基于綠色理念為導(dǎo)向的模具設(shè)計與制造研究

盧錫錦

（廣西玉林技師學(xué)院，廣西 玉林 537100）

近年來我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)帶動我國制造行業(yè)發(fā)展速度不斷提升，在高速發(fā)展的階段內(nèi)制造行業(yè)投資高、經(jīng)濟(jì)收益不斷增加，但帶來的是能源損耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的生態(tài)問題，制造業(yè)平均每年的能源消耗占據(jù)全國的40%以上，其生態(tài)問題若得不到及時的解決會限制制造產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。自我國進(jìn)入新發(fā)展階段以來，制造業(yè)的發(fā)展重心由原本的高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展，其中包括產(chǎn)品質(zhì)量和綠色環(huán)保質(zhì)量，更加強(qiáng)調(diào)在設(shè)計和制造環(huán)節(jié)融入綠色生態(tài)設(shè)計理念從而提升具體產(chǎn)品及整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力[1]。模具設(shè)計與制造作為各制造產(chǎn)業(yè)中必不可少的環(huán)節(jié)，其綠色理念的融合程度與效果直接影響著制造業(yè)的生態(tài)效益，因此要有效利用綠色生態(tài)理念為導(dǎo)向并應(yīng)用于模具的具體設(shè)計和制造中去，從而保證制造行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的雙豐收，進(jìn)一步為制造業(yè)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 模具設(shè)計中的綠色理念

模具的綠色設(shè)計旨在通過利用綠色設(shè)計原則提升模具的生態(tài)環(huán)保屬性，并從模具的應(yīng)用材料、加工工藝及后續(xù)回收再利用等多角度進(jìn)行全面優(yōu)化調(diào)整，以最大程度地降低模具制造加工帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，形成兼顧生態(tài)效益的綠色模具產(chǎn)品，綠色技術(shù)在保證模具質(zhì)量性能和使用壽命的基礎(chǔ)上合理利用環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，形成符合新發(fā)展階段生態(tài)要求的模具設(shè)計生產(chǎn)模式[2]。

1.1 模具框架結(jié)構(gòu)的綠色設(shè)計

在進(jìn)行模具框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮其可拆卸性和后續(xù)可重復(fù)利用性，并遵循綠色環(huán)保的原則進(jìn)行具體設(shè)計。例如，針對模具結(jié)構(gòu)中一些較容易磨損的零部件，可以在設(shè)計過程中予以重點(diǎn)關(guān)注，選擇鑲拼結(jié)構(gòu)框架以便于后續(xù)的維修和養(yǎng)護(hù)。在模具框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中還要注意減少系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的使用，避免在維修拆卸時對其造成不可恢復(fù)的毀壞。合理進(jìn)行分模面設(shè)計選擇，并選擇匹配的飛邊槽，設(shè)置調(diào)整間隙值以提供模具的使用率和生命周期。除此之外在結(jié)構(gòu)連接方式的設(shè)計選擇上盡量避免使用鉚接和焊接等類似連接方式，一旦連接固定很難再次更改。選擇模具框架中的組成結(jié)構(gòu)所需的零部件時，在符合模具設(shè)計制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下要考慮其通用性和同結(jié)構(gòu)可互換性，使模具框架結(jié)構(gòu)中的零部件形成系列性和可再次利用性。

