虛擬制造技術在模具教學中的應用

王永勝

(河南省駐馬店高級技工學校，河南 駐馬店 463000)

模具專業在實際教學中的開設與發展，經歷了十多年的完善與改革，始終貫穿從"制件到制件"的項目教學理念，這種項目教學法雖能夠制造出模具，但投入較大，制造周期較長，學生在學習模具中品種單一，不能全面掌握模具知識。而隨著企業對模具專業人員要求的水平逐年在提高，這樣就對模具專業教學提出了嚴峻的挑戰。因此，必須加快模具教學改革的步伐，利用先進的教學設施和合理的教學方法，制定出模具教學的新思路。打破傳統的教學模式，以培養出高質量的模具專業技術人員。

針對模具的教學改革，依據多年在模具教學中的經驗，提出了將先進的虛擬制造技術應用于模具教學中，此方法的應用克服了以前學生只停留在對模具的簡單認識上。他們可以通過虛擬仿真觀察、了解、學習到諸多模具內部細節以及其工作過程，對模具的體會認識更加深刻，更具有直觀性、趣味性。同時也避免了模具在實際制造中周期長，需要的設備多、投入大、品種單一等諸多因素。

1 、虛擬制造與現代模具的關系

虛擬制造技術是一項新的制造技術，它以仿真技術、信息技術，虛擬現實為支撐，對產品設計、工藝、加工、制造等過程統一建模，資源共享。在產品設計及模具設計過程中，模擬出未來產品制造帶來的一切不良影響及后果，通過這些虛擬的不良影響及后果及時的加以改進，從而更有效，更經濟，更柔性地組織開發產品與生產，以達到成本最小化，產品最優化，生產效果更高化。

2 、虛擬制造技術在模具教學中的引入

鑒于以上虛擬制造技術與模具制造技術結合的諸多優點，如何在教學中提高模具教學水平，培養高質量的具有豐富模具知識的專業人才--虛擬制造技術為模具教學搭建了一個良好的教學平臺。就是用計算機實現模具教學三維動態多媒體仿真，用現代化教學手段，通過網絡使學生直觀看到制件及模具內部結構，制件形成過程，模具裝配過程及工作過程。用一個虛擬情景，在計算機上實現模具設計制造、裝配、成型、試模以及修模的模具制造全過程。

3 、虛擬制造技術在模具教學中的運用與實施

1）運用虛擬制造技術對模具產品進行三維設計

虛擬設計能充分利用現有的CAD軟件、基于特征設計的設計平臺，較好地面向制造設計、裝配設計的設計思想。使產品設計完全在三維模型上進行，形象直觀，在形象的外觀漫游中可實現不同的風格。同時利用單一數據庫可及早發現設計上存在的問題，及時的加以修復和完善，避免了下一環節錯誤實施。通過CAD對三維產品的設計，能夠快速復制出模具型腔、凸模、凹模等主要工作零件。還可以提供完整的三維產品模型數據，并將三維數據生成二維工作圖紙，三維產品數據可以輸出快速成型設備制作樣品。在快速模具制造中得到廣泛應用。同時利用CAD進行三維動態設計建立三維模型，三維動畫演示均可以激發學生的學習興趣及創

新意識，三維模型設計在模具中占有極其重要的位置，因此在教學中應加以重點教學，也為下一步模具設計打基礎。

圖1 是使用Pro/E軟件設計出的三維模型

2）運用虛擬制造技術對模具進行制造

在模具設計階段無法預料制造過程中將出現的問題，有可能造成圖一制造困難或無法加工。利用計算機仿真虛擬制造技術CAM，對模具進行虛擬制造，解決了模具制造過程帶來的諸多不合理的因素。模具零部件的加工方法，機床的選擇，工藝參數的制定等都可以在虛擬環境下進行實施和優化。此外，在虛擬加工過程中，運用虛擬功能對加工過程進行模擬動作，檢查加工工藝并進行優化，有效提高機床的加工效率和模具加工質量。例如根據Pro/E產生的零件圖即可生成零件的加工代碼。通過計算機構造出一個虛擬的加工環境，在虛擬加工過程中可以觀察到刀具完整的運行路徑，完成常規加工的各種功能--流道、平面、鉆孔等，同時還可以發現加工過程中存在的問題，并及時修正。虛擬仿真加工后，將加工程序代碼輸入數控機床即可進行實物加工。

3）運用虛擬制造技術進行模具裝配

傳統的模具裝配過程中，需要反復的修模和調試，依靠裝配人員的經驗，才能得到滿意的產品，這樣經常導致零件的報廢或工期延長。而虛擬制造技術可以大大縮短這一過程，因為虛擬裝配是利用虛擬的自然環境、可視化進行。避免模具各種零部件的裝配出現干涉情況發生，同時可進行零部件公差分析、裝配工藝規劃、動態仿真裝配過程等。通過這一系列的實施可直觀地判斷設計中出現的一些不合理因素，及時進行修改與完善。確保設計的正確性，避免模具零件的報廢、工藝超長，造成經濟損失等。

4）運用虛擬技術進行模具調試

運用模具的虛擬動作過程，對不合理的地方及時反饋信息進行調整。對于虛擬試模出的產品可進行檢驗，從虛擬產品中可以確定模具是否合理，例如：注射模中的澆口位置是否正確，澆道的位置是否合理，產品轉角溝槽處有無缺陷，

制件壁厚是否均勻 ，型腔能否注滿等，都可以通過試模檢驗得到信息反饋，依據反饋信息在進行虛擬情況下修模。如圖2所示。

圖2

4 、虛擬制造技術在模具教學中的意義

1）可以利用現代化的教學手段進行教學，達到傳統教學不能達到的效果。降低了教學難度，提高了教學水平，調動了學生學習的積極性。

2）可以提高教學效果，利用動畫技術可以使學生很明確、很直觀的通過立體動畫演示，使學生有身臨其中的感覺，增強了學習興趣，教學效果大幅度提升。

3）能夠充分地把模具理論教學與實踐有機的結合，特別是在實踐教學中效果更為明顯。虛擬制造技術節約了教育教學成本，使多數課程在虛擬實驗室中進行，多數技能在虛擬實訓車間進行，解決了在教學中因設備，教學經費不足等無法完成的教學任務。

4）利用虛擬技術制作各種仿真課件，創新所需要的某種虛擬情景，讓學生進行模擬實驗，從而極大豐富了課堂的教學內容。在專業課教學及專業基礎課教學上也得到充分利用。

通過以上闡述可以看到把虛擬制造技術和CAD/CAM/CAE等數字技術相結合，大大縮短了模具的開發周期，提高了生產力降低了成本。同時將虛擬制造技術在模具教學中的成功開展與實施，為模具專業學生學習創造了良好的學習環境，通過一系列的虛擬場景，解決了一系列模具制造內容，加快了學生學習模具知識的進程。同時形象的虛擬激發了學生學習模具的興趣，為更好地研究、創新模具奠定了基礎。虛擬制造技術也將成為21世紀制造業發展的趨勢，必將在我國工業中逐步得到實施和應用。

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