Oct 26, 2023
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轉(zhuǎn)發(fā)自: 108 機(jī)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(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(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)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(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變,對(duì)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(shì)。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(kāi)始考慮綠色制造問(wèn)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(guò)程能耗低且污染少或無(wú)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(méi)有,還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā);目前只能選擇盡量符合上述條件的材料。
1.2 延長(zhǎng)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(zhǎng)模具使用壽命。對(duì)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(duì)于小孔沖孔模,最常見(jiàn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)了模具使用壽命。對(duì)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(zhǎng)模具壽命。此外,模具壓力中心和上下模板的剛性對(duì)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(gòu)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(guó)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(guó)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(lái)說(shuō),我國(guó)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(guó)家相比還處于較低水平:我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率
作者簡(jiǎn)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(guó)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(guò)程能量消耗低;能改善勞動(dòng)條件,減少對(duì)操作人員的健康危害、對(duì)環(huán)境影響又相對(duì)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(méi)有切削液對(duì)環(huán)境的污染,而且省去了與切削液有關(guān)的傳輸、過(guò)濾、回收等裝置和費(fèi)用,簡(jiǎn)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(wú)污染,便于回收和處理。
干切削時(shí)沒(méi)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(duì)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(guó)家無(wú)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(guó)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(guó)家還存在較大差距,有待進(jìn)一步研究和推廣應(yīng)用。
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