1.2 模具使用材料的綠色設(shè)計

在模具設(shè)計中選擇綠色環(huán)保類材料是實現(xiàn)模具綠色制造的關(guān)鍵一步，也是提升模具環(huán)保性能的重要環(huán)節(jié)。模具使用材料的綠色設(shè)計具體包括選擇綠色材料、優(yōu)化材料加工模式和加強(qiáng)綠色材料監(jiān)管控制。首先，針對模具綠色材料的選擇，基于模具不同于其他機(jī)械部件生產(chǎn)制造的特殊性，它應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的成型和后續(xù)加工，常常在制造和使用的全過程中置于強(qiáng)度較大的高溫高壓環(huán)境中，因此模具材料選擇的一個重要參考標(biāo)準(zhǔn)是耐損耗性和抗腐蝕性，只有具有一定的耐磨損和抗腐蝕性能才能在嚴(yán)苛的環(huán)境下保證工作質(zhì)量和后續(xù)使用期限。在這一要求下模具使用材料的綠色設(shè)計既要充分考慮材料的應(yīng)用性能和經(jīng)濟(jì)性價比，又要結(jié)合綠色環(huán)保理念導(dǎo)向進(jìn)行選擇。因此要選擇環(huán)境污染低、能源消耗低且成本底的綠色材料，盡量減少銅、鉛等材料的使用，選擇的材料要具有可重復(fù)循環(huán)使用的特點(diǎn)，且可降解。模具制造企業(yè)在使用材料選擇環(huán)節(jié)以綠色理念為導(dǎo)向確定性價比最高的綠色材料并進(jìn)行采購，要注意采購原材料是否具備環(huán)保標(biāo)識，同時加強(qiáng)材料的監(jiān)管控制力度，并注意將其放置在穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行儲存。

1.3 模具降噪綠色設(shè)計

在進(jìn)行模具綠色設(shè)計的過程中還應(yīng)充分考慮到模具在進(jìn)行鍛造、沖壓等具體制造流程的過程中會產(chǎn)生較大的噪聲從而造成的噪聲污染。大部分模具制造加工設(shè)備在運(yùn)行的工作中都會長時間連續(xù)產(chǎn)生噪聲污染，對模具制造環(huán)境中的工作人員身體健康造成了不利影響，也干擾了模具企業(yè)周邊環(huán)境的安靜質(zhì)量，從而可能在一定程度上降低了模具制造企業(yè)的工作運(yùn)營效率和企業(yè)形象，因此進(jìn)行模具降噪綠色設(shè)計至關(guān)重要。首先可以對模具加工鍛造設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在相應(yīng)的位置合理添加消音裝置從而降低噪聲的傳播效果。其次可以對模具的沖壓設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)整，將齒輪傳遞改為傳送帶以減少模具加工動力傳送過程中產(chǎn)生的噪音。最后可以利用綠色理念更新模具加工設(shè)備的材料，添加一定的降噪材料，或者采用模塊化的模具設(shè)計以降低其加工難度、簡化制造流程，從而達(dá)到降噪環(huán)保的目的。

2 模具制造中的綠色技術(shù)

2.1 潔凈綠色處理

在進(jìn)行模具加工制造的過程中通常會使用大量的切削液，切削液是應(yīng)用于模具結(jié)構(gòu)切削、磨加工過程中用于冷卻和潤滑切刀工具及加工零部件的工業(yè)用液體，雖具有較為良好的冷卻潤滑性能和防腐防銹性能，但使用過的切削液中存在廢油和廢液，大部分模具制造工廠不經(jīng)處理直接進(jìn)行排放會對水資源造成嚴(yán)重污染[3]。此外，若大量使用切削液會使切刀上殘留切屑，其成分也可能造成一定的土壤及環(huán)境污染。因此在模具制造過程中要注意進(jìn)行潔凈綠色處理，盡可能地降低切削液的使用量和使用頻率，選擇更加生態(tài)環(huán)保的綠色切削技術(shù)，從而降低切削液及殘留切屑對環(huán)境造成的污染。模具制造企業(yè)應(yīng)積極探索綠色切屑技術(shù)的引進(jìn)和利用路徑，選擇綠色切削方式或無切削液應(yīng)用方式，以達(dá)到切削環(huán)節(jié)安全無污染的理想效果，并且減少切削液的使用還可以大幅度提升切削工作效率。目前模具制造行業(yè)內(nèi)較為推廣的潔凈綠色切削技術(shù)是干式切削技術(shù)如干銑削等，可以在無冷液的條件下高效率、高質(zhì)量地完成切削加工，這一潔凈綠色切削技術(shù)需要性能優(yōu)質(zhì)的干切削刀具、機(jī)床設(shè)備和其余輔助設(shè)施的支持。

