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時間:2022-02-03 11:18:50
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一般來說,并沒有不好的材料,只有在特定的領(lǐng)域使用了錯誤的材料。因此,設(shè)計者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性能,并仔細(xì)測試這些材料,研究其與各種因素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳統(tǒng)的熱塑性材料進(jìn)行分析以說明問題。在注射成型中最常用的是熱塑性塑料。它又可分為無定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類材料在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化影響的性能上有明顯不同。一般來說,半結(jié)晶性熱塑性塑料主要用于機(jī)械強度高的部件,而無定型熱塑性塑料由于不易彎曲,則常被應(yīng)用于外殼。這是材料選用的大框,其次,還要根據(jù)填料和增強材料繼續(xù)選擇。
(一)根據(jù)填料和增強材料進(jìn)行選擇的分析
熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增強、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品。玻璃纖維主要用于增加強度、堅固度和提高應(yīng)用溫度;礦物和玻纖則具較低的增強效果,主要用于減少翹曲。玻璃纖維會影響到成型加工,尤其會對部件產(chǎn)生收縮和翹曲性。所以,玻璃纖維增強材料不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料來替代,而不會有尺寸改變。玻璃纖維的取向由流動方向決定,這將引起部件機(jī)械強度的變化。試驗(從注射成型片的橫向和縱向截取了10個測試條,并在同一個拉力測試儀上對它們的機(jī)械性能進(jìn)行了比較)表明,對添加了30%玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂,其橫向的拉伸強度比縱向(流動方向)低了32%,撓曲模量和沖擊強度分別減少了43%和53%。
在綜合考慮安全因素的強度計算中,應(yīng)注意到這些損失。
在一些熱塑性塑料中加入了一系列增強材料、填料和改性劑來改變它們的性質(zhì)。由這些添加劑產(chǎn)生的性能變化必須認(rèn)真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查閱,更好的是聽取原材料制造廠家的專家的技術(shù)建議。以選用最為合適的材料。
(二)考慮濕度對材料性能影響
一些熱塑性材料,特別是PA6和PA66,吸濕性很強。這可能會對它們的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。在進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)特別注意這種性能,考慮其對產(chǎn)品性能的影響。
模具材料的選用取決于制品材料,細(xì)致分析制品材料后,才能在模具設(shè)計時選用最為合適的模具材料。
(三)塑料制品模具材料選用
細(xì)致分析塑料制品使用的材料后,選取最為合適的模具材料。目前我國市場常見的、適合熱縮性材料的模具材料有:非合金型塑料模具鋼(即碳素鋼)、滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼幾種。在模具材料選取時,根據(jù)制品材料是否改性和增加填充劑,添加何種添加劑來選取適合的模具材料。例如:制作形狀復(fù)雜的大、中型精密塑料制品時,其模具材料可選用預(yù)硬型塑料模具鋼;制造復(fù)雜、精密且生產(chǎn)時間較長,需要高壽命模具時刻采用時效硬化型塑料模具鋼。具體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預(yù)計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計將極大的提高模具使用周期,同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
二、壁厚及相關(guān)注意事項對產(chǎn)品性能的影響
在工程塑料零件的設(shè)計中,還有一些設(shè)計要點要經(jīng)??紤],其中對于壁厚的設(shè)計尤為重要,壁厚設(shè)計的合理與否對產(chǎn)品影響極大,改變一個零件的壁厚,對以下主要性能將有顯著影響:零件重量、在模塑中可得到的流動長度、零件的生產(chǎn)周期、模塑零件的剛性、公差、零件質(zhì)量,如表面光潔度、翹曲和空隙等。
(一)塑料模具設(shè)計工藝中的基礎(chǔ)要求
在設(shè)計的最初階段,有必要考慮一下所用材料是否可以得到所要求。流程與壁厚比率對注塑工藝中模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中,要得到流程長、而薄,則聚合物應(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡腿廴谡扯龋ㄒ子诹鲃尤劢猓┦欠浅1匾?。為了深入了解聚合物熔化時的流動性能,可以使用一種特殊的模具來測定流程。
增加壁厚不僅決定了機(jī)械性能,還將決定成品的質(zhì)量。在塑料零件的設(shè)計中,很重要的一點是盡量使均勻。同一種零件壁厚不同可引起零件的不同收縮性,根據(jù)零件剛性不同,這將導(dǎo)致嚴(yán)重的翹曲和尺寸精度問題。為取得均勻的,模制品的厚壁部分應(yīng)設(shè)置模心。此舉可防止形成空隙,并減少內(nèi)部壓力,從而使扭曲變形減至最小。零件中形成的空隙和微孔,將使橫截面變窄,內(nèi)應(yīng)力升高,有時還存在切口效應(yīng),從而大大降低其機(jī)械性能。不同壁厚塑料制品的模具設(shè)計時,模腔的要求也不同,根據(jù)制品的要求,設(shè)計模具的模腔及脫模斜度,斜度要與塑膠制品在成型的分?;蚍帜C嫦噙m應(yīng);是否會影響外觀和壁厚尺寸的精度。
