《塑料成型工藝與模具設計》的教學改革與體會

高穎+王麗娟

摘要：筆者根據《塑料成型工藝與模具設計》的教學特點，采用動畫播放、視頻講解等多媒體教學手段，做好教學開篇與理論知識的學習；通過案例教學法與現場教學法，并借助先進的計算機分析技術，把理論與實踐很好地結合起來，適應了學生的發展需要，培養了學生分析問題、解決問題的能力，獲得了良好的教學效果。

關鍵詞：教學改革；案例教學；現場觀摩教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0081-02

一、引言

《塑料成型工藝與模具設計》是材料成型及控制工程專業（模具方向）的核心主干課程。課程涵蓋了高分子物理、塑料成型工藝、塑料成型機械與模具設計等多方面的專業知識，具有理論知識涉及面寬、知識點多、模具結構復雜且種類繁多等特點，是一門綜合性與實踐性很強的專業課程，是后續塑料模具課程設計與畢業設計的基礎，也是學生將來就業的一個方向。

二、多媒體輔助教學見成效

教育信息化是教育發展的一個必然趨勢，而多媒體教學是教育信息化的重要組成部分。隨著計算機技術的普及，多媒體教學已被愈來愈多地應用在各學科的教學活動中，它以圖片、文字、聲音、視頻、動畫等多種媒體形式的有機結合，將傳統教學中枯燥、乏味、空洞的理論知識生動地展現在學生面前，從而提高教學效果，特別適用于擁有眾多復雜的模具結構、難于理解的理論知識點且實用性極強的《塑料成型工藝與模具設計》課程。

1.教學開篇，傳道授業解惑。師者，傳道授業解惑也。如何成功地做到這點，需要講究戰術戰略。學生是教學的主體，只有把握主體的心理，調動他們的學習興趣，才能授業解惑。好的開端是成功的一半，所以在教學開篇中（包括后續教學），通過計算機網絡、新聞報道、圖書資料等多種途徑收集素材，以多媒體形式穿插與塑料模具相關的各種信息，例如模具行業的最新資訊、塑料工業新技術及新工藝、成型設備發展的最新動態等，激發學生對塑料工業、模具行業的關注，培養其作為未來模具人的自豪感與危機感。

2.模具結構簡單化、形象化。《塑料成型工藝與模具設計》涉及的知識面非常廣泛，高分子物理、塑料成型工藝、塑料成型機械與模具設計等很多基本知識也是非常晦澀難懂的，例如塑料模具的結構就是由于塑料制件的千變萬化而種類繁多，結構復雜。教師要講解清楚其結構、原理，尤其是動作過程，僅靠教科書的二維平面圖形、輔以有限的模型及掛圖是比較困難的，對于講和學都具有很大的難度。為此，筆者結合課堂教學的需要，利用大量的業余時間，制作了相關模具的仿真動畫，將傳統教學手段難以觀察的動態塑料成型過程、模具內部結構及工作原理等內容，通過圖片、仿真動畫等多媒體手段生動、形象、直觀地展現給學生，使模具結構簡單化、形象化，便于學生理解和掌握，激發了學生的學習興趣和積極性。

例如注射模脫模機構是《塑料成型工藝與模具設計》的重要組成部分，要求學生了解脫膜機構的工作原理與具體零部件的結構形式，而脫模機構種類眾多，動作過程只看教材或圖片難以理解，有些復雜結構用語言講述讓學生想象難度比較大。所以，筆者針對教材注射模脫模結構設計，指導學生制作了Flash動畫，使脫模工作原理變得簡單明了、直觀易懂。動畫既可以單獨作為教學內容播放，也可以作為輔助手段，與PPt結合，相得益彰。通過圖1凸模推桿式脫模結構動畫演示，讓學生簡單形象地理解了凸模推桿式脫模結構工作原理，加深了對知識的掌握程度。

