沖壓模具虛擬實驗室的研究與開發(fā)

◎ 文建平

在模具專業(yè)， 學生的模具設計能力是核心職業(yè)能力之一。 沖壓模具設計的核心是遵循金屬材料變形規(guī)律，進行模具的結構設計，以最經(jīng)濟的方法生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。 模具實驗的主要目的是使學生掌握模具各部分的結構，了解模具的工作原理，分析金屬材料在成形過程中的變形。 由于產(chǎn)品種類繁多，不同產(chǎn)品的模具結構復雜多樣， 為彌補傳統(tǒng)的實物模型認知實驗不能滿足教學需要的缺陷，我們期望以“沖壓模具虛擬實驗室”的建設，改革教學方法和手段，將抽象的概念和理論直觀化、形象化，方便學生對抽象概念的理解，將“教、學、做”融為一體，強化學生能力的培養(yǎng)。

一、沖壓模具虛擬實驗室的主要功能

虛擬實驗，就是按照實驗教學的基本要求，建立虛擬的工程實驗環(huán)境， 運用各種虛擬實驗儀表和設備，對建立起來的實驗模型進行實時仿真，構成新型的教學實驗。 我們根據(jù)教學大綱要求與對模具實物實驗室的補充與完善， 確定沖壓模具虛擬實驗室的主要功能是：

1.能查詢沖壓模具設計數(shù)據(jù)與設計案例；

2.能模擬沖壓零件工藝過程和材料變形過程；

3.能仿真模具工作原理；

4.能展示模具拆裝過程；

5.能虛擬拆裝模具并虛擬觀察模具零件結構。

通過沖壓模具虛擬實驗，應達到的實驗目的是：認識模具零件的名稱、作用和相配零件的配合關系；了解沖壓模具工藝過程和金屬材料成型規(guī)律； 掌握模具工作原理；熟悉模具結構和模具零件裝配關系；會分析模具零件的結構工藝性及其制造工藝。

二、沖壓模具虛擬實驗室的開發(fā)

沖壓模具虛擬實驗室采用“平民化”的技術，應用桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，實現(xiàn)教學型虛擬實驗室的建設和應用。 即采用常用Powerpoint、Flash、Autocad、Pro/E、UG、3Dmax 等軟件與技術，實現(xiàn)模具虛擬實驗室的功能。 由模具設計人員建設，從而達到“專注”于模具結構研究，充分體現(xiàn)模具虛擬實驗室的核心功能。

開發(fā)過程是： 采用模具設計軟件Pro/E、UG、Autocad 進行三維建模或引用生產(chǎn)一線的模具圖；將Pro/E、UG 軟件格式文件轉換成Autocad 的DWG 格式文件；將生成的DWG 文件導入三維動畫軟件3Dmax， 進行模具的動畫設計， 實現(xiàn)對模具的工作原理仿真與拆裝演示；將Autocad 的DWG 格式文件輸出成Autocad 的DWF 格式文件， 利用DWF 文件的特性進行模具的虛擬拆裝；用Powerpoint 或Flash 軟件合成。

沖壓模具虛擬實驗室的構成如圖1 所示。 進入沖壓模具虛擬實驗室， 主界面是對沖壓模具虛擬實驗室的介紹，利用下拉式菜單進入不同類型的模具，邊菜單選擇具體的模具，每種模具分為四個部分：模具介紹、模具工作原理仿真、模具拆裝演示、模具虛擬拆裝，如圖2 所示。

三、模具的虛擬拆裝

《沖壓模具虛擬實驗室》的虛擬拆裝功能，主要是利用AUTOCAD 支持的數(shù)據(jù)文件DWF 實現(xiàn)。DWF（Drawing Web Format） 是Autodesk 為了能夠在Internet 上顯示AutoCAD 圖形，而開發(fā)的一種開放、安全的文件格式， 它可以將豐富的設計數(shù)據(jù)高效率地分發(fā)給需要查看、評審或打印這些數(shù)據(jù)的任何人，可以在不損失原始圖形文件數(shù)據(jù)特性的前提下通過DWF 文件格式共享其數(shù)據(jù)和文件。

DWF 文件的查看，必須安裝免費的DWF 瀏覽器。在安裝AUTOCAD 軟件時會自動安裝該瀏覽器， 如果使用的計算機中沒有安裝AUTOCAD， 可以免費下載或在AUTOCAD 安裝文件中查找到DWF 瀏覽器。

DWF 瀏覽器提供了豐富的工具，可以通過菜單或直接點擊選擇零件， 通過相就的工具利用鼠標與鍵盤實現(xiàn)零件的移動、旋轉、實時縮放，剖切及標注尺寸等功能。 這些工具操作方便，實用性強，效果如圖3 所示。

圖1 沖壓模具虛擬實驗室

圖2 模具工作原理仿真

四、沖壓模具虛擬實驗室的教學特點

《沖壓模具虛擬實驗室》經(jīng)過多年的建設與在教學中應用，具有如下教學特點：

1.有利于教學實驗的開放

“開放性” 實驗教學是現(xiàn)代實驗教學的重要思想。 沖壓模具虛擬實驗室可以上傳到網(wǎng)上，學生可以隨時隨地在計算機網(wǎng)絡上做實驗，為學生營造了一個寬松、民主的教學環(huán)境和氣氛。

2.有利于培養(yǎng)學生的新能力

在模擬實驗室中， 學生可以自主地研究模具的結構，有利于發(fā)展學生的思維能力和空間想象能力，學生加深了對沖壓工作原理、模具結構的理解，開闊了眼界，達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的目的。

3.有利于學生終生學習

《沖壓模具虛擬實驗室》中的模具是來自是于生產(chǎn)一線，同時模具數(shù)量較多，范圍比較廣。 可以當作學生工作后的工具性資料。

4.有利于實現(xiàn)以學生為主體的探索型教學模式

該系統(tǒng)提供人文的教學環(huán)境， 在人機交互過程中，學生可以自主選擇學習內(nèi)容、研究不同類型模具的結構。 這種無窘迫感的良好學習環(huán)境，可以充分發(fā)揮學生的直覺思維能力、 創(chuàng)造思維能力和實際的創(chuàng)造力，使學生個性得到更好的發(fā)展。

5.有利于實驗內(nèi)容的更新

教師可以收集新模具資料，及時補充，讓學生盡早了解和掌握本學科的先進技術。

[1]宋象軍.虛擬實驗室在高校實驗教學中的應用前景[J].實驗技術與管理，2005，（1）.

[2]文杰書院.AutoCAD2010 中文版新手自學手冊[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[3]蔣琴仙，施江瀾，戴仁俊.“沖壓模具的結構分析與拆裝”網(wǎng)上虛擬實驗[J].實驗室研究與探索，2006，(5).