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模具設(shè)計(jì)與制造論文
綠色的模具設(shè)計(jì)與制造
提出了綠色技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)形式綠色設(shè)計(jì)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(jì)與綠色設(shè)計(jì)的差異。闡述了模具的綠色設(shè)計(jì)與制造的實(shí)現(xiàn)方法。介紹了當(dāng)今模具綠色制造所使用的先進(jìn)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(duì)環(huán)境的污染，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整個(gè)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全方面設(shè)計(jì)。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，是一個(gè)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(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�。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(biāo)志。以前，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。通常按常規(guī)思維來說，一個(gè)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?yàn)橐坏╅_了模，模具材料就很難再利用了，導(dǎo)致造價(jià)高。同時(shí)最重要的是這樣也就造成了資源、能源嚴(yán)重浪費(fèi)，而且模具材料中含有的毒、害物質(zhì)，會(huì)嚴(yán)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(shí)對(duì)環(huán)境的影響�。�應(yīng)是從制造到報(bào)廢的整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的破壞最小。
1模具設(shè)計(jì)
1．1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與綠色設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)只考慮能夠設(shè)計(jì)制造出合格的模具。并不會(huì)過多地考慮材料是否對(duì)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(jì)中從頭至尾都考慮了對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)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(duì)最終產(chǎn)品的綠色性能有著極為重要的影響。綠色設(shè)計(jì)的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎(chǔ)上．摒棄過去對(duì)材料進(jìn)行表面處理所采用的化學(xué)方法．代之以物理的方法以達(dá)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(duì)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(jì)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化
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。
(1)采用和購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)模架及其它標(biāo)準(zhǔn)件。模架及標(biāo)準(zhǔn)件由專門的廠家、企業(yè)通過社會(huì)化分工進(jìn)行生產(chǎn)，使有限的資源得到優(yōu)化配置。模具通常在報(bào)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的上下模座。導(dǎo)柱。導(dǎo)套等部件組成。同時(shí)．模架的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化。這樣可加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期，方便加工管理。
1．4可拆卸性設(shè)計(jì)
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(shí)。只需更換這部分零部件模具仍可使用。另外。有時(shí)只要更換工作零件，即可實(shí)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(fèi)。而且因廢棄物不好處置．還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。因而在設(shè)計(jì)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(qiáng)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(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，節(jié)約了資源，可縮短模具設(shè)計(jì)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(jì)出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu)．標(biāo)出其基本尺寸，然后用CAE技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(dòng)情況及分析其強(qiáng)度、剛度、抗沖擊實(shí)驗(yàn)?zāi)M等。使用CAD／CAE為實(shí)現(xiàn)并行工程提供了基本平臺(tái)，因此提高了模具的設(shè)計(jì)效率，縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)周期。實(shí)現(xiàn)了綠色的產(chǎn)品分析。
1．6制造環(huán)境設(shè)計(jì)
機(jī)械生產(chǎn)車間，尤其是沖壓車間的噪音和污染非常嚴(yán)重。對(duì)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(jìn)行模具設(shè)計(jì)的時(shí)候要對(duì)產(chǎn)生的噪音加以控制。甚至消除。通常消除機(jī)器噪音的方法有以下幾種方法：用V帶代替齒輪傳動(dòng)；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡：在壓力機(jī)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(jì)
包裝方案的設(shè)計(jì)主要包括三方面：包裝材料的選用、包裝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)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(duì)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(jiǎn)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(fèi)，又可以減少對(duì)環(huán)境的污染。
1．8回收處理設(shè)計(jì)
模具回收處理就是在模具的設(shè)計(jì)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(fèi)用�；厥招栽O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括可回收材料及標(biāo)志、回收處理方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估和回收性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其主要措施如下；①使用對(duì)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(duì)使用過的模具零部件進(jìn)行翻新、再加工等。
2模具制造
采用模具先進(jìn)制造技術(shù)。
在制造過程中選用生產(chǎn)浪費(fèi)最小、能量消耗最低的制造工藝，是實(shí)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(yùn)貯裝置和計(jì)算機(jī)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(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)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(jìn)行調(diào)整，以適宜于多品種、中小批量生產(chǎn)，它通過簡(jiǎn)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小；淺腔大睦率半徑的模具，完全可用高速銑削來代替電加工：對(duì)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(dá)600一800m／min。
高速切削為模具制造提供了發(fā)展的新契機(jī)。它簡(jiǎn)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(duì)制造過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配，乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進(jìn)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(gè)可運(yùn)行的虛擬制造環(huán)境。在計(jì)算機(jī)局域／廣域網(wǎng)絡(luò)上，生成數(shù)字化產(chǎn)品．實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析、工藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)。
虛擬制造的特點(diǎn)：①無須制造實(shí)物樣機(jī)就可以預(yù)測(cè)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(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋和更正；③以軟件模擬形式進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)；④整個(gè)制造活動(dòng)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(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造過程、模具裝配調(diào)試、試模均在計(jì)算機(jī)上進(jìn)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(bǔ)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(duì)已有的實(shí)物模型進(jìn)行掃描，采集其表面的坐標(biāo)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(duì)模型進(jìn)行凹凸模轉(zhuǎn)換、比例縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等處理，再自動(dòng)生成模具的加工程序。自動(dòng)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(dòng)和廢料，也提高了模具的制造成功率，對(duì)模具的綠色制造起到了積極地推動(dòng)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(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分�？焖俪尚图夹g(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(jì)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(shí)大大節(jié)約模具生產(chǎn)的費(fèi)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(shí)際中真正實(shí)現(xiàn)了模具的綠色制造。
3 結(jié)束語
綠色設(shè)計(jì)與綠色制造技術(shù)將成為本世紀(jì)機(jī)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(jì)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?jī)?nèi)容。綠色并行工程是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的新模式。它以集成的、并行的方式設(shè)計(jì)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(jì)開始就考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)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(shí)現(xiàn)了綠色設(shè)計(jì)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(shì)。從而真正實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與制造的高質(zhì)量、低成本、高效率、低污染的目標(biāo)。綠色技術(shù)將對(duì)人類未來的生存環(huán)境起到深遠(yuǎn)的影響。
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