绿色制造技术在模具中的应用

武汉理工大学学院（系）：物流工程学院专业：机械设计制造及自动化课程名称：现代模具技术学生姓名：王志学号：104972102777代课老师：罗继相绿色技术在模具中的应用【摘要】在对绿色技术概念介绍的基本上,介绍了模具绿色制造的整个生命周期，包括绿色设计、绿色制造、绿色包装、绿色回收利用等阶段,并联系锻模、冲压模、注塑模具自身的特点,具体阐述了基于绿色技术的模具设计与制造的原则与范例。指出了模具的设计和制造工艺与绿色思维的联系是模具工业的成长必然。【关键词】绿色技术,模具设计,制造工艺当今我们的生活环境面临着巨大的挑战，因此绿色急需成为生活及生产的主旋律。绿色设计与制造技术成为了模具的设计及生产的必然发展趋势。现在的产品不只是能够生产出来就行，更重要的是要求质量好、外观精美，况且产品趋于复杂化，尤其是一些塑料制件更是如此，所以单凭一些图纸很难准确并直观地表达出产品信息。这就要求模具设计者和制造者用最少的资源设计制造出符合求的产品，同时减少对环境的负面影响，使能源的利用率能够在最大程度上有所提高。1.绿色技术绿色技术就是根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的工程或技术，要发挥高科技，使工业生产走向“绿化”和“无害化”。在机械行业中，绿色技术包括绿色设计与绿色制造技术。绿色设计又称为面向环境的设计是指在产品及其生命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使产品及其制造过程对环境的总体影响减到最小。绿色设计是从源头对产品进行“绿化”的最为有效的途径和方法之一。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。模具作为一种特殊的产品，它既属于成品，又属于生产其他产品的工具。为生产出绿色产品，模具本身也应成为绿色工具，同时从模具的设计到制造的整个过程都应成为“绿色”，生产出绿色模具。2.模具的绿色设计模具绿色设计在模具绿色制造中占据主要的地位,这一步解决的方法直接影响到最终操作模具加工产品的绿色出产问题。绿色设计的研究包括七项内容：面向环境的产品结构设计，面向环境的产品材料选择，面向环境的制造环境设计（或重组），面向环境的工艺设计，面向环境的包装方案设计，面向环境的回收处理设计和面向环境并行工程设计。2.1产品结构设计实现模具CAD/CAPP/CAM一体化。具CAD/CAPP/CAM是模具设计走向全盘自动化的重要方法。采用CAD/CAPP/CAM工艺,可实现少图纸或无图纸加工,一方面,节约用纸即节约资本和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一体化也为并行工程的实现供给可能,可缩短模具设计与制造周期,提高模具研制的成功率及模具质量。2.2产品材料选择产品材料的绿色程度直接决定了产品的绿色程度。绿色材料是绿色设计的基础，绿色材料的选择很大程度上影响了绿色设计的最终结果。因此绿色设计必须建立在绿色材料的选择上。绿色材料应具备的基本性能有：（1）低污染、低耗能、低成本；（2）易加工和加工过程中无污染或少污染；（3）可降解，可重复使用。比如,可选择优质镜面模具钢加工型腔,辅之以精良的抛光手段;直接用不锈钢材料来加工防腐的模具。此外除在材料上选用不锈钢来避免使用电镀外,也可采用镍磷镀替代电镀铬,因为镍磷镀在对氯化氢气体的防腐上要优于电镀铬,且前者对生态环境的危害也要小于后者。2.3制造环境设计机械生产车间尤其是冲压车间的噪音和污染非常严重，对工作人员的身体健康造成了非常大的威胁，也干扰了周边的安宁，所以，在进行模具设计的时候要对产生的噪音加以控制，甚至消除。锻造、冲压车间是机械工场的高噪声车间之一。对于锻造设备,如使用排气消声器、用液压模锻锤替代蒸空模锻锤等等。对于冲压设备,消减声源噪声的方法有:用V带传动替代齿轮传动;以摩擦离合器替代刚性离合器;采用铸铁机身以增添压力机的刚性和减震能力;作好飞轮等回转体的动平衡等等。