魏清蘭,林明山
(漳州職業(yè)技術(shù)學院 機械與自動化工程系,福建 漳州 363000)
基于賽題分析淺談技能大賽對教改的導向作用
魏清蘭,林明山
(漳州職業(yè)技術(shù)學院 機械與自動化工程系,福建 漳州 363000)
通過分析全國職業(yè)技能大賽模具項目賽題的制件工藝特點,介紹該制件的模具設(shè)計的分型面、澆注系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機構(gòu)、推出機構(gòu)等設(shè)計方案。指出技能大賽對人才培養(yǎng)方案的制定,教師實踐能力的提高,實訓基地的建設(shè),學生素養(yǎng)的培養(yǎng)等方面教改具有導向作用,對模具專業(yè)建設(shè)具有一定的借鑒意義。
技能大賽;模具設(shè)計;教學改革;綜合職業(yè)能力;導向作用
“注塑模具CAD/CAE與主要零件加工”是教育部《全國職業(yè)院校技能大賽三年規(guī)劃(2013-2015年)》中高職組制造大類的競賽項目(以下簡稱“國賽模具項目”)。目的是通過競賽,檢驗參賽選手對先進模具設(shè)計方法的掌握和設(shè)計工具的應(yīng)用能力、模具零件制造方法和工藝的應(yīng)用能力、先進制造設(shè)備的操作使用能力、現(xiàn)場問題的分析與處理能力、組織管理與團隊協(xié)作能力、質(zhì)量管理與成本控制意識;引導高職院校關(guān)注現(xiàn)代模具行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢與技術(shù)應(yīng)用方向,促進模具設(shè)計與制造等專業(yè)開展基于模具生產(chǎn)工作過程導向的教育教學改革;加快模具設(shè)計與制造高端技能型人才的培養(yǎng)[1]。
圖1為2013年賽題模型,圖2為2014年賽題模型,從兩年的賽題可以得出,主要考核內(nèi)容是:會合理選擇分型面、會側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計、會斜頂抽芯機構(gòu)設(shè)計、會鑲件設(shè)計、會合理設(shè)計澆注系統(tǒng)及頂出系統(tǒng)等。這些內(nèi)容正是企業(yè)注塑模具設(shè)計常見的塑件結(jié)構(gòu),設(shè)計人員所必需的基本技能。近年來,職業(yè)教育在不斷改革,目的就是讓學生在校期間更好掌握專業(yè)應(yīng)用技能,培養(yǎng)更加貼近實際生產(chǎn)的應(yīng)用型人才,以實現(xiàn)就業(yè)零對接。因此,競賽內(nèi)容對于教學改革具有很好的導向作用,本文以 2013年賽題為例,就模具設(shè)計部分做一些分析,談幾點大賽對模具專業(yè)教改的導向作用。
2.1制件的工藝性分析
從圖1中可知制件的包容尺寸為125.72×84.1×23.27 mm3,制件的外形結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,尺寸不大,型芯及型腔采用一出二整體嵌入式結(jié)構(gòu)。制件內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,其中有:①4個外徑Φ3mm帶Φ1.3 mm孔徑的螺釘柱;4② 個Φ3 mm帶角撐圓柱且?guī)Е?mm深2mm盲孔,Φ1.5mm通孔;2③ 個帶角撐且?guī)Е? mm深度5.8mm的盲孔,盲孔側(cè)壁有一個小凸緣;8④個用于制件使用功能需要的碰穿孔;2⑤ 個側(cè)面Φ2.3mm通孔且?guī)в邪济?;⑥因裝配需要及結(jié)構(gòu)需要通孔內(nèi)側(cè)設(shè)計有帶扣狀的加強筋。內(nèi)側(cè)這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計時候,①、②的結(jié)構(gòu)通過司筒套入頂桿來實現(xiàn);③的盲孔內(nèi)側(cè)需要設(shè)計斜頂側(cè)抽芯機構(gòu);④的碰穿孔需要設(shè)計鑲件;⑤的側(cè)面2個通孔及凹面需要設(shè)計一個側(cè)抽芯機構(gòu)。此外,由于光柱、加強筋、帶角撐圓柱等根部與殼體壁連接處的壁厚突然加大,會導致殼體表面產(chǎn)生收縮痕跡,影響外觀質(zhì)量,選擇注塑機時應(yīng)考慮到此因素。
圖1 2013年賽題模型
圖2 2014年賽題模型
2.2布局設(shè)計
