龙呀呀呀
模具专业毕业设计模式的实践与探讨以模具专业学生的毕业设计模式的改革为例，探讨计算机技术在模具专业学生毕业设计中的应用范围、步骤及结果，明确指出了模具设计理论同先进设计方法相结合在模具专业学生毕业设计教学环节的重要性和必然性。 关键词：模具设计 毕业设计 计算机技术 1 引言 模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。 根据社会发展对模具专业学生的新要求以教学生的实际情况，探圳大学工程技术学院对99级模具设计方向学生的毕业设计的进行了较大的改节，并取得了较好的效果。 2 模具专业学生培养目标 深圳大学模具设计专业隶属于深圳大学工程技术学院机械制造及其自动化专业，主要是从事注射模的设计与制造。为了明确本方向的培养目标，我们对珠江三角洲，特别是深圳周边地区模具企业进行了比较广泛的社会调查，调查结果表明，用人单位要求毕业生有较高的思想品质和道德修养，爱岗敬业和较好的与人协调共事能力，要求毕业生基础理论扎实，着重基本技能的掌握和再学习能力，要求毕业生熟练掌握外语，有一定的计算机软件应用和开发能力。 根据调查结果分析，我们把模具专业人才培养的规格定位于：面向各类型企业，培养爱岗敬业，具备机械及各类模具设计与制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造能力，能在模具生产第一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和经营销售的应用型工程技术和管理人才。据此把拓宽专业口径，课程体系合理，教学内容优化、实验研究能力强，社会适应面宽，作为本方向教学的基本指导思想，将模具设计理论、实践与及计算机应用融合为一体。 3 计算机技术在注射模中的应用领域 塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面： (1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。 (2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。 (3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。 (4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。 (5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。 (6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。 目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。 4 模具专业毕业设计模式 模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是学生大学四年所学的机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要学生了解大量的实践经验。 通过毕业设计，应使学生在下述基本能力上得到培养和锻炼：①塑料制品的设计及成型工艺的选择；②一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；④了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合， 以往的毕业设计严格来说只能算是模具设计这门课的课程设计；老师指定一个塑料产品，有时甚至连产品模型图都交给学生，学生按照谍本上的模具设计步骤一步步做下去，由于没有实践经验，学校也不可能将学生的设计变成实际产品，因此，设计的合不合理，学生不知道，即使有经验的老师指不出不合理处，学生也没有感性认识，只能是纸上谈兵。学生踏人社会，从事实际产品设计，往往会发现无从下手，即使设计出来也是废纸一张，通常都要通过1到2年的时间才能入门。因此，学生常会感叹：在学校什么也没学到这不能不说是我们教育的失败。 为了改变这种状况，在99级的毕业设计中，我们采取将模具设计内容同CAD/CAM/CAE紧密结合在一起，学生通过先进的软件仿真，可以随时发现自己在每一步设计中的不合理处，会找出各种解决方案让设计趋于合理，同时掌握了最先进的设计，加上及分析技术，提高了学生的学习兴趣和创新能力，使毕业设计真正成为了学生实际工作前的一次全过程模拟。设计流程如图1所示。为了保证毕业设计的质量，我们专门成立了一个 由4名老帅组成的模具设计指导小组，每个老师负责设计流程的一个步骤。此次参加模具设计毕业课题的学生共15人，我们分成5组，每组3人。 首先在布置毕业设计题目时，不给出具体的塑件制品，只是告诉学生要做一个开关按钮，学生根据自己的兴趣，确定自己的设计产品：游戏机手柄按钮、眼镜盒开关按钮、电灯墙壁开关按钮以及鼠标按钮等。通过市场调研、查阅大量的文献资料，确定自己塑件的外形及内部结构。采用三维造型软件Pro/E设计出塑件的内外结构，用AutoCAD绘出二维图，在结构设计过程中，运用结构分析软件MSCPatran分析按钮受力后的结构强度、刚度及应力等，对结构进行不断修正，学生会发现机械设计、工业产品设计、材料力学、理论力学等课程的知识在这个阶段都有所体现，对以前所学课程也是一个综合应用的过程。图2为某学牛设计的游戏机按钮装配图及爆炸图，图3为按钮对角两点受力时的最大变形和最大应力图。