基于CAD_CAE_CAM的注射模具实训

[ 2] 工作岗位。 针对模具专业学 生的现状 , 本文根 据基于 工作 过程导向的课程设计原理 [ 3、5] , 提 出基于 CAD /CA E /CAM 全
流程的注射模具设计 与制造实训 , 使学生在校期间 , 根据实 际工作流程 , 经历难易渐进的 2 至 3 个全流程的注射模 具设 计与制造实训 , 以期熟悉全流程 , 掌握其中的关 键技术 , 拓 展就业面 , 尽快适应工作岗位 。
察脱模能否顺利进行 , 在初学时应该有此环节 , 积累一定 设 计经验后 , 这方面要求可以适当降低。 1 3 注射模具零件的 CAM 模具主要零件设计完成后 , 应该进行主要成型零件的 仿 真加工 , 此环节除了软件的应用以外 , 更重要的是数控工 艺 制定 , 需要有相关机械加工知识和丰富的数控加工经验。 由于受实际加工条件和成本的限制 , 有的院校对注射 模 具设计与制造实训 , 以虚拟制造替代实际制造 , 只能是权 宜 之计。从培养学生职业 能力角 度出发 , 这 一点是 不足 取的。 目前 , 大部分虚拟制造只能进行几何模拟 , 而不能进行物 理 模拟 , 而实际加工是一个复杂的物理过程 , 甚至还有化学 过 程 ( 特种加工时 ), 实际加工远 比虚拟 制造复杂 。从数字 模 型最终加工成实际模具过程中 , 可以发现设计的不足、很 多 在理论上无法涉及的问题 , 且学生和指导教师可以在解决 问 题过程中技术得以不断提高。 对于主要 零件 的加 工 , 涉及 数控 铣削 ( 包括 常规 和 高 速 ) 、加工中心等设备的 应用 , 必须 要求学 生按一 定流程 进 行数控工艺编制 , 上机床实际操作 ; 指导教师需加强与学 生 的讨论和审核。若涉及电火花等特种加工 , 需要求学生进 行 电极等设计、制作与修理等 [ 6] 。 对于非成型零件的加工 , 要求学生编制每一零件的工 艺 过程 , 工艺的编制使学生进一步掌握常规冷、热加工工艺。 模具装配阶段 , 学生在教师指导下 , 设计装配方案、 选 择相应的工具、量具、设备 , 进行实际装配 , 处理装配过 程 中出现的问题。 试模是检验模具设计制造水平的重要标志。如果经过 全 流程严格的设 计 与制 造 , 模具 一次 试模 成功 的机 率会 比 较 高 ; 若一次试 模不 成功 , 要求 学生 分 析原 因 , 制 订解 决 方 案 , 实施方案 , 直至试模合格。 1 4 实训的其他工作 测量注射零件的主要尺寸 , 检验零件的精度 , 进一步 提 高测量的能力 ; 同时 , 将模拟数据同实测数据比较 , 积累 模 拟分析的经验。 作为学生实训 , 其他相关工作不可缺少 , 如应该要求 学 生在不同的阶 段 撰写 相应 总结 , 特 别是 撰写 问题 的解 决 方 案。小组汇报与答辩是全流程最后一个环节 , 主要是锻炼 学 生 , 撰写相关技术文档、做学术报告的能力。指导教师应 对 小组不同阶段做出客观、及时的评价。
收稿日期 : 2009 - 04- 25
图 1 注射模具设计与制造的全流程
作者简介 : 王红军 ( 1971- ) , 男 , 浙江慈溪人 , 南京工业职业技术学院讲师 , 工学硕士。
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南京工业职业技术学院学报
第 9 卷第 2 期
