《塑料成型工艺与模具设计》的教学改革与体会

高颖+王丽娟

摘要：笔者根据《塑料成型工艺与模具设计》的教学特点，采用动画播放、视频讲解等多媒体教学手段，做好教学开篇与理论知识的学习；通过案例教学法与现场教学法，并借助先进的计算机分析技术，把理论与实践很好地结合起来，适应了学生的发展需要，培养了学生分析问题、解决问题的能力，获得了良好的教学效果。

关键词：教学改革；案例教学；现场观摩教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0081-02

一、引言

《塑料成型工艺与模具设计》是材料成型及控制工程专业（模具方向）的核心主干课程。课程涵盖了高分子物理、塑料成型工艺、塑料成型机械与模具设计等多方面的专业知识，具有理论知识涉及面宽、知识点多、模具结构复杂且种类繁多等特点，是一门综合性与实践性很强的专业课程，是后续塑料模具课程设计与毕业设计的基础，也是学生将来就业的一个方向。

二、多媒体辅助教学见成效

教育信息化是教育发展的一个必然趋势，而多媒体教学是教育信息化的重要组成部分。随着计算机技术的普及，多媒体教学已被愈来愈多地应用在各学科的教学活动中，它以图片、文字、声音、视频、动画等多种媒体形式的有机结合，将传统教学中枯燥、乏味、空洞的理论知识生动地展现在学生面前，从而提高教学效果，特别适用于拥有众多复杂的模具结构、难于理解的理论知识点且实用性极强的《塑料成型工艺与模具设计》课程。

1.教学开篇，传道授业解惑。师者，传道授业解惑也。如何成功地做到这点，需要讲究战术战略。学生是教学的主体，只有把握主体的心理，调动他们的学习兴趣，才能授业解惑。好的开端是成功的一半，所以在教学开篇中（包括后续教学），通过计算机网络、新闻报道、图书资料等多种途径收集素材，以多媒体形式穿插与塑料模具相关的各种信息，例如模具行业的最新资讯、塑料工业新技术及新工艺、成型设备发展的最新动态等，激发学生对塑料工业、模具行业的关注，培养其作为未来模具人的自豪感与危机感。

2.模具结构简单化、形象化。《塑料成型工艺与模具设计》涉及的知识面非常广泛，高分子物理、塑料成型工艺、塑料成型机械与模具设计等很多基本知识也是非常晦涩难懂的，例如塑料模具的结构就是由于塑料制件的千变万化而种类繁多，结构复杂。教师要讲解清楚其结构、原理，尤其是动作过程，仅靠教科书的二维平面图形、辅以有限的模型及挂图是比较困难的，对于讲和学都具有很大的难度。为此，笔者结合课堂教学的需要，利用大量的业余时间，制作了相关模具的仿真动画，将传统教学手段难以观察的动态塑料成型过程、模具内部结构及工作原理等内容，通过图片、仿真动画等多媒体手段生动、形象、直观地展现给学生，使模具结构简单化、形象化，便于学生理解和掌握，激发了学生的学习兴趣和积极性。

例如注射模脱模机构是《塑料成型工艺与模具设计》的重要组成部分，要求学生了解脱膜机构的工作原理与具体零部件的结构形式，而脱模机构种类众多，动作过程只看教材或图片难以理解，有些复杂结构用语言讲述让学生想象难度比较大。所以，笔者针对教材注射模脱模结构设计，指导学生制作了Flash动画，使脱模工作原理变得简单明了、直观易懂。动画既可以单独作为教学内容播放，也可以作为辅助手段，与PPt结合，相得益彰。通过图1凸模推杆式脱模结构动画演示，让学生简单形象地理解了凸模推杆式脱模结构工作原理，加深了对知识的掌握程度。

