基于綠色理念為導向的模具設計與制造研究

盧錫錦

（廣西玉林技師學院，廣西 玉林 537100）

近年來我國工業現代化進程持續推進帶動我國制造行業發展速度不斷提升，在高速發展的階段內制造行業投資高、經濟收益不斷增加，但帶來的是能源損耗高、環境污染嚴重的生態問題，制造業平均每年的能源消耗占據全國的40%以上，其生態問題若得不到及時的解決會限制制造產業的長遠可持續發展。自我國進入新發展階段以來，制造業的發展重心由原本的高速經濟發展逐步轉變為高質量發展，其中包括產品質量和綠色環保質量，更加強調在設計和制造環節融入綠色生態設計理念從而提升具體產品及整個行業的可持續發展能力[1]。模具設計與制造作為各制造產業中必不可少的環節，其綠色理念的融合程度與效果直接影響著制造業的生態效益，因此要有效利用綠色生態理念為導向并應用于模具的具體設計和制造中去，從而保證制造行業經濟效益與生態效益的雙豐收，進一步為制造業的長遠健康發展奠定基礎。

1 模具設計中的綠色理念

模具的綠色設計旨在通過利用綠色設計原則提升模具的生態環保屬性，并從模具的應用材料、加工工藝及后續回收再利用等多角度進行全面優化調整，以最大程度地降低模具制造加工帶來的資源浪費和環境污染，形成兼顧生態效益的綠色模具產品，綠色技術在保證模具質量性能和使用壽命的基礎上合理利用環保和可持續發展理念，形成符合新發展階段生態要求的模具設計生產模式[2]。

1.1 模具框架結構的綠色設計

在進行模具框架結構的設計時，應當考慮其可拆卸性和后續可重復利用性，并遵循綠色環保的原則進行具體設計。例如，針對模具結構中一些較容易磨損的零部件，可以在設計過程中予以重點關注，選擇鑲拼結構框架以便于后續的維修和養護。在模具框架結構設計中還要注意減少系統框架結構的使用，避免在維修拆卸時對其造成不可恢復的毀壞。合理進行分模面設計選擇，并選擇匹配的飛邊槽，設置調整間隙值以提供模具的使用率和生命周期。除此之外在結構連接方式的設計選擇上盡量避免使用鉚接和焊接等類似連接方式，一旦連接固定很難再次更改。選擇模具框架中的組成結構所需的零部件時，在符合模具設計制造相關標準規范的前提下要考慮其通用性和同結構可互換性，使模具框架結構中的零部件形成系列性和可再次利用性。

1.2 模具使用材料的綠色設計

在模具設計中選擇綠色環保類材料是實現模具綠色制造的關鍵一步，也是提升模具環保性能的重要環節。模具使用材料的綠色設計具體包括選擇綠色材料、優化材料加工模式和加強綠色材料監管控制。首先，針對模具綠色材料的選擇，基于模具不同于其他機械部件生產制造的特殊性，它應用于機械產品的成型和后續加工，常常在制造和使用的全過程中置于強度較大的高溫高壓環境中，因此模具材料選擇的一個重要參考標準是耐損耗性和抗腐蝕性，只有具有一定的耐磨損和抗腐蝕性能才能在嚴苛的環境下保證工作質量和后續使用期限。在這一要求下模具使用材料的綠色設計既要充分考慮材料的應用性能和經濟性價比，又要結合綠色環保理念導向進行選擇。因此要選擇環境污染低、能源消耗低且成本底的綠色材料，盡量減少銅、鉛等材料的使用，選擇的材料要具有可重復循環使用的特點，且可降解。模具制造企業在使用材料選擇環節以綠色理念為導向確定性價比最高的綠色材料并進行采購，要注意采購原材料是否具備環保標識，同時加強材料的監管控制力度，并注意將其放置在穩定的環境下進行儲存。

