崔福林1 滕德舟2
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摘要：绿色可持续发展是未来全球经济发展的主要趋势，绿色产品将成为未来商品市场的主力军，绿色理性消费也将日益趋向主流。目前，全球主要经济体推崇绿色经济，绿色经济系统也日益完善和成熟，中国从加入世界贸易组织至今，技术贸易壁垒的挑战由原先的性能、安全等扩展为节能减排、绿色环保等方面。鉴于此，本文对绿色设计理念在模具设计与制造中的应用进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：绿色设计理念；模具设计；制造；应用
一、模具发展现状
模具标准化程度和应用水平是衡量模具工业水平的重要标志。模具标准化工作主要包括模具技术标准的制订和执行、模具标准件的生产和应用以及有关标准的宣传、贯彻和推广等工作。中国模具标准化工作起步较晚，加之宣传、贯彻和推广工作力度小，因此模具标准化落后于生产，更落后于世界上许多工业发达的国家。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍，国外模具发达国家，如日本、美国、德国等，模具标准化工作已有近100年的历史，模具标准的制订、模具标准件的生产与供应，已形成了完善的体系。而中国模具标准化工作只是从“全国模具标准化技术委员会”成立以后的1983年才开始。目前中国已有约3万家模具生产单位，模具生产有了很大发展，模具标准化程度需要不断提高以适应工业生产要求。
二、模具绿色设计和绿色制造
1、绿色模具技术
在模具设计阶段，不仅要考虑模具的绿色架构、绿色材料之外，还要重视先进绿色技术的引入和运用。比如关于塑料模具制造，可采取热流道技术，防治料头的额外产生，有效节约模具材料，避免对料头的粉碎、回收等二次处理，可简化人员、工艺和设备。除此之外，模具制造企业还要重视CAX平台的构建，实现电子化工作，集成模具设计、制造和管控等模块，从而加强工作效率和减少产品研发周期。
2、绿色模具材料
绿色材料是绿色模具的另一主要内容，是绿色制造的基础前提，涵盖内容较多，比如绿色材料生产、选择、加工、管控等。和普通机械零部件不同，模具是用于制造机械产品的工具，使用过程中基本处在高压、高温状态，并且模具还要具备寿命长、耐损耗、耐腐蚀等特征，因此在模具绿色材料选择方面往往比较麻烦，除了要考虑材料的经济性和可行性之外，还要衡量模具的绿色环保。一般而言，关于模具绿色材料的选用，要遵守环境协调原则，即3Ｒ1D原则，也就是减量化（Ｒeduce）、重复利用（Ｒeuse）、循环使用（Ｒecycle）和可降解（Degradable）。就企业材料管控而言，要制定完善的绿色采购方案，多选购有绿色环保安全标志的材料，从社会职责角度出发充分和有效运用材料。
3、绿色模具架构
关于模具架构的设计，主要遵循可拆卸、可重复利用的目的和原则。比如对于易损的模具零部件，为了便于检修和维护，采取针对产品维修的设计，因此在设计过程中大多选用可拆卸的镶拼架构，尽量规避系统架构，防止拆解时只能采取毁灭式拆卸，还要避免使用铆接、焊接等连接形式；除此之外，基于确保模具零部件的通用性、可互换等目标，零部件设计要采用标准通用架构，且尽量系列化等。上述绿色设计已在实践中有所运用，比如成都正欣模具级进模中采取模架双料带架构；四川隆鑫科技酒瓶盖采取共用模架等。
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4、虚拟现实技术
这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。虚拟现实技术是以计算机为基础，融合信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体；借助各种音像和传感装置，虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得如同真实的感受。但其特点是可以按照人们的意愿任意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。
5、人机一体化
IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。基于人工智能的智能机器只能进行机械式的推理、预测、判断，它只能具有逻辑思维（专家系统），最多做到形象思维（神经网络），完全做不到灵感（顿悟）思维，只有人类专家才真正同时具备以上三种思维能力。因此，想以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能，独立承担起分析、判断、决策等任务是不现实的。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使二者在不同的层次上各显其能，相辅相成。
三、模具绿色制造
根据模具零部件精细程度高、表层质量好、材料硬度大、结构复杂异构等特点，使其加工制造过程和普通机械零部件有所不同，比如线切割、磨削、数控铣等加工技术已普遍运用在模具制造之中，而上述传统加工技术都是湿式加工，也就是要采用切削液，该液体的随意排放会污染自然环境和损害人体健康；关于模具电加工，电极材料的消耗会导致资源减少，模具成型时排出的油雾会造成空气污染，提高社会上呼吸疾病和皮肤病的发生率等，由此可见，关于模具零部件的绿色制造，还需加强对新制造技术和生产工艺的研究。当前，模具制造业比较有效的绿色制造技术有如下几种：（1）洁净处理技术，即在加工制造时，尽量少用或不用切削液，采取干切削、绿色切削等方式，从源头上杜绝切削液污染生态环境，促进加工制造工艺由原先的大量使用切削液转变为无切削液、绿色切削等，实现高效切削、节能环保、绿色安全的目的。如今，国外已采用干切削、干铣削等加工技术，国内也有许多专家学者已投入研究；（2）原型快速制造，其根据离散堆积的原理通过各种方式堆积材料实现零部件的成型和制造，彻底改革了之前去除材料或变形加工零部件的方式，真正达成无屑加工、节能环保的目标，另外其一般是和逆向加工技术辅助应用的；（3）快速切削，其主要应用于模具制造行业。模具型腔采用的材料硬度较高，因而往往采取电加工方式，然而这种方式效率不高且伴有电极资源损耗，快速切削的切割效率较高且表层质量较好，切削硬度高达60HＲC，由此可见，将快速切削取代传统电加工，可提升切削效率，减少电极能源消耗，降低制造成本；（4）虚拟制造技术，其在模具生产制造前期预测产品功能和可能产生问题，是仿真模拟、模型构建和数据分析技术和工具的集中运用。比如冲压模具中拉深工艺的仿真分析、塑料模具中模流的分析等，借助虚拟制造技术预测产品性能，及时解决相关问题，减少能源损耗，降低生产成本，缩短产品研发周期。
结束语
面对人类赖以生存的生态环境已不堪重负，基于实现人类社会可持续发展的目标，我国制造行业要坚持走绿色发展的道路，而模具制造在我国制造行业占据较大比例，模具作为主要的工艺产品，是各国竞争力的重要表现。由此可见，为了建设绿色社会和发展绿色经济，将绿色设计理念融入模具设计和制造过程之中已是必然趋势，对绿色设计理念咋在模具设计和制造中的应用展开研究有一定的现实意义。
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论文作者:崔福林1,滕德舟2
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第19期
论文发表时间:2018/2/3
标签：模具论文; 技术论文; 材料论文; 加工论文; 设计理念论文; 零部件论文; 架构论文; 《建筑科技》2017年第19期论文;