(二)熱塑性塑料設(shè)計中的指標(biāo)分析
熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈性,不需要像具有高剛性、低延展性和低彈性的金屬一樣指定嚴(yán)格的范圍。設(shè)計者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方面起了關(guān)鍵作用,合理且不影響產(chǎn)品性能的、縮小公差,較少成本是可以實現(xiàn)的。一般商業(yè)上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于0.25-0.3%,但這還需要與應(yīng)用時的具體要求相結(jié)合來判斷。精確的模具可以有效的縮小制品公差,從而降低制品成本。因此,模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意義。
三、塑料模具設(shè)計時對收縮值的考慮
為了不對塑料部件制定過分嚴(yán)格的范圍,必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確性的因素。模具制造的標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵守,同時要特別注意脫模斜度的重要性,因為它決定了脫模容易與否及防翹曲性能。
還有一個與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的重要問題是,當(dāng)成型品是由不同材料或不同壁厚制成時,其模后收縮值與方向和厚度相關(guān)如果復(fù)雜的成型對加工的要求非常嚴(yán)格,必須要獲得模具原型有關(guān)收縮值和翹曲行為的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)玻璃增強材料的這一性質(zhì)最為明顯。玻璃纖維的取向性可在水平方向和垂直方向產(chǎn)生具有顯著性差異的收縮,從而導(dǎo)致尺寸不準(zhǔn)確。塑料制品的幾何形狀對收縮也有影響,進(jìn)而影響到產(chǎn)品的性能,這也是設(shè)計者值得關(guān)注的一點。因此在此類制品模具設(shè)計時要注意制品脫模收縮后的尺寸是否為產(chǎn)品要求尺寸,否則因制品模后收縮值的影響,極有可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論:
與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問題還有許多,設(shè)計人員可以參考手冊進(jìn)行設(shè)計。總之,在塑料制品模具設(shè)計時要充分考慮可能影響制品尺寸、性能、外觀等多方面因素,綜合利弊,選用適合的材料,合理的設(shè)計,才能保證產(chǎn)品的性能。
論文關(guān)鍵詞:塑料模具設(shè)計;材料;選用
論文摘要:隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展及塑料制品在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用,產(chǎn)品對模具的要求也越來越高。同時也對專業(yè)設(shè)計人員的經(jīng)驗提出了更高的要求,在塑料制品模具設(shè)計時制品材料的選擇是決定產(chǎn)品性能的重要因素。還有制品壁厚等問題是輔助設(shè)計軟件所不能解決的,要需要專業(yè)設(shè)計人員長時間經(jīng)驗的積累才能做好的。因此本文就塑料制品模具設(shè)計中若干重要問題做以簡要的討論。
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(一)教學(xué)方法改革
1.課堂教學(xué)引入項目教學(xué)法
以產(chǎn)品對象的模具設(shè)計作為項目展開教學(xué)和學(xué)習(xí)。
2.采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)
加強啟發(fā)性、探索性和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。
3.將CAD/CAE以及動畫演示引入課堂教學(xué)
將模具主要零部件和典型結(jié)構(gòu)三維化,并進(jìn)行動態(tài)拆裝,使教學(xué)內(nèi)容形象化、立體化;通過CAE技術(shù)將塑性變形過程進(jìn)行動態(tài)演示,使抽象的問題形象化,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,便于學(xué)生理解。
(二)考核方法改革
1.調(diào)整原有課程成績構(gòu)成比例,降低期末考試成績所占比例。
2.考核形式多樣化,變終結(jié)性考核為全程性考核。
3.改革期末考試考核內(nèi)容,突出應(yīng)用能力的考核。
(三)實施情況
1.項目設(shè)計與課程教學(xué)資源建設(shè)。
本次項目化教學(xué)主要以沖壓工藝及模具設(shè)計為主,包括沖裁、彎曲、拉深模具設(shè)計各一套。進(jìn)行教學(xué)方法改革后,原來的教學(xué)資源已不能完全適應(yīng)當(dāng)前需要,所以,對原有資源進(jìn)行了調(diào)整、補充和整合。主要完成了教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、項目解決方案及考評體系建設(shè)、模具零件三維建模及裝配、經(jīng)典模具動畫選擇與制作以及材料成形過程CAE分析等。
2.項目教學(xué)法的實施。
