壓鑄工藝及模具設(shè)計(jì)的教學(xué)改革淺析

[摘要]壓鑄工藝及模具設(shè)計(jì)是模具專業(yè)的一門專業(yè)課，本文主要針對(duì)壓鑄模設(shè)計(jì)課程傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，提出對(duì)本課程教學(xué)改革的幾個(gè)主要途徑，闡述學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該注意的要點(diǎn)，力圖提高學(xué)生進(jìn)行壓鑄模設(shè)計(jì)的基本能力。

[關(guān)鍵詞]壓鑄模設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：H319.1

一、 前言

在機(jī)械類專業(yè)中，模具設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)重要的專業(yè)方向，其中《壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)》是模具的專業(yè)課之一。國內(nèi)的壓鑄行業(yè)雖然屬于新興的行業(yè)，但是起點(diǎn)低，基礎(chǔ)差，直到上世紀(jì)八十年代，全國也只有幾家單位有1000噸以下的壓鑄機(jī)，國內(nèi)只能制造最大630噸壓鑄機(jī)，并且大部分壓鑄機(jī)合模機(jī)構(gòu)還是全液壓的，非常落后。但是隨著八十年代末起，摩托車生產(chǎn)的快速發(fā)展，尤其是二十一世紀(jì)汽車工業(yè)的大發(fā)展，壓鑄行業(yè)得到了高速發(fā)展，壓鑄模具也向高精度、高可靠性方向發(fā)展。作為參與壓鑄行業(yè)的未來生力軍，高校培養(yǎng)的模具方面的人才，必須與企業(yè)的技術(shù)崗位要求相適應(yīng)，除了掌握壓鑄生產(chǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)之外，還應(yīng)該緊跟壓鑄技術(shù)的發(fā)展潮流。因此，在此課程的教學(xué)上也應(yīng)該做出相應(yīng)的調(diào)整，使學(xué)生盡快掌握壓鑄生產(chǎn)的必要技能，具備快速上崗的技術(shù)能力。本文主要探討壓鑄模設(shè)計(jì)教改的幾點(diǎn)思路。

由于與注塑模具同為型腔類模具，模具結(jié)構(gòu)方面與注塑模有很多相似的地方，因此都參照注塑模的教學(xué)形式進(jìn)行授課，在課程設(shè)計(jì)時(shí)，很容易按照注塑模的方法照搬照套，顯然會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)要求相脫節(jié)的情況。在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常不考慮壓鑄工藝的特點(diǎn)，對(duì)模具的要求主要集中在模具精度方面，對(duì)其他的技術(shù)要求往往考慮不多。

二、 教學(xué)改革幾個(gè)主要途徑

1、 重視壓鑄生產(chǎn)工藝的教學(xué)

要獲得高質(zhì)量、高水平的壓鑄件，特別是使薄壁而形狀復(fù)雜的壓鑄件達(dá)到光潔、輪廓清晰、組織致密、強(qiáng)度高的要求、壓鑄過程中各影響因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，壓鑄工藝參數(shù)的控制是關(guān)鍵。壓鑄生產(chǎn)的最終目的是得到合格的壓鑄件，雖然壓鑄件的外形尺寸主要是靠壓鑄模具的型芯和型腔尺寸來保證，但是壓鑄件的質(zhì)量問題更多體現(xiàn)在工件是否存在內(nèi)部缺陷或者缺陷的嚴(yán)重程度。

常見的壓鑄件內(nèi)部缺陷，如氣孔、縮孔、疏松等，與壓鑄工藝參數(shù)的關(guān)系很大。脫離工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)及模具各個(gè)系統(tǒng)的形狀尺寸，都很容易造成各種缺陷。相對(duì)于注塑生產(chǎn)來說，壓鑄生產(chǎn)的工藝更加復(fù)雜，對(duì)模具的影響更大。比如對(duì)模具使用壽命的影響因素來說，從合金材料的成分到壓鑄工藝參數(shù)都有很大的影響。因此在滿足成形情形下，盡量使用比較低的低速壓射速度和高速壓射速度。充填速度過高會(huì)造成粘模、沖蝕、龜裂；當(dāng)?shù)退賶荷渌俣容^高使金屬液包裹較多的氣體時(shí)，氣體在高速壓射進(jìn)入型腔中的低壓區(qū)會(huì)膨脹，氣體膨脹產(chǎn)生爆破，氣體帶動(dòng)鋁液以很高的速度沖擊、侵蝕型腔表面，造成型腔表面氣蝕缺損被氣蝕的表面也會(huì)有裂紋產(chǎn)生。

