模具的綠色設(shè)計與制造

1、模具的綠色設(shè)計與制造楊萬賢 1208030069 成型121了解綠色制造的的內(nèi)涵模具的綠色設(shè)計與制造 模具綠色制造模具綠色制造模具的綠色維護模具的綠色維護:模具綠色設(shè)計模具綠色設(shè)計123模具的綠色回收、再處理模具的綠色回收、再處理4綠色制造背景 近年來。為了解決全球環(huán)境污染問題，一種新的“綠色制造”概念正在流行。它的目的就是為了減輕產(chǎn)品對環(huán)境的污染，在設(shè)計產(chǎn)品的整個生命周期過程中著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性(環(huán)保特性)，采用一種綠色技術(shù)對產(chǎn) 品進行全方面設(shè)計。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

2、和有機集成，是一個綜合考慮環(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)境的負影響最小，資源使用效率最高。綠色制造背景模具工業(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)水平的重要標志。以前，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。通常按常規(guī)思維來說，一個小型模具產(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。因為一旦開了模，模具材料就很難再利用了，導致造價高。同時最重要的是這樣

3、也就造成了資源、能源嚴重浪費，而且模具材料中含有的毒、害物質(zhì)，會嚴重污染生態(tài)環(huán)境，妨害人體健康。綠色模具不僅僅指在使用時對環(huán)境的影響小，還應是從制造到報廢的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的破壞最小。一、 綠色模具設(shè)計 1.1 傳統(tǒng)設(shè)計與綠色設(shè)計 傳統(tǒng)的模具設(shè)計只考慮能夠設(shè)計制造出合格的模具。并不會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)計中從頭至尾都考慮了對環(huán)境的影響，同時也考慮了模具的回收再利用。 一、綠色模具設(shè)計 1.2 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

4、行表面處理所采用的化學方法。代之以物理的方法以達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。 綠色材料應具備的基本性能有：低污染、低耗能、低成本；易加工和加工過程中無污染或少污染；可降解，可重復使用。一、 綠色模具設(shè)計 1.3 設(shè)計規(guī)范化、標準化 模具標準化是組織模具專業(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)采用和購買標準模架及其它標準件。模架及標準件由專門的廠家、企業(yè)通過社會化分工進行生產(chǎn)，使有限的資源得到優(yōu)化配置。模具通常在報廢之后只是凸凹模不能再用

5、，但是模架還基本完好無損。因此使用標準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準的上下模座。導柱。導套等部件組成。同時，模架的標準化可以使生產(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、標準化。這樣可加快設(shè)計速度，縮短設(shè)計周期，方便加工管理。一、 綠色模具設(shè)計 1.4 可拆卸性設(shè)計 模具在使用過程當中，部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊，磨損較大。這時。只需更換這部分零部件模具仍可使用。另外。有時只要更換工作零件，即可實現(xiàn)一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。不可拆卸不僅造成大量可重復零部件材料的浪費。而且因廢棄物不好處置還會嚴重污染

6、環(huán)境。因而在設(shè)計初期就要考慮到拆卸的問題：盡可能選擇通用結(jié)構(gòu)，以便更換。在滿足強度要求的前提下。盡量采用可拆卸聯(lián)接。如用螺紋聯(lián)接，不用焊接、鉚接等。一、 綠色模具設(shè)計 1.5 CAD，CAPP，CAM，CAE應用 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，節(jié)約了資源，可縮短模具設(shè)計與制造周期?？商岣吣＞哐兄频某晒β始澳＞哔|(zhì)量。當今CAE技術(shù)已被廣泛使用。首先可以應用CAD技術(shù)設(shè)計出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu)標出其基本尺寸，然后用CAE技術(shù)對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)分析、可行性分析及工藝分析?，F(xiàn)在的CAD三維軟件(如Pro/E、Soli

7、dWorks、NX等)基本都集成了CAE技術(shù)，可以模擬材料的流動情況及分析其強度、剛度、抗沖擊實驗模擬等。使用CAD/CAE為實現(xiàn)并行工程提供了基本平臺，因此提高了模具的設(shè)計效率，縮短了整個設(shè)計周期。實現(xiàn)了綠色的產(chǎn)品分析。一、 綠色模具設(shè)計 1.6 制造環(huán)境設(shè)計 機械生產(chǎn)車間，尤其是沖壓車間的噪音和污染非常嚴重。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，在進行模具設(shè)計的時候要對產(chǎn)生的噪音加以控制。甚至消除。通常消除機器噪音的方法有以下幾種方法：用V帶代替齒輪傳動；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動平衡；在壓力機產(chǎn)生噪音的主要部位加蓋隔音罩；采用有減震器的無沖