打開CAD/CAM軟件(本文以CimatronE11為例),選擇一出二布局,裝配名稱以賽位號如“05”命名。加載塑件并設(shè)置收縮率,由于溫度和壓力的變化,注塑件從模具中取出后會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象,為了補償塑件體積收縮的偏差,系統(tǒng)提供了收縮率功能,通過設(shè)置適當?shù)氖湛s率來放大設(shè)計模型,以便獲得正確尺寸的注塑件;根據(jù)大賽技術(shù)要求,設(shè)置ABS材料的收縮率為0.005。把工作零件按順序放置在兩個布局坐標系上,并遵循分中排位原則,為保證壓力平衡及溫度平衡,避免因模具各部溫差過大,導致制品收縮率不一致,或壓力不均產(chǎn)生飛邊,調(diào)整兩個零件布局成鴛鴦模,再調(diào)整兩者的中心距為120mm,調(diào)整結(jié)果如圖3所示。
2.3分型面設(shè)計
分模面的選擇與設(shè)置直接關(guān)系到塑件的尺寸精度、表面質(zhì)量、飛邊大小、脫模難易和制造成本[2]等。本零件外部形狀不復(fù)雜,為了便于成型零件的加工、簡化模具結(jié)構(gòu),分型面選擇輪廓最大的底面輪廓。先把零件內(nèi)孔創(chuàng)建內(nèi)分型面,然后創(chuàng)建外分型面(包括靜定位分型面)。選擇模具設(shè)計向?qū)Ю铩胺帜?新的開模方向”,默認Z軸正方向為開模方向。然后選擇“新方向”并選擇“沿X軸”,切換箭頭方向指向零件外部。手動處理一些未分配的面及分配方向不正確的面,創(chuàng)建結(jié)果如圖4所示。
圖3 布局調(diào)整結(jié)果
圖4 分型面創(chuàng)建結(jié)果
2.4模架加載及模板尺寸的設(shè)置
加載 KLM 4040-ECI-I標準模架,先設(shè)定動板和定板之間的間隙為 1mm,即型腔、型芯各高出模板0.5mm,保證型腔與型芯的閉合;接著設(shè)定各模板尺寸如圖5所示;然后添加定位環(huán)及澆口套等澆注裝置到定板系統(tǒng)。模架添加結(jié)果如圖6所示。
2.5型芯和型腔零件的創(chuàng)建
在動板系統(tǒng)創(chuàng)建型芯,型芯零件采用嵌入式結(jié)構(gòu)。用草圖工具在XY平面上創(chuàng)建草圖,如圖7所示,然后拉伸一個實體,用系統(tǒng)切除工具在動模板切除一個槽及在槽的四周創(chuàng)建一個型芯安裝的讓位孔。同樣方法,在定板系統(tǒng)創(chuàng)建型腔。創(chuàng)建后的型芯、型腔、抽芯零件如圖8、9、10所示。
圖5 模板尺寸
圖6 模架添加結(jié)果
圖7 型芯草圖
圖8 型芯
圖9 型腔
圖10 側(cè)抽芯
2.6側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計
由于每個塑件側(cè)面有2個通孔及凹面需要設(shè)計一個側(cè)抽芯機構(gòu),可以設(shè)計一個滑塊帶兩個抽芯來完成。為便于選擇模架大小,在加載模架前添加抽芯機構(gòu)的滑塊。在系統(tǒng)標準件庫中調(diào)用適合的滑塊機構(gòu),并加載所需的滑塊部件,放置在裝配坐標系上,調(diào)整滑塊符合裝配要求,包括滑塊大小不干涉回位銷,斜導柱長度與側(cè)滑行程相符,調(diào)整抽芯距符合要求等,設(shè)計后側(cè)抽芯機構(gòu)如圖11所示。塑件中有2個帶角撐且?guī)Е? mm深度5.8mm的盲孔,盲孔側(cè)壁有一個小凸緣,需要設(shè)計斜頂抽芯,如圖12所示。
2.7鑲件的設(shè)計
零件中有8個用于零件使用功能需要的碰穿孔,這些孔設(shè)計鑲件成型,通過“使用輪廓提取鑲件”命令完成鑲件的設(shè)計,設(shè)計完成后用復(fù)制功能復(fù)制到另一腔,結(jié)果如圖13所示。
圖11 側(cè)抽芯機構(gòu)
圖12 斜頂抽芯
圖13 碰穿孔鑲件
2.8澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)考慮塑件功能與外觀要求,澆口位置應(yīng)滿足注塑后成品與流道容易分離,且不影響產(chǎn)品外觀的要求[3]。根據(jù)大賽文件要求“澆口不允許設(shè)在產(chǎn)品外表面”,本制品澆注系統(tǒng)采用潛伏式澆口進膠。應(yīng)用系統(tǒng)草圖工具在型芯上繪制流道草圖,如圖 14所示,選擇圓形截面自動生成流道體。接著創(chuàng)建潛澆口草圖,如圖15所示,形成潛澆口實體。澆注系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果如圖16所示。最后通過流道體及潛澆口實體切除型芯形成槽。