塑料制品设计完成后，进行模具结构设计，采用的是Prom/E下的模具设计模块对产品建立工件进行分型、分割、抽取得到型芯、型腔文件；通过专家模座系统EMX(Pro/E，系统外挂程序之一)建立标准模座零件及滑块、斜销等其它附件。这个过程实际上并没有结束，它要同后续的注塑过程数值分析紧密联系起来，所采用的注射流动分析软件是MoldFlow，根据熔体在浇注系统和型腔中的流动过程的动态图，改进模具浇注系统、调整注射工艺参数，使模具各系统的设计达到最佳。图4为分析出的最佳浇注位置以及采用圆形排列的流道方式进行注塑，最后注塑出来的结果。图5为按钮模具的装配图及爆炸图。模具结构完成后，进行数控加工，我们采用的是MasterCAM0加工软件，完成模具的虚拟加工过程，并自动编制数控加工的NC代码，利用仿真模块可以查看加工完后工件的合理性。 最后学生要提供详细的设计说明书以及完整的二维、三维图纸。在论文撰写阶段和答辩过程中，学生还采用了ACDSee图像软件，用来截取设计图像并辅助介绍整个设计过程；采用Office软件用来做文字的处理，写出分析报告。 每位学生在整个设计完成后，都必须对自己的没计 过程及结果做一个总结，提出本设计的创新与特色在何处。例如在建模部分或流道设计部分，同时也要考虑设计中存在问题以及相应的解决方法，从大多数学生的总结来看，学生迫切体会到了实践经验的欠缺，因此，在下一届学生的毕业设计中我们力争多请企业的设计人员同学生交流，多让学生接触到实际的设计、生产过程， 至此，学生完成了一个项目的全过程：塑料制品设计--模具设汁--模具加工．学生可以在计算机上看到自己设计、加工出来的最终产品，体会到成功的感觉。5 结束语 通过对此次毕业设计模式的改革，学生既对大学四年课程的学习做了—个总结，同时又掌握了最流行的、同社会实际最靠近的设计、加工方法。因此，本届模具专业方向的毕业生受到了社会的欢迎，深圳某大型台资公司模具部一次意愿接受本校的毕业生5名．取得了很好的社会效益。 (end) 
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一、龟裂 龟裂是塑料制品较常见的一种缺陷，产生的主要原因是由于应力变形所致。主要有残余应力、外部应力和外部环境所产生的应力变形。 （－）残余应力引起的龟裂 残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。作为 在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面入手： （1）由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。 （2）在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。 （3）一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。 （4）注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行Th次保压切换效果较好。 （5）非结晶性树脂，如 AS树脂、 ABS树脂、 PMMA树脂等较结晶性树脂如聚乙烯、聚甲醛等容易产生残余应力，应予以注意。 脱模推出时，由于脱模斜度小、模具型胶及凸模粗糙，使推出力过大，产生应力，有时甚至在推出杆周围产生白化或破裂现象。只要仔细观察龟裂产生的位置，即可确定原因。 在注射成型的同时嵌入金属件时，最容易产生应力，而且容易在经过一段时间后才产生龟裂，危害极大。这主要是由于金属和树脂的热膨胀系数相差悬殊产生应力，而且随着时间的推移，应力超过逐渐劣化的树脂材料的强度而产生裂纹。为预防由此产生的龟裂，作为经验，壁厚7"与嵌入金属件的外径通用型聚苯乙烯基本上不适于宜加镶嵌件，而镶嵌件对尼龙的影响最小。由于玻璃纤维增强树脂材料的热膨胀系数较小，比较适合嵌入件。 另外，成型前对金属嵌件进行预热，也具有较好的效果。 （二）外部应力引起的龟裂 这里的外部应力，主要是因设计不合理而造成应力集中，特别是在尖角处更需注意。 （三）外部环境引起的龟裂化学药品、吸潮引起的水降解，以及再生料的过多使用都会使物性劣化，产生龟裂。二、充填不足充填不足的主要原因有以下几个方面：1）树脂容量不足。 2）型腔内加压不足。 3）树脂流动性不足。 4）排气效果不好。作为改善措施，主要可以从以下几个方面入手： 1）加长注射时间，防止由于成型周期过短，造成浇口固化前树脂逆流而难于充满型腔。 2）提高注射速度。 3）提高模具温度。 4）提高树脂温度。 5）提高注射压力。 6）扩大浇口尺寸。一般浇口的高度应等于制品壁厚的1／2～l／3。 7）浇口设置在制品壁厚最大处。 8）设置排气槽（槽深在01～03mm之间变化，宽约5～10mm，随塑料品种而定）或排气杆。对于较小工件更为重要。9）选用低粘度等级的材料。 10）加入润滑剂。三、皱招及麻面 产生这种缺陷的原因在本质上与充填不足相同，只是程度不同。因此，解决方法也与上述方法基本相同。特别是对流动性较差的树脂（如聚甲醛、PMMA树脂、聚碳酸酯及PP树脂等）更需要注意适当增大浇口和适当的注射时间。四、缩坑 缩坑的原因也与充填不足相同，原则上可通过过剩充填加以解决，但却会有产生应力的危险，应在设计上注意壁厚均匀，应尽可能地减少加强肋、凸柱等地方的壁厚。五、溢边对于溢边的处理重点应主要放在模具的改善方面。而在成型条件上，则可在降低流动性方面着手。