模具制造论文范文

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【关键词】绿色制造;模具;先进制造技术

制造业是社会经济向前快速发展的重要支柱产业,制造业在将制造资源转化成产品以及随后产品的使用和废弃后的处理过程中,将会给生态环境带来了不同程度的污染。对于制造业来说,未来所面临解决的重大问题是如何减少资源的消耗和尽可能少地产生环境污染。因而绿色制造(GreenManufacturing)应运而生,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负影响最小,资源使用效率最高[1-2]。绿色制造主要包括以下几方面内容:一是制造问题,包括产品生命周期全过程;二是环境影响问题;三是资源优化问题。绿色制造就是这三部分内容的交叉和有机集成。

模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品,是工业生产当中的基础工艺装备。它的生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。传统的模具设计过程一般仅仅需要考虑模具产品的基本属性,如模具的功能、质量、成本和寿命等等,而很少、甚至不考虑它的环境属性和对资源、能源造成的浪费。模具工业作为制造业的一个重要组成部分,并且在我国得到迅猛发展,因而在模具行业中提倡绿色制造尤为重要。

1模具的绿色制造

由绿色制造的概念可知,“绿色模具”不仅仅指在使用时对环境的影响小,还应是从制造到报废的整个生命周期内对环境的破坏是最小的。因此,模具的绿色制造设计要求设计者在构思阶段就要优先考虑模具产品的环境属性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等),然后再考虑原有应该考虑的模具产品应用的基本属性[3]。总的来说,模具绿色制造的整个生命周期包括绿色设计、绿色制造、绿色包装、绿色维护和绿色回收、再处理等阶段。

1.1模具的绿色设计:模具绿色设计对模具绿色制造有着非常重要的地位,这一步解决的好坏直接影响到最终利用模具加工产品的绿色生产问题。

1.1.1模具材料的选择:模具材料的选择是模具产品设计的第一步。模具材料的“绿色程度”对最终产品的“绿色性能”具有非常重要的影响。因此,绿色模具设计必须建立在绿色模具材料基础上。绿色模具材料应是低能耗、低成本的材料,尤其是少污染的材料;是易加工和加工过程中无污染或少污染的材料;是易回收处理、可重复多次使用或可降解的材料。比如,可选择优质镜面模具钢加工型腔,辅之以良好的抛光手段;直接用不锈钢材料来加工防腐的模具,以替代表面处理的方式。另外除在材料上选用不锈钢来避免使用电镀外,也可采用镍磷镀替代电镀铬,因为镍磷镀在对氯化氢气体的防腐上要优于电镀铬,且前者对环境的危害也要小于后者。

1.1.2延长寿命的模具设计:延长产品寿命是绿色制造的主要手段之一。对于锻造模具,在提高模具寿命方面已有很多的措施,如正确选择分模面位置、选择适当的飞边槽、选择合适吨位的锻造设备、在一副锻模上开设两个终锻模膛分别单独使用等。对于冲压模具,如冲压间隙值的合理选取、尽量压缩凸模工作部分长度、采用弹性卸料板、改进凸(凹)模的结构如采用一模多形、一形两用和拼装式模具来提高模具的利用率。对于注塑模具,如采用随形冷却水道可提高注塑精度和模具使用寿命;将模具型芯由整体结构改为镶拼式结构,可解决模具的变形问题,提高模具寿命。

1.1.3模具的可回收性设计:模具的回收性设计是指在模具产品绿色的设计初期充分考虑产品中所用各种材料的回收、再利用的可能性、回收处理的方法、回收性的技术经济评估以及回收性的结构框架设计等有关一系列问题。这样就可在后续生产中尽可能节约材料,减少浪费。因此,因避免或不要过多使用铜、铅等有害或对环境有重污染的材料;尽可能减少所用材料的种类;避免使用与现有标准循环再回收过程中不相兼容的材料;多使用无需特殊工具的连接件;设计时尽可能允许使用现有的一些可重复利用的零部件等。

1.1.4模具的可拆卸性设计:模具可拆卸性对于模具绿色制造来说是很重要的。当模具在使用过程中部分零部件由于承受过大的摩擦与冲击磨损较大时,只需更换这部分零部件模具仍可使用。此外,有时只要更换凸、凹模即可实现一种新产品的生产。如果模具不具备可拆卸性不仅回造成大量可重复零部件材料的浪费,而且因废弃物处理不好导致严重的环境污染。因而在设计初期就要考虑模具结构易于拆卸,维护方便,这样就便于在后续回收处理中再利用。因此,在模具设计时应尽可能选择通用结构,以便更换;在满足强度要求的前提下,尽量采用可拆卸联接(如螺纹联接),不用焊接、铆接、胶接等;不用或少用过盈配合;采用组合模架。

1.1.5模具设计的标准化、规范化、系列化:无论是锻造、冲压模还是塑料模,都有必要向标准化、规范化、系列化方向发展,模具标准化是组织模具专业化生产的前提,而模具的专业化生产是提高模具质量、缩短模具制造周期、降低成本的关键。模具设计向标准化、规范化、系列化方向发展,便于采用和购买模许多规格的标准模架及其它标准件,而这些模架及标准件又可由专门的厂家、企业通过社会化分工进行生产,从而使有限的资源得到优化配置。另外,模具各结构单元的规范化、标准化,可使生产其的夹具数量大为减少,从而节约资源,并且加快了设计速度,缩短了设计周期,方便加工管理。

1.1.6模具CAD/CAPP/CAM一体化:模具CAD/CAPP/CAM是模具设计走向全盘自动化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技术,可实现少图纸或无图纸加工和管理,一方面,节约用纸即节约资源和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一体化也为并行工程的实现提供可能,可缩短模具设计与制造周期,提高模具研制的成功率及模具质量。

1.1.7模具的绿色并行工程:绿色并行工程是现代绿色产品设计和开发的新模式,它的核心是并行一体化设计,强调产品设计及其相关过程同时交叉进行,即在设计阶段就要考虑整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有环节和因素,如质量、成本、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。因此,涉及产品整个生命周期的各个部分的小组成员必须协同工作。对于模具设计,不但需要模具设计小组成员之间进行讨论,协调产品的设计任务,而且其他部门如工艺、制造、质量等小组也要参与产品的设计工作,对产品设计方案提出修改意见等,从而使得整个模具设计工作一次成功。

1.1.8其他绿色设计:锻造、冲压车间是机械工厂的高噪声车间之一。大量的锻压设备在生产运转过程中所产生的强烈噪声,危害工人的健康,影响了生产效率,干扰了环境的安宁。因此,在进行模具设计的时候,必须对噪声加以控制和消减。对于锻造设备,如使用排气消声器、用液压模锻锤代替蒸空模锻锤等等。对于冲压设备,消减声源噪声的措施有:用V带传动代替齿轮传动;以摩擦离合器代替刚性离合器;采用铸铁机身以增加压力机的刚性和减震能力;作好飞轮等回转体的动平衡等等。控制噪声传播的途径有在轴承和轴承座之间加弹性衬套;在压力机产生噪声的主要部位加盖隔声罩;采用具有油减震器的无冲击模架等等。对于注塑模具,浇道设计上要注意浇道凝料与塑料制品的体积比率,一般应小于30%。如果达不到,就要考虑进一步优化浇道设计和调整型腔数量,或者采用热流道技术。热流道技术在塑料原料的节约上有突出的优势,在产品价格竞争日益激烈的今天,这一点尤为重要。因此近几年该技术的应用得到快速普及。

1.2模具的绿色制造工艺:在模具绿色制造过程中,采用绿色制造工艺也是实现模具绿色制造的一个重要环节,它是一种既能提高经济效益,又能同时减少环境影响的工艺技术。近来年,随着先进制造技术在模具行业的推广,模具行业也向着绿色制造工艺方向努力。目前,在模具行业中应用的较为典型的先进制造技术有:

1.2.1快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing,RP&M)[4-5]:

快速原型制造是一项集计算机、激光、数控及精密传动等技术于一体的先进制造技术,其在原理上突破了传统加工技术采用材料“去除”的原则,而采用材料“逐层堆积”的原理,能根据产品的CAD数据,快速地制造出具有一定结构和功能的原型,甚至产品,由此可有效地加快新产品的开发速度。而以RP&M原型作母模来翻制模具的快速模具制造技术,进一步发挥了快速成型技术的优越性,可在短期内迅速推出满足用户需求的产品,大幅度降低新产品开发研制的成本和投资风险,缩短了新产品研制和投放市场的周期,在小批量、多品种、改型快的现代模具制造模式下具有强劲的发展势头。

1.2.2虚拟制造技术(VirtualManufacturing)[1]:

虚拟制造是对制造过程中的各个环节,包括产品的设计、加工、装配,乃至企业的生产组织管理与调度进行统一建模,形成一个可运行的虚拟制造环境,以专门的虚拟软件技术为支撑,借助高性能的硬件,在虚拟制造环境中生成数字化产品,实现产品设计、性能分析、工艺决策、制造装配和质量检验,从而缩短模具产品的设计与制造周期,降低开模的开发成本,提高快速响应市场变化的能力。

