浅议绿色制造技术在模具中的应用

1、浅议绿色制造技术在模具中的应用 摘要:本文从绿色设计制造概念入手，阐述了绿色模具的设计与制造方法，介绍了绿色模具制造所使用的各种先进制造工艺和技术。 关键词：模具；绿色设计；绿色制造 中图分类号：tg76文献标识码：a文章编号： 引言 制造业是社会经济向前快速发展的重要支柱产业，制造业在将制造资源转化成产品以及随后产品的使用和废弃后的处理过程中，将会给生态环境带来不同程度的污染。对于模具，是制造业中使用量大、影响面广的工具产品，是工业生产当中的基础工艺装备。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。传统的模具设计过程一般仅仅需要考虑模具产品的基本属性，如模具的功能、

2、质量、成本和寿命等等，而很少、甚至不考虑它的环境属性和对资源、能源造成的浪费。模具工业作为制造业的一个重要组成部分， 并且在我国得到迅猛发展，因而在模具行业中提倡绿色制造尤为重要。 1、模具制造技术的性质和特点 模具的制造和使用方式形式多样，包括技术含量高，生产工艺独特，所牵系的生产要素多，应用范围广等几方面。除此之外，模具制造技术对生产者的业务能力和职业素质都有很高的要求。模具制造技术具有以下两个方面的特点：一、模具是单件生产的产品，即模具是根据成品之间的结构要求进行和制造的专用成型工具；二、模具制造的关键主要是制造凸模、凹模及相关成型零件的专门工艺，以及模具制造工艺过程的优化设计与高度节约

3、问题。 2 、模具的绿色制造 由绿色制造的概念可知，“绿色模具”不仅仅指在使用时对环境的影响小，还应是从制造到使用、再到报废的整个生命周期内对环境的破坏是最小的。因此，模具的绿色制造设计要求设计者在构思阶段就要优先考虑模具产品的环境属性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等)，然后再考虑原有应该考虑的模具产品应用的基本属性。总的来说，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、绿色维护和绿色回收、再处理等阶段。 2.1 模具的绿色设计 模具绿色设计对模具绿色制造有着非常重要的地位，这一步解决的好坏直接影响到最终利用模具加工产品的绿色生产问题。 2.1.1 模具材料的选择 模具材料的

4、选择是模具产品设计的关键。模具材料的“绿色程度”对最终产品的“绿色性能”具有非常重要的影响。因此，绿色模具设计必须建立在绿色模具材料基础上。绿色模具材料应是低能耗、低成本的材料，尤其在少污染的材料上；或易加工和加工过程中无污染或少污染的材料；是易回收处理、可重复多次使用或可降解的材料。比如，可选择优质镜面模具钢加工型腔，辅之以良好的抛光手段；直接用不锈钢材料来加工防腐的模具，以替代表面处理的方式。另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，且前者对环境的危害也要小于后者。 2.1.2 延长寿命的模具设计 延长产品寿命是绿色制

5、造的主要手段之一。对于锻造模具，在提高模具寿命方面已有很多的措施，如正确选择分模面位置、选择适当的飞边槽、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分别单独使用等。对于冲压模具，如冲压间隙值的合理选取、尽量压缩凸模工作部分长度、采用弹性卸料板、改进凸(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利用率。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。 2.2模具现代制造中的绿色要素 模具是典型的单件小批生产方式产品，具有精度要求高、生产周期长等特点，保证质量、降低开发周期的成本是模具

6、企业生存发展的必然要求，因此模具制造业一直以来是在制造的组织方式、制造的现代工艺、制造的现代自动化手段方面更新最快速的一个行业。革新组织方式、采用模具制造的先进技术，在制造过程中选用生产浪费最小、能量消耗最低、污染排放最小的制造工艺，是实现绿色模具制造的重要一环。 2.2.1采用先进的绿色模具制造生产模式 由于模具的单件生产方式特点，难以形成规模，我国模具企业的生产组织模式较为落后，其改革的速度落后于技术手段的更新速度，管理性质的家族化、作业方式的小规模化、生产方式的大而全等都阻碍了模具行业的进一步发展壮大。在标准化基础上的社会化分工，充分依靠计算机技术改进管理提高行业的整体资源的使用效能，不

