轉(zhuǎn)發(fā)自：機(jī)電技術(shù) 2018年8月

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作者：李云妹 謝祖華

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系，福建福州 350007）

摘 要：從綠色制造的概念出發(fā)，結(jié)合沖壓模具的特點(diǎn)，提出了沖壓模具實(shí)現(xiàn)綠色制造的途徑，從模具設(shè)計(jì)、制造、報(bào)廢、回收等產(chǎn)品生命的各個(gè)周期闡述了沖壓模具的綠色制造；只有在各個(gè)環(huán)節(jié)都溶入綠色思想，并與先進(jìn)制造技術(shù)緊密結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)沖壓模具的綠色制造，達(dá)到高質(zhì)量、短周期、低成本的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：綠色制造；沖壓模具；先進(jìn)制造技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG76；X38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-4801（2018）04-108-03

DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2018.04.032

綠色制造（Green Manufacturing，GM）是一種在保證產(chǎn)品功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代化制造模式。

它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求、對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高、能源消耗最低[1]。

沖壓模具廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子、日用五金等各個(gè)行業(yè)，是所有模具中使用量最大的模具。

隨著我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求、經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，對環(huán)境的要求日益提高，綠色制造已成為模具制造的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。本文探討沖壓模具的綠色制造的實(shí)現(xiàn)。

1 沖壓模具的綠色設(shè)計(jì)

綠色制造貫穿于設(shè)計(jì)、制造、報(bào)廢、回收等產(chǎn)品生命的各個(gè)周期，從模具設(shè)計(jì)階段就要開始考慮綠色制造問題。綠色設(shè)計(jì)奠定了綠色制造的基礎(chǔ)。

1.1 沖壓模具材料的選擇

沖壓模具設(shè)計(jì)的第一步是選定模具材料。為達(dá)到綠色設(shè)計(jì)的目的，所選用的材料應(yīng)當(dāng)是易加工、成本低、加工過程能耗低且污染少或無污染的材料；而且要求可重復(fù)多次使用、易于回收處理或可降解的材料。雖然能制造沖壓模具的材料種類很多，但目前完全滿足這些條件的沖模材料還幾乎沒有，還有待進(jìn)一步開發(fā)；目前只能選擇盡量符合上述條件的材料。

1.2 延長沖壓模具使用壽命的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)綠色制造的重要手段之一是延長模具使用壽命。對于沖壓模具，模具間隙的合理選擇尤為重要，在滿足沖壓件技術(shù)要求的前提下，應(yīng)盡量選擇較大的模具間隙，這樣可大大提高沖壓模具使用壽命，有時(shí)壽命能提高幾倍甚至幾十倍。

對于小孔沖孔模，最常見的模具失效形式是細(xì)小凸模折彎或折斷，因此：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短凸模的長度；

或設(shè)計(jì)時(shí)增加凸模護(hù)套，這樣沖孔時(shí)凸模除了伸入沖壓板料的一段長度以外，其余部分均可得到護(hù)套的不間斷的導(dǎo)向，從而增加了凸模剛度、減少了凸模彎曲和折斷的可能、延長了模具使用壽命。對于精密沖裁模，應(yīng)特別注意模具導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的精度；

可靠和高精度的導(dǎo)向可減少凸凹模的磨損和啃傷，延長模具壽命。此外，模具壓力中心和上下模板的剛性對模具壽命也有影響。

1.3 模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化

模具零件的標(biāo)準(zhǔn)化比例越高，模具中要設(shè)計(jì)的零件就越少，這樣可節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，而且：標(biāo)準(zhǔn)化的零件可直接購買，縮短了模具制造周期；

標(biāo)準(zhǔn)化的零件都是由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)，有利于保證質(zhì)量、降低成本，使有限的資源得到優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)模具的綠色制造。

目前我國已頒布了冷沖模模架、冷沖模模柄、冷沖模導(dǎo)正銷、冷沖模廢料切刀等多項(xiàng)冷沖模具零部件的國家標(biāo)準(zhǔn)，專業(yè)化生產(chǎn)正處于積極組織和實(shí)施中。

但總的來說，我國沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)水平與發(fā)達(dá)國家相比還處于較低水平：我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率

