模具專業(yè)畢業(yè)設(shè)計模式的實踐與探討程蓉李積彬王賢坤王紅志摘要：以深圳大學(xué)99級模具專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計模式的改革為例，探討了計算機(jī)技術(shù)在模具專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用范圍、步驟及結(jié)果，明確指出了模具設(shè)計理論同先進(jìn)設(shè)計方法相結(jié)合在模具專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性和必然性。
　　關(guān)鍵詞：模具設(shè)計畢業(yè)設(shè)計計算機(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，在我國國民經(jīng)濟(jì)巾的地位也非常重要。模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點扶持產(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，對人才的知識、能力、素質(zhì)的要求也在不斷提高。

　　根據(jù)社會發(fā)展對模具專業(yè)學(xué)生的新要求以教學(xué)生的實際情況，探圳大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院對99級模具設(shè)計方向?qū)W生的畢業(yè)設(shè)計的進(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)械制造及其自動化專業(yè)，主要是從事注射模的設(shè)計與制造。為了明確本方向的培養(yǎng)目標(biāo)，我們對珠江三角洲，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，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，有一定的計算機(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)計與制造基礎(chǔ)知識，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)計制造、技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用研究和經(jīng)營銷售的應(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、實驗研究能力強(qiáng)，社會適應(yīng)面寬，作為本方向教學(xué)的基本指導(dǎo)思想，將模具設(shè)計理論、實踐與及計算機(jī)應(yīng)用融合為一體。

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

　　塑料產(chǎn)品從設(shè)計到成型生產(chǎn)是一個十分復(fù)雜的過程，它包括塑料制品設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具加工制造和塑件生產(chǎn)等幾個工要方面。它需要產(chǎn)品設(shè)計師．模具設(shè)計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成，它是一個設(shè)計、修改、再設(shè)計的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。傳統(tǒng)的手工設(shè)計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。計算機(jī)技術(shù)在注射模中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)塑料制品的設(shè)計：基于特征的三維造型軟件為設(shè)計者提供了方便的設(shè)計平臺，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。

　　(3)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：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)計軟件會提供相應(yīng)的設(shè)計步驟、參數(shù)選擇．計算公式以及標(biāo)準(zhǔn)模架等，最后給出全套模幾結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。

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

　　(5)注射過程數(shù)值分析：采用CAE方法可以模擬塑料熔體在模腔中的流動與保壓過程，其結(jié)果對改進(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，同時還可檢驗?zāi)＞叩膭偠群蛷?qiáng)度、制品的翹曲性、模壁的冷卻過程等。

　　(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時加工過程并顯示有關(guān)曲面的形狀數(shù)據(jù)，同時還可自動生成數(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)計模式

　　模具專業(yè)的學(xué)生要求綜合知識和實踐能力較強(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)生了解大量的實踐經(jīng)驗。

　　通過畢業(yè)設(shè)計，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)計及成型工藝的選擇；②一般塑料制品成型模具的設(shè)計能力；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)計的能力；④了解模具設(shè)計的常用商業(yè)軟件以及同實際設(shè)計的結(jié)合，

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

　　為了改變這種狀況，在99級的畢業(yè)設(shè)計中，我們采取將模具設(shè)計內(nèi)容同CAD/CAM/CAE緊密結(jié)合在一起，學(xué)生通過先進(jìn)的軟件仿真，可以隨時發(fā)現(xiàn)自己在每一步設(shè)計中的不合理處，會找出各種解決方案讓設(shè)計趨于合理，同時掌握了最先進(jìn)的設(shè)計，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)計真正成為了學(xué)生實際工作前的一次全過程模擬。設(shè)計流程如圖1所示。

 

 

　　為了保證畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，我們專門成立了一個由4名老帥組成的模具設(shè)計指導(dǎo)小組，每個老師負(fù)責(zé)設(shè)計流程的一個步驟。此次參加模具設(shè)計畢業(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)計題目時，不給出具體的塑件制品，只是告訴學(xué)生要做一個開關(guān)按鈕，學(xué)生根據(jù)自己的興趣，確定自己的設(shè)計產(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。通過市場調(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)計過程中，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，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷修正，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、材料力學(xué)、理論力學(xué)等課程的知識在這個階段都有所體現(xiàn)，對以前所學(xué)課程也是一個綜合應(yīng)用的過程。圖2為某學(xué)牛設(shè)計的游戲機(jī)按鈕裝配圖及爆炸圖，圖3為按鈕對角兩點受力時的最大變形和最大應(yīng)力圖。

 

 

 

　　塑料制品設(shè)計完成后，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用的是Prom/E下的模具設(shè)計模塊對產(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。這個過程實際上并沒有結(jié)束，它要同后續(xù)的注塑過程數(shù)值分析緊密聯(lián)系起來，所采用的注射流動分析軟件是MoldFlow，根據(jù)熔體在澆注系統(tǒng)和型腔中的流動過程的動態(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程，并自動編制數(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)計說明書以及完整的二維、三維圖紙。在論文撰寫階段和答辯過程中，學(xué)生還采用了ACDSee圖像軟件，用來截取設(shè)計圖像并輔助介紹整個設(shè)計過程；采用Office軟件用來做文字的處理，寫出分析報告。

　　每位學(xué)生在整個設(shè)計完成后，都必須對自己的沒計過程及結(jié)果做一個總結(jié)，提出本設(shè)計的創(chuàng)新與特色在何處。例如在建模部分或流道設(shè)計部分，同時也要考慮設(shè)計中存在問題以及相應(yīng)的解決方法，從大多數(shù)學(xué)生的總結(jié)來看，學(xué)生迫切體會到了實踐經(jīng)驗的欠缺，因此，在下一屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計中我們力爭多請企業(yè)的設(shè)計人員同學(xué)生交流，多讓學(xué)生接觸到實際的設(shè)計、生產(chǎn)過程，

　　至此，學(xué)生完成了一個項目的全過程：塑料制品設(shè)計--模具設(shè)汁--模具加工．學(xué)生可以在計算機(jī)上看到自己設(shè)計、加工出來的最終產(chǎn)品，體會到成功的感覺。

 

 

　　5結(jié)束語

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