1.2.3高速切削(HighSpeedMachining,HSM):

高速切削在模具领域的应用主要是加工复杂曲面[6],其中高速铣削(也称为硬铣削,HardMilling,HM)可以把复杂形面加工得非常光滑。加工表面粗糙度值很小、浅腔大曲率半径的模具完全可用高

速铣削来代替电加工;对深腔小曲率半径的模具可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工,而电加工只作为精加工。这样可大大节约电火花和抛光的时间以及有关材料的消耗,这对保护环境的贡献是不言而喻的。同时,极大地缩短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成本。

1.3模具的绿色包装:模具的绿色包装是模具销售过程中涉及到的绿色问题,它着重从保护环境的角度出发,尽可能使模具产品进入销售、使用、废弃的物流过程中,其对环境资源消耗和废弃物产生量最小。模具的绿色包装主要包括三个方面的内容:模具包装材料的选择、模具包装结构和模具包装材料的回收。具体来讲,第一方面就是在模具远程配送过程中,在不影响包装强度的前提下尽可能使用一些常见的木制材料(如合成板),这是由于模具产品不同于其他一些精制产品,它不太注重产品的外包装精美问题,只关心产品的内在保护质量。第二方面就是要合理设计包装箱内部结构,从而简化包装复杂度。即多个零件尽量在一个包装箱中放置。同时,为了避免零件之间在运输过程中互相摩擦造成磨损而影响模具产品表面质量,可在其中多放置一些软性材料来隔离。第三方面就是要在包装箱上注明包装材料的可回收性标志及回收处理方式。如果用户不能处理或难处理的,可注明可寄回原处处理,并给予一定的经济补偿。这样的处理表面上看会使初期的成本可能有所增加,但从长远来考虑,这也是节省成本的好方法。

1.4模具的绿色维护:在模具的使用过程中,由于其特殊性,要经常进行模具的修模工序。因此,同模具绿色制造过程一样,修模过程也需要进行绿色处理。比如,在进行尺寸修模时,尽可能进行人工修护,少用或不用机加工;少用或不用有害溶液对模具进行表面处理,如盐酸或甲醇等;在维护模具表面硬度方面,尽可能减少热处理工序等等。

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1.企业调研。对行业、企业中职毕业生的需求情况及培养目标定位的情况进行广泛的调研，形成《永康市模具专业人才需求及专业课程改革调研报告》。通过全面而深入的调研，了解模具行业企业对模具专业中职毕业生的需求，为模具专业课程改革的展开提供全面而真实的资料。

2.组建模具专业课程改革委员会。由学校分管校长、专业带头人、模具行业专家组成模具专业课程改革委员会。

3.形成课程模式。形成以培养文化素质为目的的“公共课程”，以培养核心技能与专业素质为主要内容的“核心课程”，以强化技能训练的“教学项目”。

(二)选编若干工作项目

我们走访了永康市乃至浙江省模具企业、模具车间、模具个体加工店等单位100多家，发放问卷800份，回收有效问卷550份；调查中职学校10所，发放并回收了中职教师问卷32份。项目组还充分利用了模具行业协会的优势资源，与企业进行座谈交流。调查地区覆盖了浙江省的台州市、宁波市、金华市等部分有代表性的模具生产地区。调研的目的是结合职业资格考核标准和行业、企业岗位标准，将搜集到的企业岗位生产任务，依据职业教育的规律进行拆分、简化、组合等处理，附以对应的生产岗位所需要的工艺图纸、加工程序和工艺卡片等资料，组成若干个作为职业教育和培训的内容单元，即“工作项目”。

(三)确定核心课程与教学项目

在学校“专家咨询委员会”“专业指导委员会”“教学指导委员会”的具体指导下，聘请模具行业专家、省内兄弟学校骨干教师多次研讨，对职业工作任务逐层分解，最终形成模具专业核心技能、核心课程以及与之对应的教学项目。核心技能是依据企业工作任务分析和调研确定的企业岗位能力的重要性排序、中职生学习时间与能力等，按照校内提炼—各校提炼—校内整合—校内再提炼—专业教师、专家商讨提炼的过程进行归纳概括。核心课程强调以学生预期工作岗位所需的核心技能为基础，本着“必需、够用”原则降低基础课的难度，把理论课融入实践，使课程内容更加适应学生特点；教学项目中教学内容包括该项目所需的相关实践性知识、理论知识、拓展性知识及练习。

(四)构建新型课程体系

学校各专业课程开发组，根据职业岗位能力要求，结合职业资格技能标准及学生职业生涯发展需要设置课程和教学环节，结合企业的新设备、新工艺、新技术、新材料的实际情况，依据职业能力形成的规律，构建以岗位需求为依据、以能力为本位、以职业实践为导向、以项目课程为主体的课程体系。新课程体系精简了设计和原理类课程，对与就业岗位(群)能力要求关系不十分紧密而对综合职业能力培养又必须的部分理论课程进行综合化处理，突出“公共基础课+专业核心课程+选修课程”的基本思路。

(五)开发系列教学资源

1.以教学指导方案为依据，以企业实际生产典型产品为实例，组织专业教师参与教材开发。目前，教材已经全部正式出版并投入使用。

2.建立了完善的数字化课程资源库，将所有课程的电子教案、课件、试题、视频、图片以及网络课程、精品课程等，上传到学校网络资源库，供教师备课、上课使用，学生也可进行网络课程学习。

3.建设精品课程及其配套信息化资源库。各专业由专业带头人牵头，依据精品课程标准，从课程内容、师资配备、实训和教学环境建设、教法和教学设计等层面，就每一门课程进行精心研究和实践，直至成为精品课程。同时依托信息化资源库管理平台，形成完善的核心课程与精品课程教学资源库。

(六)形成教学指导方案与教学大纲

模具专业课程标准体现了专业对学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的基本要求，规定了专业课程的性质、目标、设计思路、内容框架，并提出教学和评价方法的建议。它是一个“最低要求”，是绝大多数学生都能达到且必须达到的标准。通过教学项目的实施，引导学生以完成项目任务为主要学习方式，使学生在理论与实践的反复交替中进行专业学习。

二、课程改革保障条件

1.进行顶层设计，采取项目负责制，建立一套高效的工作机制。课程改革需要学校的顶层设计。学校主要领导为总设计师，分管领导为项目负责人，教科研部牵头进行前期策划，各教学部“项目组”承担各个子项目，形成项目管理式的工作机制。

2.专家引领，企业参与，形成一套完整稳定的管理制度。我校成立了由行业企业领导、专家、技术人员以及学校领导、专业带头人、骨干教师组成的“专家咨询委员会”“专业指导委员会”和“教学指导委员会”。从企业调研到人才需求分析，从典型工作项目编制到课程内容选定，从教学计划到教学实践，每一环节都有企业的深度参与，并形成了相对稳定的管理制度，真正体现学校主体、行业指导，企业参与。

3.建设基地，模拟场景，创设一个现代化的实训条件。学校依靠校政企协同共建，先后建立了6个大型现代化的实训车间以及2个工作室，为“教学做合专业课程改革模具专业课改思路20一”的“一体化教学”提供了准企业环境。实训车间、现代化理实一体实验室、生产车间、校外实训基地等为整个新课程体系的实施创造了条件。

三、课程改革成效

(一)教学模式不断改革

本专业形成了“以核心技能培养为专业课程改革主旨、以核心课程开发为专业教材建设主体、以教学项目设计为专业教学改革重点”的浙江省中等职业教育专业课程改革新思路，建构了“核心课程+教学项目”专业课程的新模式。与原有专业课程模式相比，这种模式更具职业性、实用性和指导性，对于提高职业教育的教学效能具有重要的作用。课程设置和课程实施计划相互处在一种动态适应状态，每当出现与教学实际相悖的情况，都会得到及时调整，还可据此协调教学进程与企业生产周期，协调学校教学与企业实习之间的时间或空间关系。经过几上几下的修正协调，形成了更加切合实际的、符合本校教育教学环境条件的课程、课程设置及其实施计划。

(二)工学结合不断深入

1.进行学制改革，把全日制与工学结合起来。第一学年全日制，在校学习理论基础课程；第二学年学生按照本人志愿，进入企业自主选择某一模块带薪开始专业学习(在企业边工作边学习，学校和企业共同参与)。具体安排为第三学期到已经联系好的企业进行带薪顶岗学习，第四学期回到学校进行其他工种的学习。

2.以学校建有的生产车间为依托，将以往教学性技能实训转化为生产性实训，把职前教育和职后教育有机结合起来。按照教学计划，学生在校期间轮批进入生产车间学习，生产真实的企业产品，从而让“工”与“学”无缝对接。这样不但避免了以往教学内容与企业需求脱节的问题，而且可以让学生提前受到企业文化的熏陶。学校制订了完善的考核评价制度，将这一过程与学生的技能考核相结合，对学生在工学结合期间的技能学习给出科学的评价。