三、案例教學連首尾

《塑料成型工藝與模具設計》綜合性與實踐性很強。課程的目的之一就是要求學生學習完成后能夠獨立設計合理的塑料成型模具結構，正確繪制模具的總裝圖與所有零件圖。教師可以在課程開始即下達工作任務，分小組引入典型塑料制件，讓學生帶著任務學習理論知識，根據教學進程，選擇教學內容與工作任務所需的相關知識順序相對應，分組討論制件所用塑料的成型特點、塑料制件的尺寸和精度、表面質量、結構特點等問題，了解注射成型原理及其工藝過程，確定本組制件的工藝條件，選擇適合本組制件的注射工藝參數。隨著學習的深入，各組根據所學內容，考慮制件結構特點，正確選擇注射模類型，單分型面還是需要點澆口的雙分型面，或是采取有側向成型的側向分型與抽芯機構注射模，然后初步設計本組制件的注射模基本結構，選擇注射機及滿足本制件模具工作原理的標準模架。以電話機底殼為例，電話機底殼的體積為109.33cm3，分型面投影面積為369.3cm2，采用一模一腔，考慮模具有雙面側抽芯機構、鎖模力及模架的閉合高度，初選注塑機型號為XS-ZY-500。模架是塑料注射模具最基本的組成，其為標準件，是各個模板和型腔的組合，模具的各個結構都在模架上。除了型腔和型芯取決于塑件以外，模架的剩余部分都十分相似，從而使得模架標準化得以實現。通過對上述型腔側壁、底板及開模行程的計算，選定模架尺寸為450mm×400mm。由于存在側抽芯機構，則需先完成定距分型，因此選用龍記公司的簡化型細水口模架，先抽芯后開模，然后進入系統的澆注系統設計、成型零部件設計、導向及脫模機構設計、側向分型與抽芯機構及溫度調節機構細節設計。對于前面提到的電話機底殼，采用了直接澆口形式，無需設計分流道，不需要設置冷料穴拉料桿。成型零件的工作尺寸是指型、芯型腔的工作尺寸，其精度則直接影響塑件的精度。成型零部件的尺寸計算方法有兩種：第一種是平均值法，即根據塑料的平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；第二種是按照極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算。學生一般在案例分析中常采用第一種方法。對于有側孔側凹的塑件，一般還需要設置側向分型與抽芯機構。如本例中的電話機底殼兩面均需設計側抽芯機構，并且側孔較多。學生在設計中全部采用斜導柱滑塊抽芯機構，并根據將型芯從成型位置抽出至不影響產品脫模位置所移動的抽芯距，計算出了抽拔力、斜導柱直徑、斜導柱長度及最小開模距離。

在設計電話機底殼推出機構時，學生根據脫模機構設計原則，選擇了最常用的一種形式推桿機構推出。同時，計算了脫模力，以保障推桿數量不要過多，減少推桿對塑件表面質量的影響并簡化模具。推桿與推桿固定板的配合取為H8/f7，滑動部分與板配合為H7/f6，并保證一定的同軸度，配合長度取推桿直徑的1.5～2倍，且不小于10mm；推桿的位置選在脫模力最大的地方，以保證塑件順利脫模而且不發生變形損壞。推桿端面高出型芯、型腔表面0.05～0.1mm，不影響塑件的使用。最終，采用的推桿一共16根，其中包括11根直徑10mm、4根直徑8mm、1根直徑6mm。endprint

為避免塑件在脫模時變形，縮短成型周期，設置了冷卻系統，以得到物理性能優越的塑件。電話機底殼模具設計型腔采用的水路形式為循環式的冷卻管道，型芯選用的是兩套單一的冷卻通道，通道直徑均為10mm。定模板上的冷卻管道距板的底部為15mm，動模板上的冷卻管道距板的底部為70mm。

在這個過程中，為了讓學生掌握先進的技術分析手段，每組學生分工合作，借助ProE或UG等三維造型軟件對制件及模具結構做出實體模型。通過簡單培訓，使學生能夠使用moldflow模流分析軟件，對本組制件的注塑、保壓、冷卻以及翹曲等工藝過程進行有限元模擬，理解本制件的充填與冷卻特點，即學生對本組簡化的電話機殼體冷卻不均與收縮不均進行的翹曲分析。通過實施這樣一個首尾相連的案例，既讓學生掌握了相關理論知識，鍛煉了學生解決實際問題的能力，又培養了他們開拓創新、團隊協作的能力。

同時，可以請工廠有豐富經驗的工程師帶著工廠實際生產的產品，進入課堂，在學生提前討論設計的基礎上，由工程師聯系工廠實際，說明設計相關產品模具的注意事項與模具結構設計細節，指導學生如何考慮生產效率、模具加工與生產成本等實際問題，設計出適合工廠生產的實用模具，進一步引導學生做到理論聯系實際。

四、現場觀摩與實踐教學并用

《塑料成型工藝與模具設計》課程含有設備、工藝與模具三大塊教學內容，不同的教學內容應采取不同的教學方式，才能起到良好的輔助教學效果。為了更好地讓學生掌握相關的理論知識，在課程講授之初，應該讓學生對成型設備有初步了解，為此，根據學校實際情況，充分利用實驗室資源，進行設備的現場教學，拆除實驗室舊設備遮擋部分，讓學生實地接觸注射機，了解各組成部分的結構特點與工作原理；當教學進展到注射成型工藝時，在理論教學之后，帶學生到實驗室工作現場，親自動手操作注射機，從進料到取出制件，觀察機器工作過程，了解注射工藝的成型原理；在完成注射模基本結構理論教學之后，讓學生到模具拆裝室對各種類型的塑料模具模型進行手工拆裝與繪制，了解并掌握不同結構模具的特點，重溫理論教學內容。如此一來，既強化了理論知識，又提高了學生的實踐能力。

總之，在《塑料成型工藝與模具設計》這樣的理論性與實踐性并重的專業課程教學過程中，要根據課程的實際情況及教學特點，靈活采用各種教學方法及教學手段，充分調動學生積極性，提高學生學習興趣，以取得良好的教學效果。endprint