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轉發自： 108 機電技術 2018年8月

作者：李雲妹 謝祖華

（福建船政交（jiāo）通（tōng）職業學院（yuàn）機械工程係，福建福州 350007）

從模具設計（jì）階段就要開始考慮綠色製造問題。綠色設計奠定了綠色製造的基（jī）礎。

1.1 衝（chōng）壓模具材料（liào）的選（xuǎn）擇

衝壓模具設計的第一步是選定（dìng）模具材料。為達到綠色設（shè）計的（de）目的，所選用的（de）材料（liào）應當是易加工、成本低、加工過程（chéng）能耗低且汙染少或無汙染的材料；而（ér）且要求可重複多次使用、易（yì）於回收處理或可降解的材料（liào）。雖（suī）然能製造衝壓模具的材料種類很多，但目前完全（quán）滿足這些條（tiáo）件的（de）衝模材料還幾乎沒有，還有待進一步開發；目前隻能選擇盡量符合上述條件的材料。

1.2 延（yán）長衝壓模具使用壽命的設計

實現綠色製造的重要手段之一是延長模具使用壽命（mìng）。對於衝壓模具，模具間（jiān）隙（xì）的合理選擇尤為重要，在滿足衝壓（yā）件技術（shù）要求的（de）前提下，應盡量選擇較大的模具間隙，這樣可大大提高衝壓模具使用壽（shòu）命，有時壽命能提高（gāo）幾倍甚至幾十倍。對於小孔衝孔（kǒng）模，最常見的模具失效形式是細小凸模折彎或折斷（duàn），因（yīn）此：設計時應盡（jìn）量縮短凸模的長度；或設計時（shí）增加凸模護套（tào），這樣衝孔時凸模除了伸入衝壓板料的一段長度以外，其餘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。對於精（jīng）密衝裁模，應特（tè）別注（zhù）意模具導向機構的精度；可靠（kào）和高精度的導向可減少凸凹模的磨損（sǔn）和啃傷，延長模（mó）具壽命。此外，模具壓力中（zhōng）心和（hé）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）準化

模具零件的標準（zhǔn）化比例越高，模具中要設計（jì）的零件就（jiù）越少，這樣（yàng）可節省設計時間，而且：標準化的零件可直接（jiē）購買，縮短了模（mó）具製造周期；標準化的零件都是由專業廠（chǎng）大批量生產，有（yǒu）利於保證質量、降低成本（běn），使有限的資（zī）源得到優化配置，實現模具的綠色製造。目前我國已頒布了冷衝模模架、冷衝模模柄、冷衝模（mó）導（dǎo）正銷、冷衝模廢料切刀等多項冷衝模具零部件的國家標準，專業化生產正處於積極組織和實（shí）施（shī）中。但總的來說（shuō），我國衝壓模具的標準化和專業化生產水（shuǐ）平與發達國（guó）家相比還處於較低水平：我國模具標準件使用覆蓋率

作者簡介：李雲妹（1963—），女（nǚ），副教授，碩士，主（zhǔ）要從事機械設（shè）計與製造研究。謝祖華（1963—），男，副教授，碩士，主（zhǔ）要從事機械設（shè）計與製造研究。

第4期 李雲妹等：衝壓模具的綠色製造 109

才達到 30%~40%，而發達國（guó）家達（dá）到 70%~80%。

因（yīn）此這方麵還有許多工作要做。

2 衝壓模具的綠色製造加工（gōng）工藝

綠色加工工藝（yì）是指生產效率高；加工過程能量（liàng）消耗低；能改善（shàn）勞動條件，減少對操作（zuò）人員的健康危害、對（duì）環境影響又相對較小的工藝技術[2]。要實現綠色製造，一方麵優化目（mù）前的加工工藝，另一方麵采用（yòng）先進的模具加工技術（shù）。這些加工技術如下：