以沖裁模具設(shè)計為例,在講解沖裁工藝及模具設(shè)計的引言時引出項目任務(wù)。要求學(xué)生在學(xué)完本章內(nèi)容后完成該零件的工藝分析、方案制定、工藝計算、模具總體設(shè)計及主要零部件設(shè)計,繪制二維零件圖和裝配圖,并進(jìn)行模具零件的三維造型和裝配。教學(xué)和學(xué)生自學(xué)均圍繞該項目任務(wù)進(jìn)行,將啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法穿插于項目教學(xué)過程,教師主要對重要知識點進(jìn)行講解,留出足夠的時間讓學(xué)生自學(xué)、查閱資料和完成項目。這樣既保持課堂教學(xué)的緊湊、重點突出,又時刻抓住學(xué)生的關(guān)注點,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性。在項目化教學(xué)過程中對學(xué)生進(jìn)行分組,每組6個學(xué)生。分組時注意合理搭配,保證小組有良好的學(xué)習(xí)和討論氛圍,利于提高項目完成質(zhì)量。學(xué)生通過課堂聽課、課后自學(xué)、查閱教材及工具書、網(wǎng)絡(luò)媒介、小組討論等方式按模具設(shè)計流程完成零件的模具設(shè)計任務(wù)。通過上述過程學(xué)生完成知識的自主構(gòu)建過程,這種在實踐中學(xué)到的知識比課堂聽課要深刻得多。每個任務(wù)完成過程中進(jìn)行階段匯報和教師檢查,督促學(xué)生及時完成項目任務(wù)。每個項目匯報分兩部分:一部分是工藝分析、工藝方案制訂以及必要的工藝計算;另一部分是模具總體設(shè)計和主要零部件設(shè)計。這樣每個小組6個同學(xué)各匯報一次,保證全員參與。學(xué)生匯報后進(jìn)行答辯,指出項目中的不足,檢查學(xué)生對知識的掌握程度,避免抄襲、代做等現(xiàn)象。項目評價主要包括學(xué)生自評、小組互評、教師評價,其占項目成績的比例分別為:學(xué)生自評占15%、小組互評占15%,項目匯報及答辯占70%(教師評定)。項目成績以一定比例計入總成績。
3.考核方式改革。
以往的考核中,總評成績由期末成績(占70%)、平時成績(出勤、紀(jì)律、作業(yè),共占15%)和實驗成績(占15%)綜合評定。這種方式操作方便,但弊端是期末成績所占比重大,學(xué)生將主要精力放在臨考前的突擊上,對平時的教學(xué)過程不夠重視,不能全身心融入到課堂教學(xué),教學(xué)效果差。本次考核改革后,總評成績構(gòu)成為:平時成績(考勤5%,課堂表現(xiàn)5%)占10%、小論文(主要是關(guān)于模具行業(yè)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及材料成型新技術(shù)、新工藝等主題)占3%、期中考核占7%(平時測驗4次,每次占1%,期中考試1次,占3%)、項目考核成績占15%、實驗成績占15%、期末成績占50%。通過調(diào)整成績構(gòu)成及比例,降低期末成績比重,加大教學(xué)過程中的考核,使課程考核分散在各個階段,在不同的教學(xué)階段都有考核環(huán)節(jié),且與課程的教學(xué)過程密切相關(guān),不同考核方式側(cè)重點不同,從而使學(xué)生重視整個教學(xué)過程,積極參與,保持一貫的學(xué)習(xí)態(tài)度,起到信息反饋和激勵鞭策作用。此外,改革期末考試考核內(nèi)容,突出應(yīng)用能力的考核,加大綜合分析題的比重,減少識記性內(nèi)容的考核。
二、改革效果
(一)分析問題、解決問題的能力提高
通過上述教學(xué)和考核方法改革,學(xué)生融入到了平時的教學(xué)過程,針對模擬實際工作環(huán)境的項目任務(wù),更能激發(fā)學(xué)生思考,通過逐步完成項目任務(wù),使學(xué)生分析問題、解決問題的能力得到提高,不僅掌握了牢固的基礎(chǔ)理論,知識的靈活運用能力和實踐能力都得到了提高。
(二)學(xué)習(xí)態(tài)度轉(zhuǎn)變,積極性和主動性提高
學(xué)習(xí)態(tài)度是影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要因素之一,教學(xué)中要注意對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的訓(xùn)練,端正的學(xué)習(xí)態(tài)度是教學(xué)成功的重要條件。在教學(xué)教學(xué)過程中教師要以不同的教學(xué)形式顯現(xiàn)有趣的教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。每堂課后都有具體的項目任務(wù)需要完成,考核多樣化和全程化,學(xué)生不能再把主要精力放在考前突擊上,而是在平時就要完成各項任務(wù),并按時參與考核,學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度明顯轉(zhuǎn)變。完成項目任務(wù)不能僅僅依靠一本教材,需要查閱大量的文獻(xiàn)和工具書,甚至需要不斷討論和交流,學(xué)生由過去被動接受知識變?yōu)樽灾鳂?gòu)建知識,自主獲取知識的能力提高。
(三)溝通協(xié)作能力提高
溝通協(xié)作能力在項目化教學(xué)中非常重要,可以增強教學(xué)團(tuán)隊的凝聚力,使教師和學(xué)生互相信任,無阻礙溝通,做到友好相處。項目化教學(xué)的優(yōu)點是邊學(xué)邊做,在學(xué)中做,在做中學(xué),對于每一個項目任務(wù),工作量都較大,涉及知識面廣,很難由一個人在短期內(nèi)完成,需要小組成員間密切協(xié)作,這與未來的工作環(huán)境是相似的。在此過程中,培養(yǎng)了學(xué)生的協(xié)作意識和溝通能力。
三、結(jié)論
