基于绿色理念为导向的模具设计与制造研究

卢锡锦

（广西玉林技师学院，广西 玉林 537100）

近年来我国工业现代化进程持续推进带动我国制造行业发展速度不断提升，在高速发展的阶段内制造行业投资高、经济收益不断增加，但带来的是能源损耗高、环境污染严重的生态问题，制造业平均每年的能源消耗占据全国的40%以上，其生态问题若得不到及时的解决会限制制造产业的长远可持续发展。自我国进入新发展阶段以来，制造业的发展重心由原本的高速经济发展逐步转变为高质量发展，其中包括产品质量和绿色环保质量，更加强调在设计和制造环节融入绿色生态设计理念从而提升具体产品及整个行业的可持续发展能力[1]。模具设计与制造作为各制造产业中必不可少的环节，其绿色理念的融合程度与效果直接影响着制造业的生态效益，因此要有效利用绿色生态理念为导向并应用于模具的具体设计和制造中去，从而保证制造行业经济效益与生态效益的双丰收，进一步为制造业的长远健康发展奠定基础。

1 模具设计中的绿色理念

模具的绿色设计旨在通过利用绿色设计原则提升模具的生态环保属性，并从模具的应用材料、加工工艺及后续回收再利用等多角度进行全面优化调整，以最大程度地降低模具制造加工带来的资源浪费和环境污染，形成兼顾生态效益的绿色模具产品，绿色技术在保证模具质量性能和使用寿命的基础上合理利用环保和可持续发展理念，形成符合新发展阶段生态要求的模具设计生产模式[2]。

1.1 模具框架结构的绿色设计

在进行模具框架结构的设计时，应当考虑其可拆卸性和后续可重复利用性，并遵循绿色环保的原则进行具体设计。例如，针对模具结构中一些较容易磨损的零部件，可以在设计过程中予以重点关注，选择镶拼结构框架以便于后续的维修和养护。在模具框架结构设计中还要注意减少系统框架结构的使用，避免在维修拆卸时对其造成不可恢复的毁坏。合理进行分模面设计选择，并选择匹配的飞边槽，设置调整间隙值以提供模具的使用率和生命周期。除此之外在结构连接方式的设计选择上尽量避免使用铆接和焊接等类似连接方式，一旦连接固定很难再次更改。选择模具框架中的组成结构所需的零部件时，在符合模具设计制造相关标准规范的前提下要考虑其通用性和同结构可互换性，使模具框架结构中的零部件形成系列性和可再次利用性。

1.2 模具使用材料的绿色设计

在模具设计中选择绿色环保类材料是实现模具绿色制造的关键一步，也是提升模具环保性能的重要环节。模具使用材料的绿色设计具体包括选择绿色材料、优化材料加工模式和加强绿色材料监管控制。首先，针对模具绿色材料的选择，基于模具不同于其他机械部件生产制造的特殊性，它应用于机械产品的成型和后续加工，常常在制造和使用的全过程中置于强度较大的高温高压环境中，因此模具材料选择的一个重要参考标准是耐损耗性和抗腐蚀性，只有具有一定的耐磨损和抗腐蚀性能才能在严苛的环境下保证工作质量和后续使用期限。在这一要求下模具使用材料的绿色设计既要充分考虑材料的应用性能和经济性价比，又要结合绿色环保理念导向进行选择。因此要选择环境污染低、能源消耗低且成本底的绿色材料，尽量减少铜、铅等材料的使用，选择的材料要具有可重复循环使用的特点，且可降解。模具制造企业在使用材料选择环节以绿色理念为导向确定性价比最高的绿色材料并进行采购，要注意采购原材料是否具备环保标识，同时加强材料的监管控制力度，并注意将其放置在稳定的环境下进行储存。