3.以进驻学校模具研发中心的锋锋模具厂为平台，把原本在校内实施的专业课程放在工厂的真实环境中进行。由企业技术人员和学校教师结合生产实际由学生根据自身的工作安排，选择白天或晚上参加集中授课，从而解决学生“工有余”而“学不足”的问题，保证专业理论课的授课量。同时通过“工学结合”营造真实的工作环境，校企联合培养学生，既缩短了学校与企业的距离，也实现了学生理论联系实际、逐步成长为适应企业需要的人才的目的。

(三)考核方法不断创新

以职业资格标准为依据，围绕职业能力培养目标，建立课程考核评价体系，改变仅靠理论笔试和以分数为考核标准的评价方法，坚持知识、能力、技能考核并重，以能力和技能考核为主的原则，实行静态考核和动态考评相结合，结果考核与过程考评相结合，加强整个学习过程的管理和考核，建立新的学习成绩评估体系。对学生学习态度、团队精神、操作规范进行考评，重视学习过程中的职业知识、职业能力、职业品质的综合考评。

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20世纪80年代前,很多模具是靠钳工用手打磨出来的;90年代,由于引入了数控加工机床、edm等较先进的设备,大大地提高了模具的生产工艺水平,生产周期及模具的品质也有了很大的缩短和改进。高精度加工己经把工人从繁重的体力劳动中解放出来。另一方面,cad/cam/cae等计算机辅助技术在模具行业也得到了广泛的应用,模具的设计及数控加工水平有了很大的提高,cad/cam/cae软件对于模具技术人员的工作效率和设计的可靠性已经有了很大的提高。目前各模具企业又面临着一个新的课题,如何把企业管理也同样从烦琐的事务中解放出来,让信息化管理为企业的生产效率提升作出贡献。所以模具企业管理的信息化己经成为模具行业发展和进步的必然趋势。

模具生产是单件订单式生产,在管理信息化中有其强烈的特殊性。设计是制造的一部分,工艺设计不充分,设计与工艺信息可直接重复利用价值不大。因此,根据企业生产特点把握全面信息化管理与实用、简化管理的平衡点,是信息化的关键。这就造成很难照搬成熟的管理软件。例如汽车模具企业没有传统意义上的原材料,仓库管理等等。购置的都是部件与部件的半成品,不存在入库出库过程,制造费用的摊销每个企业也是都不一样。又比如成本核算更应该采用项目管理的办法,而不是采用一般加工制造业的办法,什么pdm、erp等软件不经过彻底的改造是完全不适应的。

2现代模具设计的CAD/CAE技术的应用

模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及其成型工艺条件的变化而变化的,所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具设计的内容包括产品零件(常称为制件)成型工艺优化设计与力学计算和尺寸与尺寸精度确定与设计等,因此模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方案设计、总体结构设计、施工图设计四个阶段。CAD/CAE,计算机辅助设计和辅助工程,它包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图和计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可以设计出产品的大体结构,再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE集成技术后,制件一般不需要再进行原型试验,采用几何造型技术,制件的形状能精确、逼真地显示在计算机屏幕上,有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。借助于计算机,自动绘图代替了人工绘图,自动检索代替了手册查阅,快速分析代替了手工计算,使模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来,集中精力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作。在模具投产之前,CAE软件可以预测模具结构有关参数的正确性。

当今的概念设计已不仅仅是停留在对外观和结构的设计上,它已经扩展到对模具结构分析的领域。对于运用CAD技术设计出的模具,可运用先进的CAE软件(尤其是有限元软件)对其进行强度、刚度、抗冲击实验模拟、跌落实验模拟、散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过这些分析,可以检验前面的概念性结构设计是否合理,分析出结构不合理的原因和部位,然后再在CAD软件中进行相应的修改。修改后再在CAE中进行各种性能的检测,最终确定满足要求的模具结构。

当今CAD技术的发展使得概念设计思想体现在相应的模块中。概念设计不再只是设计师的思维,系统模块也融合了一般的概念设计理念和方法。目前,世界上大型的CAD/CAE软件系统,如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等,都提供了有关产品早期设计的系统模块,我们称之为工业设计模块或概念设计模块。例如,Pro/ENGINEER就包含一个工业设计模块——ProDesign,用于支持自上而下的投影设计,以及在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。此模块工具包括概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器。这些系统模块的应用大大减少了设计师的工作量,节约了工作时间,提高了工作效率,使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。

3现代模具制造的CAD/CAE/CAM技术应用

现代经济的飞速发展,推动了我国模具工业的前进。CAD/CAE/CAM技术的日臻完善和在模具制造上的应用,使其在现代模具的制造中发挥越来越重要的作用,CAD/CAE/CAM技术已成为现代模具的制造的必然趋势。

(1)CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟与制造一体化,CAD/CAE/CAM一体化集成技术是现代模具制造中最先进、最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统,按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程。在具有现代模具设计制造能力的工厂内,该过程都是在CAD/CAE/CAM系统内进行的,其加工程序直接由联机电缆输入加工机台,在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能进行细致的模拟,将零件,刀具、刀柄、夹具,平台及刀具移动速度、路径等显示出来,以便观察整个模具零件的切削过程和前后的形状,进而检查程序编制的正确性,这对于复杂的多曲面的模具零件尤为重要。

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金刚石膜具有硬度高、耐磨损，摩擦系数小，导热性好等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。人造金刚石膜的刀具分为两种类型：金刚石膜涂层刀具，金刚石膜焊接刀具。粘结力较弱是金刚石涂层刀具最突出的问题。粘结力较弱的原因有两个：一是化学气相沉积（CVD）附口过程中，产生很大的热应力；二是基体材料存在着许多降低接头强度的因素。近年来，利用生长基体金属同金刚石膜的热膨胀系数相差较大粘附强度低，在基体上沉积金刚石膜，随着基体的冷却，金刚石膜自动脱落，得到独立的金刚石厚膜。文献采用等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚石膜，获得独立的金刚石厚膜（0.3-1.3mm）。利用这种膜与刀体材料焊接帘（备切削刀具兼有单晶金刚石刀具和金刚石薄膜涂层刀具的优点，是一种应用前景极为广阔的新型刀具。

1.金刚石厚膜焊接刀具的制造方法

1-1金刚石厚膜的成型

由于金刚石厚膜硬度高，耐磨性好、而且不导电。所以常见的机械切削、线切割、超声波加工等工艺方法均不适用于金刚石厚膜的切割加工，常用的方法是激光切割。激光切割不仅能将金刚石厚膜切割成所需要的形状和尺寸，还能直接切出刀具的后角和修正厚膜表面。一般金刚石车刀的前角以0°为标准，根据需要可在+5°的范围内选取。在强调车刀的耐磨性和尖刀强度的情况下。也可以采用负前角（-20°左右）。负后角一般以5°为标准，根据使用条件可在2.5~10°范围内选取。由前刀面和后刀面构成的锲角在85°以上，可得到高精度的刀尖。

1-2刀体材料的性能和焊接

作为刀体材料尽管在切削加工中不与被切削体直接接触，但由于基体要对金刚石膜起支撑作用，因此要求其具有较高的刚性，热膨胀系数与金刚石膜相近以及良好的焊接性等。目前常用刀具材料有硬质合金（YG3、YG6、YG8等）、陶瓷（Si3N4、A12O3等）、CBN、高速钢等，硬质合金是最有发展前途且目前研究最多的刀体材料。硬质合金是理想的基本材料，它的硬度高，又因其为烧结体，红硬性更好，室温下硬度一般在HRA83~93之间；500℃以下硬度保持不变。抗压强度最高可达到6000MPa，一般为3400~5600MPa；室温抗弯强度在750~2500MPa之间，弹性模量高，通常为（4~7）×105MPa；室温下刚性较好，无明显塑变，对金刚石膜可起很好的刚性支撑作用。

金刚石厚膜与刀体材料的连接主要有方法两种：金刚石表面金属化钎焊法和活性钎料焊法。前者是利用表面处理技术（如离子束溅射等），在金刚石表面镀覆金属（如Ti、Cr等），使其表面具有金属或类金属的性能。金属化的金刚石膜表面对Ag-Cu基针料具有良好的可焊性，可采用金属间针焊工艺焊接。这种方法需进行金刚石膜表面金属化处理，增加了制备难度。活性钎料焊接法则是在针料中加入适量的能与金刚石膜表面碳原子反应生成碳化物的元素，利用针焊过程中碳化物形成元素对金刚石膜待焊表面的活化作用，使针料润湿金刚石膜实现其钎焊过程。

