制造業(yè)是社會經(jīng)濟向前快速發(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,將會給生態(tài)環(huán)境帶來了不同程度的污染。對于制造業(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)應運而生,其目標是使得產(chǎn)品從設計、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[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)當中的基礎工藝裝備。它的生產(chǎn)技術水平的高低,已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。傳統(tǒng)的模具設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)境屬性和對資源、能源造成的浪費。模具工業(yè)作為制造業(yè)的一個重要組成部分, 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)境的破壞是最小的。因此,模具的綠色制造設計要求設計者在構思階段就要優(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),然后再考慮原有應該考慮的模具產(chǎn)品應用的基本屬性[3]?？偟膩碚f,模具綠色制造的整個生命周期包括綠色設計、綠色制造、綠色包裝、綠色維護和綠色回收、再處理等階段。 　　

 

1.1 模具的綠色設計:模具綠色設計對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)品設計的第一步。模具材料的“綠色程度”對最終產(chǎn)品的“綠色性能”具有非常重要的影響。因此,綠色模具設計必須建立在綠色模具材料基礎上。綠色模具材料應是低能耗、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,因為鎳磷鍍在對氯化氫氣體的防腐上要優(yōu)于電鍍鉻,且前者對環(huán)境的危害也要小于后者。 　　

 

1.1.2 延長壽命的模具設計:延長產(chǎn)品壽命是綠色制造的主要手段之一。對于鍛造模具,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?shù)娘w邊槽、選擇合適噸位的鍛造設備、在一副鍛模上開設兩個終鍛模膛分別單獨使用等。對于沖壓模具,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、改進凸(凹)模的結構如采用一模多形、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構改為鑲拼式結構, 可解決模具的變形問題,提高模具壽命。 　　

 

1.1.3 模具的可回收性設計:模具的回收性設計是指在模具產(chǎn)品綠色的設計初期充分考慮產(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、回收性的技術經(jīng)濟評估以及回收性的結構框架設計等有關一系列問題。這樣就可在后續(xù)生產(chǎn)中盡可能節(jié)約材料,減少浪費。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)有標準循環(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;設計時盡可能允許使用現(xiàn)有的一些可重復利用的零部件等。 　　

 

1.1.4 模具的可拆卸性設計:模具可拆卸性對于模具綠色制造來說是很重要的。當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,只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時只要更換凸、凹模即可實現(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零部件材料的浪費,而且因廢棄物處理不好導致嚴重的環(huán)境污染。因而在設計初期就要考慮模具結構易于拆卸,維護方便,這樣就便于在后續(xù)回收處理中再利用。因此,在模具設計時應盡可能選擇通用結構,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 模具設計的標準化、規(guī)范化、系列化:無論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有必要向標準化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,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、降低成本的關鍵。模具設計向標準化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,便于采用和購買模許多規(guī)格的標準模架及其它標準件,而這些模架及標準件又可由專門的廠家、企業(yè)通過社會化分工進行生產(chǎn),從而使有限的資源得到優(yōu)化配置。另外,模具各結構單元的規(guī)范化、標準化,可使生產(chǎn)其的夾具數(shù)量大為減少,從而節(jié)約資源,并且加快了設計速度,縮短了設計周期,方便加工管理。 　　

 

1.1.6 模具CAD/CAPP/CAM一體化:模具CAD/CAPP/CAM是模具設計走向全盤自動化的重大措施。采用 CAD/ CAPP/CAM技術,可實現(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現(xiàn)提供可能,可縮短模具設計與制造周期,提高模具研制的成功率及模具質(zhì)量。