庞光宗
佛山中模模具科技有限公司
摘要：近年来，国家大力倡导构建节约型、低碳环保型社会，"绿色经济"、"绿色发展"、"绿色社会"，各种提法比比皆是。制造业中，新能源汽车的出现，LED灯的使用等等都显示着社会在走绿色经济发展之路，然而模具工业作为国家重要的基础产业，模具是重要的工艺装备，由模具生产的产品占整个工业产品的80%，现代工业产品更新换代极快，一旦这些产品退市停产，将会导致大量模具进入退役或精神报废状态，只等报废回炉，由此造成很大的资源浪费，笔者结合现代先进设计方法绿色设计谈谈模具的设计与制造。
关键词：绿色模具；绿色设计；绿色制造；设计理念
引言
最近这几年，一次能源的使用不当造成的环境污染严重，为了解决此问题，绿色制造的新理念被提出，它的目的是为了降低在生产过程中对环境的污染程度，其理念是采用绿色技术对产品进行全面设计，本文对模具的绿色制造和设计进行了介绍，并介绍了绿色设计和绿色制造的分类，并最后给出了绿色制造与设计的发展趋势，为后续的研究奠定了理论基矗
1模具的绿色设计概述
从绿色设计理念可以看出，"绿色模具"在平时使用的过程中不但要对环境污染较小，而且要求在模具从设计到生命终结过程中几乎对环境无任何影响。因此，对模具的设计要求极高，对设计者的专业性要求较高，模具设计者不仅要考虑模具是否可以重复利用，而且要着重考虑模具的可回收利用，考虑了模具的基本属性后才能去考虑模具的基本功能属性。为减少对自然生态的破坏，实现人类社会的可持续发展，达到人与自然和平共处的目标，制造业必须要走绿色发展之路，模具作为制造业的重要工艺装备，占很大比重，世界各国又都视模具为各国经济发展的重要动力，所以要实现"绿色社会"，发展"绿色经济"，模具从设计、制造、生产、回收再利用整个生命过程中都必须加入绿色理念。这也是我国模具工业和世界模具工业发展的必然趋势。
2模具绿色设计与绿色制造的内容
2.1模具绿色设计
2.1.1模具绿色结构
在结构设计时，主要以面向拆卸（DesignForDisassemly,DFD）和再循环（DesignForRecycling,DFR）为设计目标。如模具中易损零件，为方便快速维护和更换应采用面向产品维修（DesignForMaintenance，DFM）的设计，因此设计时多采用可拆卸连接的镶拼结构，尽量避免整体结构，以免拆卸时只能采用破坏性的拆卸方式，所以应少用焊接、铆接等方式；另外，为保证某些模具零件（模架）的通用、互换、共用、重复使用等要求，零件应设计成通用标准型结构，尽量系列化。类似设计已经得到应用，如级进模中常采用共用模架双料带结构（成都正欣模具），塑料模也是如此，某系列酒瓶盖产品的多副模具共用模架（四川隆鑫科技）。
2.1.2模具绿色材料
绿色材料是绿色模具又一主题，也是实现绿色制造的前提，涉及范围广，包括绿色材料的生产，绿色材料的选用，绿色材料的加工，绿色材料的管理等方面。模具零件不同于一般的机械零件，模具是生产其它机械产品的工具，工作时常处于高温、高压、高速状态，同时要求模具具有长寿命、耐磨损、耐腐蚀等特点，正是这一原因，在绿色模具材料选择上仍然存在困难，既要兼顾传统设计注重材料的技术性和经济性要求，又要考虑模具的绿色程度，在绿色设计中材料选择应遵循环境协调性原则，也称为3R1D原则，即Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生和Degradable可降解。在材料管理方面，企业应该制定"绿色采购"计划，优先选用具有绿色标示的材料，即从企业社会责任高度考虑材料的使用。
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2.1.3模具绿色技术
在模具设计时，除从模具结构、材料选取考虑绿色度以外，还要注意对当前绿色技术的引进和应用。例如在塑料模中全面采用热流道技术，避免料头产生，节约原料，从而避免对料头的回收、粉碎等二次处理，精简人员、设备和工艺。模具企业还应加强CAX平台建设，实现无图纸作业，实现模具设计、制造、管理的一体化和并行工程的应用，以提高工作效率和缩短开发周期。
2.2模具绿色制造内容
广义上，"绿色制造"（GreenManufacturing，GM）研究的范围广，覆盖内容多。本文讨论的绿色制造是指模具零件在生产制造过程中所采用的加工方法和工艺对环境资源产生的影响降为最低的制造模式。绿色模具不仅仅在于模具本身是绿色产品，还要保证其零件的制造过程绿色化，所以制造绿色化是实现绿色模具的根本保证。模具绿色加工技术。基于模具零件的特殊性（尺寸精度高、表面质量高、材料硬度高、结构复杂且异型），在加工时往往有别于一般机械零件的加工，诸如数控铣、磨削、线切割、电火花成型等加工方法已广泛用于模具制造，这类传统加工基本都属于湿式加工，即要使用切削液，切削废液任意排放会对环境和人体造成污染和损害；又如电加工中，电极材料损耗会消耗资源，成型时油雾的排放会污染空气，增加皮肤病和呼吸系统疾病发生，所以模具零件要实现绿色制造，还有待于一些新技术，新工艺的出现。目前模具行业具有代表性的绿色制造技术有以下几种：①洁净加工技术。它是指在加工过程中，不用或少用切削液（干切削、准干切削、绿色湿式切削），以避免切削液对环境的污染，实现加工方式从传统的大量使用切削液向绿色少、无切削液使用转变，达到高效切削、节能减排、绿色环保的目标。目前国外已经出现干车削、干铣削加工，国内也有不少学者进行研究。②快速原型制造(RPM)。它是基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术，它改变了传统的材料去除或材料变形方法生产零件，实现无屑加工，节约材料，往往逆向工程（RE）技术配合使用。③高速切削(HSC/HSM)。模具制造业是高速加工应用的重要领域。模具型腔所用材料硬度高，故常用电加工加工，但其加工效率低且有电极消耗，高速切削具有加工效率高，切削表面质量好，可切削高硬度（60HRC）材料等特点，所以可用高速切削代替部分电加工，提高生产效率，节约电极材料，降低成本。④虚拟制造技术（VM）。虚拟制造是在"实际制造"之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测的方法，它是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用。如冲压模中的拉深工艺模拟分析，塑料模中的模流分析等等，通过虚拟现实预测产品性能，降低材料消耗，节约制造成本，缩短产品开发周期。除上述介绍的几种先进绿色制造技术以外，目前还有譬如绿色铸造技术、绿色热处理技术、绿色冷却润滑技术，绿色表面处理技术、绿色工艺规划技术等，在这里就不再一一阐述。
结语
绿色设计与发展已经逐渐成为未来工业生产中的发展趋势，与此同时也是改善人们生活环境的重要途经之一，当前从产品设计的源头就开始注重绿色理念的倡导到产品制造过程中绿色概念的引入，绿色理念已经成为产品设计与制造过程中不可或缺的东西，本文对绿色模具设计种类进行了分析总结，并对绿色制造的种类也进行了分析总结，最后给出了绿色制造与设计的发展趋势，为后续的研究者提供理论参考。
参考文献
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[3]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.
论文作者:庞光宗
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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