1-3刀体与基体金属的连接

将得到的金刚石厚膜硬质合金复合刀片连接到基体金属上，其连接方法大致有以下几种：⑴钎焊⑵机械加固⑶树脂粘接剂连接⑷热装压入。其中，钎焊的办法使用最多。钎焊金刚石厚膜/硬质合金复合刀片使用的钎料就强度来说，一般使用铜基针料、银基针料等。但考虑到防止氧化的焊接裂纹以减少金刚石向石墨转化的趋势，尽可能的使用低熔点的钎料为好，主要是使用硬质合金针焊专用的银基针料。为了更好地保护金刚石不向石墨转化，最好也是在真空或惰性气氛条件下针焊。

1-4金刚石厚膜刀具的刃磨

金刚石厚膜刀具的刃磨方法主要有机械磨削（包括金刚石砂轮磨削和金刚石粉研磨）。热金属盘研膳，激光束、离子束加工和等离子体刻蚀等。用金刚石粉研磨效率低，金刚石砂轮磨削效率高，并可采用不同粒度的砂轮进行粗加工，是金刚石厚膜刀具获得较好的表面光洁度。热金属盘研磨是在高温条件下，利用铁族元素与金刚石反应使金刚石石墨化的原理除去金刚石。用此种方法研磨表面粗糙度可达镜面水平。用激光对厚膜表面进行光整加工，加工效率很高但加工表面质量不高，只适合于粗加工和半精加工。

2、活性钎料成分选择

活性钎料钎焊法钎焊金刚石与硬质合金所用的活性钎料，除要考虑钎料对金刚石膜与硬质合金的润湿条件，还必须考虑接头应力和真空加热条件下钎料成分的状态对钎焊过程的影响。

2-1钎料中的基本成分

金刚石膜和硬质合金都是高硬度高钢性的材料，两种材料的线膨胀系数也有一定的差别，两者钎焊界面会产生很大的内应力，可能造成金刚石膜开裂和连接界面分离。因此钎料的成分必须在保证强度的条件下，应具有一定的变形能力。Ag-Cu合金不但有较好的强度及对硬质合金能很好的湿润，同时Ag-Cu面心立方的晶格结构使其固浴体合金具有很好的塑性。所以，Ag-Cu合金是金刚石膜与硬质合金钎焊首选的基体成分。

2-2钎料中的活性成分

金刚石膜与一般金属及其合金之间有很高的界面能，致使金刚石膜不能被一般低溶点合金所浸润，润湿性较差。因此必须在钎料中加入一些强碳化物形成元素作为活性金属，以改善金刚石膜与硬质合金之间的润湿性。但添加强碳化物形成元素也存在一定的局限性，一方面加入过多的碳化物形成元素就有可能使金刚石膜与钎料间形成过厚的脆性化合物层，影响结合性能。另一方面为了控制钎料的熔点必须对钎料中的强碳化物形成元素友谊顶的要求，如Ti、Cr、Zr、V、B、Mo、W等，这些元素的溶点分别为：1672℃、1863℃、1865℃、1929℃、2300℃、2623℃、3387℃。相比较而言，Ti、Cr、Zr、V更适合一些。这些元素少量的加入Ag-Cu基钎料中，一般钎焊温度可控制在850℃左右，工艺性能较好。.

另外，在钎料中胸口少量的IN、SN等低熔点金属能有效地降低钎料的熔点，但过多则会产生脆化性化合物。同时金刚石膜与刀体材料的焊接是在真空状态下进行的，钎料中应避免含有MN、ZN等蒸汽压较高的易发挥元素。

上面分别从钎料的熔点、润湿性、蒸汽压、热膨胀，焊后是否生成脆性化合物等方面考虑了钎料中元素的选择。对活性钎料成分的选择需要综合考虑，钎焊金刚石厚膜所添加的强碳化物形成元素多种多样。目前国内外尚未见到商品金刚石焊料，一般由应用单位自行配制。有下列一些，Cu-10%Ti，Cu-15%Sn-3%Ti，Ag-15%Ti，Cu-30%Ag-5%Ti，Cu-15%Sn-2%Cr，Cu-1%V，Cu-Au，Ag-30%Cu-4%Ti，Ag-26.5%Cu-3%Ti等钎料成分可供选择。

3．结论

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J1Z-13型单相串激式手电钻是我厂电动工具产品之一。由于具有使用轻便灵活、携带方便、重量轻、动力大、安全可靠、使用寿命长、效率高、振动和噪音小等特点，广泛应用于机械制造、造船、车辆、建筑等部门的金属、塑料、木材等构件的钻孔加工。目前是全国使用得最多的电动工具品种之一，其它多种电动工具都是由它派生而出。

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选择性激光烧结（SLS）是快速成型技术的一个重要分支，它以可加工材料的广泛、无需支撑等优点在原型制造、模具制造等方面得到了广泛的应用。但是由于受到设备激光功率的限制，烧结材料多采用低熔点的石蜡、环氧聚脂等，直接烧结高熔点的金属材料很难实现。目前国内对烧结金属材料的尝试是以低熔点的材料作为粘结剂，将金属颗粒嵌接到一起，金属颗粒未有真正意义上的烧结。这种烧结件强度低、精度一般，表面相当粗糙，只能作为外观评估的模型。

本文采用选择性激光烧结工艺，烧结金属与粘结剂的混合物制作的“绿件”，经过两次烧结→熔渗的后序处理，使原型件的强度、密度、表面精度得到了极大的改善，可直接用于模具和电加工的电极。

1 实验方法

1.1 原料

试验采用–200目的还原铁粉，用环氧聚酯和少量的固化剂对其进行包衣处理，以不同的体积比混合，配比如表1。。熔渗材料为300目的铜粉，在100吨压机上压制成与试样同直径的压坯，压坯重量由试样所需的最终密度决定（本试验最终理论密度为8.7g/cm 3 ）。

篇7

 

一、引言

模具是一种重要的加工工艺装备，是国民经济各工业部门发展的重要基础之一。随着工业生产的发展,对工业产品的品种、形状、数量、质量等的要求越来越高,对模具的需要量相应增加,对模具质量的要求也越来越高；模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。

模具寿命是直接影响产品质量、加工效率和成本的重要因素之一，也是衡量模具制造水平的重要指标。目前在我国的许多企业中,模具的使用寿命还比较低,仅相当于国外的1/3~1/5。模具寿命低，精度保持性差，必将影响产品质量，还会造成模具钢和工时的巨大浪费，大大增加产品的成本并降低生产效率，严重影响产品的竟争力。模具的失效分为偶然失效和工作失效。偶然失效是指模具因设计错误、使用不当引起模具过早破损;工作失效是指模具因正常破损而结束寿命。总的失效形式主要以表面损伤、塑性变形、断裂为主。论文参考，模具材料。影响模具寿命的因素是多方面的,其中,热处理不当约占45%,选材不当、模具结构不合理约占25%,工艺问题约占10%;问题、设备问题等因素约占20%，由此可见模具材料与热处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。

二、冷冲模具材料及其热处理的选择

冷冲模具的使用寿命通常和模具的硬度、强度、耐磨度及抗冲击韧性有着直接的关系。因此,对模具材料和热处理工艺过程的要求就更高。对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。

（一）低淬透性冷作模具钢及其热处理

满足这些性能要求的冷作模具材料有低淬透性冷作模具钢、低变形冷作模具钢、高合金工具钢等，其中碳素工具钢是使用最多的低淬透性冷作模具钢，其特点是含碳量高,马氏体转变温度点(以下简称Ms点)低,临界冷却速度快,在快速淬火冷却时,产生热应力变形,使模具沿主导方向收缩变形,材料的含碳量越高,收缩量越大。这种收缩会在模具内部产生很大的内应力,必须通过回火或其他的方法有效地消除内应力。当然这种变形量的大小要受模具截面尺寸、淬火加热温度、淬火冷却方式和回火温度等因素的影响。论文参考，模具材料。因此,淬火和回火工艺是影响低淬透性冷作模具寿命的主要因素。

因为碳素工具钢模具多为中、小截面(10~50mm)。为减小淬火变形,T10A,T12A一般选择较低的淬火温度。当采用硝盐浴或碱浴冷却时,淬火加热温度可选择810~820℃;如果是水-油冷却,加热温度为760~780℃。对于T8A钢,根据模具截面尺寸的增大适当提高淬火温度以提高模具的淬火后硬度。采用水淬时,对于截面厚度t小于15mm的制件,加热温度应选择800~820℃;截面厚度t在30~50mm时,加热温度应选择820~830℃。采用硝盐浴分级淬火时,可在以上所述淬火温度上做适当调整。

（二）低变形冷作模具钢及其热处理

低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素发展起来的，CrWMn是其典型钢种。CrWMn钢具有高淬透性，淬火时不需要强烈的冷却,淬火变形比碳素工具钢明显减少。但是，这类钢的变形同样受到淬火加热温度、冷却方法、回火工艺和模具截面尺寸的影响。该钢淬火温度的选择，由于钨形式碳化物，所以这种刚在淬火及低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度。当采用800℃加热淬火时，既能获得较高的硬度（63HRC）还可以获得较高的抗弯强度和韧性。如果继续提高淬火温度，硬度上升但冲击韧度、抗弯强度会降低。当淬火温度大于850℃时，硬度也开始下降。因此，为减小变形并获得高的耐磨性,由这些钢制造的模具,其淬火加热温度不宜过高。论文参考，模具材料。