1.3 模具降噪綠色設計

在進行模具綠色設計的過程中還應充分考慮到模具在進行鍛造、沖壓等具體制造流程的過程中會產生較大的噪聲從而造成的噪聲污染。大部分模具制造加工設備在運行的工作中都會長時間連續產生噪聲污染，對模具制造環境中的工作人員身體健康造成了不利影響，也干擾了模具企業周邊環境的安靜質量，從而可能在一定程度上降低了模具制造企業的工作運營效率和企業形象，因此進行模具降噪綠色設計至關重要。首先可以對模具加工鍛造設備進行優化設計，在相應的位置合理添加消音裝置從而降低噪聲的傳播效果。其次可以對模具的沖壓設備進行合理調整，將齒輪傳遞改為傳送帶以減少模具加工動力傳送過程中產生的噪音。最后可以利用綠色理念更新模具加工設備的材料，添加一定的降噪材料，或者采用模塊化的模具設計以降低其加工難度、簡化制造流程，從而達到降噪環保的目的。

2 模具制造中的綠色技術

2.1 潔凈綠色處理

在進行模具加工制造的過程中通常會使用大量的切削液，切削液是應用于模具結構切削、磨加工過程中用于冷卻和潤滑切刀工具及加工零部件的工業用液體，雖具有較為良好的冷卻潤滑性能和防腐防銹性能，但使用過的切削液中存在廢油和廢液，大部分模具制造工廠不經處理直接進行排放會對水資源造成嚴重污染[3]。此外，若大量使用切削液會使切刀上殘留切屑，其成分也可能造成一定的土壤及環境污染。因此在模具制造過程中要注意進行潔凈綠色處理，盡可能地降低切削液的使用量和使用頻率，選擇更加生態環保的綠色切削技術，從而降低切削液及殘留切屑對環境造成的污染。模具制造企業應積極探索綠色切屑技術的引進和利用路徑，選擇綠色切削方式或無切削液應用方式，以達到切削環節安全無污染的理想效果，并且減少切削液的使用還可以大幅度提升切削工作效率。目前模具制造行業內較為推廣的潔凈綠色切削技術是干式切削技術如干銑削等，可以在無冷液的條件下高效率、高質量地完成切削加工，這一潔凈綠色切削技術需要性能優質的干切削刀具、機床設備和其余輔助設施的支持。

2.2 快速原型制造

在模具制造過程中利用快速原型制造技術可以實現無屑加工從而達到綠色環保的效果。快速原型制造技術是一種基于材料堆積法的新興制造技術，它集分層制造技術、CAD應用技術、激光技術等為一體，可實現自動、快速、精確地將模具設計中的綠色理念轉化為具有一定功能的原型或零部件，通過將一層層材料堆積形成實體原型，使模具零部件制造和后續加工高效便捷且成本較低。快速原型制造技術在模具制造中的優勢體現在高度柔性上，可取消專用工具并在計算機系統的操作控制下實現任意形狀零部件的制造，通過結合材料綠色選擇和堆積原理，安裝產品參數并實現模具模型構建，從而有效提高模具制造的開發周期，并解決了傳統模具制造工藝的殘屑污染問題，不僅提升了模具產品的質量性能，幫助企業收獲更多經濟收益，還通過利用其綠色環保的特質使模具制造企業同時收獲生態效益。

2.3 高速切削技術

在模具的制造過程中可應用高速切削技術進行效率提升和性能優化。因為在模具制造的過程中其型腔在具體成型制造中通常會應用一些硬度較高的材料，因此常采用電加工的工藝手段進行制造加工。但電加工工藝具有工作效率慢的缺點，并且在使用過程中會消耗大量的電能資源，不利于模具制造中實現可持續發展。高速切削技術的刀具可持續保持低溫度，且切削深度較淺使刀具和主軸上受到的徑向力低，從而有效減少了軸承導軌等部件的磨損，提升刀具及其他切削工具的使用壽命。高速切削技術具有極高的加工效率，且其表層應用材料質量性能好保證了切削環節的質量穩定，可切削硬度達到60HRC的模具材料。因此應用高速切削技術代替傳統的電加工技術可以優化模具成型制造的工作效率，并有效體現綠色制造理念。

