模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的實(shí)踐與探討

模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的實(shí)踐與探討程蓉李積彬王賢坤王紅志摘要：以深圳大學(xué)99級(jí)模具專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的改革為例，探討了計(jì)算機(jī)技術(shù)在模具專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍、步驟及結(jié)果，明確指出了模具設(shè)計(jì)理論同先進(jìn)設(shè)計(jì)方法相結(jié)合在模具專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性和必然性。
　　關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)

　　1引言

　　模具是一種技術(shù)密集、資金密集型產(chǎn)品，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)巾的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國(guó)正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。由于新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)人才的知識(shí)、能力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。

　　根據(jù)社會(huì)發(fā)展對(duì)模具專業(yè)學(xué)生的新要求以教學(xué)生的實(shí)際情況，探圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院對(duì)99級(jí)模具設(shè)計(jì)方向?qū)W生的畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行了較大的改節(jié)，并取得了較好的效果。

　　2模具專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)

　　深圳大學(xué)模具設(shè)計(jì)專業(yè)隸屬于深圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要是從事注射模的設(shè)計(jì)與制造。為了明確本方向的培養(yǎng)目標(biāo)，我們對(duì)珠江三角洲，特別是深圳周邊地區(qū)模具企業(yè)進(jìn)行了比較廣泛的社會(huì)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，用人單位要求畢業(yè)生有較高的思想品質(zhì)和道德修養(yǎng)，愛崗敬業(yè)和較好的與人協(xié)調(diào)共事能力，要求畢業(yè)生基礎(chǔ)理論扎實(shí)，著重基本技能的掌握和再學(xué)習(xí)能力，要求畢業(yè)生熟練掌握外語(yǔ)，有一定的計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用和開發(fā)能力。

　　根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，我們把模具專業(yè)人才培養(yǎng)的規(guī)格定位于：面向各類型企業(yè)，培養(yǎng)愛崗敬業(yè)，具備機(jī)械及各類模具設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)知識(shí)，具有較強(qiáng)的再學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力，能在模具生產(chǎn)第一線從事模具設(shè)計(jì)制造、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究和經(jīng)營(yíng)銷售的應(yīng)用型工程技術(shù)和管理人才。據(jù)此把拓寬專業(yè)口徑，課程體系合理，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)研究能力強(qiáng)，社會(huì)適應(yīng)面寬，作為本方向教學(xué)的基本指導(dǎo)思想，將模具設(shè)計(jì)理論、實(shí)踐與及計(jì)算機(jī)應(yīng)用融合為一體。

　　3計(jì)算機(jī)技術(shù)在注射模中的應(yīng)用領(lǐng)域

　　塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，它包括塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和塑件生產(chǎn)等幾個(gè)工要方面。它需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師．模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來(lái)完成，它是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過(guò)程。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)已越來(lái)越難以滿足市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需要。計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方式，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)技術(shù)在注射模中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)塑料制品的設(shè)計(jì)：基于特征的三維造型軟件為設(shè)計(jì)者提供了方便的設(shè)計(jì)平臺(tái)，而且制品的質(zhì)量、體積等各種物理參數(shù)為后續(xù)的模具設(shè)計(jì)和分析打下了良妤的基礎(chǔ)。

　　(2)結(jié)構(gòu)分析：利用有限元分析軟件可以對(duì)制品的強(qiáng)度、應(yīng)力等進(jìn)行分析，改善制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　(3)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)塑料制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產(chǎn)批量，模具設(shè)計(jì)軟件會(huì)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)選擇．計(jì)算公式以及標(biāo)準(zhǔn)模架等，最后給出全套模幾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

　　(4)模具開合模運(yùn)動(dòng)仿真：運(yùn)用CAD技術(shù)可對(duì)模具開模、合模以及制品被推出的全過(guò)程進(jìn)行仿真，從而檢查出模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理處，并及時(shí)更正，以減少修模時(shí)間。