2.2 快速原型制造

在模具制造過程中利用快速原型制造技術(shù)可以實現(xiàn)無屑加工從而達(dá)到綠色環(huán)保的效果?？焖僭椭圃旒夹g(shù)是一種基于材料堆積法的新興制造技術(shù)，它集分層制造技術(shù)、CAD應(yīng)用技術(shù)、激光技術(shù)等為一體，可實現(xiàn)自動、快速、精確地將模具設(shè)計中的綠色理念轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或零部件，通過將一層層材料堆積形成實體原型，使模具零部件制造和后續(xù)加工高效便捷且成本較低?？焖僭椭圃旒夹g(shù)在模具制造中的優(yōu)勢體現(xiàn)在高度柔性上，可取消專用工具并在計算機(jī)系統(tǒng)的操作控制下實現(xiàn)任意形狀零部件的制造，通過結(jié)合材料綠色選擇和堆積原理，安裝產(chǎn)品參數(shù)并實現(xiàn)模具模型構(gòu)建，從而有效提高模具制造的開發(fā)周期，并解決了傳統(tǒng)模具制造工藝的殘屑污染問題，不僅提升了模具產(chǎn)品的質(zhì)量性能，幫助企業(yè)收獲更多經(jīng)濟(jì)收益，還通過利用其綠色環(huán)保的特質(zhì)使模具制造企業(yè)同時收獲生態(tài)效益。

2.3 高速切削技術(shù)

在模具的制造過程中可應(yīng)用高速切削技術(shù)進(jìn)行效率提升和性能優(yōu)化。因為在模具制造的過程中其型腔在具體成型制造中通常會應(yīng)用一些硬度較高的材料，因此常采用電加工的工藝手段進(jìn)行制造加工。但電加工工藝具有工作效率慢的缺點(diǎn)，并且在使用過程中會消耗大量的電能資源，不利于模具制造中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。高速切削技術(shù)的刀具可持續(xù)保持低溫度，且切削深度較淺使刀具和主軸上受到的徑向力低，從而有效減少了軸承導(dǎo)軌等部件的磨損，提升刀具及其他切削工具的使用壽命。高速切削技術(shù)具有極高的加工效率，且其表層應(yīng)用材料質(zhì)量性能好保證了切削環(huán)節(jié)的質(zhì)量穩(wěn)定，可切削硬度達(dá)到60HRC的模具材料。因此應(yīng)用高速切削技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電加工技術(shù)可以優(yōu)化模具成型制造的工作效率，并有效體現(xiàn)綠色制造理念。

2.4 逆向工程技術(shù)

在進(jìn)行模具制造過程中可應(yīng)用逆向工程技術(shù)實現(xiàn)綠色理念的深化落實，逆向工程技術(shù)具體是指在已有實物或其余類型參照的前提下對其進(jìn)行精準(zhǔn)測量，將獲得數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行快速處理并利用三維建模法在數(shù)字化系統(tǒng)中建立全數(shù)字三維模型。逆向工程制造技術(shù)作為一項綜合性現(xiàn)代化技術(shù)具有較強(qiáng)的實用性，利用這項技術(shù)可以實現(xiàn)模具制造的三維模型立體呈現(xiàn)并進(jìn)一步生成自動加工程序。逆向工程制造技術(shù)額可以實現(xiàn)對模具實物的精準(zhǔn)開模，并且可以更直觀地完成模具結(jié)構(gòu)及各項細(xì)節(jié)的優(yōu)化處理，并可以應(yīng)用于模具的快速成型機(jī)床評估設(shè)計，提高模具制造加工的效率和現(xiàn)代化水平，有效控制模具制造過程中的資源消耗，從而體現(xiàn)了綠色理念為導(dǎo)向的模具加工制造流程。

3 模具綠色設(shè)計與制造的發(fā)展趨勢

近年來模具制造行業(yè)努力深化綠色設(shè)計與制造理念，通過優(yōu)化設(shè)計思路、設(shè)計細(xì)節(jié)以及制造加工工藝等實現(xiàn)模具生產(chǎn)的綠色環(huán)保，目前模具的綠色設(shè)計與制造已收獲的了行業(yè)內(nèi)外更多的關(guān)注和重視，并不斷提升其深化路徑并形成了模具綠色設(shè)計與制造的未來發(fā)展趨勢。