8、擊模架等。一、 綠色模具設(shè)計 1.7 包裝方案設(shè)計 包裝方案的設(shè)計主要包括三方面：包裝材料的選用、包裝結(jié)構(gòu)的改進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，又可以減少對環(huán)境的污染。二、 模具制造應用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)采用模具先進制造技術(shù)。在制造過程中選用生產(chǎn)浪費最小、能量消耗最低的制造工藝，是實現(xiàn)綠色制造的重要一環(huán)。 2.1 柔性制造技術(shù)(FMS) 由若干數(shù)控設(shè)備、物料運貯裝置和計算機控制系統(tǒng)組

9、成的并能根據(jù)制造任務和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)整的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元。能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整，以適宜于多品種、中小批量生產(chǎn)，它通過簡單地改變軟件的方法能夠制造出多種零件中任何一種零件。二、 模具制造應用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù) 2.2 高速切削(High Speed MaclliIIing，HSM)模具制造業(yè)是高速加工應用的重要領(lǐng)域。模具型腔加工過去一直為電加工所壟斷，但其加工效率低。而高速加工切削力小，可銑淬硬60HRC的模具鋼，加工表面粗糙度值又很??；淺腔大睦率半徑的模具，完全可用高速銑削來代替電加工；對深腔小曲率的，可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工，電加

10、工只作為精加工。這樣可使生產(chǎn)效率大大提高、周期縮短。鋼的切削速度可達600800m/min 高速切削為模具制造提供了發(fā)展的新契機。它簡化了加工手段，縮短了加工周期，提高了加工效率，降低了加工成本，目前它向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展，成為第三代制模技術(shù)。二、 模具制造應用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù) 2.3 虛擬制造技術(shù)(virtualManufacruring) 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)度進行統(tǒng)一建模以軟件技術(shù)為支撐，借助于高性能的硬件，形成一個可運行的虛擬制造環(huán)境。在計算機局域/廣域網(wǎng)絡(luò)上，生成數(shù)字化產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、性能分析、工

11、藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗。 虛擬制造的特點：無須制造實物樣機就可以預測產(chǎn)品性能，節(jié)約制造成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；產(chǎn)品開發(fā)中可以及早發(fā)現(xiàn)問題，實現(xiàn)及時的反饋和更正；以軟件模擬形式進行產(chǎn)品開發(fā)；整個制造活動具有高度的并行性。 把虛擬制造技術(shù)應用在模具工業(yè)中，可以減少開發(fā)周期。產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、模具制造過程、模具裝配調(diào)試、試模均在計算機上進行，從而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并降低了生產(chǎn)成本，填補了模具CAD、CAM與生產(chǎn)管理間的鴻溝二、 模具制造應用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù) 2.4 逆向工程技術(shù)(Reverse engineering，RE) 逆向工程是對已有的實物模型進行掃描，采集其表面的坐標數(shù)據(jù)信息，

12、根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成模型表面的線框模型，之后可根據(jù)需要對模型進行凹凸模轉(zhuǎn)換、比例縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等處理，再自動生成模具的加工程序。自動生成模具的加工程序可適用于廣泛的數(shù)控系統(tǒng)。這樣可以大大減少人力勞動和廢料，也提高了模具的制造成功率，對模具的綠色制造起到了積極地推動作用。二、 模具制造應用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)2.5 快速成型技術(shù) 它是近年發(fā)展起來的直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)的總稱。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果。是先進制造技術(shù)的重要組成部分?？焖俪尚图夹g(shù)的應用已從原型制造發(fā)展到了模具制造，只要模具設(shè)計了出來，無論模具的結(jié)構(gòu)多么復雜，都可以用快速成型技

13、術(shù)制造出來，這是傳統(tǒng)模具加工所無法比擬的。模具生產(chǎn)周期大大縮短。同時大大節(jié)約模具生產(chǎn)的費用，有的可減少到傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的幾分之一甚至幾十分之一。因此，在實際中真正實現(xiàn)了模具的綠色制造。模具的綠色維護模具的綠色維護:在模具的使用過程中,由于其特殊性,要經(jīng)常進行模具的修模工序。因此,同模具綠色制造過程一樣,修模過程也需要進行綠色處理。比如,在進行尺寸修模時,盡可能進行人工修護,少用或不用機加工;少用或不用有害溶液對模具進行表面處理,如鹽酸或甲醇等;在維護模具表面硬度方面,盡可能減少熱處理工序等等。 模具的綠色回收模具的綠色回收、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

14、將被逐一淘汰。如何對廢棄模具進行回收處理,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,有針對性地進行拆卸,取其可用部分,進行適當修護加工,就可應用到新模具產(chǎn)品上,而剩余部分則可作廢料處理。 綠色設(shè)計與綠色制造技術(shù)意義 綠色設(shè)計與綠色制造技術(shù)將成為本世紀機械行業(yè)的主要發(fā)展方向。也是改善工業(yè)環(huán)境的重要途徑。當前。產(chǎn)品和工藝設(shè)計與材料選擇系統(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。綠