轉（zhuǎn）發自（zì）：機電技術 2018年8月

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作者：李雲妹 謝祖（zǔ）華

（福建船政交通職業學院機械工程係，福建福州 350007）

摘 要：從綠色製造的概念出發，結合衝壓模具的特（tè）點，提（tí）出了衝壓模具實現綠（lǜ）色製造的途徑（jìng），從模具（jù）設計、製造、報廢、回收等產（chǎn）品生（shēng）命的各個周期闡（chǎn）述了衝壓模具的綠色製（zhì）造；隻有在各個環節都溶（róng）入綠色思想，並與先進製造技術緊密結合，才能實現衝壓模具的綠色製造，達到高質量、短（duǎn）周期、低成本的目（mù）標。

關（guān）鍵詞：綠色製造；衝壓模具；先進製造技術

中圖分類號（hào）：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

綠色製造（Green Manufacturing，GM）是一種在保證產品功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源效率的現代（dài）化製造（zào）模式。

它使產品從設計、製造、包（bāo）裝、運輸、使用到報廢處理（lǐ）的（de）整個產品生命周期中不產生環境汙染或環境汙染最（zuì）小化，符合（hé）環境保護要求、對生態環境無害或危害極小，節約資源和能源，使資源利用率最高、能源消耗最低[1]。

衝壓模（mó）具廣泛應用於汽車、家電、電子、日用五金等各個行（háng）業（yè），是所（suǒ）有模具（jù）中使（shǐ）用量最大的模具。

隨著我國經濟可（kě）持續發展的要求、經（jīng）濟增長方（fāng）式的轉變，對環境的要求日益提高，綠色製造已成（chéng）為模具製造的一（yī）個重要發展趨勢。本文（wén）探討衝壓模具的綠色製造的實現（xiàn）。

1 衝壓模（mó）具的（de）綠色設計

綠（lǜ）色（sè）製造（zào）貫穿於設計、製造、報廢、回收等產品生命（mìng）的各個周期，從模具設（shè）計（jì）階段（duàn）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礎。

1.1 衝壓模具材料的選擇

衝壓模具設計的第一步是選定模具材（cái）料。為達到綠色設計的目的，所選用的材料應當是易（yì）加工、成本低、加工過程能耗（hào）低且汙染少（shǎo）或無汙染的材料；而且要求（qiú）可重複多次使用、易於回收處理或可降（jiàng）解的（de）材料。雖然能製造衝壓模具（jù）的材料種類很多，但目前完全滿足這些條件的衝模材料還幾乎沒有，還（hái）有待進一步開發；目前隻（zhī）能選擇盡量符合上述條件的（de）材料。

1.2 延長衝壓模具使用壽（shòu）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。對於衝壓模具，模具間隙的合理選擇尤為重要，在滿足衝壓件技術要求的前（qián）提下，應盡量選擇較大的模具間隙，這樣可大大（dà）提高衝壓模具使用壽命，有時壽命能提高幾倍甚至幾十倍。

對於小孔衝孔模，最常見的模（mó）具（jù）失效形（xíng）式是細小凸模（mó）折彎或折斷，因（yīn）此：設計時應盡量縮短（duǎn）凸模的長度；

或設計時增加凸模護套，這樣衝孔時凸模除了（le）伸入衝壓板料的一（yī）段長度以外，其餘部（bù）分均可得到護（hù）套的不間（jiān）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。對於精密衝裁模，應特別注意模具導向機構的精度；

可靠和高精度的導向（xiàng）可減少凸凹模的磨損和啃傷，延長模具壽命。此（cǐ）外，模具壓力中心和上下模板（bǎn）的剛性對模具壽命也有（yǒu）影響。

1.3 模具零件的標準（zhǔn）化

模具零件的標準化比例越（yuè）高，模具中要設計的零件就越少，這樣可（kě）節省設計時間，而且：標準化的零（líng）件可直接購買，縮短了（le）模具製造周期；

標準化的零件都是由專業廠（chǎng）大批（pī）量生產，有（yǒu）利於保證（zhèng）質量、降低成（chéng）本，使（shǐ）有限的資源得到優化配置，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、冷衝模導正銷、冷衝模廢料切刀等多項冷衝模具零部件的（de）國家標準，專業化生產正處於積極組織和實施中。

但總的來說，我國衝（chōng）壓模具的標準化和專（zhuān）業化（huà）生產水平與發達國家相比還（hái）處（chù）於較（jiào）低水平：我國模具標（biāo）準件使用覆蓋（gài）率