2.9冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
為了減少變形和提高冷卻效率,定模、動模均采用單回路環(huán)形水路,冷卻水路直接開設(shè)在動、定模鑲件上,提高冷卻效果和密封性[4],設(shè)計的水孔到塑件的距離保持在15mm左右。應(yīng)用系統(tǒng)創(chuàng)建草圖工具設(shè)計出冷卻水路的中心線,用冷卻系統(tǒng)設(shè)計中的“形成冷卻管道”工具并設(shè)置參數(shù)管道直徑為6mm,自動形成的冷卻管道[5],如圖17所示。通過冷卻管道切除,添加水管進出口接頭、水堵螺絲及O型環(huán)等操作完成動模板冷卻系統(tǒng)設(shè)計。同樣的方法設(shè)計出定模板冷卻系統(tǒng)。
2.10頂出系統(tǒng)的設(shè)計
制品中有4個外徑Φ3mm帶Φ1.3 mm孔徑的螺釘柱及4個Φ3 mm帶角撐圓柱且?guī)Е?mm深2mm盲孔,Φ1.5mm通孔;這兩部分設(shè)計推管套入頂桿結(jié)構(gòu),一方面頂桿起到小型芯作用,另一方面推管起到頂出作用且增強了小型芯的強度,同時使推出動作均衡、可靠,制品不易變形,且在塑件上不留任何痕跡。設(shè)計一腔頂桿后復(fù)制到另一腔。另外在澆道端點位置每腔添加一支Φ2mm的頂桿,確保頂出流道料。
2.11排氣系統(tǒng)的設(shè)計
在注塑成型過程中,若模具排氣不合理,澆注系統(tǒng)、模腔內(nèi)的氣體和熔體分解放出的氣體受壓將產(chǎn)生很大的壓力,阻止了熔融塑料的快速充型,甚至會滲入塑件內(nèi)部,給塑件造成氣孔和裂紋等[6]。本套模具容易困氣的地方主要有Φ9 mm深度5.8mm的盲孔、加強筋、螺絲柱底部等,這些位置需要開排氣孔。而分型面為曲面可以直接排氣無需再加排氣槽,其他排氣可通過鑲件來實現(xiàn)。
圖14 流道草圖
圖15 潛澆口草圖
圖16 澆注系統(tǒng)
圖17 冷卻管道
本賽項的競賽方式為團體賽,以院校為單位組隊參賽,每支參賽隊由3名選手和不超過2名指導教師組成。從上述的賽題可以看到,該題目要求學生在模具設(shè)計方面要會側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計、斜頂抽芯機構(gòu)設(shè)計、鑲件設(shè)計,合理設(shè)計澆注系統(tǒng)及頂出系統(tǒng)等。制件結(jié)構(gòu)雖不復(fù)雜但考核的要素經(jīng)典到位,這些要素是企業(yè)實際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的內(nèi)容。這個塑件貼近生產(chǎn)實際或者可以說是企業(yè)生產(chǎn)的制品,由此透過技能競賽,對模具教學改革具有重要的導向作用。
3.1人才培養(yǎng)方案制定的依據(jù)
近年來,我國職業(yè)教育正在進行改革,教學理念、教學方法推陳出新,目的在于培養(yǎng)學生更好掌握專業(yè)應(yīng)用技能,提高動手能力,貼近生產(chǎn)實際,實現(xiàn)就業(yè)零對接。人才培養(yǎng)方案是很重要的內(nèi)容,制定前要深入開展企業(yè)調(diào)研,對目標崗位的工作任務(wù)及職業(yè)能力進行分析,圍繞這些內(nèi)容來選擇和組織課程內(nèi)容,突出工作任務(wù)與知識、技能的聯(lián)系,包括模具行業(yè)的相關(guān)規(guī)范、標準。實施前要組織企業(yè)、行業(yè)專家進行分析論證,從而形成貼近實際的培養(yǎng)方案。不管是以項目課程、任務(wù)引領(lǐng)課程或是案例課程,課程設(shè)計從簡單模具結(jié)構(gòu)到中等以上復(fù)雜程度的若干教學項目,教學內(nèi)容和教學過程應(yīng)圍繞完成一個相對完整的教學環(huán)節(jié),在教學深度上應(yīng)以企業(yè)普遍要求的技能為重點。
3.2教師實踐能力提高的途徑
模具專業(yè)教學團隊要注重自身建設(shè),完善“雙師”結(jié)構(gòu)隊伍。有計劃、有針對性地組織教師到企業(yè)實踐,并把教師到企業(yè)實踐行為納入考核的范疇,提高自身實踐能力。定期從企業(yè)、行業(yè)聘請既有理論知識又有豐富實踐經(jīng)驗和動手能力的技術(shù)骨干及能工巧匠,當專業(yè)老師或技能實訓老師,并定期開展技術(shù)講座。鼓勵教師參與技能競賽指導,促進提高自身的綜合能力提高。
