綠色制造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制造模式，對環境影響最小、資源能源利用率最高、對人體健康與社會危害最小，并使企業經濟效益與社會效益協調優化的制造方法的統稱。由于改革開放初期采用的是粗放式經濟增長方式，注重工業發展的同時不注重對環境的保護，造成現在環境污染嚴重。隨著經濟的不斷發展，人們對生態環境的保護意識不斷加強，節能、低碳、環保成為全社會各個行業的新標準。而傳統的裝備制造業以其固有的“高投入、高消耗、高污染”特點嚴重制約著社會的發展。作為有“現代工業之父”的模具制造行業來說，傳統的沖壓模具設計過程一般僅僅需要考慮模具產品的基本屬性，如模具的功能、質量、成本和壽命等，而很少、甚至不考慮它的環境屬性和對資源、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。對于已經進入制造業新時代的汽車模具企業來說，僅僅將CAD／CAM先進加工制造技術引入到企業、實現模具制造過程的數字化、現代化、無圖化生產是遠遠不能夠實現“低能耗、高效益、高產出”的新時代要求。而綠色制造模式是一個閉環系統，能從設計、制造、使用一直到產品報廢、回收，減少整個壽命周期對環境的影響，提高資源利用率，也就是說要在產品整個生命周期內，考慮產品環境屬性，改變原來末端處理的環境保護辦法，對環境保護從源頭抓起，使產品在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的基本性能、使用壽命、質量。隨著資源、能源、環境問題日益成為困擾我國制造業發展的因素，加之“節能減排”可持續發展戰略的制定，模具企業引入綠色加工技術，以保護環境、節約資源、降低成本為目標的優勢能夠取得國家政策支持，提高企業競爭力。

1模具模塊化CAD／CAM綠色制造概念

綠色制造技術由綠色設計、綠色選材、綠色工藝、綠色包裝、綠色處理5項關鍵技術組成。沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術主要是將綠色制造理念與先進制造技術相結合，在模具的全生命周期中，不犧牲模具的性能、壽命、質量等前提下，通過選擇環保材料、優化模具設計、改進模具加工工藝、精簡模具包裝、增加模具回收處理等措施，合理配置資源，減少模具生產制造過程中對環境的負面影響。

沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術是基于綠色制造理念的模具產品開發和設計的新加工模式，模具設計作為該技術的核心，與其他相關過程并行進行，即在模具設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、模具質量與成本、資源消耗等，需要企業中的各個部分協調進行。如模具設計方案的確定，不僅需要模具設計部門內部共同參與研究，更要使其他部門如加工、質檢、裝配等部門參與到模具方案的設計工作中來，對模具設計方案提出問題、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構件，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。鉸鏈的結構由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，選用車身件及相應沖壓模具介紹汽車門鉸鏈沖壓模具的CAD/CAM綠色制造技術的應用，車身件的產品尺寸圖如圖2所示，料厚5.0mm，材質為冷成形熱軋汽車結構鋼板QSTE420TM。

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

3汽車門鉸鏈沖壓模具CAD／CAM綠色技術

3.1模具綠色設計

模具綠色設計是整個汽車門鉸鏈模具綠色制造技術的核心，主要包括模具材料的選擇和模具結構的設計兩部分。模具材料、結構設計均需要考慮模具在全生命周期中的加工、回收等環節中的能源消耗和環境影響，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計階段，模具材質的選擇要兼顧性能與環境的保護，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，并盡可能地降低模具的成本；鉸鏈模具結構設計是通過模具結構的合理設計來降低模具在加工、使用及回收過程中對環境的影響，延長模具的使用壽命，降低模具在加工過程中的能源消耗。如廣泛采用易換結構，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保性能具有直接的影響，目前我國模具制造企業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境造成的負面影響；此外，將凹模鑲塊（圖4）做成鑲塊型腔，并加以拋光，也可以減少對環境的危害。