CrWMn钢淬火常用的冷却介质是硝盐浴和矿物油,其中硝盐浴的使用温度较高而冷却能力却比油大。对于精度要求高的模具,根据硬度要求选择不同的温度进行等温淬火,等温时间不宜过长,等温后随硝盐浴一起缓冷。这样不仅能显著减小组织应力,还能有效控制变形量。CrWMn钢等温淬火后比普通淬火的强韧性高，对于易产生断裂的模具可采用等温淬火。该钢淬火后于150~160℃回火,可使原来淬火后膨胀的体积产生收缩。回火温度升高到220~240℃,又开始出现尺寸膨胀,在260~320℃回火时,会出现尺寸膨胀的最大值,而继续提高温度,变形又趋于收缩。当CrWMn钢要获得大于60HRC的硬度时，回火温度应不超过200~220℃。因此,在选择回火温度时应根据模具的结构、尺寸和硬度要求合理选择回火温度。论文参考，模具材料。选择合理的回火温度可以最大限度地消除由淬火产生的内应力,有效提高模具的寿命。论文参考，模具材料。

（三）高合金工具钢及其热处理

高耐磨微变性冷作模具钢、高强度高耐磨冷作模具钢、高强韧性冷作模具钢主要是高合金工具钢，用来制造模具的常用牌号有Cr12,Cr12MoV,Cr6WV,Cr5MoV和Cr4W2MoV等。这类钢的含碳量高,同时含有大量的碳化物形成元素,具有高的淬透性、耐磨性和热硬性。高合金工具钢由于淬透性高淬火时不需要快速冷却,因此产生的内应力小。高合金钢模具淬火温度的选择应首先考虑控制淬火变形。试验证明:当淬火温度为1030~1040℃时模具的变形量最小,接近于零。低于这个温度淬火,制件发生胀大变形;高于这个温度淬火,制件收缩变形。淬火温度为1100℃时,收缩量会急剧增大。为防止模具在高温下氧化和脱碳,一般应在盐浴炉中加热。冷却方法的选择则根据模具的具体情况和要求而定。论文参考，模具材料。截面尺寸大的模具可用150~200℃的油来充当淬火冷却介质,停留一段时间出油后空冷;大多数中、小尺寸的模具可以采用250~300℃的硝盐浴分级冷却;精度要求高、形状不对称的模具可以采用540~600℃的氯化盐和250~300℃的硝盐浴2次分级冷却;精度要求很高,需要严格控制变形的模具,可以采用2次分级冷却,并在硝盐浴中停留一段时间后随硝盐浴一起缓慢冷却,这样可以最大限度地减小内应力,避免模具开裂或产生细小的裂纹,从而提高模具的使用寿命。高碳高铬钢的回火抗力高,回火时马氏体的分解和残余奥氏体的转变是影响模具尺寸变形的两个主要因素。Cr12MV钢采用低温淬火和低温回火时，可以获得高度硬度、强度和断裂韧度；若采用高温淬火与高温回火，将获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低；而采用中温淬火与中温回火，可以获得最好的强韧性配合。在生产中，采用何种淬回火工艺，应根据模具的工作条件来确定。

三、结论

模具材料是模具制造业的物质基础和技术基础，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命起着决定性作用。模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的寿命有着直接的影响。当热处理工艺不当时，热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等会导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，从而影响模具的工作寿命。因此，对于不同的冷冲模具应该选择不同的模具材料以及相应的热处理工艺。

参考文献：

［1］程培源.模具寿命与材料［M］.北京:机械工业出版社,1999.

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模具设计与制造专业有着悠久的办学历史,各个高职院校都积累了丰富的办学经验,在办学师资和硬件上都有一定基础。这一专业曾是十分热门的专业,学生有着美好的就业前景。近几年来,随着社会经济的发展,对人才的需求发生了很大的变化,模具设计与制造专业面临着新的挑战。必须通过教学改革,才能让模具设计与制造专业更好地发展,适应社会的需求。在模具设计与制造专业中具体应用项目教学法,需要从以下几个方面入手: 

一、改变以教材为中心的教学方式 

传统的模具设计与制造专业教学主要是围绕教材开展的。一般是老师选定教材之后,学生领取教材,接着老师根据教材内容制订教学计划,然后备课,最后是围绕教材为中心开展教学。项目式教学法打破传统的以教材为中心的教学方式,通过完成项目这个中心开展教学,把系统的学习理论知识这一过程分散到各个项目中。项目中需要的什么理论知识教师就讲什么,能通过学生查手册获得的数据尽量让学生去查手册,让学生少背公式和参数,把全部精力都用到完成项目上。 

二、教师必须增强实践能力 

教师必须要提高自己的动手实践能力,熟悉所有遴选的项目,拓展自己的能力,让自己能够完成各种项目。同传统的围绕教材开展教学相比,项目式教学法对教师的能力提出了更高的要求。因此,教师必须重视提高自己课程的实践操作能力。在教师具备良好的实践能力下,才能有效地组织和完成项目式教学。教师要提高动手能力,需要经常地下厂进行锻炼,充分利用各种形式进行实践,把教学中所要用到的各种技术都熟练地掌握。 

三、选择项目要有先进性和代表性 

所选的项目的先进性和代表性直接决定了项目式教学的教学质量。通过先进项目培养出的学生,能够掌握最前沿的各种专业知识,就业时能够实现同工作岗位的“零距离”对接;通过代表性强的项目教学能把所有知识都整合起来,提高学生的综合运用专业知识的能力。除了要保证足够数量的项目进行教学,同时更要注重项目所涉及知识的先进性和知识覆盖的代表性。在选项目时必须注意结合模具行业先进技术,时刻想着把最前沿的技术教给学生。以《特种加工技术》课程为例,在选择项目时,不能只考虑数控车、线切割和电火花等训练项目,还必须增加更为先进的雕刻技术应用项目。 

四、项目式教学要有相应的考核方式相配套 

传统教学的模式往往采用期末统考的考核方式,这是典型的应试考试。主要的是考查学生的学习结果,让学生进行知识巩固。学生只要在考前死记硬背就能应付过去,这样的考查在项目式教学中不适用。项目式教学应该实行目标考核方式,应该通过对项目完成结果进行打分和评价,通过这种考核方式可以对学生该门课程的掌握情况进行全面评价,更加准确客观,避免偶然性。只需要在平时的教学中进行,不需要统一安排时间进行考试,让学生掌握更多的主动性。例如,考核《冷冲模具设计与制造》这一课程时,可以安排一个模具设计项目,让学生在几天时间内完成设计,教师对学生的设计说明书进行审核,然后结合学生完成平时作业的情况,最后给学生综合评定一个分数作为成绩。 

五、配备完成项目的基础条件 

现代模具设计很多时候都需要计算机辅助进行设计。学校必须配备计算机房和各种辅助设计软件,让学生能够采用先进的计算机进行模具项目设计。模具制造需要很多设备,涉及到了基本的加工设备以及数控加工设备。教学时,应该充分利用学校自身的加工基地,同时开展校外基地实习,完成模具制造的项目教学。只有让学生亲手完成自己设计和加工的模具,才能让学生的知识实现质的飞跃。 

由于模具设计与制造专业的较强应用性,只有让学生学会设计常用的模具和掌握模具的制造技术,才能实现教学目标。项目式教学通过理论结合操作,符合了未来职业教育的发展方向。在模具设计与制造专业教学中,通过项目式的教学培养出的学生适应了当今经济和社会的发展,满足了对专业应用型技术人才的要求,一定会起到良好的教学效果。 

参考文献: 

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1、理论意义:(1)学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力.

(2)综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化.

(3)通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能

(4)可以掌握锻造工艺，熟悉各种锻造各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作以及了解deform软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识.

2、现实意义:随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标;同时缩短了生产周期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位.

锻造是一种借助工具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法.锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小;锻件内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过.

锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，如锻(焊)合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织.而铸造工艺得到的锻件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷;机械加工方法获得的零件，尺寸精度较高，表面光滑，但金属内部流线往往被切断，容易造成应力腐蚀，承载拉压交变应力的能力较差.

这几年，我国火车不断提速，动车、高铁相继投入运营，这也代表着以后的发展方向，这要求我们必须保证火车导轨的安全可靠行，为保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性，高速铁路的平顺性是很重要的指标，国外高速铁路采用断面尺寸公差和平直度要求很高的长定尺钢轨并焊接成超长无缝线路.接头作为连接导轨的关键部件起着至关重要的作用.

模具制造技术现代化是模具工业发展的基础，性能良好的锻造设备是提高锻造生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的锻模模需要高精度高自动化的锻造设备相匹配.为了满足大批量高速生产的需要，目前锻造设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量使用，使锻造生产效率得到大幅度的提高，各式各样的锻造自动线和高速自动压力机纷纷投入使用.