7、断学习创新，是模具企业发展所需，更是绿色模具制造所需。 2.2.2采用先进的绿色模具制造技术 2.2.2.1柔性制造技术 由于模具采用单件生产方式进行加工，且加工表面复杂、几何及配合精度高等特点，决定了模具行业十分适合柔性制造技术。柔性制造技术是由计算机控制系统及若干数控设备、物料运贮装置组成，并能根据制造任务和生产品种变化通过简单地改变软件的方法，而迅速进行调整的自动化制造系统。 3、模具设计、加工的几种技术 3.1高速加工技术 高速加工概念起源于德国切削物理学家carl salomon，他认为，在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高，当切削速度达到临界切削速度后，切削速度再增大，

8、切削温度反而下降，从而大大地减少加工时间，成倍地提高机床的生产率。 高速加工的特点及在模具工业中的应用： 1）加工效率高：由于切削速度高，进给速度一般也提高5-l0倍，这样单位时间材料切除率可提高3-6倍，因此加工效率大大提高；2）切削力小：高速加工由于切削速度高，切屑流出的速度快，减少了切屑与刀具前面的摩擦，从而使切削力大大降低；3）热变形小：高速加工过程中，由于极高的进给速度，95%的切削热被切屑带走，工件基本保持冷态，这样零件不会由于温升而导致变形；4）加工精度高：高速加工机床激振频率很高，已远远超出“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率范围，这使得零件几乎处于“无振动”状态加工，同时在

9、高速加工速度下，积屑瘤、表面残余应力和加工硬化均受到抑制，因此用高速加工的表面几乎可与磨削相比。 5）简化工艺流程：由于高速铣削的表面质量可达磨削加工的效果，因此有些场合高速加工可作为零件的精加工工序，从而简化了工艺流程，缩短了零件加工时间。 高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术。其工件热变形小，加工精度高，表面质量好；非常适合模具加工中的薄壁、刚性较差、容易产生热变形的零件，可以直接加工模具中使用的淬硬材料，特别是硬度在hrc4660范围内的材料。 3.2逆向工程技术 按照传统的产品开发流程，开发过程一般是市场调研一概念设计一总体设计一详细设计一制定工艺流程一设

10、计工装夹具一加工、检验、装配及性能测试一完成产品。即从“设计思路一产品”的产品设计过程，这被称为正向工程或顺向工程。与之相对的是逆向工程，逆向工程能在拥有现有物理部件之上，利用激光扫描仪、结构光源转换仪或x射线断层成像之类3d扫描仪技术进行尺寸测量，再通过cad、cam、cae或其他软件构筑3d虚拟模型的方法。在模具工业中，经常会用到逆向工程，模具工业中的逆向工程应用大致可分为以下几种情况： 在没有设计图样以及设计图样不完整或没有cad模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图样或cad模型；某些难以直接用计算机进行三维几何设计的物体，目前常用黏土、木材或泡沫塑料进行初始外形设

11、计，再通过逆向工程将实物模型转化为三维cad模型；人们经常需要对已有的产品进行局部修改，原始设计没有三维cad摸的情况下，应用逆向工程技术建立c a d模型，再对cad模型进行修改，这将大大缩短产品改型周期，提高生产效率。 4、结束语 绿色概念与绿色技术将成为本世纪工业的主要发展方向。绿色模具的实现，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产生深远的影响。模具设计和先进制造技术与绿色制造的有机结合结合是模具工业的发展必然，并将大大加快模具行业前进的步伐，真正实现高质量、少污染、短周期和低成本的目标