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转发自： 108 机电技术 2018年8月

作者：李云妹 谢祖华

（福建船政交通职业学院机械工程系，福建福州 350007）

摘 要：从绿色制造的概念出发，结合冲压模具的特点，提出了冲压模具实现绿色制造的途径，从模具设计、制造、报废、回收等产品生命的各个周期阐述了冲压模具的绿色制造；只有在各个环节都溶入绿色思想，并与先进制造技术紧密结合，才能实现冲压模具的绿色制造，达到高质量、短周期、低成本的目标。

关键词：绿色制造；冲压模具；先进制造技术

中图分类号：TG76；X38 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2018）04-108-03

DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2018.04.032

绿色制造（Green Manufacturing，GM）是一种在保证产品功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代化制造模式。它使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求、对生态环境无害或危害极小，节约资源和能源，使资源利用率最高、能源消耗最低[1]。

冲压模具广泛应用于汽车、家电、电子、日用五金等各个行业，是所有模具中使用量最大的模具。随着我国经济可持续发展的要求、经济增长方式的转变，对环境的要求日益提高，绿色制造已成为模具制造的一个重要发展趋势。本文探讨冲压模具的绿色制造的实现。

1 冲压模具的绿色设计

绿色制造贯穿于设计、制造、报废、回收等产品生命的各个周期，从模具设计阶段就要开始考虑绿色制造问题。绿色设计奠定了绿色制造的基础。

1.1 冲压模具材料的选择

冲压模具设计的第一步是选定模具材料。为达到绿色设计的目的，所选用的材料应当是易加工、成本低、加工过程能耗低且污染少或无污染的材料；而且要求可重复多次使用、易于回收处理或可降解的材料。虽然能制造冲压模具的材料种类很多，但目前完全满足这些条件的冲模材料还几乎没有，还有待进一步开发；目前只能选择尽量符合上述条件的材料。

1.2 延长冲压模具使用寿命的设计

实现绿色制造的重要手段之一是延长模具使用寿命。对于冲压模具，模具间隙的合理选择尤为重要，在满足冲压件技术要求的前提下，应尽量选择较大的模具间隙，这样可大大提高冲压模具使用寿命，有时寿命能提高几倍甚至几十倍。对于小孔冲孔模，最常见的模具失效形式是细小凸模折弯或折断，因此：设计时应尽量缩短凸模的长度；或设计时增加凸模护套，这样冲孔时凸模除了伸入冲压板料的一段长度以外，其余部分均可得到护套的不间断的导向，从而增加了凸模刚度、减少了凸模弯曲和折断的可能、延长了模具使用寿命。对于精密冲裁模，应特别注意模具导向机构的精度；可靠和高精度的导向可减少凸凹模的磨损和啃伤，延长模具寿命。此外，模具压力中心和上下模板的刚性对模具寿命也有影响。

1.3 模具零件的标准化

模具零件的标准化比例越高，模具中要设计的零件就越少，这样可节省设计时间，而且：标准化的零件可直接购买，缩短了模具制造周期；标准化的零件都是由专业厂大批量生产，有利于保证质量、降低成本，使有限的资源得到优化配置，实现模具的绿色制造。目前我国已颁布了冷冲模模架、冷冲模模柄、冷冲模导正销、冷冲模废料切刀等多项冷冲模具零部件的国家标准，专业化生产正处于积极组织和实施中。但总的来说，我国冲压模具的标准化和专业化生产水平与发达国家相比还处于较低水平：我国模具标准件使用覆盖率

作者简介：李云妹（1963—），女，副教授，硕士，主要从事机械设计与制造研究。谢祖华（1963—），男，副教授，硕士，主要从事机械设计与制造研究。

第4期 李云妹等：冲压模具的绿色制造 109

才达到 30%~40%，而发达国家达到 70%~80%。

因此这方面还有许多工作要做。

2 冲压模具的绿色制造加工工艺

绿色加工工艺是指生产效率高；加工过程能量消耗低；能改善劳动条件，减少对操作人员的健康危害、对环境影响又相对较小的工艺技术[2]。要实现绿色制造，一方面优化目前的加工工艺，另一方面采用先进的模具加工技术。这些加工技术如下：

2.1 超高速加工技术

超高速加工技术是指利用高自动化、高柔性和高精度的能实现高速运动的制造设备，采用超硬切削刀具或磨具，以超高切削速度来提高材料切除率，达到高加工精度和质量的先进加工技术[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规的5～10倍以上的切削加工称为超高速切削。超高速切削时，切屑为碎片状而不是普通切削的带状，95%的切削热被切屑带走，切削力降低30%；此外，超高速切削时设备的激振频率特别高，其频率范围远离了“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率，因此机床工作平稳，加工的工件精度极高、表面质量极好、工件表面残余应力极小，可直接达到精加工要求，材料切除率相应提高若干倍[3]。与超高速切削一样，超高速磨削具有效率极高、磨削力极小、磨出的工件表面粗糙度值极低、砂轮寿命长等优点。因此，超高速加工可以提高加工工件质量和生产率、节约能耗，是一个很好的绿色加工工艺。

2.2 干切削技术

干切削加工是指加工过程中不用或仅用微量切削液，这是一种从环境污染源头上进行控制的清洁环保新型绿色制造技术。干切削加工技术不仅没有切削液对环境的污染，而且省去了与切削液有关的传输、过滤、回收等装置和费用，简化了生产系统、降低了产品生产成本，形成的切屑又干净、清洁、无污染，便于回收和处理。

干切削时没有切削液的冷却，刀具温度比湿切削高得多，因此：刀具材料应具有良好热硬性和高温韧性、高的耐磨性和抗粘结性能、低的摩擦系数；刀具的几何形状要适合干切削的特点，槽型应保证排屑流畅、易于散热。目前，干切削刀具主要使用超细颗粒硬质合金、立方氮化硼、聚晶金刚石、SiC 晶须增韧陶瓷及纳米陶瓷等材料制造。此外，对刀具进行涂层处理，也能大大提高刀具性能。涂层可以是单层的，也可以是多层的复合涂层；不同的涂层可使刀具获得不同的性能，主要有可提高刀具硬度和耐磨性、提高抗“月牙洼”磨损的能力、降低摩擦系数、减少切削力和降低切削温度等。

干切削已成为绿色制造工艺研究的一个热点，德、日美等工业发达国家无论是刀具还是设备研究都取得了重要成果，并已成功应用于生产领域。我国在这方面的研究起步较晚，虽然取得了一些成果，但总体而言比发达国家还存在较大差距，有待进一步研究和推广应用。