三、案例教学连首尾

《塑料成型工艺与模具设计》综合性与实践性很强。课程的目的之一就是要求学生学习完成后能够独立设计合理的塑料成型模具结构，正确绘制模具的总装图与所有零件图。教师可以在课程开始即下达工作任务，分小组引入典型塑料制件，让学生带着任务学习理论知识，根据教学进程，选择教学内容与工作任务所需的相关知识顺序相对应，分组讨论制件所用塑料的成型特点、塑料制件的尺寸和精度、表面质量、结构特点等问题，了解注射成型原理及其工艺过程，确定本组制件的工艺条件，选择适合本组制件的注射工艺参数。随着学习的深入，各组根据所学内容，考虑制件结构特点，正确选择注射模类型，单分型面还是需要点浇口的双分型面，或是采取有侧向成型的侧向分型与抽芯机构注射模，然后初步设计本组制件的注射模基本结构，选择注射机及满足本制件模具工作原理的标准模架。以电话机底壳为例，电话机底壳的体积为109.33cm3，分型面投影面积为369.3cm2，采用一模一腔，考虑模具有双面侧抽芯机构、锁模力及模架的闭合高度，初选注塑机型号为XS-ZY-500。模架是塑料注射模具最基本的组成，其为标准件，是各个模板和型腔的组合，模具的各个结构都在模架上。除了型腔和型芯取决于塑件以外，模架的剩余部分都十分相似，从而使得模架标准化得以实现。通过对上述型腔侧壁、底板及开模行程的计算，选定模架尺寸为450mm×400mm。由于存在侧抽芯机构，则需先完成定距分型，因此选用龙记公司的简化型细水口模架，先抽芯后开模，然后进入系统的浇注系统设计、成型零部件设计、导向及脱模机构设计、侧向分型与抽芯机构及温度调节机构细节设计。对于前面提到的电话机底壳，采用了直接浇口形式，无需设计分流道，不需要设置冷料穴拉料杆。成型零件的工作尺寸是指型、芯型腔的工作尺寸，其精度则直接影响塑件的精度。成型零部件的尺寸计算方法有两种：第一种是平均值法，即根据塑料的平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；第二种是按照极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计算。学生一般在案例分析中常采用第一种方法。对于有侧孔侧凹的塑件，一般还需要设置侧向分型与抽芯机构。如本例中的电话机底壳两面均需设计侧抽芯机构，并且侧孔较多。学生在设计中全部采用斜导柱滑块抽芯机构，并根据将型芯从成型位置抽出至不影响产品脱模位置所移动的抽芯距，计算出了抽拔力、斜导柱直径、斜导柱长度及最小开模距离。

在设计电话机底壳推出机构时，学生根据脱模机构设计原则，选择了最常用的一种形式推杆机构推出。同时，计算了脱模力，以保障推杆数量不要过多，减少推杆对塑件表面质量的影响并简化模具。推杆与推杆固定板的配合取为H8/f7，滑动部分与板配合为H7/f6，并保证一定的同轴度，配合长度取推杆直径的1.5～2倍，且不小于10mm；推杆的位置选在脱模力最大的地方，以保证塑件顺利脱模而且不发生变形损坏。推杆端面高出型芯、型腔表面0.05～0.1mm，不影响塑件的使用。最终，采用的推杆一共16根，其中包括11根直径10mm、4根直径8mm、1根直径6mm。endprint

为避免塑件在脱模时变形，缩短成型周期，设置了冷却系统，以得到物理性能优越的塑件。电话机底壳模具设计型腔采用的水路形式为循环式的冷却管道，型芯选用的是两套单一的冷却通道，通道直径均为10mm。定模板上的冷却管道距板的底部为15mm，动模板上的冷却管道距板的底部为70mm。

在这个过程中，为了让学生掌握先进的技术分析手段，每组学生分工合作，借助ProE或UG等三维造型软件对制件及模具结构做出实体模型。通过简单培训，使学生能够使用moldflow模流分析软件，对本组制件的注塑、保压、冷却以及翘曲等工艺过程进行有限元模拟，理解本制件的充填与冷却特点，即学生对本组简化的电话机壳体冷却不均与收缩不均进行的翘曲分析。通过实施这样一个首尾相连的案例，既让学生掌握了相关理论知识，锻炼了学生解决实际问题的能力，又培养了他们开拓创新、团队协作的能力。

同时，可以请工厂有丰富经验的工程师带着工厂实际生产的产品，进入课堂，在学生提前讨论设计的基础上，由工程师联系工厂实际，说明设计相关产品模具的注意事项与模具结构设计细节，指导学生如何考虑生产效率、模具加工与生产成本等实际问题，设计出适合工厂生产的实用模具，进一步引导学生做到理论联系实际。

四、现场观摩与实践教学并用

《塑料成型工艺与模具设计》课程含有设备、工艺与模具三大块教学内容，不同的教学内容应采取不同的教学方式，才能起到良好的辅助教学效果。为了更好地让学生掌握相关的理论知识，在课程讲授之初，应该让学生对成型设备有初步了解，为此，根据学校实际情况，充分利用实验室资源，进行设备的现场教学，拆除实验室旧设备遮挡部分，让学生实地接触注射机，了解各组成部分的结构特点与工作原理；当教学进展到注射成型工艺时，在理论教学之后，带学生到实验室工作现场，亲自动手操作注射机，从进料到取出制件，观察机器工作过程，了解注射工艺的成型原理；在完成注射模基本结构理论教学之后，让学生到模具拆装室对各种类型的塑料模具模型进行手工拆装与绘制，了解并掌握不同结构模具的特点，重温理论教学内容。如此一来，既强化了理论知识，又提高了学生的实践能力。

总之，在《塑料成型工艺与模具设计》这样的理论性与实践性并重的专业课程教学过程中，要根据课程的实际情况及教学特点，灵活采用各种教学方法及教学手段，充分调动学生积极性，提高学生学习兴趣，以取得良好的教学效果。endprint