3.3實訓基地建設(shè)的要求
實訓是提高技能的重要途徑,校內(nèi)實訓室是實踐教學的主要場所。實訓室的建設(shè)應(yīng)緊密圍繞實訓教學,以專業(yè)或?qū)I(yè)群的人才培養(yǎng)方案為基本依據(jù),建設(shè)定位準、目標明。在建設(shè)中,既要考慮學生基本實踐能力與操作技能的訓練,又要考慮學生專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力與職業(yè)能力的訓練。實訓室的設(shè)備配置是影響教學環(huán)節(jié)的一個重要因素,設(shè)備配置要能滿足教學需要, 也應(yīng)具先進性、實用性和經(jīng)濟性。硬件配置應(yīng)滿足專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求,從功能、數(shù)量上確保實訓需要;其次設(shè)備選型應(yīng)與企業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合,在技術(shù)指標上接近或達到現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)一線設(shè)備的水平,設(shè)備的排布盡量與企業(yè)標準接軌,縮短學生在校實訓的專業(yè)技能與上崗工作的差距。軟件件配置應(yīng)考慮企業(yè)應(yīng)用的普遍性和專業(yè)性。
校內(nèi)實訓基地的建設(shè)由于資金、管理、指導教師等因素,建設(shè)難免會出現(xiàn)跟不上現(xiàn)代企業(yè)技術(shù)發(fā)展,單靠學校投入是很難達到的,需要政府、行業(yè)、企業(yè)的大力支持。只有與企業(yè)共建,才能建設(shè)技術(shù)先進、設(shè)備常新的實訓室。國內(nèi)外成功的高職教育,都是充分利用企業(yè)作為學校的實訓基地,協(xié)助學校完成實踐教學甚至負責學生實際能力的培養(yǎng),幫助學校解決實踐教學師資、高新設(shè)備與設(shè)施短缺等問題[7]。
3.4實訓課程的銜接
從競賽的內(nèi)容可知,需要完成的任務(wù)幾乎涵蓋了模具專業(yè)所學課程。因此,在實踐教學中應(yīng)以各種技能訓練為主,把握“實訓”與“實驗”區(qū)別,注重學生的獨立自主的實際操作和體驗,重視學生“做中學、學中做,教學做”緊密聯(lián)系,充分體現(xiàn)以學生為主體、以實踐為主導的教學理念。在實踐教學的內(nèi)容上,把相關(guān)課程聯(lián)系在其中,而不是界限在某個課程,特別是項目類型的實訓,更應(yīng)把已學或正在學的課程緊密銜接起來。對于實訓任務(wù)下達,從以個體為單位傳統(tǒng)模式,改變?yōu)橛?-5人組成的小團體模式,促進學生間的相互學習。
3.5學生素養(yǎng)的培養(yǎng)
參賽學生如果沒有過硬的心理素質(zhì), 缺乏合作能力和應(yīng)變能力,是難于取得好成績,甚至難于完成競賽任務(wù)。學生在訓練的過程中,老師的指導是學生技能提高的一個方面,更重要的是學生的自主學習的主動性,吃苦耐勞、奮發(fā)向上的精神與品質(zhì)。因此,參賽學生不僅是技能的訓練,也是素養(yǎng)的訓練,是綜合素養(yǎng)與崗位技能的協(xié)同訓練。具體表現(xiàn)為理性的思維、寬闊的心胸、健康的心態(tài)、良好的自我管理能力以及充分的合作意識等。
在日常的教學過程中, 如何去整體提升廣大學生的這種素養(yǎng),培養(yǎng)他們適應(yīng)能力、學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、價值選擇能力等多方面的綜合能力,提高創(chuàng)造意識、技能意識、競爭意識,需要我們認真去研究和實踐。這將有助增強學生從業(yè)的信心、提升個人應(yīng)對工作的能力。
