制造業(yè)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)向前快速發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè),制造業(yè)在將制造資源轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品以及隨后產(chǎn)品的使用和廢棄后的處理過程中,將會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來了不同程度的污染。對(duì)于制造業(yè)來說,未來所面臨解決的重大問題是如何減少資源的消耗和盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染。因而綠色制造(Green Manufacturing)應(yīng)運(yùn)而生,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(duì)環(huán)境的負(fù)影響最小,資源使用效率最高[1-2]。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。

 

　　模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品,是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的基礎(chǔ)工藝裝備。它的生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。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)境屬性和對(duì)資源、能源造成的浪費(fèi)。模具工業(yè)作為制造業(yè)的一個(gè)重要組成部分, 并且在我國得到迅猛發(fā)展, 因而在模具行業(yè)中提倡綠色制造尤為重要。

 

1 模具的綠色制造 

 

由綠色制造的概念可知,“綠色模具”不僅僅指在使用時(shí)對(duì)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(duì)環(huán)境的破壞是最小的。因此,模具的綠色制造設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者在構(gòu)思階段就要優(yōu)先考慮模具產(chǎn)品的環(huán)境屬性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等),然后再考慮原有應(yīng)該考慮的模具產(chǎn)品應(yīng)用的基本屬性[3]?？偟膩碚f,模具綠色制造的整個(gè)生命周期包括綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色包裝、綠色維護(hù)和綠色回收、再處理等階段。 　　

 

1.1 模具的綠色設(shè)計(jì):模具綠色設(shè)計(jì)對(duì)模具綠色制造有著非常重要的地位,這一步解決的好壞直接影響到最終利用模具加工產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)問題。 　　

 

1.1.1 模具材料的選擇:模具材料的選擇是模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。模具材料的“綠色程度”對(duì)最終產(chǎn)品的“綠色性能”具有非常重要的影響。因此,綠色模具設(shè)計(jì)必須建立在綠色模具材料基礎(chǔ)上。綠色模具材料應(yīng)是低能耗、低成本的材料,尤其是少污染的材料;是易加工和加工過程中無污染或少污染的材料;是易回收處理、可重復(fù)多次使用或可降解的材料。比如,可選擇優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工型腔,輔之以良好的拋光手段;直接用不銹鋼材料來加工防腐的模具,以替代表面處理的方式。另外除在材料上選用不銹鋼來避免使用電鍍外,也可采用鎳磷鍍替代電鍍鉻,因?yàn)殒嚵族冊(cè)趯?duì)氯化氫氣體的防腐上要優(yōu)于電鍍鉻,且前者對(duì)環(huán)境的危害也要小于后者。 　　

 

1.1.2 延長壽命的模具設(shè)計(jì):延長產(chǎn)品壽命是綠色制造的主要手段之一。對(duì)于鍛造模具,在提高模具壽命方面已有很多的措施,如正確選擇分模面位置、選擇適當(dāng)?shù)娘w邊槽、選擇合適噸位的鍛造設(shè)備、在一副鍛模上開設(shè)兩個(gè)終鍛模膛分別單獨(dú)使用等。對(duì)于沖壓模具,如沖壓間隙值的合理選取、盡量壓縮凸模工作部分長度、采用彈性卸料板、改進(jìn)凸(凹)模的結(jié)構(gòu)如采用一模多形、一形兩用和拼裝式模具來提高模具的利用率。對(duì)于注塑模具,如采用隨形冷卻水道可提高注塑精度和模具使用壽命;將模具型芯由整體結(jié)構(gòu)改為鑲拼式結(jié)構(gòu), 可解決模具的變形問題,提高模具壽命。 　　

 

1.1.3 模具的可回收性設(shè)計(jì):模具的回收性設(shè)計(jì)是指在模具產(chǎn)品綠色的設(shè)計(jì)初期充分考慮產(chǎn)品中所用各種材料的回收、再利用的可能性、回收處理的方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估以及回收性的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)等有關(guān)一系列問題。這樣就可在后續(xù)生產(chǎn)中盡可能節(jié)約材料,減少浪費(fèi)。因此,因避免或不要過多使用銅、鉛等有害或?qū)Νh(huán)境有重污染的材料;盡可能減少所用材料的種類;避免使用與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)再回收過程中不相兼容的材料;多使用無需特殊工具的連接件;設(shè)計(jì)時(shí)盡可能允許使用現(xiàn)有的一些可重復(fù)利用的零部件等。 　　

 

1.1.4 模具的可拆卸性設(shè)計(jì):模具可拆卸性對(duì)于模具綠色制造來說是很重要的。當(dāng)模具在使用過程中部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊磨損較大時(shí),只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時(shí)只要更換凸、凹模即可實(shí)現(xiàn)一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。如果模具不具備可拆卸性不僅回造成大量可重復(fù)零部件材料的浪費(fèi),而且因廢棄物處理不好導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而在設(shè)計(jì)初期就要考慮模具結(jié)構(gòu)易于拆卸,維護(hù)方便,這樣就便于在后續(xù)回收處理中再利用。因此,在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選擇通用結(jié)構(gòu),以便更換;在滿足強(qiáng)度要求的前提下,盡量采用可拆卸聯(lián)接(如螺紋聯(lián)接),不用焊接、鉚接、膠接等;不用或少用過盈配合;采用組合模架。 　　

 

1.1.5 模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化:無論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有必要向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,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。模具設(shè)計(jì)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,便于采用和購買模許多規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)模架及其它標(biāo)準(zhǔn)件,而這些模架及標(biāo)準(zhǔn)件又可由專門的廠家、企業(yè)通過社會(huì)化分工進(jìn)行生產(chǎn),從而使有限的資源得到優(yōu)化配置。另外,模具各結(jié)構(gòu)單元的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,可使生產(chǎn)其的夾具數(shù)量大為減少,從而節(jié)約資源,并且加快了設(shè)計(jì)速度,縮短了設(shè)計(jì)周期,方便加工管理。 　　

 

1.1.6 模具CAD/CAPP/CAM一體化:模具CAD/CAPP/CAM是模具設(shè)計(jì)走向全盤自動(dòng)化的重大措施。采用 CAD/ CAPP/CAM技術(shù),可實(shí)現(xiàn)少圖紙或無圖紙加工和管理,一方面,節(jié)約用紙即節(jié)約資源和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一體化也為并行工程的實(shí)現(xiàn)提供可能,可縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期,提高模具研制的成功率及模具質(zhì)量。