因此，應(yīng)該重視壓鑄工藝的合理設(shè)計(jì)，只有正確選擇和調(diào)整這些因素，使之協(xié)調(diào)一致，才能獲得預(yù)期的效果。學(xué)生應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)壓鑄生產(chǎn)的主要參數(shù)如壓射壓力、充填速度、壓鑄溫度、壓鑄時(shí)間、充填特性等概念的含義，了解這些參數(shù)對(duì)合金液充填型腔并壓鑄成形的影響規(guī)律，才能更合理的設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，正確選取模具工作尺寸。

2、 使用壓鑄模擬提高教學(xué)效果

采用傳統(tǒng)教學(xué)中的方法講授壓鑄模設(shè)計(jì)這類的課程，很難讓學(xué)生理解模具設(shè)計(jì)的要求，只能靠想象去猜想模具結(jié)構(gòu)零件的的形狀及位置。結(jié)合實(shí)驗(yàn)課，拆裝真實(shí)的模具去理解課程中的模具圖無疑是必須的環(huán)節(jié)。而對(duì)于壓鑄模具課程設(shè)計(jì)，參考設(shè)計(jì)資料上的圖例及設(shè)計(jì)參數(shù)是必不可少的，但是要合理地設(shè)計(jì)模具，可以參照企業(yè)的設(shè)計(jì)步驟。為了減少設(shè)計(jì)的周期，提高設(shè)計(jì)的可靠性，采用模擬仿真來輔助設(shè)計(jì)模具是有效的方法。

目前有很多適合壓鑄模流分析軟件，比如PROCAST、MAGMA、FLOW-3D及華鑄CAE等。壓鑄生產(chǎn)中合金氧化物的產(chǎn)生是不可避免的，這些氧化物雜渣缺陷會(huì)在填充過程中無法排出模具型腔外部而留在鑄件內(nèi)部，F(xiàn)low-3D可以追蹤氧化物的形成和運(yùn)動(dòng)軌跡。此外，填充過程的卷氣最終會(huì)形成內(nèi)在氣孔，F(xiàn)low-3D也可以顯示氣孔的形成和運(yùn)動(dòng)軌跡。壓鑄件在填充時(shí)的溫差會(huì)產(chǎn)生冷流，在冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生縮孔，F(xiàn)low-3D的熱場仿真可以找出冷隔或縮孔形成的位置，是模具設(shè)計(jì)人員決定合適的冷卻系統(tǒng)。

在教學(xué)實(shí)踐中，壓鑄模擬還可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)壓鑄過程的理解，通過模擬，可以讓學(xué)生明白各種不同的澆注系統(tǒng)對(duì)充填質(zhì)量的影響。對(duì)學(xué)生來說，分清不通不同形狀的壓鑄件、內(nèi)澆口的位置和形狀的合金溶液流向，僅僅憑書本上的敘述是很難理解的。模擬可以讓學(xué)生看到壓鑄時(shí)模具內(nèi)部的真實(shí)流動(dòng)和凝固情況，從而優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和工藝看到內(nèi)澆口位置和形狀改變后合金溶液的流動(dòng)充填狀況，以及產(chǎn)生壓鑄缺陷的大小和位置。經(jīng)過改動(dòng)工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)，看到不同的充填效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)后，能設(shè)計(jì)出更合理的模具。

3、 教學(xué)內(nèi)容要與生產(chǎn)發(fā)展相適應(yīng)

壓鑄模設(shè)計(jì)教學(xué)中，講得對(duì)多的往往是最基本的概念及最簡單的模具結(jié)構(gòu)，一般要求學(xué)生更多的是保證產(chǎn)品形狀及精度等。但是現(xiàn)在的壓鑄生產(chǎn)已經(jīng)不僅僅滿足于是把產(chǎn)品做出來即可。因此教學(xué)中應(yīng)該讓學(xué)生的思維跟上行業(yè)生產(chǎn)的形勢需要，要與生產(chǎn)發(fā)展相一致。

由于近幾年壓鑄模具企業(yè)的裝備水平、檢測設(shè)備的引進(jìn)以及加工軟件的應(yīng)用，模具加工精度普遍有所提高，對(duì)于澆排系統(tǒng)對(duì)壓鑄產(chǎn)品的質(zhì)量影響也有所認(rèn)識(shí)。對(duì)于壓鑄廠來說，設(shè)計(jì)制造大型復(fù)雜壓鑄模是技術(shù)高低的體現(xiàn)，因此對(duì)于模具結(jié)構(gòu)、模具強(qiáng)度計(jì)算、模具冷卻水路的布置等影響模具壓鑄生產(chǎn)成品率、模具可靠性、生產(chǎn)效率、模具壽命的因素，都必要同時(shí)考慮率，以免模具在使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題，模具的可靠性也影響到生產(chǎn)效率，直接影響了壓鑄企業(yè)的生產(chǎn)、質(zhì)量和效益。