1 1 塑料制品 的 CAD 阶段 将二维图纸转化成三维数 字模型 , 需机械基础方面知识 的支持 , 如机械制图、公差配合与技术测量、塑料成型 工艺 与设备、三维软件应用等。当前 , 有的院校在推进模具 实训 方面存在明显误区 , 即在不进 行相关理论教学的情况下 , 要 求学生应用三维软件 进行数字建模 , 此模式培养的学生 , 只 能成为软件的操作者 , 对于设计的产品 无法也不可能提出改 进的结构 ; 更有甚者 , 提出要强化三维软件 , 弱化机械 制图 的教学 , 这是方向性的错误。软件仅是一个工具 , 最主 要是 的要求学生掌握结构 分析、工 艺分析的能力 , 而不是简单的 建模操作 , 具备这些能力需夯 实专业基础 ; 且随着软件技术 的发展 , 三维软件的应用远比学习相关 理论简单。如果 , 只 教授 够用的知识 , 甚至连完整的 知识都 没有 , 使学 生具 有 职业迁移能力 将是一句空话。 将实样转化成数 字模型 , 除 了应用 常规的 测量 工具外 , 由于塑料零件的复杂性不断提 高 , 学生 需掌握应用二维影像 仪、三坐 标测 量 机 ( CMM ) 等 设备 测 量实 际 零件 的 能力。 由于 CMM 属于贵重设备 , 部 分学校 目前尚 不具备 , 即 便具 备 , 也很少让学生实际测量一 个完整的零件 , 离熟练应用有 更大的距离。而生产中 , 如长三角等一 些模具比较发达的地 区, CMM、二 维影像仪已是三维造型的必备设备。 塑料产品在建立数字模型 过程中 , 除要求设计者依据其
2 注射模具设计与制造的实训分析
注射模具全流程设计与制造与基于工作过程的 课程具有 相同的思路 , 即从分析职业的技能入手 , 提出不同的学习 领 域 , 并注意重 点突 破 , 不同 的是 由于 受实 际 企业 情况 的 限 制 , 对企业参与学生培养没能提出过多要求。本文提出的 全 流程 , 对模具设计与制造从业者提出了很高的要求 , 需要 对 CAD /CAE /CAM 整个 流程 比较 熟 悉 , 且 掌握 其 中的 关 键 技 术 , 对于一个仅有 2 5 年至 3 年学习时 间 , 实际 专业学习 不 足一年的高职学生而言 , 精力往往不足。在实际中 , 学生 应 根据各自的学习兴趣和专长 , 选择其中一项或几项深入地 学 习 , 如塑料制 品的 结构 设计、 注塑 成型 CA E、模 具材 料 热
不少工科类高等职业 技术学 院开设 有模具 设计与制 造专业 , 在适应模具业发展方面做了有 益的工作 , 但部分院校在模具 专业人才的培养模式上与实际 存在较大出入 , 教学与实际严 重脱节。如在长三角、珠三角等模具发达地区 , 电火花 成型 机、电火花线切割机、雕刻机等设备 , 已广泛采用模具 生产 中 , 而大部分高职院校虽开设 这方面课程 , 但强化程度远远 不够。另外 , 镜面电火花加工、慢走丝线切割、高速铣 削等 加工工艺 , 在 高职 的课 程和 实训 中仅 仅作 为拓 展内 容或 讲 座 , 对它们的工艺、设备的教学和实训 , 远远不能达到 实际 应用。此状况 , 导致社会有如此岗位需求 , 而高职学生 无法 适应。 高职学生经过 2 5 年或 3 年的学习 , 面对实际的模 具设 计与制造 , 往往不知道如何下手 , 如何处理实际 问题 , 如何 将所学知识应用于实 际 , 而需 经较长时间再培训 , 才能适应
第 9 卷第 2 期 2009 年 6 月
南京工业职业技术学院学报 Journa l o f N anjin g Inst itute o f Industry T echnology
Vol 9 , No 2 Jun , 2009
文章编号 :
1671- 4644 ( 2009) 02- 0095- 03
应用 , 模具设计与制造工作应该前移 , 将塑料产品的设计 纳 入模具设计与制造范畴。在满足产品使用性能前提下 , 尽 可 能提高产品的模具设计与制造的工艺性 , 具有重要的现实 意 义。个别高职院校已开设模具设计制造与产品造型专业 , 这 是一个比较好的发展方向。注射模具设计与制造的全流程 实 训如图 1 所示。
