绿色制造理念在模具生产中的应用：可持续发展新路径

作为经济快速发展的重要支柱，制造业也造成大量资源浪费和生态污染。对制造业而言，如何最小化资源浪费、减少环境危害是关键课题。绿色制造目标是从设计、制造、包装、运输、使用到报废的全产品生命周期中，将环境负面影响降至最低、资源利用效率提至最高。

模具是制造业最重要生产工具和最基本工业装备。传统模具设计仅考虑质量、成本、功能、寿命等基本属性，很少考虑资源能源浪费和环境污染。

“绿色模具”不仅指使用阶段环境影响小，还指从制造到使用到报废的全生命周期环境损害最小。 因此绿色模具设计应考虑成型产品环境属性（可拆卸性、可回收性等），同时兼顾质量、成本、功能、寿命等基本属性。模具绿色制造全生命周期包括绿色设计、绿色制造、绿色包装、绿色运输、绿色维护、绿色回收等阶段。

在模具制造过程中应用绿色制造可提高经济效益、减少环境污染、充分合理利用资源。绿色制造技术实现高技术、少污染、低成本、高利润目标。

模具绿色设计

模具设计伊始需考虑产品全寿命周期，以及从设计概念形成到产品报废的所有环节，如质量、成本、环境影响、资源消耗等。

(1) 模具材料选择

绿色设计选材必须基于绿色材料。 低能耗、低成本、低污染的绿色材料不仅减少加工污染，还易回收再利用。模具是生产其他机械产品的设备，运行中常处于高温、高压、高速状态，因此模具应具备耐磨性强、寿命长等优势。

绿色模具材料不仅考虑传统材料性能，还考虑环保问题。绿色材料基本特性：

• 低成本、低污染。
• 易加工、加工过程中无污染或少污染。
• 可降解、可再利用。

考虑环境污染，模具材料应选有害物质含量低的材料，确保加工不产生大量有害物。考虑节约资源，应选低成本可回收材料，或可重复使用、可降解材料。

(2) 模具设计标准化与模块化

模具设计标准化是专业化模具生产中提高质量、缩短周期、降低成本的有效措施。

① 采用标准模架及其他标准件。

模架和标准件由专业企业生产。 模具报废后通常仅凸凹模不可用，模架基本完好，使用标准模架利于模架复用。模架标准化大幅减少模架生产设备，提高材料利用率。标准模架和配件充分利用有限资源，不仅节约资源还便于加工管理。

② 模具各结构单元的标准化、组合化、模块化

组合模块化设计是基于一定范围内不同产品的功能分析，划分设计一系列功能模块。通过模块选择组合形成不同产品满足市场多样化需求。为使部分模具零件通用、互换、复用，各部件应设计为标准通用件实现系列化生产。模具企业应大力支持CAX平台建设实现无图纸构建，利用这些技术分析成品模具的物料流动、产品强度、抗冲击性。可实现模具设计、制造、管理系统化，最大程度提高工作效率、缩短开发周期。

(3) 提高模具使用寿命

寿命越长，相对成本越低、越节约资源。 对部分冲压模，可通过一模多型、一型双用、组合式等改进结构，提高模具利用率、最大化延长寿命。同时模具易拆卸清洗、零件可更换也是延长寿命有效保障。零件损坏及时更换；磨具报废时拆解可复用零件加工维护、其余作废料处理，是延长寿命有效手段。

(4) 模具包装设计

包装材料应简化或使用绿色包装材料。包装上应使用无毒、可回收、可降解的环保材料和设计。

(5) 降低噪音

模具设计过程中机械车间产生严重噪音污染。设计时应采取措施减少甚至消除噪音。制造过程中可用摩擦离合器替代刚性离合器，噪音部件加装隔音罩，或使用带减震器的无冲击模架。

绿色模具制造技术

(1) 柔性制造技术

因模具单件生产、加工表面复杂、尺寸几何精度高，模具行业极适合柔性制造技术。柔性制造系统由计算机控制系统、多台数控设备、物料存储装置组成，只需改变软件即可快速适应制造任务和产品品种变化的自动化制造系统。

(2) 高速切削技术

高速加工因较传统加工有显著优势而广泛应用。高速切削生产效率显著提高，切削力至少降低30%。可获得高质量加工表面、降低加工能耗、节约制造资源、简化加工工艺。

(3) 无切屑加工

无切屑加工指金属毛坯通过铸造、锻造或其他金属加工方法直接成形，无需切削。采用非切除材料加工方法大幅减少模具材料消耗，是绿色模具制造最佳工艺。

(4) 近净成形技术

近净成形技术指零件成形后仅需少量加工或无需加工即可作为机械部件的成形技术。基于新材料、机电一体化、精密模具技术、自动化技术、计算机技术、数值分析仿真技术等多学科高新成果。是高质量、高效率、高精度、轻量化、低成本的成形技术。

(5) 逆向工程技术

逆向工程是现有实物或参考下，通过各种手段快速获取全数字模型的方法，极利于模仿创新设计或加速设计制造。广泛用于模具设计制造。获取产品全数字模型后，在CAM支持下自动生成模具加工程序。

(6) 快速成型技术

快速成型技术是在计算机控制下基于离散堆积原理用不同方法累积材料，最终完成零件成形制造。集成机械工程、CAD、逆向工程、分层制造、数控技术、材料科学、激光技术，能自动、直接、快速、准确将设计构思转化为功能原型或直接制造零件，为零件原型制作和新设计验证提供高效低成本实施途径。快速成型技术一般结合逆向工程技术，基于全数字模型快速制造原型或零件。

(7) 高速干切削技术

高速干切削技术结合高速切削和干切削，取长补短，提高切削过程效率、柔性、精度。同时限制切削液使用，消除切削液环境污染，符合绿色制造技术要求。

(8) 工艺仿真技术

工艺仿真技术主要利用仿真确定最优参数，包括数学仿真、物理仿真、专家系统综合。可预测加工缺陷、控制工件质量、优化制造方案。用户无需大量实验确定参数，只需根据仿真结果调整。节省设计师时间、降低工装成本。

结语

JTR可提供CNC加工、表面处理、3D打印等加工服务。作为致力于社会可持续发展和环保的制造企业，我们在绿色制造道路上持续研发学习。