1全面并行性Pro/E軟件具有良好的并行性特點,通過相關(guān)模塊的設(shè)計能夠有效地幫助我們實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品所需的外形以及裝配等功能??梢哉f,Pro/E將以往我們進(jìn)行模具設(shè)計工作過程中的很多個部門融合在了一起,比如模具的機(jī)械設(shè)計功能以及工業(yè)設(shè)計功能等等,同時也包括了功能仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、大型裝配體管理以及相關(guān)制造信息等等,另外,Pro/E軟件還為我們提供了目前市面上集成性最強、最為全面的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。
2全相關(guān)性對于以往的模具二維設(shè)計工作來說,設(shè)計人員在設(shè)計的過程中往往將很多的時間花費在了模具的圖形繪制以及問題的修改方面,且對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的修改則更是需要浪費設(shè)計人員大量的工作量與時間。而通過Pro/E軟件,則能夠根據(jù)物體的三維模型以自動的方式生成二維工程樣圖,以此將設(shè)計人員能夠從以往冗長、繁瑣的手工繪圖方式中得到解放,從而能夠?qū)⒏嗟木Ψ诺綄τ诋a(chǎn)品的方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作之中。雖然目前中的很多CAD軟件也能夠完成此項功能,但是Pro/E軟件所使用的是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,能夠?qū)⒑芏嗟漠a(chǎn)品設(shè)計方案在同一個數(shù)據(jù)庫中得到關(guān)聯(lián),并且使我們無論在任何設(shè)計階段都能夠?qū)@部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修改,從而以此來大大降低工作人員的工作量。
3完全硬件獨立性Pro/E軟件可以在目前很多主流的操作平臺中運行,并且無論是在哪一個平臺上運行都能夠保持同樣的外觀,且使我們的實際應(yīng)用感覺也相同。而對于用戶而言,則可以根據(jù)其自身的需求對硬件進(jìn)行配置,具有非常好的個性化特點。同時,由于Pro/E所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為獨特,這就使其所具有的產(chǎn)品信息能夠在不同的平臺中流動。4新穎的參數(shù)化特征造型在Pro/E軟件出現(xiàn)之前,市面中常用的CAD軟件所使用的是一種以自由化方式進(jìn)行設(shè)計的技術(shù),當(dāng)產(chǎn)品模型得到建立之后,我們對其所進(jìn)行的修改則非常不方便。而在Pro/E軟件中,則實現(xiàn)了良好的參數(shù)化設(shè)計,使我們在設(shè)計時僅僅通過尺寸驅(qū)動就能夠滿足我們的設(shè)計需求。
二管接頭注塑模具設(shè)計
在Pro/E軟件中,具有著很多種應(yīng)用模塊,而在我們對注塑模具進(jìn)行設(shè)計時則可以通過Pro/E軟件中模架設(shè)計系統(tǒng)以及模具模塊來幫助我們更好地完成設(shè)計工作,且具有著直觀性好、準(zhǔn)確性高以及效率高等特點。下面,我們就通過管接頭注塑模具設(shè)計為例對模具的設(shè)計全過程進(jìn)行一定的研究。
13D模型設(shè)計管接頭中使用的Pro/E零件成型功能,通過我們創(chuàng)建拉伸、鏡像、抽殼、倒圓角以及剪切等命令的使用幫助我們對所需要的實體模型進(jìn)行設(shè)計。對于本制品來說,我們所使用的材料為ABS,這種材料具有著易于機(jī)械加工、易于成型的特點,能夠較好地對抗低溫、沖擊等情況,且物理機(jī)械性能、電性能、成型工藝、流動性以及綜合性能都非常的好,具有著制件厚度均勻、精度高的特征。另外,其制件結(jié)構(gòu)對稱,內(nèi)側(cè)有凹陷,需要設(shè)置內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu);外側(cè)有凸起,需要設(shè)置斜導(dǎo)柱分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
2制品注射成型工藝在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中,使用的是側(cè)澆口、兩點進(jìn)澆的方式制造,并以一模一腔的方式布局。由于我們所使用的方式為兩點進(jìn)澆,就能夠在很大程度上減少熔料在模腔中流動的距離,更利于我們對其注射成型。在頂出方式方面,我們則使用了推板的方式進(jìn)行,且在制件固定位置處使用了頂管方式進(jìn)行脫膜。門鎖孔方面,我們使用了斜導(dǎo)柱分型的方式完成了側(cè)抽工作,在內(nèi)腔則同樣使用斜頂桿完成側(cè)抽。而在冷卻環(huán)節(jié)中,我們則使用了水冷的方式進(jìn)行冷卻,且在冷卻水孔中我們使用了直通的方式對其進(jìn)行布置、不同通道之間使用了軟管進(jìn)行連接。
3模具設(shè)計在模具設(shè)計環(huán)節(jié),我們使用Pro/E軟件制造模塊中的模具型腔子模塊進(jìn)行分模設(shè)計:第一,打開Pro/E軟件,逐步點擊新建-制造-模具型腔-取文件名,然后進(jìn)入到分模界面;第二,將工具作為參考零件裝配到軟件界面中,由于我們此次為第一次裝配,對此我們可以使用缺省的方式對其進(jìn)行裝配;第三,通過控制層圖標(biāo)的使用對模型基準(zhǔn)面進(jìn)行遮蔽,以此幫助軟件圖樣能夠得到簡化的特點;第四,對本次模具澆注方案進(jìn)行確定。在此環(huán)節(jié)中,我們也可以對Pro/E軟件的塑料顧問模塊進(jìn)行應(yīng)用:在我們對模具初期設(shè)計時,需要對澆筑口的可行位置進(jìn)行分析,之后再根據(jù)其所具有的位置作為我們具體的澆口,并逐步地進(jìn)行熔接痕的分析、氣泡等工作。通過對該顧問模塊的使用,能夠幫助我們更好地對塑件澆口的最佳位置進(jìn)行確定,即塑件的中部區(qū)域。