技能大賽對高職院校轉(zhuǎn)變辦學理念, 推進教育教學改革, 強化學生技能培養(yǎng), 提高人才培養(yǎng)質(zhì)量發(fā)揮積極作用。從模具項目比賽來看,比賽環(huán)境相當于或接近真實的工作環(huán)境和工作壓力下進行,賽題塑件結(jié)構(gòu)雖不復(fù)雜但考核的要素經(jīng)典到位,這些要素是企業(yè)實際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的內(nèi)容,塑件貼近生產(chǎn)實際或者可以說是企業(yè)生產(chǎn)的制品,參賽選手一定要有綜合職業(yè)能力才能完成任務(wù)。模具的賽項可以作為教學的典型案例,融入到教學中,形成常態(tài)教學。通過參加或了解大賽,可以更好尋找自身的差距,找準教學改革的目標,科學合理制定人才培養(yǎng)方案,完善實訓基地建設(shè),提升“雙師”隊伍。技能競賽面對的是少數(shù)學生,而課程教學改革則面對的是全體學生,把大賽的核心內(nèi)容與教學深度融合, 將有助于提升學生的綜合職業(yè)能力。
[1] 2014年全國職業(yè)院校技能大賽“注塑模具CAD/CAE與主要零件加工”賽項規(guī)程[EB/OL].http://www.chinaskills.org.
[2] 高征兵,秦永法.注塑模數(shù)字化設(shè)計技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2011(7):82-86.
[3] 鄭躍剛.注塑模具澆注系統(tǒng)設(shè)計及工藝探討[J].工業(yè)設(shè)計,2011(12):108.
[4] 葛曉宏,黃紅武等.花灑面板注射模優(yōu)化設(shè)計[J].廈門理工學院學報,2008(3): 20-24.
[5] 林明山主編.Cimatron E模具設(shè)計與數(shù)控加工實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.
[6] 張維合編著.注塑模具設(shè)計實用教程[M].北京:化學工業(yè)出版社,2008.
[7] 曾向陽,吳 猛.高職院校校內(nèi)實訓室建設(shè)的思考與實踐[J].實驗室研究與探索,2011(11): 207-210.(責任編輯:季 平)
Based on the analysis of the contest problem, discussion skills competition guiding role of the teaching reform
WEI Qing-lan, LIN Ming-shan
(Department of mechanical and automation engineering, Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou,363000,China)
Through the analysis of the national vocational skills competition of the mould project match problem of the process characteristics, the paper introduces the design of the mold parting surface, gating system,lateral core pulling mechanism, the introduction of mechanism design scheme. Points out that the skills competition for the development of personnel training program, the improvement of teachers' practical ability, the construction of training base, the cultivation of students' quality and other aspects of teaching reform has a guiding role in the construction of mold professional.
skills competition; mold design; teaching reform; comprehensive vocational ability; guiding role
G718.5
A
1673-1417(2015)04-0087-06
10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.04.0018
2015-09-12
魏清蘭(1981-),女,福建南靖人,講師,工程碩士,研究方向:模具CAD/CAE/CAM。