节制噪声传播的方法有在轴承和轴承座之间加弹性衬套;在压力机发生噪声的首要部位加盖隔声罩;采用具有油减震器的无冲击模架等等。对于注塑模具,浇道设计上要注重浇道凝料与塑料制品的体积比率,一般应小于30%。若是达不到,就要考虑进一步优化浇道设计和调整型腔数目,或者采用热流道工艺。热流道工艺在塑料原料的节约上有突出的优势,在产品价钱竞争日益激烈的今天,这一点尤为主要。因此近几年该工艺的应用获得快速普及。2.4工艺设计绿色工艺规划技术是指采用物料和能源消耗少、废弃物少，且环境污染小的工艺方案和工艺路线。绿色工艺技术应从模具的工艺设计及模具的结构考虑。2.4.1模具设计的可回收性在模具的设计过程中应尽量简化模具的结构，从而减少模具材料的用量。其次，模具组成件之间的连接尽量使用可拆卸的零件。若为不可拆卸的话，不仅造成大量重复零件的浪费，而且这些废弃物不易处理，造成很大的污染。可拆卸要求模具的结构易于拆卸，零部件更换方便，模具报废之后其零部件仍可以加以利用。2.4.2模具设计的标准化无论是锻造、冲压模还是塑料模,都有需要向尺度化、规范化、系列化的目标成长,模具尺度化是组织模具专业化出产的前提,而模具的专业化出产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。模具设计向尺度化、规范化、系列化标的目的成长,便于采用多规格的尺度模架及其它尺度件,而这些模架及尺度件又可由专门的厂家、企业经批量化化分工进行出产,从而使有限的资本获得优化设置装备。此外,模具各结构单元的规范化、尺度化,可使出产其的夹具数目多为削减,从而节约资本,而且加速了设计速度,缩短了设计周期,便于加工。2.4.3延长模具的使用寿命延长模具的使用寿命就要求工作人员有保护意识，同时改进模具的结构，选择正确的模具材料等。这样不仅能够提高模具的使用寿命，也提高了材料的利用率，节约了资源。对于锻造模具,在提高模具寿命方面已有很多好方法,如正确选择分模面位置、选择恰当的飞边槽、选择合适吨位的锻造设备、在一副锻模上开设两个终锻模膛等。对于冲压模具,如冲压间隙值的合理拔取、尽量压缩凸模工作部分长度、采用弹性卸料板、改良凸(凹)模的结构如采用一模多形、一形两用和拼装式模具来提高模具的操作率。对于注塑模具,如采用随形冷却水道可提高注塑精度和模具使用寿命;将模具型芯由整体结构改为镶拼式结构,可解决模具的变形问题,提高模具寿命。2.5包装方案设计模具的绿色包装是模具出售过程中涉及到的绿色问题,它着重从保护环境的角度出发,尽可能使模具产品进入出售、使用、销毁的物流过程中,其对环境资本耗损和销毁最小。模具的绿色包装主要包括三个方面的内容:模具包装材料的选择、模具包装结构和模具包装材料的回收利用。具体来讲,第一方面就是在模具远程配送过程中,在不影响包装强度的前提下尽可能使用一些常见的木制材料(如合成板),这是因为模具产品不同于其他一些精制产品,它不太注重产品的外包装,只关心产品的质量。第二方面就是要合理设计包装箱内部结构,从而简化包装复杂度。即多个零件尽量在一个包装箱中放置。同时,为了避免零件之间在运输过程中互相摩擦造成磨损而影响模具产品质量,可在其中多放置一些软性材料来隔离。第三方面就是要在包装箱上注明包装材料的可回收利用性标识。2.6回收处理设计面向环境的模具回收处理就是在模具的设计阶段就考虑模具使用后回收利用的可能性及回收处理的方法及费用。回收性设计的主要内容包括可回收材料及标志、回收处理方法、回收性的技术经济评估和回收性的结构设计。其主要措施如下：（1）使用对环境影响较小的模具材料，如无毒无害的材料、可再生材料、易回收的材料等；（2）使用可重新利用的材料；（3）对使用过的模具零部件进行翻新、再加工等。2.7并行工程设计绿色并行工程是现代绿色产品设计和开发的新模式,它的焦点是并行一体化设计,强调产品设计及其相关过程同时交叉进行,即在设计阶段就要考虑整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有环节,如质量、成本、用户要求、环境影响、资本耗损状况等。