模具的绿色设计与制造

    近年来。为了解决全球环境污染问题，一种新的“绿色制造”概念正在流行。它的目的就是为了减轻产品对环境的污染，在设计产品的整个生命周期过程中着重考虑产品的环境属性(环保特性)，采用一种绿色技术对产 品进行全方面设计。绿色制造主要包括以下几方面内容：一是制造问题，包括产品生命周期全过程；二是环境影响问题：三是资源优化问题。绿色制造就是这三部分内容的交叉和有机集成，是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中。对环境的负影响最小，资源使用效率最高。

    模具工业是制造工业化生产的基础，它的生产技术水平高低，已经成为衡量制造业水平的重要标志。以前，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、质量、成本和寿命等等，而很少、甚至不考虑它的环境属性。通常按常规思维来说，一个小型模具产品在完成使用后就成了一堆废弃的“垃圾”，回收利用率低。这也是在模具工业中开模难的最根本原因。因为一旦开了模，模具材料就很难再利用了，导致造价高。同时最重要的是这样也就造成了资源、能源严重浪费，而且模具材料中含有的毒、害物质，会严重污染生态环境，妨害人体健康。

    绿色模具不仅仅指在使用时对环境的影响小，还应是从制造到报废的整个生命周期内对环境的破坏最小。

1 模具设计

    1.1 传统设计与绿色设计

    传统的模具设计只考虑能够设计制造出合格的模具。并不会过多地考虑材料是否对环境有影响。生产出的模具使用后能否再加工重新利用等。而在模具的绿色设计中从头至尾都考虑了对环境的影响，同时也考虑了模具的回收再利用。

    1.2 材料的选择

    模具材料的绿色程度对最终产品的绿色性能有着极为重要的影响。绿色设计的材料选择必须建立在绿色材料的基础上。摒弃过去对材料进行表面处理所采用的化学方法。代之以物理的方法以达到防腐或易于脱模的目的。选择优质镜面模具钢加工模具型腔；用不锈钢材料来加工防腐的模具以替代电镀；或用对环境的危害小和镍磷镀替代电镀铬。

    绿色材料应具备的基本性能有：①低污染、低耗能、低成本；②易加工和加工过程中无污染或少污染；③可降解，可重复使用。

    1.3 设计规范化、标准化

    模具标准化是组织模具专业化生产的前提。而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。

    (1)采用和购买标准模架及其它标准件。模架及标准件由专门的厂家、企业通过社会化分工进行生产，使有限的资源得到优化配置。模具通常在报废之后只是凸凹模不能再用，但是模架还基本完好无损。因此使用标准模架有助于模架的再利用。冲压模和注塑模的模架都有很多种类，而这些模架也基本是由标准的上下模座。导柱。导套等部件组成。同时，模架的标准化可以使生产模架所使用的设备大大减少，从而节约资源。也利于管理。

    (2)模具各结构单元的规范化、标准化。这样可加快设计速度，缩短设计周期，方便加工管理。

    1.4 可拆卸性设计

    模具在使用过程当中，部分零部件由于承受过大的摩擦与冲击，磨损较大。这时。只需更换这部分零部件模具仍可使用。另外。有时只要更换工作零件，即可实现一种新产品的生产。不可拆卸不仅造成大量可重复零部件材料的浪费。而且因废弃物不好处置．还会严重污染环境。因而在设计初期就要考虑到拆卸的问题：①尽可能选择通用结构，以便更换。②在满足强度要求的前提下。尽量采用可拆卸联接。如用螺纹联接，不用焊接、铆接等。

    1.5 CAD，CAPP，CAM，CAE应用

    CAD，CAPP/CAM是模具设计走向全盘自动化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技术，可实现少图纸或无图纸加工和管理，节约了资源，可缩短模具设计与制造周期。可提高模具研制的成功率及模具质量。当今CAE技术已被广泛使用。首先可以应用CAD技术设计出产品的大体结构．标出其基本尺寸，然后用CAE技术对产品进行结构分析、可行性分析及工艺分析。现在的CAD三维软件(如Pro/E、SolidWorks、NX等)基本都集成了CAE技术，可以模拟材料的流动情况及分析其强度、刚度、抗冲击实验模拟等。使用CAD/CAE为实现并行工程提供了基本平台，因此提高了模具的设计效率，缩短了整个设计周期。实现了绿色的产品分析。

    1.6 制造环境设计

    机械生产车间，尤其是冲压车间的噪音和污染非常严重。对工作人员的身体健康造成非常大的威胁，也干扰了周边的安宁，所以，在进行模具设计的时候要对产生的噪音加以控制。甚至消除。通常消除机器噪音的方法有以下几种方法：用V带代替齿轮传动；以摩擦离合器代替刚性离合器；做好飞轮等回转体的动平衡；在压力机产生噪音的主要部位加盖隔音罩；采用有减震器的无冲击模架等。

    1.7 包装方案设计

    包装方案的设计主要包括三方面：包装材料的选用、包装结构的改进以及包装材料及其废弃物的回收利用。包装材料的使用和废弃物对环境产生了巨大的影响，尤其是一些难以回收或难降，解的材料，这些材料只能焚烧或掩埋。因此，产品的包装应尽量从简及使用绿色包装材料(无毒、无公害、易回收、易降解的材料)，这样既可以减少资源的浪费，又可以减少对环境的污染。