二、课题关键问题及难点

本课题以锻造工序的数目确定、预成形设计为重点，对比不同形状预制坯的成形过程，给出了合理的制坯工序布排和设计，实现了一火锻造.同时，开发了封闭飞边闭式锻造预锻工序，提高了材料利用率.最后，对锻造过程进行了三维有限元模拟，在40mn热模锻压力机上进行了试验和试生产，模拟和试验结果证明锻造设计符合生产要求.该锻件形状复杂，材料分布非常不均匀，其锻造工序编排和模具设计难度更大.

本课题的难点在于应用三维绘图软件和deform软件对其进行应力应变分析，通过软件规范初设数据并反复进行修改，直到得到最优的设计方案..

三、调研报告(或文献综述)

我国的经济体制发生了根本的变化，由过去的计划经济过度到现在的市场经济.锻压生产虽然生产效率高，节约原材料和机械加工工时;但生产周期较长，成本较高，处于不利的竞争地位.铸造、焊接、机械加工豆加入了竞争.锻造生产要跟上当代科学技术的发展，需不断改进技术，采用新工艺、新技术，进一步提高锻件的性能指标;同时要缩短生产周期，降低成本，使之在竞争中处于优势地位.模具的技术水平明显有了提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大.

当代科学技术的发展对锻压技术本身的完善和发展有着重大的影响，这主要表现在一下几个方面:

1. 对机械零件的性能要求更高.现代交通工具如汽车、飞机、机车的速度越来越高，负荷越来越大.出更换强度更高的材料外，研究和开发新的锻造技术.挖掘原有材料的潜力也是一条出路.

2 .模具计算辅助设计、制造与分析(cad/cam/cae)的研究和应用将极大地提高模具制造效率，提高模具质量，使模具设计与制造技术实现一体化.

3. 模具的标准化、商品化、机械化及专业化自动生产.

4. 工艺分析计算的现代化.它将与现代数学、计算机技术联姻，对加工零件进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成形的可能性与成形过程中可能会发生的问题，供设计人员修改和选择.

目前锻造业面临的问题大概可以归纳为一下几个方面:

1.装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低.

2.管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散.

3.机械制造厂家封闭式经营生产，是产品缺乏竞争力.

4.科学研究投入少，接受新技术新工艺迟缓，其结果导致搞科研也搞生产，生产厂家的问题无人去解决.

四、参考文献

【1】姚泽坤主编. 锻造工艺学与模具设计 西北工业大学出版社 XX.6

【2】卢秉恒. 机械制造技术基础. 北京: 机械工业出版社，1999.8

【3】王先奎. 机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社，XX

【4】吴宗泽 机械零件设计手册. 北京:机械工业出版社，XX.4

【5】郑家骧 刘永田. 画法几何与机械制图. 内蒙古科技出版社，XX.8

【6】锻压手册(设备) 北京:机械工业出版社，XX

【7】锻模设计手册 北京:机械工业出版社，1991

五、研究内容及确定方案各步骤

1、研究内容:

(1)模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、设计绘制锻件图、模具类型的确定、确定变形工步及中间坯料尺寸，压力中心计算、压力机选择、计算原坯料尺寸的确定等;

(2)模具整装配图和模具主要零件的设计;

(3)编写设计毕业论文

2、基本设计方案

本零件是属于大型锻件，首先根据相关尺寸确定其锻造工步，通过计算/r以及h/d的相关数值， 基本步骤设计如下:

1、计算毛坯尺寸

2、选择成型设备及其参数

3、用deform模拟软件进行有限元模拟并分析缺陷并加以改进

4、模具工作部分尺寸的计算

5、模具的总体设计

6、下料

7、加热

8、弯曲

9、预锻

10、终锻

11、切边

六、进度安排

第5-6周 毕业实习，撰写实习报告

第7-8周 写出不少于3000字的文献综述;根据参考文献和课题要求，提出自己拟定的可行方案;

第9-10周 写出开题报告，开题;进行总体设计

第11-12周 外文文献翻译，完成详细方案设计

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中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1672-5727（2012）06-0028-02

随着我国经济的快速发展，模具行业已经成为现代工业发展的支柱产业，被称为制造业中的“皇冠产业”。模具行业具有良好的发展前景，模具行业急需技能型人才和高素质的劳动者。但我国现行的模具专业教育面临诸多问题，主要体现在不能满足模具企业对该专业人才的需求。笔者拟从模具专业学生的就业取向出发，探讨适合现行社会及企业发展需求的模具专业课程体系的建设途径，以使学生在毕业时即成为“零适应期”的技术型人才。

高职院校模具专业的就业取向

模具集合了机械、电子、材料和信息网络等诸多技术，我国模具工业的发展现状要求培养实用型模具专业人才。在我国从事模具技术教育的院校中，高职院校模具专业的毕业生最具就业优势。高职模具专业的学生毕业后与该专业相关的就业取向及要求大致如下：（1）模具设计方面的工作。要求具有创新的设计理念，掌握现代设计方法与手段；（2）模具加工操作方面的工作。包括操作机床加工模具或利用模具加工零件以及数控编程；（3）编制模具加工工艺的工作。如确定工艺方案、编制工艺规程和相关工艺技术文件等；（4）模具技术经济分析的工作。包括模具价格估算和营销管理等环节，由于生产方式的特殊性决定了其流通、定价方式等的特殊性；（5）模具失效分析及使用维护的工作。包括模具的安装与调试、失效分析与修复技术，以及模具寿命期内的故障分析、日常保养维护和报废管理等；（6）制件设计及设备维护方面的工作。与模具相关的工作，包括用模具生产的制件的结构工艺性设计和安装模具的相关设备的故障分析及维护保养等。（7）模具生产管理的工作。如加工模具或利用模具进行制件生产的相关管理工作等。

高职院校模具专业培养方案定位

高职院校模具设计与制造专业的培养目标是：培养德、智、体、美全面发展，能够从事模具设计（CAD）、模具制造（CAM）、模具工程分析（CAE）、装配、调试和维修，会编制模具制造工艺规程，懂得企业生产管理的高素质技能型专门人才。高职院校只有以此目标组织教学，才能使该专业的培养模式真正满足社会需求，使我国高职教育顺应社会发展的潮流，走上良性循环的道路。

构建模块化课程体系是关键

依据就业取向和专业培养目标，应匹配相应的模块化课程体系。根据笔者多年来在企业一线从事技术工作的实践和近年来在模具设计与制造专业的教学累积，对模具专业模块化教学课程体系提出以下建议：根据模具企业对模具专业学科的知识要求，将相关知识按企业实际工作过程设计模块与项目，使理论与实践高度结合，构建高职模具专业课程结构体系，如图1所示。

（一）理论体系

与就业取向挂钩的教学课程安排及调整要求（1）提高对机械制图方面的要求。培养学生的识图能力、绘图能力（包括装配图）、正确的尺寸及公差标注和测绘能力，至少掌握一种机械制图软件和造型设计软件，强化机械制图与计算机绘图、CAD/CAM/CAE技术、公差配合与测量技术课程的学习。（2）强化对工艺的要求。培养学生的工艺意识，加强工艺环节的教学，尤其是工艺实践环节，强化金属工艺学、机械制造基础、模具制造工艺、模具工程材料及表面处理技术、先进制造技术、模具制造工艺与装备等课程的学习。（3）强化模具安装、调试与保养修复技术。模具调试环节至关重要，要加强模具的保养和修复，开设模具技术经济分析、制件缺陷分析、模具失效分析与维护理论课程及实训。（4）重视实训环节，并实现与实际生产真正挂钩，在加大校内实验实训硬件建设的同时，更注重校企合作的软件建设。

高职院校模具专业课程设置理论以“够用”为度，不宜过深，加强实践环节的比例，理论课与实践课程穿行，课堂教学与现场教学相互支撑，将实践环节融入顶岗实习、项目驱动综合实训中。根据以上课程调整要求，模具专业课程安排如下：（1）专业基础课。包括机械制图、机械制造工艺、公差与配合、机械零件设计与课程设计、机械制造基础、工程力学等；（2）专业核心课。包括先进制造技术、模具制造工艺、冲压工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计、模具造型设计、模具失效分析、模具技术经济分析等；（3）实训项目。包括机加工机床操作、绘图及识图能力训练、电子图纸软硬件工具的应用训练等综合技能训练和冲压模、注塑模等典型模具设计制造，以及制件生产实习的专项技能训练。

（二）实践体系

加强校内实训环节（1）典型模具拆装实验。要求学生加强精密机械零件的测绘能力，并加深对模具结构的了解；（2）工作零件的数控加工实习。包括凸、凹模，型芯、型腔等典型零件的加工编程；（3）生产实习。包括操作压力机、注塑机等典型机床，了解生产过程、工艺参数调整及注意事项和模具安装调试维护过程中的细节；（4）将毕业论文安排为毕业设计，“一人一题”，真正使每个学生都能从制件工艺性分析、相应工艺计算、模具结构设计、模具的制造维护等角度，认真细致地了解模具设计与制造工艺的整个流程。