3.1.2模具結構的設計

模具結構和工藝設計不合理，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，因此合理的模具結構和工藝設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產品，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構及工藝進行標準化設計，是實現汽車門鉸鏈綠色設計的一個重要手段。

以汽車門鉸鏈模架的標準化為例，說明如何通過模具結構標準化實現汽車門鉸鏈模具的綠色設計。由圖3可知，不同工序的汽車門鉸鏈可同時由3個設計人員完成。即使是同一個設計人員完成3個工序的模具設計，其在模架中標準件的布置也不盡相同，因此將模架結構標準化，能夠實現模具的快速、準確設計，減少模具設計周期，提高模具生產質量，避免由于設計過程中的錯誤造成模架的反復加工，減少由此帶來的能源和資源的消耗。圖5a為標準化之前的模架，其導向、吊裝等布置由不同的設計人員完成，其中導向、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，不符合綠色設計理念。圖5b為標準化后的模架結構，將導向、吊裝等標準件的位置、模座的尺寸規格都做成相應標準格式，簡化了模具設計過程，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重，如二序成形模中的折彎沖頭（圖6），在模具設計時，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沖頭的拆卸和更換。此外，由于前門兩側的鉸鏈車身件具有對稱結構，在落料模具設計時凸凹模設計成易更換的鑲塊結構，在增加耐用性、易換性的同時，可以通過更換相應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成本及模具加工過程中的能耗，節約了模具材料資源。

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鍵一環，主要通過選用材料浪費最少、能耗最低的制造工藝實現。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，實現模具材料耗費最少、能量消耗最小，從而減少對環境的負影響。

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。由于傳統的加工方式需要在不同的設備上完成，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，通過計算機與加工設備之間的網絡連接，可以直接將工件的CAD模型數據傳遞到加工設備上，方便快捷地制造出符合模具零部件，避免了傳統圖紙加工易出錯、加工效率低的問題。這種加工方法比較適合加工具有較復雜曲面的零部件，可大大節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境的污染，傳統的模具包裝主要以廉價保鮮膜和木質外包裝為主，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境污染，持續時間長，危害大；采用木質外包裝（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的環境問題，因此在汽車門鉸鏈模具綠色設計理念中，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志，并注明內外包裝的材質及相應的回收處理方式，可以有效地減少模具運輸過程中包裝材料對環境影響，減少資源消耗和產生的廢棄物。

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、二次利用是實現模具回收的重要手段，通過拆卸模具、將零部件分類處理，進而能夠實現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綠色制造技術完成汽車門鉸鏈的模具設計與制造，在設計之初，就已經考慮到模具報廢后零部件的回收利用，并在此基礎上，將模具的主要結構及零部件采用標準化（圖3）、易換式的結構（圖6）設計，將沖頭、凹模鑲塊、托塊等零部件均采用易換式結構設計，能夠解決模具工作過程中易磨損部件的更換問題，避免了傳統設計中不可拆卸性結構零部件更換過程中造成的大量重復材料的浪費及由此引起的廢棄物處理不善而導致嚴重的環境污染；對于模具報廢后的處理，可將其進行拆解分類，能夠二次利用的部件經過淬火、機加工等程序實現二次利用，對于不能夠實現二次利用的零部件可按照規定的程序送到指定的部分、地點進行處理，減少對環境的危害，提高資源利用率。

4結語

對汽車門鉸鏈模具進行結構標準化設計、零部件易換結構設計，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境的污染，節約了資源，實踐證明汽車門鉸鏈模具采用沖壓模具CAD/CAM綠色制造技術能夠減少沖壓模具整個生命周期中對環境的負影響，在當前社會提倡可持續發展的環境中，基于綠色理念的模具設計與制造技術符合可持續發展的需要，相較于傳統的模具制造方式也顯示出越來越多的優越性，并可以在其他產品的模具設計與制造中使用該技術。