而為了能夠幫助我們使模具結(jié)構(gòu)具有更好的外觀,我們則可以將澆口設(shè)置在制件頂部內(nèi)側(cè),之后再通過塑性顧問模塊對其進(jìn)行充模狀況分析,而在這個過程中,無論是對于填充時間、壓力降還是填充的質(zhì)量都可以使我們以可視化的方式對其進(jìn)行觀察。第五,建立工件型芯體積塊和型腔體積塊。在這個環(huán)節(jié)中,可供我們選擇的方式有很多,不僅可以通過手工的方式進(jìn)行草繪,同時也可以在軟件中設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)直接生成相關(guān)模型。第六,設(shè)置收縮率。在此環(huán)節(jié)中,我們將ABS塑料所具有的收縮率設(shè)置為0.01,并以補償公式方式對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置;第七,設(shè)計分型面。在我們對模具進(jìn)行分模的過程中,分型面可以說是這個設(shè)計環(huán)節(jié)非常重要的一個部分。而我們可以通過以下方式進(jìn)行操作:在軟件中先新建分型面-將其復(fù)制-對外表面進(jìn)行制作-完成分型面設(shè)計。第八,生成模具成型零件。在Pro/E軟件中,我們通過對球形拉料桿體積塊創(chuàng)建、銷體積塊、內(nèi)側(cè)抽體積塊的方式完成模具體積快設(shè)計。在體積快設(shè)計完成之后,我們則可以通過斜頂桿分型面對我們之前所生成的體積快進(jìn)行分割。另外,在模具成型零件生成之后,我們也可以借助軟件所具有的仿真功能對型腔進(jìn)行充填,并最終形成具有單一實體特征的零件。第九,開模仿真。在這個環(huán)節(jié)中,我們需要以模具進(jìn)料孔-定義間距-定義移動的方式進(jìn)行設(shè)計,并在軟件模型樹中以滑塊的棱作為參考方向進(jìn)行設(shè)計,并將其指向外側(cè)作為正向在軟件中輸入一定的移動距離。之后,我們再以同樣的方式進(jìn)行第二步仿真工作。第十,模具總裝配設(shè)計。在此環(huán)節(jié)中,我們使用EMX軟件對不同模板所具有的尺寸以及類型等進(jìn)行選定,并將型心以及型腔都裝入到模架之中,再對頂出系統(tǒng)、抽芯滑塊以及澆筑冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)置,并最終完成導(dǎo)柱、導(dǎo)套以及螺釘?shù)妊b配件的裝配。
三結(jié)束語
(一)模具設(shè)計各行各業(yè)都有相關(guān)的工作人員,他們的主要任務(wù)就是模具設(shè)計。采用數(shù)字化的設(shè)計手段,工作對象包括型腔模和冷沖模,在充分利用數(shù)字化設(shè)計工具的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)模具進(jìn)行設(shè)計改造,目標(biāo)就在于提高模具設(shè)計的質(zhì)量,縮短模具設(shè)計耗費的周期。
(二)模具設(shè)計的步驟首先在設(shè)計之前為了確保設(shè)計圖紙的正確性,通常要對所設(shè)計模具的產(chǎn)品進(jìn)行全面的可行性分析,即工作中設(shè)計者所說的套圖,確定重點部位的尺寸。其次在分析產(chǎn)品圖紙之后,具體構(gòu)思模具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作程序的編排、確定各個工序之間的沖工內(nèi)容,以及采用何種軟件。這樣在繪制模具圖中將節(jié)省很多時間。然后就是根據(jù)產(chǎn)品的展開圖紙進(jìn)行準(zhǔn)備材料,然后就可以全面地進(jìn)入模具圖的繪制在工作,再制一份備料圖紙出來,進(jìn)行各組件的繪制。最后對模具的設(shè)計圖紙進(jìn)行仔細(xì)地校對,確保各模板與孔位是否一致性,以及折彎位置的上下模是否正確的間隙配合。
二、模具設(shè)計技術(shù)應(yīng)用
(一)模具設(shè)計的造型特點與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計不同,在專業(yè)化要求上,模具設(shè)計有它自身的特點,主要體現(xiàn)在三個方面:第一、從模具生產(chǎn)的范圍上看,模具主要用于批量化的大規(guī)模生產(chǎn),因此,模具主要用于加工一些形體復(fù)雜的零件。第二、從模具產(chǎn)品的要求上看,模具的幾何設(shè)計必須符合零部件描述的的所有細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu),甚至包括產(chǎn)品的浮雕等表面細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu);第三、從模具的生產(chǎn)手段要求上看,3D模型的修復(fù)技術(shù)以及CAD系統(tǒng)必須有良好的數(shù)據(jù)結(jié)口的要求也越來越高,才能不斷的滿足模具型腔結(jié)構(gòu)必須有的拔模模角及必要的圓弧過度。
(二)模具設(shè)計的應(yīng)用范圍根據(jù)模具的定義,從模具的適用范圍上,我們可以把模具設(shè)計的應(yīng)用范圍分為兩大類,一類是工業(yè)裝備制造部門及使用部門,比如機(jī)械制造、汽車制造、輕工業(yè)、家電組裝、石油化工、電力設(shè)施等;另一類是零件及模具,比如航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵耐磨件、汽車發(fā)動機(jī)凸輪軸熱擠壓模具、軋輥、溫擠壓膜具、軋鋼滾動導(dǎo)衛(wèi)、熱鍛摸等。
三、模具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢
(一)多集成趨勢?,F(xiàn)在社會的發(fā)展,現(xiàn)代化模具的制造應(yīng)該打破傳統(tǒng)的只重視信息的搜集的發(fā)展模式,更應(yīng)該把技術(shù)使用、人力資源和管理技術(shù)的引用都囊括在內(nèi),多集成趨勢越來越明顯。多集成概念還表現(xiàn)在學(xué)科功能上,模具設(shè)計不僅僅要用到最基礎(chǔ)的機(jī)械科學(xué)理論,而且還會用到電磁學(xué)、光學(xué)以及控制理論等。
(二)智能化趨勢。產(chǎn)品從最初的設(shè)計要求,到中間的制造過程,再到最后的使用過程,每個環(huán)節(jié)都將走向智能化的道路。其中,在生產(chǎn)過程中,又包括諸多環(huán)節(jié),比如計劃、調(diào)控、管理等,也將走向智能化的道路。除此之外,模具設(shè)計者以及實際操作者,也將會在科學(xué)理論的指導(dǎo)下,實現(xiàn)人與工具系統(tǒng)的有機(jī)密切配合。
(三)網(wǎng)絡(luò)化趨勢。模具設(shè)計常用的軟件一般包括AutoCAD、Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、SOLIDWORKS等,都是需要通過網(wǎng)絡(luò)上的一些軟件技術(shù)或者硬件技術(shù)實現(xiàn)的。自動化、網(wǎng)絡(luò)化趨勢越來越明顯,跨國合作設(shè)計模具的成功例子已經(jīng)是屢見不鮮了,而且這種趨勢越來越明顯。
改進(jìn)后的工藝方案:下料模具成形(完成壓筋與折彎)拼焊。該方案需三道工序即可完成一個制件的制作,算上工序與工序之間的輸送,制作出一個保險杠大概需2h。經(jīng)分析,得知方案二工序少、輔助工時及制作工時短、效率高,市場對公司該車型需求量大,其余車型經(jīng)常需使用液壓機(jī)、折彎機(jī)進(jìn)行成形,采用改進(jìn)后的方案適合我公司現(xiàn)階段的自卸汽車批量生產(chǎn),也符合公司的統(tǒng)籌規(guī)劃,并且該方案已在生產(chǎn)實踐中取得較好的效果。
2.模具結(jié)構(gòu)及特點
本模具為折彎壓筋復(fù)合模,采用彈性頂料裝置和上出料方式。模具結(jié)構(gòu)如圖2所示,上模刃口15是折彎工藝的凸模,是壓筋工藝的凹模,下模刃口10、14是折彎工藝的凹模,凸模是壓筋的凸模,該模具采用導(dǎo)向板進(jìn)行導(dǎo)向。
3.模具設(shè)計
保險杠成形由折彎壓筋兩個工序制作而成,鋼板Q235-A為軟材料,在彎曲時應(yīng)有一定的凸凹模間隙,工件尺寸均為自由公差,按IT12級選擇尺寸公差即可,角度按照GB/T15055—2007沖壓件未注公差尺寸極限偏差m級選擇,可知:角度為90°±45''''。該鋼板的允許最小折彎半徑rmin=0.5t=1.25(mm),零件彎曲半徑r=15-2.5=12.5(mm)>1.25mm,故不會彎裂。計算零件的相對彎曲半徑r/t=12.5/2.5=5,可知彎曲變形后角度回彈較小,彎曲半徑變化也不大,所以可通過在凸模上采取補償且取較小間隙即可達(dá)到要求。保險杠展開尺寸:3102mm×555mm,保險杠下料展開如圖3所示。
4.模具主要工作部分零件設(shè)計
(1)關(guān)于折彎模具部分:為防止回彈,在上模刃口的左右兩側(cè)留2t作為折彎直邊,從2t點到壓筋模處采用斜邊結(jié)構(gòu),兩側(cè)1mm高度差斜向上,同理在凸模處采取兩側(cè)2t寬度采用直邊,從2t點到壓筋模處采取斜邊結(jié)構(gòu),即兩側(cè)1mm斜向上,此凸模是壓筋成形的凸模(見圖4),對于折彎工藝是作為頂料板的作用,中間高、兩側(cè)低;上模座兩側(cè)各縮進(jìn)10mm,以防止回彈板料往外側(cè)擴(kuò)。間隙在最初設(shè)計時按大值設(shè)計,在調(diào)試模具時可通過在折彎凹模處塞銅皮以達(dá)到調(diào)整折彎模具間隙的目的。(2)關(guān)于壓筋模具部分:凹模比凸模進(jìn)入的深度深1mm,以抵消壓筋回彈。
5.結(jié)語
學(xué)生本位理念參與式教學(xué)法的理論依據(jù)是心理學(xué)的內(nèi)在激勵與外在激勵關(guān)系的理論。其內(nèi)在性需要的滿足和激勵動力則來自當(dāng)事者所從事的工作和學(xué)習(xí)本身。參與式教學(xué)法是一種合作式的教學(xué)法,強調(diào)教學(xué)活動設(shè)計以學(xué)生為中心,充分應(yīng)用靈活多樣、直觀形象的教學(xué)手段,鼓勵學(xué)習(xí)者積極參與教學(xué)過程,加強教學(xué)者與學(xué)習(xí)者之間以及學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者之間的信息交流,使學(xué)習(xí)者能深刻地領(lǐng)會和掌握所學(xué)知識。只有學(xué)生積極主動地參與到教學(xué)活動中來,才能讓學(xué)生在整個活動中的受益效果最好。參與式教學(xué)法要求讓學(xué)習(xí)者有自由思考、選擇上課方式、安排學(xué)習(xí)進(jìn)度的權(quán)利,其倡導(dǎo)的正是在教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域中實現(xiàn)學(xué)生本位。過程導(dǎo)向理念過程導(dǎo)向理念是指在教學(xué)活動中引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)設(shè)計、過程實施和效果反饋。其教學(xué)目標(biāo)是隨過程而調(diào)整改變的,在整個教學(xué)活動中注重學(xué)生學(xué)習(xí)思維的提升,弱化教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。學(xué)生不僅參與學(xué)習(xí)目標(biāo)的提出,還可以自己制定學(xué)習(xí)進(jìn)度,教師和學(xué)生共同主宰教學(xué)過程,在教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的探討中對自己的學(xué)習(xí)等產(chǎn)生新認(rèn)識,致使學(xué)生的想法與意見也得到應(yīng)有的尊重與體現(xiàn),在過程中獲得專業(yè)知識、思維方式和協(xié)作能力。
