《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的教學(xué)改革與體會(huì)

高穎+王麗娟

摘要：筆者根據(jù)《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的教學(xué)特點(diǎn)，采用動(dòng)畫(huà)播放、視頻講解等多媒體教學(xué)手段，做好教學(xué)開(kāi)篇與理論知識(shí)的學(xué)習(xí)；通過(guò)案例教學(xué)法與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法，并借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)分析技術(shù)，把理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來(lái)，適應(yīng)了學(xué)生的發(fā)展需要，培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；案例教學(xué)；現(xiàn)場(chǎng)觀摩教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）03-0081-02

一、引言

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》是材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)（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(jī)械與模具設(shè)計(jì)等多方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，具有理論知識(shí)涉及面寬、知識(shí)點(diǎn)多、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜且種類(lèi)繁多等特點(diǎn)，是一門(mén)綜合性與實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，是后續(xù)塑料模具課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生將來(lái)就業(yè)的一個(gè)方向。

二、多媒體輔助教學(xué)見(jiàn)成效

教育信息化是教育發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，而多媒體教學(xué)是教育信息化的重要組成部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，多媒體教學(xué)已被愈來(lái)愈多地應(yīng)用在各學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)中，它以圖片、文字、聲音、視頻、動(dòng)畫(huà)等多種媒體形式的有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)教學(xué)中枯燥、乏味、空洞的理論知識(shí)生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而提高教學(xué)效果，特別適用于擁有眾多復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)、難于理解的理論知識(shí)點(diǎn)且實(shí)用性極強(qiáng)的《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》課程。

1.教學(xué)開(kāi)篇，傳道授業(yè)解惑。師者，傳道授業(yè)解惑也。如何成功地做到這點(diǎn)，需要講究戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略。學(xué)生是教學(xué)的主體，只有把握主體的心理，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)興趣，才能授業(yè)解惑。好的開(kāi)端是成功的一半，所以在教學(xué)開(kāi)篇中（包括后續(xù)教學(xué)），通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、新聞報(bào)道、圖書(shū)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(guān)的各種信息，例如模具行業(yè)的最新資訊、塑料工業(yè)新技術(shù)及新工藝、成型設(shè)備發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)等，激發(fā)學(xué)生對(duì)塑料工業(yè)、模具行業(yè)的關(guān)注，培養(yǎng)其作為未來(lái)模具人的自豪感與危機(jī)感。

2.模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、形象化。《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》涉及的知識(shí)面非常廣泛，高分子物理、塑料成型工藝、塑料成型機(jī)械與模具設(shè)計(jì)等很多基本知識(shí)也是非常晦澀難懂的，例如塑料模具的結(jié)構(gòu)就是由于塑料制件的千變?nèi)f化而種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。教師要講解清楚其結(jié)構(gòu)、原理，尤其是動(dòng)作過(guò)程，僅靠教科書(shū)的二維平面圖形、輔以有限的模型及掛圖是比較困難的，對(duì)于講和學(xué)都具有很大的難度。為此，筆者結(jié)合課堂教學(xué)的需要，利用大量的業(yè)余時(shí)間，制作了相關(guān)模具的仿真動(dòng)畫(huà)，將傳統(tǒng)教學(xué)手段難以觀察的動(dòng)態(tài)塑料成型過(guò)程、模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理等內(nèi)容，通過(guò)圖片、仿真動(dòng)畫(huà)等多媒體手段生動(dòng)、形象、直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、形象化，便于學(xué)生理解和掌握，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

例如注射模脫模機(jī)構(gòu)是《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》的重要組成部分，要求學(xué)生了解脫膜機(jī)構(gòu)的工作原理與具體零部件的結(jié)構(gòu)形式，而脫模機(jī)構(gòu)種類(lèi)眾多，動(dòng)作過(guò)程只看教材或圖片難以理解，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)用語(yǔ)言講述讓學(xué)生想象難度比較大。所以，筆者針對(duì)教材注射模脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生制作了Flash動(dòng)畫(huà)，使脫模工作原理變得簡(jiǎn)單明了、直觀易懂。動(dòng)畫(huà)既可以單獨(dú)作為教學(xué)內(nèi)容播放，也可以作為輔助手段，與PPt結(jié)合，相得益彰。通過(guò)圖1凸模推桿式脫模結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示，讓學(xué)生簡(jiǎn)單形象地理解了凸模推桿式脫模結(jié)構(gòu)工作原理，加深了對(duì)知識(shí)的掌握程度。

