綠色制造是一種在保證產(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)代制造模式，對環(huán)境影響最小、資源能源利用率最高、對人體健康與社會危害最小，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化的制造方法的統(tǒng)稱。由于改革開放初期采用的是粗放式經(jīng)濟(jì)增長方式，注重工業(yè)發(fā)展的同時不注重對環(huán)境的保護(hù)，造成現(xiàn)在環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識不斷加強，節(jié)能、低碳、環(huán)保成為全社會各個行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)。而傳統(tǒng)的裝備制造業(yè)以其固有的“高投入、高消耗、高污染”特點嚴(yán)重制約著社會的發(fā)展。作為有“現(xiàn)代工業(yè)之父”的模具制造行業(yè)來說，傳統(tǒng)的沖壓模具設(shè)計過程一般僅僅需要考慮模具產(chǎn)品的基本屬性，如模具的功能、質(zhì)量、成本和壽命等，而很少、甚至不考慮它的環(huán)境屬性和對資源、能源造成的浪費，因此在模具制造中引入綠色制造更加符合時代要求。對于已經(jīng)進(jìn)入制造業(yè)新時代的汽車模具企業(yè)來說，僅僅將CAD／CAM先進(jìn)加工制造技術(shù)引入到企業(yè)、實現(xiàn)模具制造過程的數(shù)字化、現(xiàn)代化、無圖化生產(chǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠?qū)崿F(xiàn)“低能耗、高效益、高產(chǎn)出”的新時代要求。而綠色制造模式是一個閉環(huán)系統(tǒng)，能從設(shè)計、制造、使用一直到產(chǎn)品報廢、回收，減少整個壽命周期對環(huán)境的影響，提高資源利用率，也就是說要在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，改變原來末端處理的環(huán)境保護(hù)辦法，對環(huán)境保護(hù)從源頭抓起，使產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命、質(zhì)量。隨著資源、能源、環(huán)境問題日益成為困擾我國制造業(yè)發(fā)展的因素，加之“節(jié)能減排”可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定，模具企業(yè)引入綠色加工技術(shù)，以保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、降低成本為目標(biāo)的優(yōu)勢能夠取得國家政策支持，提高企業(yè)競爭力。

1模具模塊化CAD／CAM綠色制造概念

綠色制造技術(shù)由綠色設(shè)計、綠色選材、綠色工藝、綠色包裝、綠色處理5項關(guān)鍵技術(shù)組成。沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術(shù)主要是將綠色制造理念與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，在模具的全生命周期中，不犧牲模具的性能、壽命、質(zhì)量等前提下，通過選擇環(huán)保材料、優(yōu)化模具設(shè)計、改進(jìn)模具加工工藝、精簡模具包裝、增加模具回收處理等措施，合理配置資源，減少模具生產(chǎn)制造過程中對環(huán)境的負(fù)面影響。

沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術(shù)是基于綠色制造理念的模具產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計的新加工模式，模具設(shè)計作為該技術(shù)的核心，與其他相關(guān)過程并行進(jìn)行，即在模具設(shè)計的初始階段要考慮到模具的整個生命周期中(從客戶送來工件圖紙到模具報廢處理）的所有因素，如客戶要求、模具質(zhì)量與成本、資源消耗等，需要企業(yè)中的各個部分協(xié)調(diào)進(jìn)行。如模具設(shè)計方案的確定，不僅需要模具設(shè)計部門內(nèi)部共同參與研究，更要使其他部門如加工、質(zhì)檢、裝配等部門參與到模具方案的設(shè)計工作中來，對模具設(shè)計方案提出問題、修改意見等，減少模具部件的返加工率，用合理的設(shè)計減少模具加工過程中的能源、資源的損耗。

2汽車門鉸鏈及其沖壓模具簡述

汽車車門鉸鏈如圖1所示，作為汽車必不可少的結(jié)構(gòu)件，其主要作用是將車門和車身連接起來，使車門與車身保持一個相對不變的位置，并保證車門的開合。鉸鏈的結(jié)構(gòu)由3部分組成：（1）和車身相連接的車身件；（2）和車門相連接的車門件；（3）連接車門和車身的、并保證車門鉸鏈能進(jìn)行開合運動的連接部分。

由以上可知，一套汽車門鉸鏈由車門件、連接部分、車身件3部分組成，本文以普通家用五門轎車的車門鉸鏈的沖壓模具作為研究對象，選用車身件及相應(yīng)沖壓模具介紹汽車門鉸鏈沖壓模具的CAD/CAM綠色制造技術(shù)的應(yīng)用，車身件的產(chǎn)品尺寸圖如圖2所示，料厚5.0mm，材質(zhì)為冷成形熱軋汽車結(jié)構(gòu)鋼板QSTE420TM。

通過分析車身件的結(jié)構(gòu)及工藝性，其所需要的成形工序為沖栽、折彎、沖孔。根據(jù)客戶的要求，其沖壓模具選用單工序模具：落料模、成形模、沖孔模，其中落料模為級進(jìn)模，如圖3所示。