加强实践环节与实际生产现场的联系（1）实际生产现场参观，即加工模具及利用模具生产零件的现场参观，加强对加工图纸的认识；（2）增加大型作业练习，选题针对现行生产要求和实际，进行强化“仿真”练习；（3）对专业性强的课程，聘请部分生产一线技师或工程师进行现场专题讲座或进行实训指导，强化实践意识，使学生如临生产现场，提高学习的主动性，以收到最佳的教学效果；（4）尽可能实现校企合作、工学结合，使学生真正在高职院校得到培训，掌握技能，实现校企双赢。在学生毕业前安排其参加国家职业技能鉴定考试，取得模具设计师等职业资格证书，培养出受企业欢迎的高技能型模具人才。

（三）打造专业化的师资体系，提高专业建设的软实力

师资是专业人才方案的具体实施者，建设模具专业教师队伍是打造专业品牌的关键，要培养既有企业实践经历，又有一定理论知识水平的“双师型”教师。鉴于此，可安排教师到企业挂职锻炼，逐步分批安排专业教师到模具车间参与实习实训基地建设，并承担实践性教学任务，提高教学实践能力；加强校企、校际合作，聘请模具企业技术人员、高校教授、高级技师等定期授课，进行理论与实践指导，形成一支高水平、高素质的专兼职教师队伍；从福利、人事等方面制定向“双师型”教师倾斜的激励机制，充分发掘教师潜能，从而打造专业化的师资体系，提高模具专业建设的软实力。

融入职业道德意识教学

职业道德意识包括职业理想、职业态度、职业荣誉等，反映从业者的价值目标，劳动态度、责任感和自信力，体现从业者的敬业、乐业意识。意识观念是行为的前提和统帅。

因此，在高职院校模具专业的教学过程中，应融入工艺意识和职业道德意识教学，使学生形成良好的职业道德和敬业精神，养成良好的职业素质，包括作为技术人员态度严谨的意识、与人合作的意识、谦逊求知的意识、不断优化创新的意识，以及爱岗敬业、诚实守信、尊重并服务于群众、奉献社会等社会责任意识。

目前，模具行业技术人才稀缺，高职模具专业课程体系建设应顺应模具企业对人才的需求，逐步与就业取向挂钩，合理安排理论与实践课程的内容和比例，凸显实践环节技能的锻炼和职业道德意识的培养，从提高高职院校专业建设的软硬件方面同时着手，使学生在学习阶段“零距离”接触企业工作过程，从而提高学生的职业技能，培养学生综合解决工程实际问题的能力，为模具行业的发展培养更多更好的实用型人才。

参考文献：

[1]石卫平.我国职业教育课程改革中的问题与思路[J].中国职业技术教育，2006，（1）.

[2]王荣，等.对高职模具设计与制造专业建设的思考[J].河北职业技术学院学报，2007，（2）.

[3]钱应平，刘小鹏，叶红，王劲青.模具专业课程内容改革[J].理工高教研究，2003，（4）：87-89.

[4]王琪.模具制造技能训练的模块化教学漫议[J].职业教育研究，2008，（11）：137-139.

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1现状分析

    作为我国职业技术培训中坚力量的中职、高职、高专院校，相继开设了模具专业，教学用书纷纷出版，专业发展与课程建设都取得了一系列重大突破。然而，数量众多的模具专业教材，大部分是针对高职高专教学编写，鲜有适应中职教育而编写的模具专业用书，各中职学校不得不采用仅有的大学教材来进行课程教学。中职模具专业课程建设，应以提高实践技能为目标，对教学内容进行项目化整合，明确、细化技能要求，结合学校自身实际情况，采用行之有效的教学手段，切实提高教学水平。

2课程项目化

2.1确立培养方向

    要设置出适合中职教育特色要求的冲压模课程，必须明确设置标准。当前中职学生毕业后往往应聘到生产一线岗位。所以，对《冲压模具设计与制造》这门课程进行项目化，在“制造”与“设计”这两个方面，重点应突出“制造”这个方面，在制造的过程中了解、熟悉设计原理，再进一步提出创新要求，实现以专业技能实践为主，理论学习为辅的教学目标，最大程度地提升学生动手能力，并在拥有一定的理论知识的基础上，能分析或解决冲压加工生产中的问题，提高创新能力。

2.2确立项目内容

    项目内容的选取要符合教学大纲和反映社会技术要求，要易于被学生接受、了解和运用，要在强化技能实训的同时，穿插理论指引;不是理论指引实践，而是通过技能实践，了解与消化理论，再利用了解的理论促进技能水平升级，形成以技能实践溶解理论、以理论强化技能水平的良性循环。

    《冲压模具设计与制造》这一门课程涉及到冲裁、弯曲、拉深、成形等多种模具的设讨一制作，初步接触时，一个学生必须花费大量的时问和精力才有可能在脑海里把这一系统工程初步建立起来。因此，在确定冲压模这门课程的项目内容时，应选定其中某一种类型的模具相关知识进行内容组织，整合为项目形式，对课程实行项月化教学。当项目完成，学生容易在大脑中建立起清晰的模具制造工程模型，之后就可以此为突破口，扩展教授其它类型的模具知识，形成以点带面的冲压模知识教授方法体系。结合学生学习特点，分析各类型冲压模的结构特征和所需要运用的知识内容，选取冲裁模作为冲模知识学习的突破门。冲裁模是冲压模中用得最多的一类模具，其结构组成具有代表性、典型性。学生通过冲裁模的学习，拥有了坚实的模具制造知识基础，那么，在后续的弯、拉深等冲模的学习上，将会呈现事半功信的效果。

2.3分项目制定

    根据冲裁模的结构特点，本着由浅人深的原则，可选取单工序的落料模作为具体项月实施裁体，把完成整副冲裁模具的制造过程，分解成多个项目内容依据模具结构零件的功能特点和加工过程，联系各知识要点，可把整个项目分化成以下七个分项目:①冲裁模基础知识:进行模具拆卸实践，一了解模具结构，对冲模和冲压加工生产形成初步认识;②冲床与冲压加工基础知识;了解冲床结构，分析冲压原理;③模架零件制造:对模座板、导向零件等进行加工，强调技术要求，学会车、铣、磨等机床加工手段，强化机床操作技能，了解模架设计要求和选用方法;④凸模和凹模制造:学会用数铣、线切割、电火花等技术手段加工凸、凹模，了解凸、凹模零件的设计要求，学会凸、凹模尺寸的确定方法;⑤垫板与固定板制造:加工上、下垫板与凸、凹模固定板，对上、下垫板以及凸、凹模固定板进行加工，强化加工技能，了解凸、凹模固定板设计的要点;⑥卸料装置部件制造:对卸料零件进行加工，了解卸料装置的结构组成和设计要求;⑦冲裁模装配与调试:对已经加工完成的模具零件进行组合装配，掌握装配模具的技术要求和方法，完成整副模具的最后组装，把模具装在冲床上进行试加工。

2.4项目实施

    项目的实施过程是以学生为主老师参与指导的方式实行，老师选定两个结构不同的冲裁件，并预先为其中一个零件设计出完整的模具结构，作为学生进行加工的对象。每一个项目中，学生亲自对零件加工，老师则对其加工过程进行必要指引，从工艺、技术要求等方面进行详细要求;当加工完成后，教师对其加工过程进行点评，指出不足之处以待改进。此时，由于学生刚完成零件的加工，精神状态高度集中，且加工过程中亲力亲为，对零件的各部位结构印象深刻，学生的学习积极性已充分地调动起来，老师对所加工零件的功能、设计原理、设计要点等理论知识进行讲解将会获得良好的教学效果。在每个分项目进行的过程中，教师要注意引导学生思考，把“为什么会是这样”引人到项目过程中每个技能和知识点里，激发学生思维多多思考，培养学生不断进行探索。

2.5项目的检查评估

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【中图分类号】G64.21 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）22-00-02

一、“2+1”教学模式的政策依据及意义

“2+1”教学模式的政策依据是根据《国务院关于大力发展职业教育的决定》中明确提出“要大力推行工学结合、校企合作的人才培养模式，逐步建立和完善半工半读制度”，教育部并且制定出台了《职业院校试行工学结合、半工半读的意见》。“2+1”教学模式是通过校内两年教学和一年校外顶岗实习实现，这种教学模式更突出了高职教育以应用为主旨和特征构建课程和教学内容体系的原则，更强调了学生职业能力培养在高职教学中的重要性。

