)控系統(tǒng)。這樣可以大大減少人力勞動和廢料，也提高了模具的制造成功率，對模具的綠色制造起到了積極地推動作用。4. 結(jié)語 近幾年來，綠色設(shè)計已

16、延伸到機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中。而模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，它的生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因而在模具行業(yè)中提倡綠色設(shè)計應(yīng)更為重要?！熬G色模具”不僅僅指在使用時對環(huán)境的影響小，還應(yīng)是從制造到報廢的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的破壞是最小的。綠色設(shè)計優(yōu)于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，雖然在短期內(nèi)，它的投資略大于傳統(tǒng)的設(shè)計，但從長遠(yuǎn)看來，如果我們采用綠色設(shè)計，在節(jié)能、降耗、增效益方面將會得到成倍的收獲。可以這樣說，綠色設(shè)計與綠色制造技術(shù)將成為本世紀(jì)機(jī)械行業(yè)的主要發(fā)展方向，也是改善工業(yè)環(huán)境的重要途徑。模具實現(xiàn)了綠色設(shè)計與制造，將大大加快模具行業(yè)的迅速發(fā)展，也是模具發(fā)展的必然趨勢，從而真正實現(xiàn)模具設(shè)計與制造的高質(zhì)量、低成本、高效率、低污染的目標(biāo)。綠色技術(shù)將對人類未來的生存環(huán)境起到深遠(yuǎn)的影響。綠色將是本世紀(jì)產(chǎn)品的主要特點之一，誰能向市場提供綠色產(chǎn)品，誰就能在市場競爭中占據(jù)有利位置。因此，企業(yè)無論從自身的長遠(yuǎn)發(fā)展角度，還是從人類的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角