3.1 全球化

當(dāng)今世界全球化趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，全球變暖、環(huán)境污染和資源短缺問題已成為世界各國需要共同面對和解決的難題。因此制造行業(yè)需要在未來的發(fā)展中持續(xù)深化綠色生態(tài)理念，通過升級模具設(shè)計與制造各環(huán)節(jié)的綠色理念與技術(shù)，優(yōu)化模具產(chǎn)品的資源利用效率和節(jié)能環(huán)保能力，并適當(dāng)進(jìn)行回收再利用，從而尊重自然環(huán)境的客觀發(fā)展，為全球性的環(huán)境生態(tài)問題貢獻(xiàn)一份力量，因此未來綠色理念應(yīng)用在模具設(shè)計與制造中必然要呈現(xiàn)全球化趨勢，各國應(yīng)合作研究提升綠色環(huán)保質(zhì)量的有效路徑。

3.2 社會化

隨著工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，模具應(yīng)用綠色理念進(jìn)行設(shè)計制造不僅在行業(yè)內(nèi)占據(jù)著至關(guān)重要的地位，在全社會深化高質(zhì)量生態(tài)保護(hù)中也發(fā)揮著重要地位。為積極響應(yīng)新發(fā)展階段對工業(yè)及制造業(yè)提出的新要求，模具制造企業(yè)應(yīng)不斷探索與其他行業(yè)的融合路徑，加強(qiáng)綠色環(huán)保建設(shè)的力度和深度，發(fā)揮全社會的合力以取得更好的效果。因此模具設(shè)計與制造想要進(jìn)一步提升綠色生態(tài)建設(shè)的效果，需要逐步朝向社會化發(fā)展。

3.3 廣泛化

當(dāng)前階段模具設(shè)計與制造的綠色指導(dǎo)理念在部分模具制造企業(yè)中已開始不斷嘗試和探索，但行業(yè)內(nèi)仍未大規(guī)模地落實好這項生態(tài)保護(hù)工作。為持續(xù)擴(kuò)大制造業(yè)綠色優(yōu)化的范圍，提升制造業(yè)應(yīng)用綠色理念進(jìn)行設(shè)計與制作的影響力，應(yīng)加大行業(yè)內(nèi)外以綠色生態(tài)理念作為指導(dǎo)和目標(biāo)的倡議，相關(guān)管理部門也要通過制度規(guī)范和政策支持促進(jìn)各模具制造企業(yè)做好綠色環(huán)保優(yōu)化工作，從而使得制造業(yè)中在設(shè)計和生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的綠色理念持續(xù)向廣泛化發(fā)展。

3.4 智能化

目前我國的模具企業(yè)應(yīng)用綠色理念進(jìn)行設(shè)計與制造往往只停留在意識層面，雖在實際操作應(yīng)用過程中有所嘗試，但沒有充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)帶來的智能趨勢，使綠色技術(shù)可以更高效科學(xué)地發(fā)揮作用。模具制造企業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用于模具生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的監(jiān)管，利用智能化系統(tǒng)終端和現(xiàn)代數(shù)字監(jiān)控設(shè)備，對模具從設(shè)計規(guī)劃到加工制作的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有資源消耗過量或污染嚴(yán)重的環(huán)節(jié)，可以通過顯示器直觀發(fā)現(xiàn)并立即做出處理措施。除此之外信息化設(shè)備還可以對模具產(chǎn)品在設(shè)計與制作過程中的各項生態(tài)環(huán)保相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨時可查看模具產(chǎn)品的綠色環(huán)保性能，以保證其在設(shè)計環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)都符合綠色生態(tài)保護(hù)的規(guī)范與要求。因此，為了模具設(shè)計與制造的綠色優(yōu)化勢必要借助時代發(fā)展的力量向智能化轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)束語

模具行業(yè)積極應(yīng)用綠色環(huán)保理念符合生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的實際要求，因此模具制造企業(yè)應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)中的綠色規(guī)劃以及后續(xù)生產(chǎn)加工中的綠色技術(shù)應(yīng)用，不斷提升自身綠色環(huán)保能力并帶動行業(yè)內(nèi)外關(guān)注制造生產(chǎn)中的生態(tài)保護(hù)，形成良好的綠色健康發(fā)展觀念從而助力模具制造以及整個制造行業(yè)收獲生態(tài)效益與社會效益。