2.1 超高速加工技術

超高速加工技（jì）術（shù）是指利用高自動化、高柔性和高精度的能實現高速運動的製造設（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，達到高加工精（jīng）度和質量的先進（jìn）加工技術[3]。超（chāo）高速加（jiā）工包括超高速切削和超高速（sù）磨削。通常把切削速度是常規的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（lì）降（jiàng）低30%；此外，超高速切削時（shí）設備的激（jī）振頻率特別高，其頻率（lǜ）範圍（wéi）遠離了“機床-刀具-工件”工藝係統的固有頻率，因此機床工作平穩，加（jiā）工的工（gōng）件精度極高、表麵質（zhì）量極好、工件（jiàn）表麵殘餘應力極小，可直接達到精加（jiā）工要求（qiú），材料切除率相應提高若幹倍[3]。與超高速切（qiē）削（xuē）一（yī）樣，超高速磨削（xuē）具有效率極高、磨削力（lì）極小、磨出的工（gōng）件表（biǎo）麵粗糙度值極低、砂輪壽命（mìng）長等優點。因此（cǐ），超高速加工可以提高加（jiā）工工件質量和生產率、節（jiē）約能耗（hào），是一個很好的綠色加工工藝。

2.2 幹切削技術

幹（gàn）切削加工是指加工過程（chéng）中不用或僅用微量（liàng）切削液（yè），這是一種從環境汙染源頭上進行控製的清潔環保新型綠色製造技術（shù）。幹切削加工技術不僅沒有切削液對環境的汙染，而且省（shěng）去了與切削液有關的傳輸、過濾、回收等（děng）裝置和費用，簡化了生（shēng）產（chǎn）係統、降低了產品生產（chǎn）成（chéng）本，形成的切屑又幹淨、清潔、無汙染，便於回收和處理。

幹切削時沒有切削液的冷卻，刀具（jù）溫度比濕切削高得多，因此：刀具材料應具有良好熱硬（yìng）性和高（gāo）溫韌性、高的耐磨性和抗粘結性能、低的（de）摩擦係數；刀具的幾何形狀要適合幹切削的特點，槽型應保證排屑流暢、易於散（sàn）熱（rè）。目前，幹切削（xuē）刀具主要使用（yòng）超細顆粒硬質合金、立方氮（dàn）化硼、聚（jù）晶金（jīn）剛石、SiC 晶須增韌陶瓷及納米陶瓷等材料製造。此外，對刀具（jù）進行塗層處理，也能大大提高刀具性能。塗層可以是單層的，也可以是多（duō）層的複合塗層；不同的塗層可使刀（dāo）具獲得不同的性能，主要（yào）有可提高刀具硬度（dù）和耐磨性、提高抗“月牙窪”磨損的能力、降（jiàng）低摩擦係數、減少切削力和降低切削溫（wēn）度等。

幹切（qiē）削已成為綠色製（zhì）造（zào）工藝研究的一個熱點（diǎn），德、日（rì）美等工業發達國家無論是刀具還是設備研究都取得了重要成果，並已成功應用於生產領域。我國在這方麵的研究起步較晚，雖然取得（dé）了一些成果，但總體而言比發達國家還存（cún）在（zài）較大差距，有待進一步研究和推（tuī）廣應用。

2.3 基於快速原型製造技術的快速模具（RT）製造技術

快速原型製造技術（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）是20世（shì）紀80年代末（mò）期迅（xùn）速崛起的一種先進製（zhì）造技術。其原理是：設計人（rén）員通過 CAD將設計思想（xiǎng）進行三維實體（tǐ）造型；然後（hòu）對三維實體沿給定方向二維切片，並根據各（gè）截麵（miàn）層形成（chéng）二維數據；之後快速（sù）成形係統根據切片的輪廓形狀和厚度（dù）要求，用液體、絲材、片材、粉末或製成薄片，通過（guò）固化、熔接（jiē）、黏結、燒（shāo）結（jié）等方（fāng）式，將材料一片（piàn）一（yī）片“堆積、疊壓”，從而快速完成三維實體的原型製造。