作者簡介：李云妹（1963—），女，副教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造研究。謝祖華（1963—），男，副教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造研究。

第4期 李云妹等：沖壓模具的綠色制造 109

才達(dá)到 30%~40%，而發(fā)達(dá)國家達(dá)到 70%~80%。

因此這方面還有許多工作要做。

2 沖壓模具的綠色制造加工工藝

綠色加工工藝是指生產(chǎn)效率高；加工過程能量消耗低；能改善勞動(dòng)條件，減少對操作人員的健康危害、對環(huán)境影響又相對較小的工藝技術(shù)[2]。

要實(shí)現(xiàn)綠色制造，一方面優(yōu)化目前的加工工藝，另一方面采用先進(jìn)的模具加工技術(shù)。這些加工技術(shù)如下：

2.1 超高速加工技術(shù)

超高速加工技術(shù)是指利用高自動(dòng)化、高柔性和高精度的能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的制造設(shè)備，采用超硬切削刀具或磨具，以超高切削速度來提高材料切除率，達(dá)到高加工精度和質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)[3]。

超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。通常把切削速度是常規(guī)的5～10倍以上的切削加工稱為超高速切削。

超高速切削時(shí)，切屑為碎片狀而不是普通切削的帶狀，95%的切削熱被切屑帶走，切削力降低30%；此外，超高速切削時(shí)設(shè)備的激振頻率特別高，其頻率范圍遠(yuǎn)離了“機(jī)床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率，因此機(jī)床工作平穩(wěn)，加工的工件精度極高、表面質(zhì)量極好、工件表面殘余應(yīng)力極小，可直接達(dá)到精加工要求，材料切除率相應(yīng)提高若干倍[3]。

與超高速切削一樣，超高速磨削具有效率極高、磨削力極小、磨出的工件表面粗糙度值極低、砂輪壽命長等優(yōu)點(diǎn)。因此，超高速加工可以提高加工工件質(zhì)量和生產(chǎn)率、節(jié)約能耗，是一個(gè)很好的綠色加工工藝。

2.2 干切削技術(shù)

干切削加工是指加工過程中不用或僅用微量切削液，這是一種從環(huán)境污染源頭上進(jìn)行控制的清潔環(huán)保新型綠色制造技術(shù)。

干切削加工技術(shù)不僅沒有切削液對環(huán)境的污染，而且省去了與切削液有關(guān)的傳輸、過濾、回收等裝置和費(fèi)用，簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)、降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本，形成的切屑又干凈、清潔、無污染，便于回收和處理。

干切削時(shí)沒有切削液的冷卻，刀具溫度比濕切削高得多，因此：刀具材料應(yīng)具有良好熱硬性和高溫韌性、高的耐磨性和抗粘結(jié)性能、低的摩擦系數(shù)；刀具的幾何形狀要適合干切削的特點(diǎn)，槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱。

目前，干切削刀具主要使用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、立方氮化硼、聚晶金剛石、SiC 晶須增韌陶瓷及納米陶瓷等材料制造。此外，對刀具進(jìn)行涂層處理，也能大大提高刀具性能。

涂層可以是單層的，也可以是多層的復(fù)合涂層；不同的涂層可使刀具獲得不同的性能，主要有可提高刀具硬度和耐磨性、提高抗“月牙洼”磨損的能力、降低摩擦系數(shù)、減少切削力和降低切削溫度等。

干切削已成為綠色制造工藝研究的一個(gè)熱點(diǎn)，德、日美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家無論是刀具還是設(shè)備研究都取得了重要成果，并已成功應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。我國在這方面的研究起步較晚，雖然取得了一些成果，但總體而言比發(fā)達(dá)國家還存在較大差距，有待進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用。

2.3 基于快速原型制造技術(shù)的快速模具（RT）制造技術(shù)

快速原型制造技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）是20世紀(jì)80年代末期迅速崛起的一種先進(jìn)制造技術(shù)。其原理是：設(shè)計(jì)人員通過 CAD將設(shè)計(jì)思想進(jìn)行三維實(shí)體造型；然后對三維實(shí)體沿給定方向二維切片，并根據(jù)各截面層形成二維數(shù)據(jù)；

之后快速成形系統(tǒng)根據(jù)切片的輪廓形狀和厚度要求，用液體