?
動態/資訊
模具的綠色設計與制造
發表時間:2009-04-23 08:30:49; 來源:
|
提出了綠色技術的具體實現形式綠色設計及綠色制造技術。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現方法。介紹了當今模具綠色制造所使用的先進制造技術。 近年來。為了解決全球環境污染問題，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品對環境的污染，在設計產品的整個生命周期過程中著重考慮產品的環境屬性(環保特性)，采用一種綠色技術對產 品進行全方面設計。綠色制造主要包括以下幾方面內容：一是制造問題，包括產品生命周期全過程；二是環境影響問題：三是資源優化問題。綠色制造就是這三部分內容的交叉和有機集成，是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中。對環境的負影響最小．資源使用效率最高。 模具工業是制造工業化生產的基礎，它的生產技術水平高低．已經成為衡量制造業水平的重要標志。以前，傳統的模具設計過程一般僅僅需要考慮模具產品的基本屬性，如模具的功能、質量、成本和壽命等等，而很少、甚至不考慮它的環境屬性。通常按常規思維來說，一個小型模具產品在完成使用后就成了一堆廢棄的"垃圾"．回收利用率低。這也是在模具工業中開模難的最根本原因。因為一旦開了模，模具材料就很難再利用了，導致造價高。同時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，會嚴重污染生態環境，妨害人體健康。 綠色模具不僅僅指在使用時對環境的影響小．還應是從制造到報廢的整個生命周期內對環境的破壞最小。 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。并不會過多地考慮材料是否對環境有影響。生產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境的影響，同時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品的綠色性能有著極為重要的影響。綠色設計的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎上．摒棄過去對材料進行表面處理所采用的化學方法．代之以物理的方法以達到防腐或易于脫模的目的。選擇優質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；或用對環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：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，可重復使用。 1．3設計規范化、標準化 模具標準化是組織模具專業化生產的前提。而模具的專業化生產是提高模具質量、縮短模具制造周期、降低成本的關鍵。 (1)采用和購買標準模架及其它標準件。模架及標準件由專門的廠家、企業通過社會化分工進行生產，使有限的資源得到優化配置。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，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．模架的標準化可以使生產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 模具在使用過程當中，部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊，磨損較大。這時。只需更換這部分零部件模具仍可使用。另外。有時只要更換工作零件，即可實現一種新產品的生產。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．還會嚴重污染環境。因而在設計初期就要考慮到拆卸的問題：①盡可能選擇通用結構，以便更換。②在滿足強度要求的前提下。盡量采用可拆卸聯接。如用螺紋聯接，不用焊接、鉚接等。 1．5 CAD，CAPP，CAM，CAE應用 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，可實現少圖紙或無圖紙加工和管理，節約了資源，可縮短模具設計與制造周期。可提高模具研制的成功率及模具質量。當今CAE技術已被廣泛使用。首先可以應用CAD技術設計出產品的大體結構．標出其基本尺寸，然后用CAE技術對產品進行結構分析、可行性分析及工藝分析。現在的CAD三維軟件(如Pro／E、SolidWorks、UG等)基本都集成了CAE技術，可以模擬材料的流動情況及分析其強度、剛度、抗沖擊實驗模擬等。使用CAD／CAE為實現并行工程提供了基本平臺，因此提高了模具的設計效率，縮短了整個設計周期。實現了綠色的產品分析。 1．6制造環境設計 機械生產車間，尤其是沖壓車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，在進行模具設計的時候要對產生的噪音加以控制。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；以摩擦離合器代替剛性離合器；做好飛輪等回轉體的動平衡：在壓力機產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境產生了巨大的影響．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，產品的包裝應盡量從簡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，又可以減少對環境的污染。 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。回收性設計的主要內容包括可回收材料及標志、回收處理方法、回收性的技術經濟評估和回收性的結構設計。其主要措施如下；①使用對環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對使用過的模具零部件進行翻新、再加工等。 2模具制造 采用模具先進制造技術。在制造過程中選用生產浪費最小、能量消耗最低的制造工藝，是實現綠色制造的重要一環。 2．1柔性制造技術(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和生產品種變化而迅速進行調整的自動化制造系統。它包括多個柔性制造單元。能根據制造任務或生產環境的變化迅速進行調整，以適宜于多品種、中小批量生產，它通過簡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(High Speed MaclliIIing，HSM) 模具制造業是高速加工應用的重要領域。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展的新契機。它簡化了加工手段，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、集成化方向發展，成為第三代制模技術。 2．3虛擬制造技術(virtualManufacruring) 虛擬制造是對制造過程中的各個環節。包括產品的設計、加工、裝配，乃至企業的生產組織管理與調度進行統一建模．以軟件技術為支撐，借助于高性能的硬件，形成一個可運行的虛擬制造環境。在計算機局域／廣域網絡上，生成數字化產品．實現產品設計、性能分析、工藝決策、制造裝配和質量檢驗。 虛擬制造的特點：①無須制造實物樣機就可以預測產品性能，節約制造成本．縮短產品開發周期；②產品開發中可以及早發現問題，實現及時的反饋和更正；③以軟件模擬形式進行產品開發；④整個制造活動具有高度的并行性。 把虛擬制造技術應用在模具工業中，可以減少開發周期。產品設計、模具設計、模具制造過程、模具裝配調試、試模均在計算機上進行，從而提高了生產效率和產品質量，并降低了生產成本，填補了模具CAD、CAM與生產管理間的鴻溝。 2．4逆向工程技術(Rever辯Enginee-ng，RE) 逆向工程是對已有的實物模型進行掃描，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框模型．之后可根據需要對模型進行凹凸模轉換、比例縮放、旋轉、平移等處理，再自動生成模具的加工程序。自動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作用。 2．5快速成型技術 它是近年發展起來的直接根據CAD模型快速生產樣件或零件的成組技術的總稱。它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果。是先進制造技術的重要組成部分。快速成型技術的應用已從原型制造發展到了模具制造，只要模具設計了出來，無論模具的結構多么復雜，都可以用快速成型技術制造出來，這是傳統模具加工所無法比擬的。模具生產周期大大縮短。同時大大節約模具生產的費用，有的可減少到傳統生產方法的幾分之一甚至幾十分之一。因此，在實際中真正實現了模具的綠色制造。 3 結束語 綠色設計與綠色制造技術將成為本世紀機械行業的主要發展方向。也是改善工業環境的重要途徑。當前。產品和工藝設計與材料選擇系統的集成、用戶需求與產品使用的集成、綠色制造系統的信息集成、綠色制造的過程集成等集成技術的研究已成為重要研究內容。綠色并行工程是現代綠色產品設計和開發的新模式。它以集成的、并行的方式設計產品及其生命周期全過程。力求使產品開發人員在設計開始就考慮到產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素．如質量、成本、用戶要求、環境影響、資源消耗狀況等。模具實現了綠色設計與制造。將大大加快模具行業的迅速發展，也是模具發展的必然趨勢。從而真正實現模具設計與制造的高質量、低成本、高效率、低污染的目標。綠色技術將對人類未來的生存環境起到深遠的影響。 |