3汽車門鉸鏈沖壓模具CAD／CAM綠色技術(shù)

3.1模具綠色設(shè)計

模具綠色設(shè)計是整個汽車門鉸鏈模具綠色制造技術(shù)的核心，主要包括模具材料的選擇和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計兩部分。模具材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計均需要考慮模具在全生命周期中的加工、回收等環(huán)節(jié)中的能源消耗和環(huán)境影響，并注重對模具及其零部件的回收及再次利用。在汽車鉸鏈沖壓模具的設(shè)計階段，模具材質(zhì)的選擇要兼顧性能與環(huán)境的保護(hù)，在保證模具功能的前提下，選擇污染小、易回收、易加工的材質(zhì)，并盡可能地降低模具的成本；鉸鏈模具結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過模具結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計來降低模具在加工、使用及回收過程中對環(huán)境的影響，延長模具的使用壽命，降低模具在加工過程中的能源消耗。如廣泛采用易換結(jié)構(gòu)，便于維修、零部件更換，同時也降低了模具報廢時的拆卸難度，便于模具報廢后的回收、二次利用。

3.1.1模具材料的選擇

模具零部件材料的選擇對汽車門鉸鏈模具的環(huán)保性能具有直接的影響，目前我國模具制造企業(yè)多選用冷作通用模具鋼Cr12MoV（或者SKD11）作為模具零部件的材料，尤其是凸模、凹模的材料，因其具有高強度、高耐磨性、加工性能優(yōu)異、能夠顯著提高模具的零部件的壽命等特點，在落料模中選擇該材質(zhì)的沖頭，可避免使用鎳磷鍍、電鍍鉻等表面處理方式，能夠減少表面處理過程中對環(huán)境造成的負(fù)面影響；此外，將凹模鑲塊（圖4）做成鑲塊型腔，并加以拋光，也可以減少對環(huán)境的危害。

3.1.2模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計不合理，不僅會降低汽車門鉸鏈模具使用壽命，造成模具及零部件材料的浪費，更會使加工能耗變大，增加汽車門鉸鏈模具的加工成本，因此合理的模具結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計對提高模具的耐用性具有重要的意義，由于汽車門鉸鏈屬于大批量生產(chǎn)產(chǎn)品，模具及其零部件在工作過程中的磨損較重，因此對模具及其零部件的使用壽命要求較高，且應(yīng)保證易損的模具零部件便于拆卸更換。將汽車門鉸鏈模具的結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，是實現(xiàn)汽車門鉸鏈綠色設(shè)計的一個重要手段。

以汽車門鉸鏈模架的標(biāo)準(zhǔn)化為例，說明如何通過模具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn)汽車門鉸鏈模具的綠色設(shè)計。由圖3可知，不同工序的汽車門鉸鏈可同時由3個設(shè)計人員完成。即使是同一個設(shè)計人員完成3個工序的模具設(shè)計，其在模架中標(biāo)準(zhǔn)件的布置也不盡相同，因此將模架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，能夠?qū)崿F(xiàn)模具的快速、準(zhǔn)確設(shè)計，減少模具設(shè)計周期，提高模具生產(chǎn)質(zhì)量，避免由于設(shè)計過程中的錯誤造成模架的反復(fù)加工，減少由此帶來的能源和資源的消耗。圖5a為標(biāo)準(zhǔn)化之前的模架，其導(dǎo)向、吊裝等布置由不同的設(shè)計人員完成，其中導(dǎo)向、吊裝等位置差別很大，由此造成模具加工過程容易出錯，增加模具的加工成本，不符合綠色設(shè)計理念。圖5b為標(biāo)準(zhǔn)化后的模架結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)向、吊裝等標(biāo)準(zhǔn)件的位置、模座的尺寸規(guī)格都做成相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)格式，簡化了模具設(shè)計過程，也為模座的加工帶來了方便，避免模板加工人員因圖形標(biāo)注不清造成的原材料及能源的浪費，同時也便于后期模具報廢時的分類拆卸和二次利用。

模具在工作過程中會使部分零部件磨損較嚴(yán)重，如二序成形模中的折彎沖頭（圖6），在模具設(shè)計時，通常將其原來的掛臺固定方式改換成螺紋固定，使后期在不拆卸模板的情況下實現(xiàn)沖頭的拆卸和更換。此外，由于前門兩側(cè)的鉸鏈車身件具有對稱結(jié)構(gòu)，在落料模具設(shè)計時凸凹模設(shè)計成易更換的鑲塊結(jié)構(gòu)，在增加耐用性、易換性的同時，可以通過更換相應(yīng)的凸凹模鑲塊加工左右門鉸鏈的車身件，使左右對稱的鉸鏈車身件共用一套落料模具，從而減少了模具開發(fā)成本及模具加工過程中的能耗，節(jié)約了模具材料資源。