具体地可采用以下几种方法： 1）降低注射压力。 2）降低树脂温度。 4）选用高粘度等级的材料。 5）降低模具温度。 6）研磨溢边发生的模具面。 7）采用较硬的模具钢材。 8）提高锁模力。 9）调整准确模具的结合面等部位。 10）增加模具支撑柱，以增加刚性。 11）根据不同材料确定不同排气槽的尺寸。六、熔接痕 熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善： l）调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。 2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。 3）尽量减少脱模剂的使用。 4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。 5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。七、烧伤 根据由机械、模具或成型条件等不同的原因引起的烧伤，采取的解决办法也不同。 1）机械原因，例如，由于异常条件造成料筒过热，使树脂高温分解、烧伤后注射到制品中，或者由于料简内的喷嘴和螺杆的螺纹、止回阀等部位造成树脂的滞流，分解变色后带入制品，在制品中带有黑褐色的烧伤痕。这时，应清理喷嘴、螺杆及料筒。 2）模具的原因，主要是因为排气不良所致。这种烧伤一般发生在固定的地方，容易与第一种情况区别。这时应注意采取加排气槽反排气杆等措施。 3）在成型条件方面，背压在300MPa以上时，会使料筒部分过热，造成烧伤。螺杆转速过高时，也会产生过热，一般在40～90r／min范围内为好。在没设排气槽或排气槽较小时，注射速度过高会引起过热气体烧伤。八、银线 银线主要是由于材料的吸湿性引起的。因此，一般应在比树脂热变形温度低10～15℃的条件下烘干。对要求较高的聚甲基丙烯酸酯系列，需要在75℃左右的条件下烘干4～6h。特别是在使用自动烘干料斗时，需要根据成型周期（成型量）及干燥时间选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料。 另外，料简内材料滞流时间过长也会产生银线。不同种类的材料混合时，例如聚苯乙烯和ABS树脂、AS树脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。九、喷流纹 喷流纹是从浇口沿着流动方向，弯曲如蛇行一样的痕迹。它是由于树脂由浇口开始的注射速度过高所导致。因此，扩大烧四横截面或调低注射速度都是可选择的措施。另外，提高模具温度，也能减缓与型腔表面接触的树脂的冷却速率，这对防止在充填初期形成表面硬化皮，也具有良好的效果。十、翘曲、变形 注射制品的翘曲、变形是很棘手的问题。主要应从模具设计方面着手解决，而成型条件的调整效果则是很有限的。翘曲、变形的原因及解决方法可参照以下各项： 1）由成型条件引起残余应力造成变形时，可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。 2）脱模不良引起应力变形时，可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。 3）由于冷却方法不合适，使冷却不均匀或冷却时间不足时，可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如，可尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。 4）对于成型收缩所引起的变形，就必须修正模具的设计了。其中，最重要的是应注意使制品壁厚一致。有时，在不得已的情况下，只好通过测量制品的变形，按相反的方向修整模具，加以校正。一般结晶性树脂（如聚甲醛POM、尼龙PA、聚丙烯PP、聚乙烯PE及聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等）比非结晶性树脂（如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、ABS树脂及AS树脂等）的变形大。另外，由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性，变形也大十一、气泡 根据气泡的产生原因，解决的对策有以下几个方面： 1）在制品壁厚较大时，其外表面冷却速度比中心部的快，因此，随着冷却的进行，中心部的树脂边收缩边向表面扩张，使中心部产生充填不足。这种情况被称为真空气泡。解决方法主要有： a）根据壁厚，确定合理的浇口，浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的50％～60％。 b）至浇口封合为止，留有一定的补充注射料。 c）注射时间应较浇口封合时间略长。 d）降低注射速度，提高注射压力， e）采用熔融粘度等级高的材料。2）由于挥发性气体的产生而造成的气泡，解决的方法主要有： a）充分进行预干燥。 b）降低树脂温度，避免产生分解气体。 3）流动性差造成的气泡，可通过提高树脂及模具的温度、提高注射速度予以解决。十二、白化 白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。脱模效果不佳是其主要原因。可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响