三、案例教學(xué)連首尾

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》綜合性與實(shí)踐性很強(qiáng)。課程的目的之一就是要求學(xué)生學(xué)習(xí)完成后能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)合理的塑料成型模具結(jié)構(gòu)，正確繪制模具的總裝圖與所有零件圖。教師可以在課程開(kāi)始即下達(dá)工作任務(wù)，分小組引入典型塑料制件，讓學(xué)生帶著任務(wù)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，根據(jù)教學(xué)進(jìn)程，選擇教學(xué)內(nèi)容與工作任務(wù)所需的相關(guān)知識(shí)順序相對(duì)應(yīng)，分組討論制件所用塑料的成型特點(diǎn)、塑料制件的尺寸和精度、表面質(zhì)量、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等問(wèn)題，了解注射成型原理及其工藝過(guò)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(shù)。隨著學(xué)習(xí)的深入，各組根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，考慮制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正確選擇注射模類(lèi)型，單分型面還是需要點(diǎn)澆口的雙分型面，或是采取有側(cè)向成型的側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)注射模，然后初步設(shè)計(jì)本組制件的注射模基本結(jié)構(gòu)，選擇注射機(jī)及滿足本制件模具工作原理的標(biāo)準(zhǔn)模架。以電話機(jī)底殼為例，電話機(jī)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?zhèn)瘸樾緳C(jī)構(gòu)、鎖模力及模架的閉合高度，初選注塑機(jī)型號(hào)為XS-ZY-500。模架是塑料注射模具最基本的組成，其為標(biāo)準(zhǔn)件，是各個(gè)模板和型腔的組合，模具的各個(gè)結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)化得以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)上述型腔側(cè)壁、底板及開(kāi)模行程的計(jì)算，選定模架尺寸為450mm×400mm。由于存在側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，則需先完成定距分型，因此選用龍記公司的簡(jiǎn)化型細(xì)水口模架，先抽芯后開(kāi)模，然后進(jìn)入系統(tǒng)的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成型零部件設(shè)計(jì)、導(dǎo)向及脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)及溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。對(duì)于前面提到的電話機(jī)底殼，采用了直接澆口形式，無(wú)需設(shè)計(jì)分流道，不需要設(shè)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(jì)算方法有兩種：第一種是平均值法，即根據(jù)塑料的平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進(jìn)行計(jì)算；第二種是按照極限收縮率、極限制造公差和磨損量進(jìn)行計(jì)算。學(xué)生一般在案例分析中常采用第一種方法。對(duì)于有側(cè)孔側(cè)凹的塑件，一般還需要設(shè)置側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。如本例中的電話機(jī)底殼兩面均需設(shè)計(jì)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，并且側(cè)孔較多。學(xué)生在設(shè)計(jì)中全部采用斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，并根據(jù)將型芯從成型位置抽出至不影響產(chǎn)品脫模位置所移動(dòng)的抽芯距，計(jì)算出了抽拔力、斜導(dǎo)柱直徑、斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度及最小開(kāi)模距離。

在設(shè)計(jì)電話機(jī)底殼推出機(jī)構(gòu)時(shí)，學(xué)生根據(jù)脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，選擇了最常用的一種形式推桿機(jī)構(gòu)推出。同時(shí)，計(jì)算了脫模力，以保障推桿數(shù)量不要過(guò)多，減少推桿對(duì)塑件表面質(zhì)量的影響并簡(jiǎn)化模具。推桿與推桿固定板的配合取為H8/f7，滑動(dòng)部分與板配合為H7/f6，并保證一定的同軸度，配合長(zhǎng)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(fā)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(shí)變形，縮短成型周期，設(shè)置了冷卻系統(tǒng)，以得到物理性能優(yōu)越的塑件。電話機(jī)底殼模具設(shè)計(jì)型腔采用的水路形式為循環(huán)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(dòng)模板上的冷卻管道距板的底部為70mm。

在這個(gè)過(guò)程中，為了讓學(xué)生掌握先進(jìn)的技術(shù)分析手段，每組學(xué)生分工合作，借助ProE或UG等三維造型軟件對(duì)制件及模具結(jié)構(gòu)做出實(shí)體模型。通過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)，使學(xué)生能夠使用moldflow模流分析軟件，對(duì)本組制件的注塑、保壓、冷卻以及翹曲等工藝過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，理解本制件的充填與冷卻特點(diǎn)，即學(xué)生對(duì)本組簡(jiǎn)化的電話機(jī)殼體冷卻不均與收縮不均進(jìn)行的翹曲分析。通過(guò)實(shí)施這樣一個(gè)首尾相連的案例，既讓學(xué)生掌握了相關(guān)理論知識(shí)，鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，又培養(yǎng)了他們開(kāi)拓創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

同時(shí)，可以請(qǐng)工廠有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師帶著工廠實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品，進(jìn)入課堂，在學(xué)生提前討論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，由工程師聯(lián)系工廠實(shí)際，說(shuō)明設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品模具的注意事項(xiàng)與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生如何考慮生產(chǎn)效率、模具加工與生產(chǎn)成本等實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)出適合工廠生產(chǎn)的實(shí)用模具，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生做到理論聯(lián)系實(shí)際。

四、現(xiàn)場(chǎng)觀摩與實(shí)踐教學(xué)并用

《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》課程含有設(shè)備、工藝與模具三大塊教學(xué)內(nèi)容，不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)采取不同的教學(xué)方式，才能起到良好的輔助教學(xué)效果。為了更好地讓學(xué)生掌握相關(guān)的理論知識(shí)，在課程講授之初，應(yīng)該讓學(xué)生對(duì)成型設(shè)備有初步了解，為此，根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，進(jìn)行設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，拆除實(shí)驗(yàn)室舊設(shè)備遮擋部分，讓學(xué)生實(shí)地接觸注射機(jī)，了解各組成部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理；當(dāng)教學(xué)進(jìn)展到注射成型工藝時(shí)，在理論教學(xué)之后，帶學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室工作現(xiàn)場(chǎng)，親自動(dòng)手操作注射機(jī)，從進(jìn)料到取出制件，觀察機(jī)器工作過(guò)程，了解注射工藝的成型原理；在完成注射?；窘Y(jié)構(gòu)理論教學(xué)之后，讓學(xué)生到模具拆裝室對(duì)各種類(lèi)型的塑料模具模型進(jìn)行手工拆裝與繪制，了解并掌握不同結(jié)構(gòu)模具的特點(diǎn)，重溫理論教學(xué)內(nèi)容。如此一來(lái)，既強(qiáng)化了理論知識(shí)，又提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

總之，在《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》這樣的理論性與實(shí)踐性并重的專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中，要根據(jù)課程的實(shí)際情況及教學(xué)特點(diǎn)，靈活采用各種教學(xué)方法及教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以取得良好的教學(xué)效果。endprint