作者簡介：李雲妹（1963—），女，副教授，碩士（shì），主要從事機（jī）械設計與製造研（yán）究。謝祖華（1963—），男，副教授，碩士，主要從事機械設計與製（zhì）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%，而發達國家達到 70%~80%。

因此（cǐ）這方麵還有許多工作要做（zuò）。

2 衝壓模具的綠色製造加（jiā）工工藝

綠色加工工藝是指生產效率高；加工過程能量消（xiāo）耗低；能改善勞動條件，減（jiǎn）少對操作人員的健康（kāng）危害、對環境影響又相對較小（xiǎo）的工藝技術（shù）[2]。

要實現綠色製造，一方麵優化目前（qián）的加工工藝，另一方麵采用先進的模具加工技術。這些（xiē）加工（gōng）技術如下：

2.1 超高速加工技術

超高速加工技術是指利用高自動（dòng）化、高柔性和高精度的能實現高速運動的製造設備，采用超硬切削（xuē）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量的先（xiān）進加工（gōng）技術[3]。

超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。通常把切削（xuē）速度是常規的5～10倍以（yǐ）上（shàng）的切（qiē）削加工稱為超（chāo）高速切削。

超高速切削時，切屑（xiè）為碎片狀而不是普通切削（xuē）的帶狀，95%的切削（xuē）熱（rè）被切屑帶走，切削力降低30%；此（cǐ）外，超高速切（qiē）削時設備的激振頻率特別高，其頻率範圍遠離（lí）了“機床-刀（dāo）具-工件（jiàn）”工藝係統的固有（yǒu）頻率，因此機床工作平穩，加工的工件精度極高（gāo）、表麵（miàn）質量極好、工件表麵殘餘（yú）應力極小，可直接達（dá）到精加工要求，材料切除率相（xiàng）應提（tí）高（gāo）若幹倍[3]。

與超高速切削（xuē）一樣，超高速磨削具有效率極高、磨削力極小、磨出的工（gōng）件表麵粗糙度（dù）值極低、砂（shā）輪壽命長等優點。因此（cǐ），超高速加工可以提高加工工件質量（liàng）和生產率、節約能耗，是一個很好的綠色加（jiā）工工（gōng）藝。

2.2 幹切削技術

幹切削加工是指加（jiā）工過程（chéng）中不用或僅用微量（liàng）切削液，這是一種從環境汙染源頭上進行控製（zhì）的清潔環保新型綠色製造技術。

幹切削加工技術不僅沒（méi）有切削液對環境的汙（wū）染，而且省去了與（yǔ）切（qiē）削液有關的（de）傳輸、過（guò）濾、回（huí）收等裝置和費（fèi）用（yòng），簡化了生產係統、降低了產品（pǐn）生產（chǎn）成本，形成的（de）切屑又幹淨、清潔、無汙染，便於回收和處理。

幹切（qiē）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（jù）材料應具有良好熱硬性和高溫韌性（xìng）、高的耐磨性和（hé）抗粘結性能、低的摩（mó）擦係（xì）數；刀具的幾何形狀要（yào）適合幹切削的特點，槽型應保證排屑流暢、易於散熱。

目前，幹切削刀具主要使用超細顆粒硬質合金、立方氮化硼、聚晶金剛石、SiC 晶須增韌陶瓷及（jí）納米陶瓷等材料製造。此外，對刀具進行塗層處理，也能大大提高刀具（jù）性能。

塗層可以是單層的，也可以是多層的複合塗層；不同的塗（tú）層可使刀具獲得不同（tóng）的性能，主（zhǔ）要有可提高刀具硬度和耐（nài）磨性、提高抗（kàng）“月牙窪”磨（mó）損的能力、降低摩擦係數、減少切削力（lì）和降低切削溫度等。

幹切削已成為綠色製造工藝研究的一個熱點，德、日美等（děng）工業發（fā）達國家無（wú）論是刀具（jù）還是設備研究都取（qǔ）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（suī）然取得了一些成果，但總（zǒng）體而言比發達國家還存（cún）在較大差距，有待進（jìn）一步研究和（hé）推廣應用。

2.3 基於快速原型製造技術的（de）快速模具（jù）（RT）製（zhì）造技術

快速原型製造技術（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM）是20世紀80年代末期迅速崛（jué）起的一種先（xiān）進製（zhì）造技術。其原理是：設計人員通過 CAD將設計思想（xiǎng）進行（háng）三維實體造型；然後對三（sān）維實體沿給定方向（xiàng）二維切片，並根（gēn）據各截麵層形成二維數據；

之後快速成形係統根據切片的輪廓形（xíng）狀和厚度要求，用液體