2參與式教學(xué)在沖壓模具設(shè)計課堂中的實踐探索
課程特點及教學(xué)規(guī)劃沖壓模具設(shè)計是一門實踐性、綜合性很強的專業(yè)技術(shù)課,模具設(shè)計原理雖不復(fù)雜,但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,而且先修課程多。對于沒有實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說,對授課內(nèi)容缺乏直觀認(rèn)識,傳統(tǒng)授課模式的課堂效果易打折扣。而參與式教學(xué)由教師和學(xué)生共同參與教學(xué)內(nèi)容選用,首先把學(xué)生分成多個八人左右的小組,由教師引導(dǎo),學(xué)生以討論的形式對課程的教學(xué)目標(biāo)和教材的內(nèi)容進(jìn)行探討,結(jié)合學(xué)生的個性特點、興趣愛好和知識結(jié)構(gòu)等共同規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容,明確課程中模具的典型結(jié)構(gòu)、動作原理、標(biāo)準(zhǔn)化的模具組件和企業(yè)里的先進(jìn)設(shè)計方法等核心內(nèi)容作為此次教學(xué)的主要內(nèi)容,學(xué)生有些把握不好的章節(jié)或者理解困難的部分暫時擱置,隨課程的進(jìn)行再安排時間討論確定。這樣先確定課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實施的大致步驟。課前準(zhǔn)備首先,根據(jù)共同制定的教學(xué)內(nèi)容,教師整理出課堂要學(xué)習(xí)的課程綱要、要掌握的內(nèi)容、課堂活動規(guī)則以及課堂教學(xué)活動中學(xué)生需承擔(dān)的任務(wù)等文檔文件,并把這些文檔上傳到?jīng)_壓模具設(shè)計課程的網(wǎng)絡(luò)課程平臺上。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺上看到教師的教學(xué)課件和教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)幫助文檔,借助平臺進(jìn)行預(yù)習(xí),查閱收集相關(guān)學(xué)習(xí)資料、形成自己的見解并做好課堂教學(xué)活動的準(zhǔn)備工作。學(xué)生隨時可以通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺中的論壇、郵件等形式與教師溝通,教師也能及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。如“模具結(jié)構(gòu)”這一課程小節(jié),教師整理的資料包括沖壓模具的三種類型、16種模具典型結(jié)構(gòu)的Flash文件、實驗室中真實模具的照片、模具企業(yè)的模具動作視頻文件、學(xué)習(xí)要求等,這些資料都上傳至網(wǎng)絡(luò)課程平臺,學(xué)生結(jié)合教師的要求和自身的情況組成八人左右的興趣小組,對該小節(jié)做好充分的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備工作,組內(nèi)及師生間隨時可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行知識討論和經(jīng)驗分享。課中實施課堂上,教師做好導(dǎo)演的角色,有效組織和控制課堂教學(xué)實施過程。課堂具體實施分為預(yù)習(xí)的成果展示、師生間及小組間的討論交流、小組代表陳述討論成果和教師講解三個主要步驟。具體實施過程以“工作零件設(shè)計”這一小節(jié)為例。
1)設(shè)計成果展示。每各小組代表把組內(nèi)設(shè)計好的凸模和凹模通過教室多媒體展示給同學(xué),并把其設(shè)計原理、設(shè)計過程、相關(guān)計算等進(jìn)行演示和講解。講解時,同組的學(xué)生可以提示,甚至可以按照個人設(shè)計的不同情況順序完成成果的講解。這不僅促進(jìn)學(xué)生積極參加設(shè)計過程,還能提高學(xué)生的團(tuán)隊合作意識。
2)討論交流。不同小組間進(jìn)行不規(guī)律的討論交流,主要是針對各個小組設(shè)計的工作零件提出自己的看法,小組間的學(xué)生都可以互相問答,通過主動發(fā)現(xiàn)問題、思考問題,交流討論解決問題,從而使學(xué)生養(yǎng)成獨立的創(chuàng)新思維方式。教師以輔導(dǎo)者的身份參與到學(xué)生的討論中,肯定一些有新意的見解;對于一些不符合模具生產(chǎn)實踐,卻具有一定創(chuàng)意的想法,教師予以尊重并鼓勵引導(dǎo)學(xué)生大膽進(jìn)行創(chuàng)新研究。在教學(xué)過程中便形成民主、平等的課堂參與氛圍,學(xué)生有了參與課堂的熱情,積極展示自己的真實想法。
