壓鑄工藝及模具設計的教學改革淺析

[摘要]壓鑄工藝及模具設計是模具專業的一門專業課，本文主要針對壓鑄模設計課程傳統教學方法的不足，提出對本課程教學改革的幾個主要途徑，闡述學生學習本課程應該注意的要點，力圖提高學生進行壓鑄模設計的基本能力。

[關鍵詞]壓鑄模設計；教學改革；課程設計

中圖分類號：H319.1

一、 前言

在機械類專業中，模具設計與制造是一個重要的專業方向，其中《壓鑄工藝與模具設計》是模具的專業課之一。國內的壓鑄行業雖然屬于新興的行業，但是起點低，基礎差，直到上世紀八十年代，全國也只有幾家單位有1000噸以下的壓鑄機，國內只能制造最大630噸壓鑄機，并且大部分壓鑄機合模機構還是全液壓的，非常落后。但是隨著八十年代末起，摩托車生產的快速發展，尤其是二十一世紀汽車工業的大發展，壓鑄行業得到了高速發展，壓鑄模具也向高精度、高可靠性方向發展。作為參與壓鑄行業的未來生力軍，高校培養的模具方面的人才，必須與企業的技術崗位要求相適應，除了掌握壓鑄生產的基礎知識之外，還應該緊跟壓鑄技術的發展潮流。因此，在此課程的教學上也應該做出相應的調整，使學生盡快掌握壓鑄生產的必要技能，具備快速上崗的技術能力。本文主要探討壓鑄模設計教改的幾點思路。

由于與注塑模具同為型腔類模具，模具結構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形式進行授課，在課程設計時，很容易按照注塑模的方法照搬照套，顯然會出現與實際生產要求相脫節的情況。在設計模具結構時，經常不考慮壓鑄工藝的特點，對模具的要求主要集中在模具精度方面，對其他的技術要求往往考慮不多。

二、 教學改革幾個主要途徑

1、 重視壓鑄生產工藝的教學

要獲得高質量、高水平的壓鑄件，特別是使薄壁而形狀復雜的壓鑄件達到光潔、輪廓清晰、組織致密、強度高的要求、壓鑄過程中各影響因素的協調統一，壓鑄工藝參數的控制是關鍵。壓鑄生產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，但是壓鑄件的質量問題更多體現在工件是否存在內部缺陷或者缺陷的嚴重程度。

常見的壓鑄件內部缺陷，如氣孔、縮孔、疏松等，與壓鑄工藝參數的關系很大。脫離工藝參數設計的模具結構及模具各個系統的形狀尺寸，都很容易造成各種缺陷。相對于注塑生產來說，壓鑄生產的工藝更加復雜，對模具的影響更大。比如對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。充填速度過高會造成粘模、沖蝕、龜裂；當低速壓射速度較高使金屬液包裹較多的氣體時，氣體在高速壓射進入型腔中的低壓區會膨脹，氣體膨脹產生爆破，氣體帶動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有裂紋產生。

因此，應該重視壓鑄工藝的合理設計，只有正確選擇和調整這些因素，使之協調一致，才能獲得預期的效果。學生應該充分認識壓鑄生產的主要參數如壓射壓力、充填速度、壓鑄溫度、壓鑄時間、充填特性等概念的含義，了解這些參數對合金液充填型腔并壓鑄成形的影響規律，才能更合理的設計模具結構，正確選取模具工作尺寸。

2、 使用壓鑄模擬提高教學效果

采用傳統教學中的方法講授壓鑄模設計這類的課程，很難讓學生理解模具設計的要求，只能靠想象去猜想模具結構零件的的形狀及位置。結合實驗課，拆裝真實的模具去理解課程中的模具圖無疑是必須的環節。而對于壓鑄模具課程設計，參考設計資料上的圖例及設計參數是必不可少的，但是要合理地設計模具，可以參照企業的設計步驟。為了減少設計的周期，提高設計的可靠性，采用模擬仿真來輔助設計模具是有效的方法。

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。壓鑄生產中合金氧化物的產生是不可避免的，這些氧化物雜渣缺陷會在填充過程中無法排出模具型腔外部而留在鑄件內部，Flow-3D可以追蹤氧化物的形成和運動軌跡。此外，填充過程的卷氣最終會形成內在氣孔，Flow-3D也可以顯示氣孔的形成和運動軌跡。壓鑄件在填充時的溫差會產生冷流，在冷卻過程中會產生縮孔，Flow-3D的熱場仿真可以找出冷隔或縮孔形成的位置，是模具設計人員決定合適的冷卻系統。

