綠色的模具設計與制造畢業(yè)論文
提出了綠色技術(shù)的具體實(shí)現形式綠色設計及綠色制造技術(shù)。在此基礎上。比較了模具的傳統設計與綠色設計的差異。闡述了模具的綠色設計與制造的實(shí)現方法。介紹了當今模具綠色制造所使用的先進(jìn)制造技術(shù)。
近年來(lái)。為了解決全球環(huán)境污染問(wèn)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，在設計產(chǎn)品的整個(gè)生命周期過(guò)程中著(zhù)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(jìn)行全方面設計。綠色制造主要包括以下幾方面內容：一是制造問(wèn)題，包括產(chǎn)品生命周期全過(guò)程；二是環(huán)境影響問(wèn)題：三是資源優(yōu)化問(wèn)題。綠色制造就是這三部分內容的交叉和有機集成，是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現代制造模式，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(gè)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，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，傳統的模具設計過(guò)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。通常按常規思維來(lái)說(shuō)，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(kāi)模難的最根本原因。因為一旦開(kāi)了模，模具材料就很難再利用了，導致造價(jià)高。同時(shí)最重要的是這樣也就造成了資源、能源嚴重浪費，而且模具材料中含有的毒、害物質(zhì)，會(huì )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(shí)對環(huán)境的影響�。�應是從制造到報廢的整個(gè)生命周期內對環(huán)境的破壞最小。
1模具設計
1．1傳統設計與綠色設計
傳統的模具設計只考慮能夠設計制造出合格的模具。并不會(huì )過(guò)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。而在模具的綠色設計中從頭至尾都考慮了對環(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最終產(chǎn)品的綠色性能有著(zhù)極為重要的影響。綠色設計的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎上．摒棄過(guò)去對材料進(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(lái)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。
綠色材料應具備的基本性能有：
�、俚臀廴�、低耗能、低成本：
�、谝准庸ず图庸み^(guò)程中無(wú)污染或少污染：
�、劭山到�，可重復使用。
1．3設計規范化、標準化
模具標準化是組織模具專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)的前提。而模具的專(zhuān)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(mǎi)標準模架及其它標準件。模架及標準件由專(zhuān)門(mén)的廠(chǎng)家、企業(yè)通過(guò)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。模具通常在報廢之后只是凸凹模不能再用．但是模架還基本完好無(wú)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(lèi)，而這些模架也基本是由標準的上下模座。導柱。導套等部件組成。同時(shí)．模架的標準化可以使生產(chǎn)模架所使用的設備大大減少，從而節約資源。也利于管理。
(2)模具各結構單元的規范化、標準化。這樣可加快設計速度，縮短設計周期，方便加工管理。
1．4可拆卸性設計
模具在使用過(guò)程當中，部分零部件由于承受過(guò)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)現一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。不可拆卸不僅造成大量可重復零部件材料的浪費。而且因廢棄物不好處置．還會(huì )嚴重污染環(huán)境。因而在設計初期就要考慮到拆卸的問(wèn)題：
�、俦M可能選擇通用結構，以便更換。
�、谠跐M(mǎn)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應用
CAD，CAPP／CAM是模具設計走向全盤(pán)自動(dòng)化的重大措施。采用CAD／CAPP／CAM技術(shù)，可實(shí)現少圖紙或無(wú)圖紙加工和管理，節約了資源，可縮短模具設計與制造周期�？商岣吣＞哐兄频某晒β始澳＞哔|(zhì)量。當今CAE技術(shù)已被廣泛使用。首先可以應用CAD技術(shù)設計出產(chǎn)品的大體結構．標出其基本尺寸，然后用CAE技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行結構分析、可行性分析及工藝分析�，F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)情況及分析其強度、剛度、抗沖擊實(shí)驗模擬等。使用CAD／CAE為實(shí)現并行工程提供了基本平臺，因此提高了模具的設計效率，縮短了整個(gè)設計周期。實(shí)現了綠色的產(chǎn)品分析。
1．6制造環(huán)境設計
機械生產(chǎn)車(chē)間，尤其是沖壓車(chē)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(jìn)行模具設計的時(shí)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(dòng)；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉體的動(dòng)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(wú)沖擊模架等。
1．7包裝方案設計
包裝方案的設計主要包括三方面：包裝材料的選用