　　(5)注射過(guò)程數(shù)值分析：采用CAE方法可以模擬塑料熔體在模腔中的流動(dòng)與保壓過(guò)程，其結(jié)果對(duì)改進(jìn)模具澆注系統(tǒng)及調(diào)整注塑工藝參數(shù)有著重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)還可檢驗(yàn)?zāi)＞叩膭偠群蛷?qiáng)度、制品的翹曲性、模壁的冷卻過(guò)程等。

　　(6)數(shù)控加工：利用數(shù)控編程軟件可模擬刀具在三維曲面上的實(shí)時(shí)加工過(guò)程并顯示有關(guān)曲面的形狀數(shù)據(jù)，同時(shí)還可自動(dòng)生成數(shù)控線切割指令、曲面的三軸，五軸數(shù)控銑削刀具軌跡等。

　　目前，國(guó)際上占主流地位的注射模CAD軟件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；結(jié)構(gòu)分析軟件有MSC、Analysis等；注射過(guò)程數(shù)值分析軟件有MoldFlow等；數(shù)控加工軟件有MasterCAM、Cimatron等。

　　4模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)模式

　　模具專業(yè)的學(xué)生要求綜合知識(shí)和實(shí)踐能力較強(qiáng)，它既是學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械制圖、工程材料、公差配合與技術(shù)測(cè)量、塑料成型工藝與設(shè)備等技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的綜合應(yīng)用，又需要學(xué)生了解大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)使學(xué)生在下述基本能力上得到培養(yǎng)和鍛煉：①塑料制品的設(shè)計(jì)及成型工藝的選擇；②一般塑料制品成型模具的設(shè)計(jì)能力；③塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進(jìn)、塑料模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的能力；④了解模具設(shè)計(jì)的常用商業(yè)軟件以及同實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合，

　　以往的畢業(yè)設(shè)計(jì)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)只能算是模具設(shè)計(jì)這門課的課程設(shè)計(jì)；老師指定一個(gè)塑料產(chǎn)品，有時(shí)甚至連產(chǎn)品模型圖都交給學(xué)生，學(xué)生按照諜本上的模具設(shè)計(jì)步驟一步步做下去，由于沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)校也不可能將學(xué)生的設(shè)計(jì)變成實(shí)際產(chǎn)品，因此，設(shè)計(jì)的合不合理，學(xué)生不知道，即使有經(jīng)驗(yàn)的老師指不出不合理處，學(xué)生也沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，只能是紙上談兵。學(xué)生踏人社會(huì)，從事實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)從下手，即使設(shè)計(jì)出來(lái)也是廢紙一張，通常都要通過(guò)1到2年的時(shí)間才能入門。因此，學(xué)生常會(huì)感嘆：在學(xué)校什么也沒(méi)學(xué)到這不能不說(shuō)是我們教育的失敗。

　　為了改變這種狀況，在99級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們采取將模具設(shè)計(jì)內(nèi)容同CAD/CAM/CAE緊密結(jié)合在一起，學(xué)生通過(guò)先進(jìn)的軟件仿真，可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)自己在每一步設(shè)計(jì)中的不合理處，會(huì)找出各種解決方案讓設(shè)計(jì)趨于合理，同時(shí)掌握了最先進(jìn)的設(shè)計(jì)，加上及分析技術(shù)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，使畢業(yè)設(shè)計(jì)真正成為了學(xué)生實(shí)際工作前的一次全過(guò)程模擬。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

 

 

　　為了保證畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，我們專門成立了一個(gè)由4名老帥組成的模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組，每個(gè)老師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)流程的一個(gè)步驟。此次參加模具設(shè)計(jì)畢業(yè)課題的學(xué)生共15人，我們分成5組，每組3人。