在教學實踐中，壓鑄模擬還可以增強學生對壓鑄過程的理解，通過模擬，可以讓學生明白各種不同的澆注系統對充填質量的影響。對學生來說，分清不通不同形狀的壓鑄件、內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。模擬可以讓學生看到壓鑄時模具內部的真實流動和凝固情況，從而優化模具設計和工藝看到內澆口位置和形狀改變后合金溶液的流動充填狀況，以及產生壓鑄缺陷的大小和位置。經過改動工藝參數及模具結構，看到不同的充填效果，優化設計后，能設計出更合理的模具。

3、 教學內容要與生產發展相適應

壓鑄模設計教學中，講得對多的往往是最基本的概念及最簡單的模具結構，一般要求學生更多的是保證產品形狀及精度等。但是現在的壓鑄生產已經不僅僅滿足于是把產品做出來即可。因此教學中應該讓學生的思維跟上行業生產的形勢需要，要與生產發展相一致。

由于近幾年壓鑄模具企業的裝備水平、檢測設備的引進以及加工軟件的應用，模具加工精度普遍有所提高，對于澆排系統對壓鑄產品的質量影響也有所認識。對于壓鑄廠來說，設計制造大型復雜壓鑄模是技術高低的體現，因此對于模具結構、模具強度計算、模具冷卻水路的布置等影響模具壓鑄生產成品率、模具可靠性、生產效率、模具壽命的因素，都必要同時考慮率，以免模具在使用時經常出現質量問題，模具的可靠性也影響到生產效率，直接影響了壓鑄企業的生產、質量和效益。

比如說模具材料的選用，國內的教科書基本上都是介紹國產模具鋼，而實際上國內很多壓鑄廠都廣泛使用各國生產的模具用鋼，學生設計時都按照書本上介紹的國產模具鋼牌號選模具零件材料，對國際牌號卻不甚了解，這直接導致了不能學以致用。再比如對傳統教學都把重點放在模具結構的設計上面，對模具溫度的控制及冷卻水道的設計，教材上多講述水道的布置形式等最基本的知識，而現代壓鑄模已經重點關注模具溫度場的變化，對模具冷卻水的控制要求作為壓鑄工藝上的重點關注對象，要求冷卻水必須到位，并且在試模過程中并加以調整，以滿足全自動生產為驗收標準。

4、 抓好課程設計的質量

課程設計是學好壓鑄模設計這門課的必要實踐環節，目的是訓練學生綜合運用學過的專業知識設計壓鑄模具的能力。課程設計可以使學生進一步了解壓鑄工藝各項技術參數對壓鑄成型的影響，工藝參數應該與模具設計相結合，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，靈活運用所學的壓鑄模設計的基本知識，到更高層次的從壓鑄生產的方面考慮，提高設計、制造水平，關注模具細節，提高模具使用的可靠性，提高模具使用、維護的方便性，提高壓鑄生產效率，從客戶的要求著想，提高模具的檔次。

課程設計的內容應該盡量取自生產實例，設計步驟按企業實際規范進行，不宜太拘泥于教科書的形式。設計中考慮的問題要根據實際生產分清主次，制圖規范在應用國家標準的前提下，結合企業的實際情況做適當修改。對于一些術語的名稱，應該把教科書上的術語與企業實際通用的術語有機聯系在一起，既要掌握教材上的概念，也應該了解企業里約定俗成的叫法，這樣才能更加快捷適應以后的工作崗位。

三、 教改總結

作為模具專業的一門專業課，雖然壓鑄模設計比沖壓模設計和塑料模設計的課時要少，不能像塑料模設計那樣詳細的講解，不過可以通過與注塑模結構上的異同比較，簡單參照與注塑模的結構，對成型系統、頂出系統、側抽芯機構等做簡單介紹，重點掌握澆注系統等區別較大的內容，并充分講解壓鑄工藝方面的知識，提高壓鑄模的學習效率。充分利用多媒體手段，利用模擬流體分析，通過動畫、圖片、數據等，使學生對書本上描述的原理、充填的結果、壓鑄缺陷的產生原因有更加直觀、清晰的感官認知，變抽象的知識為可以清楚看到的壓鑄生產過程演示，對掌握壓鑄生產的工藝規律，設計合理的壓鑄模具，慢慢掌握與現代壓鑄生產所需具備的技術能力，為以后從事壓鑄行業做好技術準備。