2.4 逆向工程技術

在進行模具制造過程中可應用逆向工程技術實現綠色理念的深化落實，逆向工程技術具體是指在已有實物或其余類型參照的前提下對其進行精準測量，將獲得數據參數進行快速處理并利用三維建模法在數字化系統中建立全數字三維模型。逆向工程制造技術作為一項綜合性現代化技術具有較強的實用性，利用這項技術可以實現模具制造的三維模型立體呈現并進一步生成自動加工程序。逆向工程制造技術額可以實現對模具實物的精準開模，并且可以更直觀地完成模具結構及各項細節的優化處理，并可以應用于模具的快速成型機床評估設計，提高模具制造加工的效率和現代化水平，有效控制模具制造過程中的資源消耗，從而體現了綠色理念為導向的模具加工制造流程。

3 模具綠色設計與制造的發展趨勢

近年來模具制造行業努力深化綠色設計與制造理念，通過優化設計思路、設計細節以及制造加工工藝等實現模具生產的綠色環保，目前模具的綠色設計與制造已收獲的了行業內外更多的關注和重視，并不斷提升其深化路徑并形成了模具綠色設計與制造的未來發展趨勢。

3.1 全球化

當今世界全球化趨勢已經不可逆轉，全球變暖、環境污染和資源短缺問題已成為世界各國需要共同面對和解決的難題。因此制造行業需要在未來的發展中持續深化綠色生態理念，通過升級模具設計與制造各環節的綠色理念與技術，優化模具產品的資源利用效率和節能環保能力，并適當進行回收再利用，從而尊重自然環境的客觀發展，為全球性的環境生態問題貢獻一份力量，因此未來綠色理念應用在模具設計與制造中必然要呈現全球化趨勢，各國應合作研究提升綠色環保質量的有效路徑。

3.2 社會化

隨著工業高質量發展進程的持續推進，模具應用綠色理念進行設計制造不僅在行業內占據著至關重要的地位，在全社會深化高質量生態保護中也發揮著重要地位。為積極響應新發展階段對工業及制造業提出的新要求，模具制造企業應不斷探索與其他行業的融合路徑，加強綠色環保建設的力度和深度，發揮全社會的合力以取得更好的效果。因此模具設計與制造想要進一步提升綠色生態建設的效果，需要逐步朝向社會化發展。

3.3 廣泛化

當前階段模具設計與制造的綠色指導理念在部分模具制造企業中已開始不斷嘗試和探索，但行業內仍未大規模地落實好這項生態保護工作。為持續擴大制造業綠色優化的范圍，提升制造業應用綠色理念進行設計與制作的影響力，應加大行業內外以綠色生態理念作為指導和目標的倡議，相關管理部門也要通過制度規范和政策支持促進各模具制造企業做好綠色環保優化工作，從而使得制造業中在設計和生產環節中的綠色理念持續向廣泛化發展。

3.4 智能化

目前我國的模具企業應用綠色理念進行設計與制造往往只停留在意識層面，雖在實際操作應用過程中有所嘗試，但沒有充分利用現代化信息技術帶來的智能趨勢，使綠色技術可以更高效科學地發揮作用。模具制造企業應積極引進現代化信息技術應用于模具生產各環節的監管，利用智能化系統終端和現代數字監控設備，對模具從設計規劃到加工制作的各環節進行實時監控，一旦發現有資源消耗過量或污染嚴重的環節，可以通過顯示器直觀發現并立即做出處理措施。除此之外信息化設備還可以對模具產品在設計與制作過程中的各項生態環保相關參數和指標進行數據處理，隨時可查看模具產品的綠色環保性能，以保證其在設計環節與制造環節都符合綠色生態保護的規范與要求。因此，為了模具設計與制造的綠色優化勢必要借助時代發展的力量向智能化轉變。

4 結束語

模具行業積極應用綠色環保理念符合生態保護和可持續發展的實際要求，因此模具制造企業應通過優化設計環節中的綠色規劃以及后續生產加工中的綠色技術應用，不斷提升自身綠色環保能力并帶動行業內外關注制造生產中的生態保護，形成良好的綠色健康發展觀念從而助力模具制造以及整個制造行業收獲生態效益與社會效益。