Oct 26, 2023
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轉(zhuǎn)發(fā)自: 108 機電技術(shù) 2018年8月
作者:李云妹 謝祖華
(福建船政交通職業(yè)學院機械工程系,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,提出了沖壓模具實現(xiàn)綠色制造的途徑,從模具設計、制造、報廢、回收等產(chǎn)品生命的各個周期闡述了沖壓模具的綠色制造;只有在各個環(huán)節(jié)都溶入綠色思想,并與先進制造技術(shù)緊密結(jié)合,才能實現(xiàn)沖壓模具的綠色制造,達到高質(zhì)量、短周期、低成本的目標。
關鍵詞:綠色制造;沖壓模具;先進制造技術(shù)
中圖分類號:TG76;X38 文獻標識碼:A 文章編號: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)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(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]。
沖壓模具廣泛應用于汽車、家電、電子、日用五金等各個行業(yè),是所有模具中使用量最大的模具。隨著我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求、經(jīng)濟增長方式的轉(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重要發(fā)展趨勢。本文探討沖壓模具的綠色制造的實現(xiàn)。
1 沖壓模具的綠色設計
綠色制造貫穿于設計、制造、報廢、回收等產(chǎn)品生命的各個周期,從模具設計階段就要開始考慮綠色制造問題。綠色設計奠定了綠色制造的基礎。
1.1 沖壓模具材料的選擇
沖壓模具設計的第一步是選定模具材料。為達到綠色設計的目的,所選用的材料應當是易加工、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計
實現(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小凸模折彎或折斷,因此:設計時應盡量縮短凸模的長度;或設計時增加凸模護套,這樣沖孔時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套的不間斷的導向,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,應特別注意模具導向機構(gòu)的精度;可靠和高精度的導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 模具零件的標準化
模具零件的標準化比例越高,模具中要設計的零件就越少,這樣可節(jié)省設計時間,而且:標準化的零件可直接購買,縮短了模具制造周期;標準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、冷沖模導正銷、冷沖模廢料切刀等多項冷沖模具零部件的國家標準,專業(yè)化生產(chǎn)正處于積極組織和實施中。但總的來說,我國沖壓模具的標準化和專業(yè)化生產(chǎn)水平與發(fā)達國家相比還處于較低水平:我國模具標準件使用覆蓋率
作者簡介:李云妹(1963—),女,副教授,碩士,主要從事機械設計與制造研究。謝祖華(1963—),男,副教授,碩士,主要從事機械設計與制造研究。
第4期 李云妹等:沖壓模具的綠色制造 109
才達到 30%~40%,而發(fā)達國家達到 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)是指利用高自動化、高柔性和高精度的能實現(xiàn)高速運動的制造設備,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,達到高加工精度和質(zhì)量的先進加工技術(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,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,超高速切削時設備的激振頻率特別高,其頻率范圍遠離了“機床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率,因此機床工作平穩(wěn),加工的工件精度極高、表面質(zhì)量極好、工件表面殘余應力極小,可直接達到精加工要求,材料切除率相應提高若干倍[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。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的傳輸、過濾、回收等裝置和費用,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,槽型應保證排屑流暢、易于散熱。目前,干切削刀具主要使用超細顆粒硬質(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熱點,德、日美等工業(yè)發(fā)達國家無論是刀具還是設備研究都取得了重要成果,并已成功應用于生產(chǎn)領域。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)達國家還存在較大差距,有待進一步研究和推廣應用。
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