二、“2+1”模式下模具专业人才培养方案制定的标准及探索

培养方案制定标准就是围绕如何培养第一线工作的高技能型人才。实现培养目标的评判标准包括三个方面：一是素质要求：要求有良好的团队合作精神，培养较强的心理抗挫折能力，有良好的职业道德，爱岗敬业，勇于创新，对待工作一丝不苟，为人诚信；二是知识要求：具备模具设计、模具制造、数控加工等方面的专业知识，掌握机械制造、模具设计、数控加工、模具装配、模具销售等方面的知识；三是能力要求：掌握从事模具专业（行业）领域实际工作的基本技能，同时具有一定的创新能力和创业能力。

在“2+1”教学模式下，由于校内教学周期的缩短，根据模具专业培养目标及评判标准，我校在教学过程中大胆探索并实施新的教学方案：

（一）校内人才培养方案的改革与探索

1.改革模具设计与制造专业课程体系

强调以能力为本位，以提高学生职业素养为目标，课程设置以职业需要为主线，以就业为导向，打破学科体系，我校将模具专业课程体系分为四块：一是基础知识课程，主要在第一学期开设；二是职业基础课程，包括机械制图、公差、机械设计基础、机械制造基础及职业基础任选课等，为学生专业的学习打好基础；三是职业能力课程，包括冷冲模设计、压铸模设计、塑料模设计、模具CAD/CAM、模具制造技术和数控加工技术及相关的实习实训课程等，重在培养学生的模具设计能力、模具零件加工制造能力和模具设备的操作及模具的维护能力等；四是顶岗实习，在大三这一年开展，熟悉真实的工厂环境，为就业作准备。课程设置中更加突出高职模具专业“学中干、干中学”的教学特点，重视学生职业能力的培养，为学生营造仿工厂的学习环境，建立一种循序渐进的从校园到岗位的学习和适应过程，为培养学生的岗位角色意识，为学生提前进入岗位角色创造条件，并适应现代企业的招聘特点。

2.改革实践教学环节

为保证对学生能力培养的要求，我校大幅度增加了实践教学环节的比例，从实验、课程设计、顶岗实习三方面构建了系统的实践教学体系。在实践教学过程中，重点加强对学生现代设计与制造技术的能力培养，大量增加数控机床、数控线切割、数控注塑机等的应用；增加综合性、开放性实验，结合专业需要优化实验项目和内容。例如：针对模具专业的特点，加强金属切削加工及加工质量分析方面的综合性实验。通过实践教学，加强学生对企业在用先进制造技术的了解，并尽可能增加动手机会。在校内专业实习中，使每个学生都有机会结合生产实际操作线切割、注塑机、数控机床、加工中心等设备。在专业基础课程设计中，强化计算机的应用，制图测绘和机械设计课程设计都增加计算机绘图的要求，在专业课程设计中增加冲裁模具CAD和注塑模具CAD软件的应用，在模具制造工艺课程设计中增加数控线切割编程的内容。

3.改革教学方法

教学形式上摆脱传统教学模式的束缚，我校组织教师积极开发优秀多媒体课件，并尽可能将教学地点设置在模具实验室或车间，实现“教室车间化，车间教室化”。利用工程中实际应用的模具进行教学，摆脱乏味的理论知识讲解，提高学生对模具的认识。在学习的过程中，学生既可参照模具实物学习模具工作原理，又可以实际动手操作，教学方法灵活、直观，教学形式生动、活泼，调动了学生学习的积极性和主动性，激发了学生的学习热情。例如，在塑料模具成型工艺及设计课程的教学中，利用企业生产手机后盖的模具进行讲解。将手机后盖的工艺设计和工艺参数的选择、分型面的选择、型腔的布置、流道系统的设计、型芯的设计、顶出机构的设计和温度系统等内容设计成不同教学模块，每一个模块都结合实例进行讲解。让学生掌握实际设计模具的过程，掌握模具设计的要领，巩固所学的理论知识。并且每一模块的讲解都采用项目驱动，逐步讲授设计要点，并以一定练习作为辅助。边讲边练，以练为主，避免学生会而不熟的现象发生。

4.建立科学合理的考核体系

科学合理的考核应做到对学生全面、合理的评价。我校在“2+1”教学模式的考核方式主要采取理论考核、项目考核和顶岗实习考核三方面。理论考核主要采取开卷、闭卷、课程论文等形式，考试难度适当，范围合理全面。项目考核是在项目实施完毕后，教师根据项目的设计方案、实现方法、操作步骤、涉及内容多少等因素，可以制定不同的得分权重给予学生成绩，也可以包括学生的自评成绩来制定最后的项目成绩。同时，在考核过程中注意学生的学习态度等素质考核因素。顶岗实习考核主要由企业专家给予的成绩和学校带队顶岗实习教师抽查给出的成绩构成。企业专家给予的成绩主要根据学生的实习报告和实习期间的学习工作态度给出，顶岗实习教师不定期检查学生的实习情况，并根据检查情况给出实习成绩。

（二）校外一年顶岗实习的模式改革

校外顶岗实习的一年是关键的一年，是学生工作能力和实践能力锻炼的关键一年，也是提升学校影响力的重要步骤。与企业建立一种长期、稳定、友好的实习合作关系，是实施“2+1”教学模式的重要保证。否则，1年的企业岗位实践将流于形式。为了使学生在“2+1”教学模式中真正受益，总结我校在顶岗实习中的经验，我校选择一些拥有先进的管理理念和良好的企业文化，并能提供与专业培养目标所确定的就业岗位的大型企业，建立了省内和省外实习基地，如贵州083基地企业、芜湖国家级经济技术开发区、无锡高新区等作为学生实习基地，为学生认识模具、制造模具、加工模具提供很大的空间。在校外的一年实习中，我校主要注重以下几个方面的改革与实践：

1.建立顶岗实习管理制度体系

我校把顶岗实习管理由校企双方共同实施，双方协定顶岗实习的相关管理制度。明确在顶岗实习过程中企业、学校、学生三方的权利、责任与义务。校企双方共同协作，达到“共赢”。因此在学生进企业顶岗实习前，学校要对学生做好顶岗实习动员工作，明确实习目的、任务要求和考核要求等；企业对实习学生进行安全教育、岗位技能培训、生产制度的学习等。通过建立校企合作制度和顶岗实习制度的不断完善，我校逐渐形成顶岗实习管理制度体系，使顶岗实习科学化、标准化。

2.建立实习学生校企共管平台

做好顶岗实习管理工作，就要求学校与企业建立共管平台，明确各自职责和义务。我校对学生顶岗实习前统一组织顶岗就业双选会、培训和安全教育。安排驻厂顶岗实习带队教师配合学校就业部门与企业沟通协调，与企业签订实习协议，协助企业落实学生顶岗实习的岗位以及处理突发事件等，同时与学校专业负责人及专业教师沟通，制定实纲和实习内容等。企业的人力资源部门负责与学校沟通制定实习计划，对学生进行入厂教育，并对实习过程进行监控，与学校及时沟通。在实习车间由企业的班长或组长对学生进行出勤考核、生产质量考核、岗位技能评价等。同时与驻厂的带队顶岗实习教师进行交流，及时解决实践中遇到的问题，不断完善实习内容。

3.构建实习学生继续学习平台

顶岗实习时间为一年，一年中，学校除了要求学生学习企业员工爱岗敬业、工作谨慎的品质外，还应该为学生提供更加灵活的学习方式，为学生提供继续学习的平台。我校在顶岗实习单位的安排上尽量集中，方便管理。并派专门教师，负责对实习学生在模具设计、加工和维修方面疑问的解答，及时掌握学生学习情况、工作状态。教师利用学生实习的休息时间合理安排理论联系实际的教学活动。实习教师利用QQ群、飞信等网络联系方式，有针对性地指导，使学生在实习期间既学到专业知识，又掌握了企业所需要的基本技能和管理。

4.采用校企共同考核评价办法

学生顶岗实习阶段考核的主体是校企双方，因此，学校与企业共同制定实习学生考核评价办法。我院与企业制定的考核评价指标体系，偏重企业评价，企业评价占70%，学校评价占30%。注重评价学生实际设计和加工模具的工作能力以及创新能力。考核评价指标内容包括实习态度、工作质量、岗位技能、遵章守纪、出勤情况、安全意识、实结等。在学生顶岗实习结束时，对达到考核标准的学生，企业根据顶岗实习情况择优选拔，使部分学生成为企业的正式员工。这也减少了企业找人的盲目性，对学生也有很大的吸引力，提高了学生顶岗实习的积极性，学生更加注重企业顶岗实习。

三、总结

“2+1”教学模式是一种适合现代高职教学特点的教学模式，它打破了传统教学模式的单一性，对学生职业能力的提升和综合素质的培养具有很大的促进作用。我校在“2+1”教学模式在培养方案中做出了一些探索并取得了一定的成绩，但是为了更好的开展“2+1”模式下模具专业的人才培养，我们在具体的实践中包括教学项目设计的合理性、师资培养和教学条件的改善仍有值得深入探究的问题。

参考文献

[1]汤晓，朱建华.“项目化教学”在高职教学改革实践中的探索[J].考试周刊，2008，31.