3)陳述討論成果和教師點評。各小組再簡單陳述討論形成的新成果。學(xué)生對于沖壓模具的工作零件結(jié)構(gòu)、功能、設(shè)計原理和計算方法有了較為深入的了解,但作為沒有在模具制造企業(yè)工作經(jīng)驗的學(xué)生來說,一切都是停留在理論上的,設(shè)計時很容易忽略生產(chǎn)實踐中有關(guān)設(shè)備、人力、加工成本等實際問題,而設(shè)計出理想化的工作零件。教師要有針對性地講解和點評,并結(jié)合視頻、圖片等媒介給學(xué)生以直觀認(rèn)識,讓學(xué)生通過思考對比,加深對所學(xué)知識的理解和掌握。課后環(huán)節(jié)課后環(huán)節(jié)主要包括課后反思和課外實踐兩個方面。教師把上節(jié)課需要補充的內(nèi)容以練習(xí)題的形式制成文檔,同時要求學(xué)生對課堂學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自我反思,并對一些學(xué)習(xí)有針對性地進(jìn)行課外實踐。對這些相關(guān)要求,學(xué)生全部可以通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺獲取。其中,學(xué)生通過反思反饋了解自己在學(xué)習(xí)過程中的參與程度,取得了哪些進(jìn)步,哪些方面做得滿意,哪些地方還尚需改進(jìn),并思考自己如何更好地參與到下面的教學(xué)環(huán)節(jié)中去。課外實踐既是課后作業(yè),又是學(xué)生參與教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),更多地需要學(xué)生自己動手動腦,強調(diào)模具設(shè)計的綜合運用,是實踐教學(xué)的主要內(nèi)容。學(xué)生要想很好地完成課外實踐,不僅需要走進(jìn)圖書館、實驗室,甚至要到模具企業(yè)進(jìn)行調(diào)研學(xué)習(xí),這就充分體現(xiàn)了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位。
3結(jié)束語
注塑模具的設(shè)計內(nèi)容一般包括注塑模具的概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計這兩個基本設(shè)計。其中注塑模具的概念設(shè)計的一般設(shè)計內(nèi)容如下:首先了解塑件要求和相關(guān)的模具制造條件,然后據(jù)此設(shè)計出合理的模具方案,最后結(jié)合客戶要求、成本因素等選擇最佳模具方案。注塑模具的詳細(xì)設(shè)計的一般設(shè)計內(nèi)容如下:首先根據(jù)概念設(shè)計的結(jié)果確定所制造的注塑模具的零部件尺寸和注塑模具的細(xì)化結(jié)構(gòu),然后校核成型的零件和受力零件的強度、剛度等指標(biāo)。
2注塑模具設(shè)計時的考慮因素
注塑模具在設(shè)計過程中的考慮因素有很多,這些因素都直接或者間接地影響著注塑模具的質(zhì)量,因此注塑模具設(shè)計時一定要全面考慮,不可顧此失彼,這些因素大致可以分為以下四個方面,即注塑模具的材料、制品設(shè)計、模具設(shè)計以及注塑模具的成型工藝。其中注塑模具的材料選擇是確保注塑模具質(zhì)量的前提條件,因此選擇時要格外注意材料的物理、化學(xué)和加工性能,這樣才能設(shè)計出合理的模具;制品設(shè)計、模具設(shè)計是注塑模具制造成功的關(guān)鍵,制品設(shè)計包括對制品的形狀、尺寸、支撐面、拔模強度、加強筋以及一些結(jié)構(gòu)(孔、螺紋、圓角等)的設(shè)計,要保證制品壁厚的均勻,而模具設(shè)計時考慮的因素最多,包括材料性能、結(jié)構(gòu)、用途、注塑機(jī)型號及其工作能力等,這都是注塑模具設(shè)計的基礎(chǔ);注塑模具的成型工藝是是注塑模具制造成功的最終保障,需予以高度重視,需要考慮到料筒、噴嘴和模具的承受溫度、注塑的壓力、注塑過程中的保壓壓力大小和時間、冷卻的時間等因素。
3幾種常用的應(yīng)用了知識工程的注塑模具設(shè)計技術(shù)
3.1基于KBE的注塑模具設(shè)計技術(shù)
KBE技術(shù)是一種新興的、開放性的智能研究技術(shù)[2],是注塑模具設(shè)計實現(xiàn)智能化的重要手段?;贙BE的注塑模具設(shè)計過程中,設(shè)計時以知識模型為設(shè)計中心,因此構(gòu)建模具的幾何模型并轉(zhuǎn)化為特征模型顯得尤為重要,在轉(zhuǎn)化過程中要善于利用特征技術(shù),如設(shè)計、特征識別等,然后設(shè)計系統(tǒng)要綜合考慮用戶需求,進(jìn)行設(shè)計交互,以確定模具的設(shè)計參數(shù)等,最后將這些確定的、合理的設(shè)計參數(shù)糅合到特征模型中,進(jìn)而構(gòu)建出知識模型。該技術(shù)的數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計經(jīng)驗等均利用集成工具集成到設(shè)計系統(tǒng)中,實現(xiàn)一體化,設(shè)計過程便捷,不存在設(shè)計瓶頸,提高了注塑模具的設(shè)計效率和質(zhì)量。
3.2基于CAD/CAE/CAM技術(shù)的注塑模具設(shè)計
CAD/CAE/CAM技術(shù)的注塑模具設(shè)計是基于模具幾何特征和非幾何特征的、在計算機(jī)系統(tǒng)的輔助作用下進(jìn)行注塑模具設(shè)計的一種先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)[3],在設(shè)計過程中模具設(shè)計人員要以注塑模具的綜合特性和技術(shù)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計、優(yōu)化和確定,同時還需要分析工藝和力學(xué)性能,轉(zhuǎn)化為相關(guān)的技術(shù)文檔,進(jìn)而利用信息進(jìn)行工藝設(shè)計和NC編程,并轉(zhuǎn)化為需要的控制信息。該技術(shù)的CAD部分主要設(shè)計注塑模具的建模、方案設(shè)計、零件設(shè)計、零件裝配以及模具結(jié)構(gòu)校核等;CAE部分涉及注塑模具的力學(xué)分析、流動分析、冷卻分析等;CAM部分涉及到數(shù)控仿真技術(shù)以及數(shù)控程序生成等。利用CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行注塑模具設(shè)計可以提高模具設(shè)計的精準(zhǔn)度和設(shè)計效率,保障模具的質(zhì)量,減少注塑模具的制作時間和周期,降低注塑模具的制造成本,提高注塑模具設(shè)計人員的興趣和主觀能動性,此外,這也有利于模具企業(yè)的管理。
4結(jié)束語