1.3 模具降噪绿色设计

在进行模具绿色设计的过程中还应充分考虑到模具在进行锻造、冲压等具体制造流程的过程中会产生较大的噪声从而造成的噪声污染。大部分模具制造加工设备在运行的工作中都会长时间连续产生噪声污染，对模具制造环境中的工作人员身体健康造成了不利影响，也干扰了模具企业周边环境的安静质量，从而可能在一定程度上降低了模具制造企业的工作运营效率和企业形象，因此进行模具降噪绿色设计至关重要。首先可以对模具加工锻造设备进行优化设计，在相应的位置合理添加消音装置从而降低噪声的传播效果。其次可以对模具的冲压设备进行合理调整，将齿轮传递改为传送带以减少模具加工动力传送过程中产生的噪音。最后可以利用绿色理念更新模具加工设备的材料，添加一定的降噪材料，或者采用模块化的模具设计以降低其加工难度、简化制造流程，从而达到降噪环保的目的。

2 模具制造中的绿色技术

2.1 洁净绿色处理

在进行模具加工制造的过程中通常会使用大量的切削液，切削液是应用于模具结构切削、磨加工过程中用于冷却和润滑切刀工具及加工零部件的工业用液体，虽具有较为良好的冷却润滑性能和防腐防锈性能，但使用过的切削液中存在废油和废液，大部分模具制造工厂不经处理直接进行排放会对水资源造成严重污染[3]。此外，若大量使用切削液会使切刀上残留切屑，其成分也可能造成一定的土壤及环境污染。因此在模具制造过程中要注意进行洁净绿色处理，尽可能地降低切削液的使用量和使用频率，选择更加生态环保的绿色切削技术，从而降低切削液及残留切屑对环境造成的污染。模具制造企业应积极探索绿色切屑技术的引进和利用路径，选择绿色切削方式或无切削液应用方式，以达到切削环节安全无污染的理想效果，并且减少切削液的使用还可以大幅度提升切削工作效率。目前模具制造行业内较为推广的洁净绿色切削技术是干式切削技术如干铣削等，可以在无冷液的条件下高效率、高质量地完成切削加工，这一洁净绿色切削技术需要性能优质的干切削刀具、机床设备和其余辅助设施的支持。

2.2 快速原型制造

在模具制造过程中利用快速原型制造技术可以实现无屑加工从而达到绿色环保的效果。快速原型制造技术是一种基于材料堆积法的新兴制造技术，它集分层制造技术、CAD应用技术、激光技术等为一体，可实现自动、快速、精确地将模具设计中的绿色理念转化为具有一定功能的原型或零部件，通过将一层层材料堆积形成实体原型，使模具零部件制造和后续加工高效便捷且成本较低。快速原型制造技术在模具制造中的优势体现在高度柔性上，可取消专用工具并在计算机系统的操作控制下实现任意形状零部件的制造，通过结合材料绿色选择和堆积原理，安装产品参数并实现模具模型构建，从而有效提高模具制造的开发周期，并解决了传统模具制造工艺的残屑污染问题，不仅提升了模具产品的质量性能，帮助企业收获更多经济收益，还通过利用其绿色环保的特质使模具制造企业同时收获生态效益。

2.3 高速切削技术

在模具的制造过程中可应用高速切削技术进行效率提升和性能优化。因为在模具制造的过程中其型腔在具体成型制造中通常会应用一些硬度较高的材料，因此常采用电加工的工艺手段进行制造加工。但电加工工艺具有工作效率慢的缺点，并且在使用过程中会消耗大量的电能资源，不利于模具制造中实现可持续发展。高速切削技术的刀具可持续保持低温度，且切削深度较浅使刀具和主轴上受到的径向力低，从而有效减少了轴承导轨等部件的磨损，提升刀具及其他切削工具的使用寿命。高速切削技术具有极高的加工效率，且其表层应用材料质量性能好保证了切削环节的质量稳定，可切削硬度达到60HRC的模具材料。因此应用高速切削技术代替传统的电加工技术可以优化模具成型制造的工作效率，并有效体现绿色制造理念。