　　首先在布置畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，不給出具體的塑件制品，只是告訴學(xué)生要做一個(gè)開關(guān)按鈕，學(xué)生根據(jù)自己的興趣，確定自己的設(shè)計(jì)產(chǎn)品：游戲機(jī)手柄按鈕、眼鏡盒開關(guān)按鈕、電燈墻壁開關(guān)按鈕以及鼠標(biāo)按鈕等。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研、查閱大量的文獻(xiàn)資料，確定自己塑件的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。采用三維造型軟件Pro/E設(shè)計(jì)出塑件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，用AutoCAD繪出二維圖，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析軟件MSCPatran分析按鈕受力后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及應(yīng)力等，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷修正，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、理論力學(xué)等課程的知識(shí)在這個(gè)階段都有所體現(xiàn)，對(duì)以前所學(xué)課程也是一個(gè)綜合應(yīng)用的過(guò)程。圖2為某學(xué)牛設(shè)計(jì)的游戲機(jī)按鈕裝配圖及爆炸圖，圖3為按鈕對(duì)角兩點(diǎn)受力時(shí)的最大變形和最大應(yīng)力圖。

 

 

 

　　塑料制品設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用的是Prom/E下的模具設(shè)計(jì)模塊對(duì)產(chǎn)品建立工件進(jìn)行分型、分割、抽取得到型芯、型腔文件；通過(guò)專家模座系統(tǒng)EMX(Pro/E,系統(tǒng)外掛程序之一)建立標(biāo)準(zhǔn)模座零件及滑塊、斜銷等其它附件。這個(gè)過(guò)程實(shí)際上并沒(méi)有結(jié)束，它要同后續(xù)的注塑過(guò)程數(shù)值分析緊密聯(lián)系起來(lái)，所采用的注射流動(dòng)分析軟件是MoldFlow，根據(jù)熔體在澆注系統(tǒng)和型腔中的流動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖，改進(jìn)模具澆注系統(tǒng)、調(diào)整注射工藝參數(shù)，使模具各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到最佳。圖4為分析出的最佳澆注位置以及采用圓形排列的流道方式進(jìn)行注塑，最后注塑出來(lái)的結(jié)果。圖5為按鈕模具的裝配圖及爆炸圖。

 

 

　　模具結(jié)構(gòu)完成后，進(jìn)行數(shù)控加工，我們采用的是MasterCAM8.0加工軟件，完成模具的虛擬加工過(guò)程，并自動(dòng)編制數(shù)控加工的NC代碼，利用仿真模塊可以查看加工完后工件的合理性。

　　最后學(xué)生要提供詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書以及完整的二維、三維圖紙。在論文撰寫階段和答辯過(guò)程中，學(xué)生還采用了ACDSee圖像軟件，用來(lái)截取設(shè)計(jì)圖像并輔助介紹整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程；采用Office軟件用來(lái)做文字的處理，寫出分析報(bào)告。

　　每位學(xué)生在整個(gè)設(shè)計(jì)完成后，都必須對(duì)自己的沒(méi)計(jì)過(guò)程及結(jié)果做一個(gè)總結(jié)，提出本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與特色在何處。例如在建模部分或流道設(shè)計(jì)部分，同時(shí)也要考慮設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題以及相應(yīng)的解決方法，從大多數(shù)學(xué)生的總結(jié)來(lái)看，學(xué)生迫切體會(huì)到了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺，因此，在下一屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們力爭(zhēng)多請(qǐng)企業(yè)的設(shè)計(jì)人員同學(xué)生交流，多讓學(xué)生接觸到實(shí)際的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程，

　　至此，學(xué)生完成了一個(gè)項(xiàng)目的全過(guò)程：塑料制品設(shè)計(jì)--模具設(shè)汁--模具加工．學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上看到自己設(shè)計(jì)、加工出來(lái)的最終產(chǎn)品，體會(huì)到成功的感覺(jué)。

 

 

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)模式的改革，學(xué)生既對(duì)大學(xué)四年課程的學(xué)習(xí)做了—個(gè)總結(jié)，同時(shí)又掌握了最流行的、同社會(huì)實(shí)際最靠近的設(shè)計(jì)、加工方法。因此，本屆模具專業(yè)方向的畢業(yè)生受到了社會(huì)的歡迎，深圳某大型臺(tái)資公司模具部一次意愿接受本校的畢業(yè)生5名．取得了很好的社會(huì)效益。