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模具設(shè)計與制造論文
綠色的模具設(shè)計與制造
提出了綠色技術(shù)的具體實現(xiàn)形式綠色設(shè)計及綠色制造技術(shù)。在此基礎(chǔ)上。比較了模具的傳統(tǒng)設(shè)計與綠色設(shè)計的差異。闡述了模具的綠色設(shè)計與制造的實現(xiàn)方法。介紹了當(dāng)今模具綠色制造所使用的先進制造技術(shù)。
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�。Y源使用效率最高。
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(dǎo)致造價高。同時最重要的是這樣也就造成了資源、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�。�應(yīng)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。
1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。
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．摒棄過去對材料進行表面處理所采用的化學(xué)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(yīng)具備的基本性能有：①低污染、低耗能、低成本：②易加工和加工過程中無污染或少污染：③可降解，可重復(fù)使用。
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．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(dǎo)柱。導(dǎo)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。
1．4可拆卸性設(shè)計
模具在使用過程當(dāng)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(fù)零部件材料的浪費。而且因廢棄物不好處置．還會嚴重污染環(huán)境。因而在設(shè)計初期就要考慮到拆卸的問題：①盡可能選擇通用結(jié)構(gòu)，以便更換。②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。
1．5CAD，CAPP，CAM，CAE應(yīng)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(dāng)今CAE技術(shù)已被廣泛使用。首先可以應(yīng)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、SolidWorks、UG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?zāi)M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。
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擊模架等。
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(yīng)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。
1．8回收處理設(shè)計
模具回收處理就是在模具的設(shè)計階段就考慮模具使用后回收利用的可能性及回收處理的方法及費用。回收性設(shè)計的主要內(nèi)容包括可回收材料及標志、回收處理方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟評估和回收性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其主要措施如下；①使用對環(huán)境影響較小的模具材料，如無毒無害的材料、可再生材料、易回收的材料等；②使用可重新利用的材料；③對使用過的模具零部件進行翻新、再加工等。
2模具制造
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)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)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(wù)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。
2．2高速切削(HighSpeedMaclliIIing，HSM)
模具制造業(yè)是高速加工應(yīng)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�。粶\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600一800m／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)。
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、工藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗。
虛擬制造的特點：①無須制造實物樣機就可以預(yù)測產(chǎn)品性能，節(jié)約制造成本．縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；②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；③以軟件模擬形式進行產(chǎn)品開發(fā)；④整個制造活動具有高度的并行性。
把虛擬制造技術(shù)應(yīng)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。
2．4逆向工程技術(shù)(Rever辯Enginee-ng，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，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。
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。快速成型技術(shù)的應(yīng)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(fù)雜，都可以用快速成型技術(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。
3 結(jié)束語
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(dāng)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。綠色并行工程是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的新模式。它以集成的、并行的方式設(shè)計產(chǎn)品及其生命周期全過程。力求使產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計開始就考慮到產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素．如質(zhì)量、成本、用戶要求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等。模具實現(xiàn)了綠色設(shè)計與制造。將大大加快模具行業(yè)的迅速發(fā)展，也是模具發(fā)展的必然趨勢。從而真正實現(xiàn)模具設(shè)計與制造的高質(zhì)量、低成本、高效率、低污染的目標。綠色技術(shù)將對人類未來的生存環(huán)境起到深遠的影響。
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