淺析低碳模具設(shè)計(jì)與制造

孫華祥

摘 要：在機(jī)械制造業(yè)中，要把保護(hù)環(huán)境、控制和預(yù)防污染物落實(shí)到設(shè)計(jì)與制造的全過程，合理利用資源、進(jìn)行清潔化生產(chǎn)，減輕環(huán)境的污染，走可持續(xù)發(fā)展的道路。要求優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計(jì)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，盡量采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環(huán)境污染小的工藝方案和工藝路線。未來的綠色設(shè)計(jì)與綠色制造將向全球化、社會(huì)化、集成化、并行化、智能化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工業(yè)；綠色設(shè)計(jì)；綠色制造

據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成環(huán)境污染的排放物有70%以上來自制造業(yè)，它們每年約產(chǎn)生出55億噸無害廢物和7億噸有害廢物。在過去，更多的把保護(hù)環(huán)境的重點(diǎn)放在了污染物的“末端治理”上，而忽略了污染物的全過程控制和預(yù)防上。要想徹底解決對環(huán)境污染問題，必須從源頭上進(jìn)行治理。具體到制造業(yè)，就是要求考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期對環(huán)境的影響，最大限度地利用原材料、能源，減少有害廢物的排放量，減輕對環(huán)境的污染。隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思想也日益受到重視。

模具工業(yè)是制造工業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它的生產(chǎn)技術(shù)水平高低。已經(jīng)成為衡量制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。以前，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)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。通常按常規(guī)思維來說，一個(gè)小型模具產(chǎn)品在完成使用后就成了一堆廢棄的“垃圾”，回收利用率低。這也是在模具工業(yè)中開模難的最根本原因。

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。綠色制造就是這三部分內(nèi)容的交叉和有機(jī)集成，是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)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。綠色模具不僅僅指在使用時(shí)對環(huán)境的影響小。還應(yīng)是從制造到報(bào)廢的整個(gè)生命周期內(nèi)對環(huán)境的破壞最小。

1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與綠色設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)只考慮能夠設(shè)計(jì)制造出合格的模具。并不會(huì)過多地考慮材料是否對環(huán)境有影響。生產(chǎn)出的模具使用后能否再加工重新利用等。而在模具的綠色設(shè)計(jì)中從頭至尾都考慮了對環(huán)境的影響，同時(shí)也考慮了模具的回收再利用。

2材料的選擇

模具材料的綠色程度對最終產(chǎn)品的綠色性能有著極為重要的影響。綠色設(shè)計(jì)的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎(chǔ)上。摒棄過去對材料進(jìn)行表面處理所采用的化學(xué)方法，代之以物理的方法以達(dá)到防腐或易于脫模的目的。選擇優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工模具型腔；用不銹鋼材料來加工防腐的模具以替代電鍍；或用對環(huán)境的危害小和鎳磷鍍替代電鍍鉻。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。

3設(shè)計(jì)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化

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：①采用和購買標(biāo)準(zhǔn)模架及其它標(biāo)準(zhǔn)件。模架及標(biāo)準(zhǔn)件由專門的廠家、企業(yè)通過社會(huì)化分工進(jìn)行生產(chǎn)，使有限的資源得到優(yōu)化配置。模具通常在報(bào)廢之后只是凸凹模不能再用。但是模架還基本完好無損。因此使用標(biāo)準(zhǔn)模架有助于模架的再利用。沖壓模和注塑模的模架都有很多種類，而這些模架也基本是由標(biāo)準(zhǔn)的上下模座。導(dǎo)柱。導(dǎo)套等部件組成。同時(shí)。模架的標(biāo)準(zhǔn)化可以使生產(chǎn)模架所使用的設(shè)備大大減少，從而節(jié)約資源。也利于管理；②模具各結(jié)構(gòu)單元的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。這樣可加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期，方便加工管理。

4可拆卸性設(shè)計(jì)

模具在使用過程當(dāng)中，部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊，磨損較大。這時(shí)。只需更換這部分零部件模具仍可使用。另外。有時(shí)只要更換工作零件，即可實(shí)現(xiàn)一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。不可拆卸不僅造成大量可重復(fù)零部件材料的浪費(fèi)。而且因廢棄物不好處置。還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。因而在設(shè)計(jì)初期就要考慮到拆卸的問題：①盡可能選擇通用結(jié)構(gòu)，以便更換；②在滿足強(qiáng)度要求的前提下。盡量采用可拆卸聯(lián)接。如用螺紋聯(lián)接，不用焊接、鉚接等。

5制造環(huán)境設(shè)計(jì)

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(jì)的時(shí)候要對產(chǎn)生的噪音加以控制。甚至消除。通常消除機(jī)器噪音的方法有以下幾種方法：用V帶代替齒輪傳動(dòng)；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡：在壓力機(jī)產(chǎn)生噪音的主要部位加蓋隔音罩：采用有減震器的無沖擊模架等。

6包裝方案設(shè)計(jì)

包裝方案的設(shè)計(jì)主要包括三方面：包裝材料的選用、包裝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)以及包裝材料及其廢棄物的回收利用。包裝材料的使用和廢棄物對環(huán)境產(chǎn)生了巨大的影響。尤其是一些難以回收或難降，解的材料，這些材料只能焚燒或掩埋。因此，產(chǎn)品的包裝應(yīng)盡量從簡及使用綠色包裝材料（無毒、無公害、易回收、易降解的材料），這樣既可以減少資源的浪費(fèi)，又可以減少對環(huán)境的污染。

7回收處理設(shè)計(jì)

模具回收處理就是在模具的設(shè)計(jì)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(fèi)用?；厥招栽O(shè)計(jì)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(jì)。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。

8結(jié)束語

綠色設(shè)計(jì)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。當(dāng)前，產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)與材料選擇系統(tǒng)的集成、用戶需求與產(chǎn)品使用的集成、綠色制造系統(tǒng)的信息集成、綠色制造的過程集成等集成技術(shù)的研究已成為重要研究內(nèi)容。

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