綠色模具制造技巧應(yīng)用研究論文

1、綠色模具制造技巧應(yīng)用研究論文 編者按：本論文主要從模具的綠色制造等進(jìn)行講述，包括了模具的綠色設(shè)計、模具材料的選擇、延長壽命的模具設(shè)計、模具的可回收性設(shè)計、模具的可拆卸性設(shè)計、模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化、模具的綠色并行工程、模具的綠色制造工藝、模具的綠色包裝、模具的綠色維護(hù)、模具的綠色回收、再處理等，具體資料請見： 【摘要】在對綠色制造概念介紹的基礎(chǔ)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、綠色維護(hù)和綠色回收、再處理等階段,并結(jié)合鍛模、沖壓模、注塑模具自身的特點,具體闡述了基于綠色制造的模具設(shè)計與制造的原則與方法。指出了模具的設(shè)計和先進(jìn)制造技術(shù)與綠色思想的結(jié)合

2、是模具工業(yè)的發(fā)展必然。 【關(guān)鍵詞】綠色制造;模具;先進(jìn)制造技術(shù) 制造業(yè)是社會經(jīng)濟(jì)向前快速發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè),制造業(yè)在將制造資源轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品以及隨后產(chǎn)品的使用和廢棄后的處理過程中,將會給生態(tài)環(huán)境帶來了不同程度的污染。對于制造業(yè)來說,未來所面臨解決的重大問題是如何減少資源的消耗和盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染。因而綠色制造(GreenManufacturing)應(yīng)運而生,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產(chǎn)品生命周期中,對環(huán)境的負(fù)影響最小,資源使用效率最高1-2。綠色制造主要包括以下幾方面內(nèi)容:一是制造問題,包括產(chǎn)品生命周期全過程;二是環(huán)境影響問題;三是資源優(yōu)化問題。綠色制造就是

3、這三部分內(nèi)容的交叉和有機(jī)集成。 模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品,是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的基礎(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。傳統(tǒng)的模具設(shè)計過程一般僅僅需要考慮模具產(chǎn)品的基本屬性,如模具的功能、質(zhì)量、成本和壽命等等,而很少、甚至不考慮它的環(huán)境屬性和對資源、能源造成的浪費。模具工業(yè)作為制造業(yè)的一個重要組成部分,并且在我國得到迅猛發(fā)展,因而在模具行業(yè)中提倡綠色制造尤為重要。 1模具的綠色制造 由綠色制造的概念可知,“綠色模具”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。因此,模具的綠色制造設(shè)計要求設(shè)計者在

4、構(gòu)思階段就要優(yōu)先考慮模具產(chǎn)品的環(huán)境屬性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等),然后再考慮原有應(yīng)該考慮的模具產(chǎn)品應(yīng)用的基本屬性3?？偟膩碚f,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、綠色維護(hù)和綠色回收、再處理等階段。 1.1模具的綠色設(shè)計:模具綠色設(shè)計對模具綠色制造有著非常重要的地位,這一步解決的好壞直接影響到最終利用模具加工產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)問題。 1.1.1模具材料的選擇:模具材料的選擇是模具產(chǎn)品設(shè)計的第一步。模具材料的“綠色程度”對最終產(chǎn)品的“綠色性能”具有非常重要的影響。因此,綠色模具設(shè)計必須建立在綠色模具材料基礎(chǔ)上。綠色模具材料應(yīng)是低能耗、低成本的材料,尤其是少污染的材料;

5、是易加工和加工過程中無污染或少污染的材料;是易回收處理、可重復(fù)多次使用或可降解的材料。比如,可選擇優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工型腔,輔之以良好的拋光手段;直接用不銹鋼材料來加工防腐的模具,以替代表面處理的方式。另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,且前者對環(huán)境的危害也要小于后者。 1.1.2延長壽命的模具設(shè)計:延長產(chǎn)品壽命是綠色制造的主要手段之一。對于鍛造模具,在提高模具壽命方面已有很多的措施,如正確選擇分模面位置、選擇適當(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)兩個終鍛模膛分別單獨使用等。對于沖壓模具,如沖壓間隙值的