3.2模具綠色加工工藝

模具綠色加工工藝是整個模具綠色制造的關(guān)鍵一環(huán)，主要通過選用材料浪費最少、能耗最低的制造工藝實現(xiàn)。對本文中的汽車門鉸鏈車身件的三套模具來說，采用CAD/CAM-體化加工方式，實現(xiàn)模具材料耗費最少、能量消耗最小，從而減少對環(huán)境的負(fù)影響。

對于圖3成形模中的折彎沖頭（圖7）、凹模成形鑲塊（圖8），傳統(tǒng)的加工方式是先使用電火花快走絲加工，然后再通過粗銑、精銑方式實現(xiàn)。由于傳統(tǒng)的加工方式需要在不同的設(shè)備上完成，工件的移動、定位裝夾方式的改變等原因造成工件的成形精度不容易保證，并且反復(fù)加工也增加了能耗，造成了能源浪費。使用CAD/CAM一體化制造技術(shù)，通過計算機(jī)與加工設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接，可以直接將工件的CAD模型數(shù)據(jù)傳遞到加工設(shè)備上，方便快捷地制造出符合模具零部件，避免了傳統(tǒng)圖紙加工易出錯、加工效率低的問題。這種加工方法比較適合加工具有較復(fù)雜曲面的零部件，可大大節(jié)約電火花的能耗和拋光的時間，極大地縮短了加工周期，提高了加工效率。

3.3模具的綠色包裝

模具在運輸過程中的包裝也可能會造成環(huán)境的污染，傳統(tǒng)的模具包裝主要以廉價保鮮膜和木質(zhì)外包裝為主，廉價保鮮膜基本不具備可降解性，在模具運輸完成后會造成環(huán)境污染，持續(xù)時間長，危害大；采用木質(zhì)外包裝（圖9a）的來源主要依靠大量的砍伐樹木，隨著森林面積的大幅減少，帶來了水土流失、土壤沙漠化、空氣污染等一系列并發(fā)的環(huán)境問題，因此在汽車門鉸鏈模具綠色設(shè)計理念中，通常選用蜂窩紙板做主要的包裝材料，制成簡易的包裝盒（圖9b），并盡可能地將模具零部件及備用件與模具放在一起，期間可以填充一些廢舊報紙類的東西，避免運輸工程中模具及零部件之間的相互摩擦造成的影響；在模具進(jìn)入包裝盒之前，可以使用雙降解塑料薄膜將模具包裝好，避免由于潮濕的氣候造成模具生銹，影響模具的正常使用。另外，在包裝箱上印上可回收標(biāo)志，并注明內(nèi)外包裝的材質(zhì)及相應(yīng)的回收處理方式，可以有效地減少模具運輸過程中包裝材料對環(huán)境影響，減少資源消耗和產(chǎn)生的廢棄物。

3.4模具的回收及再利用

沖壓模具的回收處理過程是對廢舊模具中的零部件翻新、二次加工再利用的過程，拆卸回收、二次利用是實現(xiàn)模具回收的重要手段，通過拆卸模具、將零部件分類處理，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)模具材料回收和完好零部件的二次利用。利用沖壓模具CAD／CAM綠色制造技術(shù)完成汽車門鉸鏈的模具設(shè)計與制造，在設(shè)計之初，就已經(jīng)考慮到模具報廢后零部件的回收利用，并在此基礎(chǔ)上，將模具的主要結(jié)構(gòu)及零部件采用標(biāo)準(zhǔn)化（圖3）、易換式的結(jié)構(gòu)（圖6）設(shè)計，將沖頭、凹模鑲塊、托塊等零部件均采用易換式結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠解決模具工作過程中易磨損部件的更換問題，避免了傳統(tǒng)設(shè)計中不可拆卸性結(jié)構(gòu)零部件更換過程中造成的大量重復(fù)材料的浪費及由此引起的廢棄物處理不善而導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染；對于模具報廢后的處理，可將其進(jìn)行拆解分類，能夠二次利用的部件經(jīng)過淬火、機(jī)加工等程序?qū)崿F(xiàn)二次利用，對于不能夠?qū)崿F(xiàn)二次利用的零部件可按照規(guī)定的程序送到指定的部分、地點進(jìn)行處理，減少對環(huán)境的危害，提高資源利用率。

4結(jié)語

對汽車門鉸鏈模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、零部件易換結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免了模具在使用過程中更換易損件時造成的材料及資源浪費，減少了模具報廢處理時及二次利用的難度；選擇雙降解塑料膜和蜂窩紙板作為模具運輸過程中的包裝材料，在滿足模具運輸過程中對包裝的要求的同時，最大限度地減小了對環(huán)境的污染，節(jié)約了資源，實踐證明汽車門鉸鏈模具采用沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術(shù)能夠減少沖壓模具整個生命周期中對環(huán)境的負(fù)影響，在當(dāng)前社會提倡可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境中，基于綠色理念的模具設(shè)計與制造技術(shù)符合可持續(xù)發(fā)展的需要，相較于傳統(tǒng)的模具制造方式也顯示出越來越多的優(yōu)越性，并可以在其他產(chǎn)品的模具設(shè)計與制造中使用該技術(shù)。