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探析绿色设计理念在模具设计与制造中的体现

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：王慧

[导读] 摘要：模具制造业是我国制造行业重要的一环，对能源消耗超过了全国总能消耗一半之多，能源稀缺严重的阻碍了我国制造业的发展。

        泰钢合金（中山）有限公司
        摘要：模具制造业是我国制造行业重要的一环，对能源消耗超过了全国总能消耗一半之多，能源稀缺严重的阻碍了我国制造业的发展。为此，本文以节能环保为主要目标，从模具绿色设计与绿色制造这两个方面对绿色设计理念在模具设计及制造中的体现进行了探析，希望减少能源消耗，实现模具制造业未来可持续发展。
        关键词：绿色设计理念；绿色模具设计；应用
        引言
        随着全球经济的快速发展，制造业过度的能源消耗，严重的破坏了生态平衡，可以供给人类使用能源逐渐减少，甚至有些资源已经是濒临枯竭的状态。其他国家的迅速发展，加快了对能源的消耗，在保证制造业可持续发展的前提下，如何有效的保护生态环境，已经是目前国内外制造业的首要难题。
        1.基于绿色设计理念前提下的绿色模具设计
        1.1模具结构的绿色设计
        模具结构的设计的主要实质是以可拆卸、可反复利用为基础和原则。比如说模具中的部分零件容易破损，为了更方便的快速维修和更换，可采取针对面向产品维修的设计，所以在设计过程中大多数都会选择可以拆卸的镶拼架构，尽量避免系统架构，可有效防止在拆解的过程中只能采取毁灭性拆卸手段，同时也要规避使用焊接、铆接等方式的链接形式，另外，为了确保模具零件的可互换性、通用性，零部件的设计也要采用标准型架构并尽量系列化。
        1.2模具应采用绿色材料生产制造
        如若要实现绿色模具制造还需要选用绿色材料，这是实现绿色制造的必要前提条件，这其中就包括选用绿色材料以及相关的生产加工和管控等。模具与一般的机械部件加工生产方式也有所不同，模具是一种为了后续进行机械产品的制造而生产的基础工具。当使用模具时，在相对具有高温和高压的环境中会发现，所制造出的模具必须要具备耐磨性和高耐腐蚀性，并且同时也要确保一定的使用寿命期限，这就为在选用模具的绿色材料上增加了难度，不仅需要考虑绿色材料能否使用的可行性及经济性价比，也要考虑模具的绿色环保性能。在为模具选用材料的时候，应遵循与实际环境相互平衡的原则，及减量化，可以实现重复、循环使用并具备可降解性。所以众多企业要在采购方案中呈现绿色环保这一特点，对材料必须严格把控，采购具有环保标志的材料。
        1.3模具的绿色技术
        在模具进行设计的过程中，除了要考虑模具的结构以及材料外，还要积极应用绿色技术。比如在制造塑料的模具时，可以利用相关的热流道等技术来规避产生额外的材料，从而达到减少模具使用材料的效果。对多余可降解的材料采取回收利用或者粉碎处理，在一定程度上减少对操作人员及工艺设备的投入。为此，制造企业应该提高对建设CAX平台的重视程度，有效利用计算机的自动化操作，对模具的各个模块，比如设计、制造、管控等功能进行集成，从而实现缩短产品的研发周期，提高工作效率等。
        2.在模具制造中绿色设计理念的应用
        2.1可拆卸元素的运用
        可拆卸元素的应用可以增加模具的使用寿命。主要可以提现在两个方面：第一，在制造模具中尽量采取镶件结构，可以有效避免模具因多次注射，导致镶件部分磨损使得整套模架直接废掉不能再使用[1]。例如，模具需要经常修改，如果在要修改模具的地方预先加上镶件，在后期改模时只要更换镶件就可以了，甚至可以在开模时做多几个镶件的备件以供替换，使得更加方便的修改模具；第二，规避铆接、胶接、焊接及过盈配合。利用可拆卸元素在一定的程度上降低了对社会资源的消耗，不仅简化了模具的拆装流程，同时也减少了在模具拆装过程中对生态环境造成的污染、噪声影响等。
        2.2洁净处理的相关技术
        在制造模具的过程中切削是一个必要的过程，在过去的切削技术中会大量的使用切削液，但是切削液对生态环境的污染是非常严重的，所以需要绿色的设计理念融入到切削技术中，可以尽量避免过度的使用切削液。对于切削的这一部分可以研究更加先进的切削方式来避免对环境的污染，使得可以绿色切削或者是无切削液的轮换，现阶段，我国很多制造单位已经开始对无切削液技术进行了深入的研究，同时也取得了一定的成果，利用这项技术，在以后的模具制造中可以实现减少对环境的污染。（可参考表1的数值对比实验结果）
        表 1 计算值与实验值对比

        2.3快速切削
        模具制造中经常会用到快速切割技术，模具型腔在成型制造的过程中会采用比较高硬度的材料，所以经常需要电工工艺来进行生产制造，但是电加工的加工效率比较低同时还会消耗大量的电极资源。模具在使用的过程中需要进行修复，以此延长模具的使用寿命周期，以往都是利用电加工来实现的，快速切削技术的应用使加工速度变快，从而增加了模具的使用时限。二者相较之下，快速切削的加工方式不仅可以使得在进行切割时提高效率，简化工艺流程，减少了切屑与刀具的摩擦，使得切削力大大降低，并且使其表层的质量相对较好，工件基本保持冷态，不会因为温度升高从而导致变形。快速切削的工艺方式可以切削的硬度能够达到60HRC。因此快速切削可以代替电加工，利用快速切削的加工工艺不仅能够明显的提高切削加工的效率还能够降低生产成本，实现快速切削、节能环保、绿色安全的制造目标。
        2.4原型快速制造
        这一项技术运用了离散堆积的相关原理，可以包括四个部分：零件CAD数据模型的构建、数据转换文件的生成、模型的分层切片、快速堆积成型，由这四个部分构成原型快速制造技术。利用堆积材料的生产方式，来生产成型相关的零部件，这是对过去的传统变形加工生产制造方式一次突破性的革新，从而实现了节能环保和无屑加工的目标。这种技术通常还会需要辅助应用反向加工的技术。
        2.5虚拟制造技术
        虚拟制造技术以虚拟现实和仿真技术为基础，可以对产品的设计、生产过程统一建模，从而在计算机上实现产品从设计、加工、装配、检验到模具使用生命周期的模拟和仿真[2]。优化模具的设计质量和制造过程，将模具的开发周期和投入成本最小化，设计质量最优化以及生产效率最高化。质量好、精度高、交货期短是生产商对模具制造的基本要求，但部分模具体积过大、结构复杂、尺寸精度及表面粗糙度要求相对较高，设计制造比较困难。采用虚拟制造技术，可以优化模具零件加工过程中的工艺参数，及时解决在加工过程中所出现的棘手问题，保证整个模具在制造过程的完美型。
        结束语
        绿色可持续性发展将会是未来全球经济发展的主要趋势，因此需要大力发展绿色经济。我国的制造行业必须认真贯彻绿色发展的这一理念，模具制造在我国制造业中占有很大比列，在模具设计和制造中融入绿色设计理念已是必然趋势，将绿色设计理念应用于模具设计和制造中对我国的制造业具有重大意义。
        参考文献：
        [1]衡斌.绿色设计理念在模具设计与制造中的应用[J].内燃机与配件，2018（09）：125-126.
        [2]何强.绿色设计理念在模具设计与制造中的应用[J].内燃机与配件，2018（04）：100-101.