2.4 逆向工程技术

在进行模具制造过程中可应用逆向工程技术实现绿色理念的深化落实，逆向工程技术具体是指在已有实物或其余类型参照的前提下对其进行精准测量，将获得数据参数进行快速处理并利用三维建模法在数字化系统中建立全数字三维模型。逆向工程制造技术作为一项综合性现代化技术具有较强的实用性，利用这项技术可以实现模具制造的三维模型立体呈现并进一步生成自动加工程序。逆向工程制造技术额可以实现对模具实物的精准开模，并且可以更直观地完成模具结构及各项细节的优化处理，并可以应用于模具的快速成型机床评估设计，提高模具制造加工的效率和现代化水平，有效控制模具制造过程中的资源消耗，从而体现了绿色理念为导向的模具加工制造流程。

3 模具绿色设计与制造的发展趋势

近年来模具制造行业努力深化绿色设计与制造理念，通过优化设计思路、设计细节以及制造加工工艺等实现模具生产的绿色环保，目前模具的绿色设计与制造已收获的了行业内外更多的关注和重视，并不断提升其深化路径并形成了模具绿色设计与制造的未来发展趋势。

3.1 全球化

当今世界全球化趋势已经不可逆转，全球变暖、环境污染和资源短缺问题已成为世界各国需要共同面对和解决的难题。因此制造行业需要在未来的发展中持续深化绿色生态理念，通过升级模具设计与制造各环节的绿色理念与技术，优化模具产品的资源利用效率和节能环保能力，并适当进行回收再利用，从而尊重自然环境的客观发展，为全球性的环境生态问题贡献一份力量，因此未来绿色理念应用在模具设计与制造中必然要呈现全球化趋势，各国应合作研究提升绿色环保质量的有效路径。

3.2 社会化

随着工业高质量发展进程的持续推进，模具应用绿色理念进行设计制造不仅在行业内占据着至关重要的地位，在全社会深化高质量生态保护中也发挥着重要地位。为积极响应新发展阶段对工业及制造业提出的新要求，模具制造企业应不断探索与其他行业的融合路径，加强绿色环保建设的力度和深度，发挥全社会的合力以取得更好的效果。因此模具设计与制造想要进一步提升绿色生态建设的效果，需要逐步朝向社会化发展。

3.3 广泛化

当前阶段模具设计与制造的绿色指导理念在部分模具制造企业中已开始不断尝试和探索，但行业内仍未大规模地落实好这项生态保护工作。为持续扩大制造业绿色优化的范围，提升制造业应用绿色理念进行设计与制作的影响力，应加大行业内外以绿色生态理念作为指导和目标的倡议，相关管理部门也要通过制度规范和政策支持促进各模具制造企业做好绿色环保优化工作，从而使得制造业中在设计和生产环节中的绿色理念持续向广泛化发展。

3.4 智能化

目前我国的模具企业应用绿色理念进行设计与制造往往只停留在意识层面，虽在实际操作应用过程中有所尝试，但没有充分利用现代化信息技术带来的智能趋势，使绿色技术可以更高效科学地发挥作用。模具制造企业应积极引进现代化信息技术应用于模具生产各环节的监管，利用智能化系统终端和现代数字监控设备，对模具从设计规划到加工制作的各环节进行实时监控，一旦发现有资源消耗过量或污染严重的环节，可以通过显示器直观发现并立即做出处理措施。除此之外信息化设备还可以对模具产品在设计与制作过程中的各项生态环保相关参数和指标进行数据处理，随时可查看模具产品的绿色环保性能，以保证其在设计环节与制造环节都符合绿色生态保护的规范与要求。因此，为了模具设计与制造的绿色优化势必要借助时代发展的力量向智能化转变。

4 结束语

模具行业积极应用绿色环保理念符合生态保护和可持续发展的实际要求，因此模具制造企业应通过优化设计环节中的绿色规划以及后续生产加工中的绿色技术应用，不断提升自身绿色环保能力并带动行业内外关注制造生产中的生态保护，形成良好的绿色健康发展观念从而助力模具制造以及整个制造行业收获生态效益与社会效益。