6、合理選取、盡量壓縮凸模工作部分長度、采用彈性卸料板、改進(jìn)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利用率。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),可解決模具的變形問題,提高模具壽命。 1.1.3模具的可回收性設(shè)計:模具的回收性設(shè)計是指在模具產(chǎn)品綠色的設(shè)計初期充分考慮產(chǎn)品中所用各種材料的回收、再利用的可能性、回收處理的方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估以及回收性的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計等有關(guān)一系列問題。這樣就可在后續(xù)生產(chǎn)中盡可能節(jié)約材料,減少浪費。因此,因避免或不要過多使用銅、鉛等有害或?qū)Νh(huán)境有重污染的材料;盡可能減少所用材料的種類;

7、避免使用與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)再回收過程中不相兼容的材料;多使用無需特殊工具的連接件;設(shè)計時盡可能允許使用現(xiàn)有的一些可重復(fù)利用的零部件等。 1.1.4模具的可拆卸性設(shè)計:模具可拆卸性對于模具綠色制造來說是很重要的。當(dāng)模具在使用過程中部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊磨損較大時,只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時只要更換凸、凹模即可實現(xiàn)一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。如果模具不具備可拆卸性不僅回造成大量可重復(fù)零部件材料的浪費,而且因廢棄物處理不好導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而在設(shè)計初期就要考慮模具結(jié)構(gòu)易于拆卸,維護(hù)方便,這樣就便于在后續(xù)回收處理中再利用。因此,在模具設(shè)計時應(yīng)盡可能選擇通用結(jié)構(gòu),以便更換;在滿足強度

8、要求的前提下,盡量采用可拆卸聯(lián)接(如螺紋聯(lián)接),不用焊接、鉚接、膠接等;不用或少用過盈配合;采用組合模架。 1.1.5模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化:無論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有必要向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提,而模具的專業(yè)化生產(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)計向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,便于采用和購買模許多規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)模架及其它標(biāo)準(zhǔn)件,而這些模架及標(biāo)準(zhǔn)件又可由專門的廠家、企業(yè)通過社會化分工進(jìn)行生產(chǎn),從而使有限的資源得到優(yōu)化配置。另外,模具各結(jié)構(gòu)單元的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,可使生產(chǎn)其的夾具數(shù)量大為減少,從而節(jié)約資源,并且

9、加快了設(shè)計速度,縮短了設(shè)計周期,方便加工管理。 1.1.6模具CAD/CAPP/CAM一體化:模具CAD/CAPP/CAM是模具設(shè)計走向全盤自動化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技術(shù),可實現(xiàn)少圖紙或無圖紙加工和管理,一方面,節(jié)約用紙即節(jié)約資源和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一體化也為并行工程的實現(xiàn)提供可能,可縮短模具設(shè)計與制造周期,提高模具研制的成功率及模具質(zhì)量。 1.1.7模具的綠色并行工程:綠色并行工程是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的新模式,它的核心是并行一體化設(shè)計,強調(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)品報廢處理的所有環(huán)節(jié)和

10、因素,如質(zhì)量、成本、用戶要求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等。因此,涉及產(chǎn)品整個生命周期的各個部分的小組成員必須協(xié)同工作。對于模具設(shè)計,不但需要模具設(shè)計小組成員之間進(jìn)行討論,協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計任務(wù),而且其他部門如工藝、制造、質(zhì)量等小組也要參與產(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。 1.1.8其他綠色設(shè)計:鍛造、沖壓車間是機(jī)械工廠的高噪聲車間之一。大量的鍛壓設(shè)備在生產(chǎn)運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的強烈噪聲,危害工人的健康,影響了生產(chǎn)效率,干擾了環(huán)境的安寧。因此,在進(jìn)行模具設(shè)計的時候,必須對噪聲加以控制和消減。對于鍛造設(shè)備,如使用排氣消聲器、用液壓模鍛錘代替蒸空模鍛錘等等。對于

11、沖壓設(shè)備,消減聲源噪聲的措施有:用V帶傳動代替齒輪傳動;以摩擦離合器代替剛性離合器;采用鑄鐵機(jī)身以增加壓力機(jī)的剛性和減震能力;作好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動平衡等等?？刂圃肼晜鞑サ耐緩接性谳S承和軸承座之間加彈性襯套;在壓力機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩;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)計上要注意澆道凝料與塑料制品的體積比率,一般應(yīng)小于30%。如果達(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)量,或者采用熱流道技術(shù)。熱流道技術(shù)在塑料原料的節(jié)約上有突出的優(yōu)勢,在產(chǎn)品價格競爭日益激烈的今天,這一點尤為重要。因此近幾年該技術(shù)的應(yīng)用得到快速普及。 1.2模具的綠色制造工藝:在模具綠色制造過程