因此,涉及产品整个生命周期的各个部分的小组成员必需协同工作。对于模具设计,不单需要模具设计小组成员之间进行谈判,协调产品的设计使命,而且其他部分如工艺、制造、质量等小组也要介入产品的设计工作,对产品设计方案提出修改意见等,从而使得整个模具设计工作一次成功。3.模具的绿色制造工艺在模具绿色制造过程中,采用绿色制造工艺也是实现模具绿色制造的一个主要环节,它是一种既能提高经济效益,又能同时减少环境影响的工艺工艺。近来年,跟着新的制造工艺在模具行业的推广,模具行业也全力向着绿色制造工艺目标前进。如今,在模具行业中应用的较为典型的制造工艺有如下几种。3.1快速原型制造快速原型制造是一项集计算机、激光、数控及慎密传动等工艺于一体的制造工艺,其在原理上打破了传统加工工艺采用材料“去除”的原则,而采用材料“逐层聚积”的原理,能按照产品的CAD数据,快速地制造出具有必然结构和功能的原型,甚至产品,由此加速新产品的开发速度。而以RP&M原型作母模来翻制模具的快速模具制造工艺,进一步阐述了快速成型工艺的优越性,可在短期内迅速推出知足用户需求的产品,多幅度降低新产品开发研制的成本和投资风险,缩短了新产品研制和投放市场的周期,在小批量、多品种、改型快的现代模具制造模式下具有强劲的成长势头。3.2虚拟制造工艺虚拟制造是对制造过程中的各个环节,包括产品的设计、加工、装配进行统一建模,形成一个可运行的虚拟制造情形,以专门的虚拟软件工艺为支撑,借助高机能的硬件,在虚拟制造情形中生成数字化产品,实现产品设计、机能剖析、工艺选择、制造装配和质量磨练,从而缩短模具产品的设计与制造周期,降低开模的开发成本,提高快速响应市场转变的能力。3.3高速切削高速切削在模具规模的应用主要是加工复杂曲面,其中高速铣削可以把复杂形面加工得很是滑腻。加工出粗糙度值很小、浅腔多曲率半径的模具完全可用高速铣削来替代电加工;对深腔小曲率半径的模具可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工,而电加工只作为精加工。这样可多多节约电火花和抛光的时刻以及有关材料的耗损,这对保护环境的贡献是不言而喻的。同时,极多地缩短了加工周期,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对已有的实物模型进行扫描，采集其表面的坐标数据信息，根据采集的数据生成模型表面的线框模型，之后可根据需要对模型进行凹凸模转换、比例缩放、旋转、平移等处理，再自动生成模具的加工程序。自动生成模具的加工程序可适用于广泛的数控系统。这样可以大大减少人力劳动和废料，也提高了模具的制造成功率，对模具的绿色制造起到了积极地推动作用。4.结语近几年来，绿色设计已延伸到机械制造业当中。而模具是工业生产的基础工艺装备，它的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因而在模具行业中提倡绿色设计应更为重要。“绿色模具”不仅仅指在使用时对环境的影响小，还应是从制造到报废的整个生命周期内对环境的破坏是最小的。绿色设计优于传统的设计方法，虽然在短期内，它的投资略大于传统的设计，但从长远看来，如果我们采用绿色设计，在节能、降耗、增效益方面将会得到成倍的收获。可以这样说，绿色设计与绿色制造技术将成为本世纪机械行业的主要发展方向，也是改善工业环境的重要途径。模具实现了绿色设计与制造，将大大加快模具行业的迅速发展，也是模具发展的必然趋势，从而真正实现模具设计与制造的高质量、低成本、高效率、低污染的目标。绿色技术将对人类未来的生存环境起到深远的影响。绿色将是本世纪产品的主要特点之一，谁能向市场提供绿色产品，谁就能在市场竞争中占据有利位置。因此，企业无论从自身的长远发展角度，还是从人类的可持续发展战略角度，都应扬弃传统的设计方法，而大力加强对绿色设计的研究与应用。参考文献［1］陈小云，叶蓉.浅谈产品的绿色制造与绿色设计［J］.职教论，2005.［2］刘飞.绿色制造技术在冲模中的应用［J］.模具技术，2003.［3］胡蓉，胡如夫.产品开发的绿色制造技