比如說模具材料的選用，國內(nèi)的教科書基本上都是介紹國產(chǎn)模具鋼，而實(shí)際上國內(nèi)很多壓鑄廠都廣泛使用各國生產(chǎn)的模具用鋼，學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)都按照書本上介紹的國產(chǎn)模具鋼牌號(hào)選模具零件材料，對(duì)國際牌號(hào)卻不甚了解，這直接導(dǎo)致了不能學(xué)以致用。再比如對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)都把重點(diǎn)放在模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上面，對(duì)模具溫度的控制及冷卻水道的設(shè)計(jì)，教材上多講述水道的布置形式等最基本的知識(shí)，而現(xiàn)代壓鑄模已經(jīng)重點(diǎn)關(guān)注模具溫度場的變化，對(duì)模具冷卻水的控制要求作為壓鑄工藝上的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，要求冷卻水必須到位，并且在試模過程中并加以調(diào)整，以滿足全自動(dòng)生產(chǎn)為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4、 抓好課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量

課程設(shè)計(jì)是學(xué)好壓鑄模設(shè)計(jì)這門課的必要實(shí)踐環(huán)節(jié)，目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)壓鑄模具的能力。課程設(shè)計(jì)可以使學(xué)生進(jìn)一步了解壓鑄工藝各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)對(duì)壓鑄成型的影響，工藝參數(shù)應(yīng)該與模具設(shè)計(jì)相結(jié)合，從最基本的保證壓鑄件的形狀成型及消除或減少壓鑄缺陷，靈活運(yùn)用所學(xué)的壓鑄模設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，到更高層次的從壓鑄生產(chǎn)的方面考慮，提高設(shè)計(jì)、制造水平，關(guān)注模具細(xì)節(jié)，提高模具使用的可靠性，提高模具使用、維護(hù)的方便性，提高壓鑄生產(chǎn)效率，從客戶的要求著想，提高模具的檔次。

課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)該盡量取自生產(chǎn)實(shí)例，設(shè)計(jì)步驟按企業(yè)實(shí)際規(guī)范進(jìn)行，不宜太拘泥于教科書的形式。設(shè)計(jì)中考慮的問題要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)分清主次，制圖規(guī)范在應(yīng)用國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況做適當(dāng)修改。對(duì)于一些術(shù)語的名稱，應(yīng)該把教科書上的術(shù)語與企業(yè)實(shí)際通用的術(shù)語有機(jī)聯(lián)系在一起，既要掌握教材上的概念，也應(yīng)該了解企業(yè)里約定俗成的叫法，這樣才能更加快捷適應(yīng)以后的工作崗位。

三、 教改總結(jié)

作為模具專業(yè)的一門專業(yè)課，雖然壓鑄模設(shè)計(jì)比沖壓模設(shè)計(jì)和塑料模設(shè)計(jì)的課時(shí)要少，不能像塑料模設(shè)計(jì)那樣詳細(xì)的講解，不過可以通過與注塑模結(jié)構(gòu)上的異同比較，簡單參照與注塑模的結(jié)構(gòu)，對(duì)成型系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)等做簡單介紹，重點(diǎn)掌握澆注系統(tǒng)等區(qū)別較大的內(nèi)容，并充分講解壓鑄工藝方面的知識(shí)，提高壓鑄模的學(xué)習(xí)效率。充分利用多媒體手段，利用模擬流體分析，通過動(dòng)畫、圖片、數(shù)據(jù)等，使學(xué)生對(duì)書本上描述的原理、充填的結(jié)果、壓鑄缺陷的產(chǎn)生原因有更加直觀、清晰的感官認(rèn)知，變抽象的知識(shí)為可以清楚看到的壓鑄生產(chǎn)過程演示，對(duì)掌握壓鑄生產(chǎn)的工藝規(guī)律，設(shè)計(jì)合理的壓鑄模具，慢慢掌握與現(xiàn)代壓鑄生產(chǎn)所需具備的技術(shù)能力，為以后從事壓鑄行業(yè)做好技術(shù)準(zhǔn)備。