12、中,采用綠色制造工藝也是實現(xiàn)模具綠色制造的一個重要環(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)境影響的工藝技術(shù)。近來年,隨著先進(jìn)制造技術(shù)在模具行業(yè)的推廣,模具行業(yè)也向著綠色制造工藝方向努力。目前,在模具行業(yè)中應(yīng)用的較為典型的先進(jìn)制造技術(shù)有: 1.2.1快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing,RP&M)4-5: 快速原型制造是一項集計算機(jī)、激光、數(shù)控及精密傳動等技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù),其在原理上突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)采用材料“去除”的原則,而采用材料“逐層堆積”的原理,能根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù),快速地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型,甚至產(chǎn)品,由此可有效地加快新產(chǎn)品

13、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技術(shù),進(jìn)一步發(fā)揮了快速成型技術(shù)的優(yōu)越性,可在短期內(nèi)迅速推出滿足用戶需求的產(chǎn)品,大幅度降低新產(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勁的發(fā)展勢頭。 1.2.2虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturing)1: 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,乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一建模,形成一個可運行的虛擬制造環(huán)境,以專門的虛擬軟件技術(shù)為支撐,借助高性能的硬件,在虛擬制造環(huán)境中生成數(shù)字化產(chǎn)品,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、性能分析、工藝決策、制造

14、裝配和質(zhì)量檢驗,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)市場變化的能力。 1.2.3高速切削(HighSpeedMachining,HSM): 高速切削在模具領(lǐng)域的應(yīng)用主要是加工復(fù)雜曲面6,其中高速銑削(也稱為硬銑削,HardMilling,HM)可以把復(fù)雜形面加工得非常光滑。加工表面粗糙度值很小、淺腔大曲率半徑的模具完全可用高 速銑削來代替電加工;對深腔小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。這樣可大大節(jié)約電火花和拋光的時間以及有關(guān)材料的消耗,這對保護(hù)環(huán)境的貢獻(xiàn)是不言而喻的。同時,極大地縮短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成

15、本。 1.3模具的綠色包裝:模具的綠色包裝是模具銷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)入銷售、使用、廢棄的物流過程中,其對環(huán)境資源消耗和廢棄物產(chǎn)生量最小。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。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),這是由于模具產(chǎn)品不同于其他一些精制產(chǎn)品,它不太注重產(chǎn)品的外包裝精美問題,只關(guān)心產(chǎn)品的內(nèi)在保護(hù)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,為了避免零件

16、之間在運輸過程中互相摩擦造成磨損而影響模具產(chǎn)品表面質(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性標(biāo)志及回收處理方式。如果用戶不能處理或難處理的,可注明可寄回原處處理,并給予一定的經(jīng)濟(jì)補償。這樣的處理表面上看會使初期的成本可能有所增加,但從長遠(yuǎn)來考慮,這也是節(jié)省成本的好方法。 1.4模具的綠色維護(hù):在模具的使用過程中,由于其特殊性,要經(jīng)常進(jìn)行模具的修模工序。因此,同模具綠色制造過程一樣,修模過程也需要進(jìn)行綠色處理。比如,在進(jìn)行尺寸修模時,盡可能進(jìn)行人工修護(hù),少用或不用機(jī)加工;少用或不用有害溶液對模具進(jìn)行表面處理,如鹽酸或甲醇等;在維護(hù)模具表面硬度方面,盡可能減少熱處理工序等等。 1.5模具的綠色回收、再處理:由于新產(chǎn)品的不斷開發(fā)以及產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐不斷加快,舊產(chǎn)品模具必將被逐一淘汰。如何對廢棄模具進(jìn)行回收處理,這是目前一直困擾模具行業(yè)無法得到解決的問題。提出模具綠色制造問題,很大一部分原因就是要有效地解決這個問題。如果模具在設(shè)計和制造階段就采用了綠色概念,則后續(xù)的回收處理就比較簡單,即只需根據(jù)模具的具體磨損情況,有針對性地進(jìn)行拆卸,取其可