、包裝結構的改進(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)品的包裝應盡量從簡(jiǎn)及使用綠色包裝材料(無(wú)毒、無(wú)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回收處理設計
模具回收處理就是在模具的設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�；厥招栽O計的主要內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構設計。其主要措施如下；
�、偈褂脤Νh(huán)境影響較小的模具材料，如無(wú)毒無(wú)害的材料、可再生材料、易回收的材料等；
�、谑褂每芍匦吕玫牟牧�；
�、蹖κ褂眠^(guò)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(guò)程中選用生產(chǎn)浪費最小、能量消耗最低的制造工藝，是實(shí)現綠色制造的重要一環(huán)。
2．1柔性制造技術(shù)(FMS)
由若干數控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統組成的并能根據制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調整的自動(dòng)化制造系統。它包括多個(gè)柔性制造單元。能根據制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調整，以適宜于多品種、中小批量生產(chǎn)，它通過(guò)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)是高速加工應用的重要領(lǐng)域。模具型腔加工過(guò)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��；淺腔大睦率半徑的模具，完全可用高速銑削來(lái)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(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)
虛擬制造是對制造過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節。包括產(chǎn)品的設計、加工、裝配，乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調度進(jìn)行統一建模．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，生成數字化產(chǎn)品．實(shí)現產(chǎn)品設計、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(diǎn)：
�、贌o(wú)須制造實(shí)物樣機就可以預測產(chǎn)品性能，節約制造成本．縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；
�、诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)中可以及早發(fā)現問(wèn)題，實(shí)現及時(shí)的反饋和更正；③以軟件模擬形式進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；
�、苷麄�(gè)制造活動(dòng)具有高度的并行性。
把虛擬制造技術(shù)應用在模具工業(yè)中，可以減少開(kāi)發(fā)周期。產(chǎn)品設計、模具設計、模具制造過(guò)程、模具裝配調試、試模均在計算機上進(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(shí)物模型進(jìn)行掃描，采集其表面的坐標數據信息，根據采集的數據生成模型表面的線(xiàn)框模型．之后可根據需要對模型進(jìn)行凹凸模轉換、比例縮放、旋轉、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控系統。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(lái)的直接根據CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的成組技術(shù)的總稱(chēng)。它集成了CAD技術(shù)、數控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現代科技成果。是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分�？焖俪尚图夹g(shù)的應用已從原型制造發(fā)展到了模具制造，只要模具設計了出來(lái)，無(wú)論模具的結構多么復雜，都可以用快速成型技術(shù)制造出來(lái)，這是傳統模具加工所無(wú)法比擬的。
模具生產(chǎn)周期大大縮短。同時(shí)大大節約模具生產(chǎn)的費用，有的可減少到傳統生產(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)現了模具的綠色制造。
3 結束語(yǔ)
綠色設計與綠色制造技術(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。當前。產(chǎn)品和工藝設計與材料選擇系統的集成、用戶(hù)需求與產(chǎn)品使用的集成、綠色制造系統的信息集成、綠色制造的過(guò)程集成等集成技術(shù)的研究已成為重要研究?jì)热�。綠色并行工程是現代綠色產(chǎn)品設計和開(kāi)發(fā)的新模式。它以集成的、并行的方式設計產(chǎn)品及其生命周期全過(guò)程。
力求使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設計開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素．如質(zhì)量、成本、用戶(hù)要求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等。模具實(shí)現了綠色設計與制造。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(shí)現模具設計與制造的高質(zhì)量、低成本、高效率、低污染的目標。綠色技術(shù)將對人類(lèi)未來(lái)的生存環(huán)境起到深遠的影響。
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