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目前這（zhè）種基於快速原型（xíng）製造技術的快速模具（Rapid tooling，RT）製造方法有直（zhí）接製模法和間接製模（mó）法（fǎ）。直接製模法就是用上述（shù）快速原型製造技術製造（zào）模具，雖然其具（jù）有加工過程（chéng）無需刀具和工裝夾具、材料利用率（lǜ）極（jí）高、製造速度（dù）快、製造費用（yòng）低等優點，但（dàn）受到使（shǐ）用材料的限製（zhì），目前使用不多。間接製造法是先（xiān）通過快速原型（xíng）製（zhì）造技術（RPM）製（zhì）作母模，然（rán）後通過一（yī）次或（huò）多次轉換的方法製成模具型腔。目前各種間接製模工藝（yì）比較（jiào）成熟，使用較多（duō）。依據製（zhì）模材料的不同，間接製模法製造的模具可分為硬質模（mó）具和軟質模（mó）具（jù）兩種類型。硬質模具（jù）一般指鋼質模具，雖（suī）然製造難度較高，但使用（yòng）壽命較長；利用RPM原型製作鋼質模具的主要方法有電火（huǒ）花加工法、熔（róng）模鑄造法（fǎ）、陶瓷型精密鑄造法等。製模材（cái）料使（shǐ）用（yòng）環氧（yǎng）樹脂、矽（guī）橡膠、低熔點合金等的模具稱為軟質模具，其具有製作周期短、製造成本低的（de）優勢，因而特別適用於新（xīn）產品開（kāi）發或小批量、多品種、快速改型的場合；目前軟質模具的製造方法主要有矽橡膠（jiāo）澆注法（fǎ）、樹脂澆（jiāo）注法、電鑄法以及（jí）金（jīn）屬（shǔ）噴塗法（fǎ）等。

目前基於（yú） RPM 技術的快速模具可用（yòng）於板料衝壓（yā）的成形模、拉深模、彎曲模，有的還可用於衝裁模、切邊（biān）模，特別是在汽車覆蓋件衝（chōng）壓成形中應用較多。汽車覆蓋件快（kuài）速模具的成功應（yīng）用，降低了研發成本、縮短了汽車（chē）新產品（pǐn）的研發周（zhōu）期[4-6]。

與傳統模具製造技（jì）術相（xiàng）比（bǐ），快速（sù）模具製造技術（shù）製造周期短，一般可節省1/3左右的時間，且無需（xū）電火花加工（gōng）、無（wú）需數控銑削、無需專用工裝（zhuāng），複雜的模具型（xíng）腔可直接根據RPM原型製造出來，而且製造成本低。這是對多品種、小批量的生產模式和（hé）快速變化的市（shì）場需求（qiú）強有力的技術支撐，是很有發展（zhǎn）前（qián）景的綠色製（zhì）造工藝。

3 模具的綠色包裝、維護（hù）、回收和再處理綠色包裝包（bāo）括包裝（zhuāng）結構設計、包裝材料的選擇和包裝材料（liào）的（de）回收。包裝箱內部結構要設計合理，以達到簡化包裝的目的；應盡量選擇無毒無害、易回收易降解的綠色包裝材料；在（zài）包裝箱上注明包裝材料的可回收性標誌及回收處（chù）理方式等。

模具的（de）綠色維護方麵。修模時盡可能采用（yòng）人工修模（mó），不用或（huò）少用機加（jiā）工；不用或少用有害（hài）環（huán）境的溶液處理模具表麵，如甲醇、鹽酸等。

模具綠（lǜ）色回收與再處理方麵。在模具設計和製造階段就（jiù）注意貫穿模具可拆卸性和可回收（shōu）性綠色理念，使得：模具在使用過程中某個零件（jiàn）損壞時可以更（gèng）換（huàn）；對於（yú）可用部分拆下並進行適當的維修加工，可以用於新模具上；有些模具甚至隻要更換凸凹模就是一副不（bú）同的模具，可以生（shēng）產新的產品。

4 結束語

綠色（sè）製造（zào）是現代製造業的可持續發展模式，也是模具發展的必然趨勢，應引起人們（men）的重視和自覺應用。模具綠色設計與製造（zào）可減少對環（huán）境造成的汙染、縮短模具（jù）製造周期、提高產品質量、降（jiàng）低製造成本，推動模具行業快速發展（zhǎn）。雖然（rán）現階段有些綠色製造工藝和技（jì）術，由（yóu）於其本身還有需要完善（shàn）之處等（děng）種種原因而不能全麵施行和應用，但有理由相信，綠色製造將在不久的將來大顯身手。

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􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉􀤉

（上接第43頁）

口和FANUC LADDER-Ⅲ軟件，通過CNC係統側與 技能緊缺人才奠定了基礎。本文所述的這種基（jī）於軟件側（cè）關鍵參數的正確設定，實現了PMC數據備份 FANUC LADDER-Ⅲ的PMC數據備份與恢複的方與恢複，促進了學生實踐動手能力的提高，為培養高 法對數控機（jī）床裝調維修（xiū）具有一定的實用價值。

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