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王红军 , 于
昂 : 基于 CAD /CAE /CAM 的注射模具实 训 件加工 的竞赛。
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处理、模具冷加工、数控加工、特种加工等 , 作为今后 工作 从事的一 个方 向。高职 学生 , 应该 成为 掌握 一定 高 技能 的 型人才 , 即对 相关专 业的技术 广度 上有一 定了 解 , 深 度上熟练掌握一、两项技术。 在进行注射模具全流程设 计与制造实训前 , 应该有相关 理论和单元式课程设计的基础 。综合实 训不能完全取代课程 设计 , 课程设计对于系统地巩固本课程 的知识有不可替代的 作用。本文的全流程设计与制造 , 所需时间较多 , 一般 院校 仅安排 2 至 3 周实训时间是无 法完成的 , 建 议学生 以 4 至 6 人为一组 , 通过分工与协作 , 第一次实 训宜安排在一个学期 的课外或暑假内完成 , 后续实 训根据产品的难易程度 , 按企 业实际运作的方式在 2 至 3 周内严格按进程、规范完成 模具 的设计与 制造。指 导教 师根 据专 业特 长 , 在 不同 阶 段以 指 导 , 但应该 有一 个主 带老 师 , 控 制进 程。只 要经 过 如此 严 格、规范地完成 2 至 3 个 全 流程 实训 , 可以 拓宽 学 生就 业 面 , 很快进入企业实战角色 , 提高用人 单位对模具专业学生 的信赖程 度。 同 时 , 学 生 通 过 进 一 步 训 练 亦 有 实 力 参 加 全国职业院校技 能大 赛 中 的 注 塑模 具 CAD 与 主要 零
设计经验和要求进行结构改进 外 , 尚需 应用相关软件进行塑 料件的结 构分析。 M o ldflow P lastics Adv isers (M PA ) 是目 前 比较成熟的塑料产品结构分析 软件。此 环节对初学塑料产品 结构设计者会有很大 帮助 , 然 而实训中往往被忽略 , 实际中 对这环节重视也不够 , 只在试 模过程中 , 碰到解决不了问题 时 , 才应用此环节。 1 2 注射成型 CAE 传统的模具 设计制 造是 一个 不断 试错 并提 高的 过 程 , 借助计算机技术 , 使这一过程变得快捷且成 本低廉。应 用软件进行注射模 具的初 步设计 , 主 要进行 注射工 艺设计。 此环节应 用 CAE 软件 ( 如 M o ld flo w ) 进 行注 射 成 型 分析 , 以确定合理的注射成 型参数。高 端的 CAD /CA E /CAM 软件 , 如 UG 等 , 已集 成了 M o ld flo w, 由 于 是非 专业 的 分析 软件 , 功能相对弱于专业软 件。此环 节由于涉及有限元分析 , 大部 分高校认为这是本科甚至研究 生阶段的学习内容 , 不是高职 ( 大专 ) 学 生应涉及的领域 ; 其实则 不然 , 模拟 分析比 较费 时的工作是前置处理中的网格 剖分及修改 , 这方面的工作高 职学生完全能够胜任 ; 分析中的工艺参 数设置和后置结果的 解读 , 需要 更多 的实 际经 验。注射 成 型 CAE, 在 目 前教 学 和实践中忽略较多 , 随着注射 零件精度不断提高 , 这方面的 应用会愈发广泛。高职院校的 模具教学 , 在此方面应该有点 提前量。经过注射工艺模拟阶 段的训练 , 学生以较少的时间 和较低的成本 , 积累相对丰富 的注射成型工艺经验。 注射工艺模拟后 , 进行模 具的详细设计 , 这样出现重大 设计错误的机率会下 降很多。模具的详细设计 , 要求有扎实 的注射模具设计与制造的理论 和实践经验。这一环节的训练 必须按严格的流程进 行 , 且有 详细的设计依据和结果。 模具设计完成后 , 进行模 具的运动仿真 , 此环节主要考