淺析低碳模具設計與制造

孫華祥

摘 要：在機械制造業中，要把保護環境、控制和預防污染物落實到設計與制造的全過程，合理利用資源、進行清潔化生產，減輕環境的污染，走可持續發展的道路。要求優化各有關設計因素，使產品及其制造過程對環境的總體影響減到最小，盡量采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環境污染小的工藝方案和工藝路線。未來的綠色設計與綠色制造將向全球化、社會化、集成化、并行化、智能化、產業化方向發展。

關鍵詞：機械工業；綠色設計；綠色制造

據統計，造成環境污染的排放物有70%以上來自制造業，它們每年約產生出55億噸無害廢物和7億噸有害廢物。在過去，更多的把保護環境的重點放在了污染物的“末端治理”上，而忽略了污染物的全過程控制和預防上。要想徹底解決對環境污染問題，必須從源頭上進行治理。具體到制造業，就是要求考慮產品整個生命周期對環境的影響，最大限度地利用原材料、能源，減少有害廢物的排放量，減輕對環境的污染。隨著環境問題的日益嚴重，綠色產品設計的思想也日益受到重視。

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。

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。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。

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。

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。

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。

5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。

6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。

7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。

8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。

參考文獻：

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[2]張豐.清潔生產與可持續發展[J].武漢汽車工業大學學報，1999（4）：76-79.endprint