机械结构设计论文
关键词:计算机技术模具设计毕业设计
1简介
模具是技术密集型和资金密集型产品，在我国国民经济中的地位也非常重要。模具行业已被正式确定为我国的基础产业，并被列为“十五”计划的重点扶持行业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，模具技术不断提高，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。
根据社会发展对模具专业学生教书育人的新要求，深圳大学工程技术学院对99级模具设计专业学生的毕业设计进行了较大的改革，取得了良好的效果。
2模具专业学生的培养目标
深圳大学的模具设计专业属于深圳大学工程技术学院的机械制造及其自动化专业，主要从事注塑模具的设计与制造。为了明确该方向的培养目标，我们对珠三角尤其是深圳周边地区的模具企业进行了较为广泛的社会调查。调查结果显示，用人单位要求毕业生具有较高的思想素质和道德修养，热爱本职工作，具有良好的协调能力，要求毕业生基础理论扎实，注重掌握基本技能和再学习技能，要求毕业生熟练掌握外语，具有一定的计算机软件应用和开发能力。
根据对调查结果的分析，我们对模具专业人才培养的规格设定为:培养爱岗敬业，具有机械和各种模具设计制造基础知识，具有较强的再学习能力和创造力，能够在模具生产一线从事模具设计制造、技术开发、应用研究和销售的应用型工程管理人才。基于此，本方向教学的基本指导思想是拓宽专业口径，合理设置课程体系，优化教学内容，具有较强的实验研究能力和广泛的社会适应性，集模具设计理论、实践和计算机应用于一体。
3计算机技术在注塑模具中的应用领域
塑料产品从设计到成型生产是一个非常复杂的过程，它包括塑料产品设计、模具结构设计、模具加工制造、塑料零件生产等几个重要方面。它需要产品设计师模具设计师、模具加工技师、熟练操作工的共同努力，是一个反复迭代、不断优化设计、修改、再设计的过程。传统的手工设计已经越来越难以满足激烈的市场竞争的需要。计算机技术的应用正在各个方面取代传统的手工设计方法，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注塑模具中的应用主要表现在以下几个方面:
(1)塑料制品的设计:基于特征的三维建模软件为设计师提供了便捷的设计平台，产品质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析奠定了良好的基础。
(2)结构分析:可以利用有限元分析软件分析产品的强度和应力，改进产品的结构设计。
(3)模具结构设计:根据塑料制品的形状、精度、尺寸、工艺要求和生产批次，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择、计算公式和标准模架，最后给出全套模具结构设计图。
(4)模具开合运动的模拟:可以利用CAD技术模拟模具开合模和产品推出的全过程，从而检查出模具结构设计的不合理之处并及时修正，减少修模时间。
(5)注射过程的数值分析:可以用CAE方法模拟塑料熔体在模具型腔中的流动和保压过程，其结果对改进模具的浇注系统和调整注射工艺参数具有重要的指导意义，还可以测试模具的刚度和强度、制品的翘曲变形和模壁的冷却过程。
(6)数控加工:可利用数控编程软件在三维曲面上模拟刀具的实时加工过程，并显示曲面的形状数据。同时，可以自动生成曲面的数控线切割指令、三轴和五轴数控铣削刀具轨迹。
目前国际上主流的注塑模具CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅱ、SolidWorks等。结构分析软件包括MSC，Analysis等。注塑过程的数值分析软件包括MoldFlow等。数控加工软件包括MasterCAM、Cimatron等。
4模具专业毕业设计模式
模具专业的学生需要很强的综合知识和实践能力。它既是机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等基础技术课程和专业课程的综合应用，也需要学生了解大量的实践经验。
通过毕业设计，培养和训练学生以下基本能力:①塑料制品的设计和成型工艺的选择；(2)一般塑料制品成型模具的设计能力；③塑料产品质量分析和工艺改进能力，塑料模具结构改进设计能力；④了解常用的模具设计商业软件以及与实际设计的结合，
严格来说，以前的毕业设计只能算是模具设计的课程设计；老师指定一个塑料产品，有时甚至会给学生产品模型图。学生按照谍照书中的模具设计步骤一步一步来。没有实践经验，学校是不可能把学生的设计变成实际产品的。因此，学生不知道这些设计是否合理。即使有经验的老师也不能指出其中的不合理之处，学生没有感性认识，只能纸上谈兵。当学生踏足社会，从事实际产品设计时，往往发现无从下手。就算他们设计出来也是一张废纸，一般需要1到2年才能上手。所以学生经常感叹:在学校什么都没学到，这是我们教育的失败。
为了改变这种状况，在99级的毕业设计中，我们将模具设计的内容与CAD/CAM/CAE紧密结合。通过先进的软件模拟，学生可以随时发现自己在每一步设计中的不合理之处，找出各种解决方案，使设计更加合理。同时，他们掌握了最先进的设计，结合分析技术，提高了学生的学习兴趣和创新能力，使毕业设计真正成为学生实际工作前的全过程模拟。设计流程如图1所示。
为了保证毕业设计的质量，我们成立了由四位老师组成的模具设计指导小组，每人负责设计过程中的一个步骤。这次参加模具设计毕业设计的有***15同学。我们被分成5组，每组3名学生。
首先，布置毕业设计题目时，告诉学生做一个开关按钮，不给出具体的塑料制品。学生可以根据自己的兴趣确定自己的设计产品:游戏机手柄按键、眼镜盒开关按键、灯墙开关按键、鼠标按键。通过市场调研和查阅大量文献，可以确定我们塑料件的形状和内部结构。利用三维造型软件Pro/E设计塑件的内外结构，利用AutoCAD绘制二维图纸。在结构设计过程中，利用结构分析软件MSCPatran对按钮受力后的结构强度、刚度、应力进行分析，不断修正结构。学生会发现，机械设计、工业产品设计、材料力学、理论力学等课程的知识在这个阶段都有所体现，这也是对前面课程的一个综合运用过程。图2是雪牛设计的一款游戏机按键的装配图和爆炸图，图3是按键在对角两点受力时的最大变形和最大应力图。
塑料产品设计完成后，进行模具结构设计，利用Prom/E下的模具设计模块对产品进行分类、分割和提取，得到型芯和型腔文件。通过专家模架系统EMX(Pro/E，该系统的插件程序之一)建立标准模架零件和其它附件，如滑块和斜销。其实这个过程并没有结束。它与后续注射过程的数值分析密切相关。采用注塑流动分析软件MoldFlow。根据熔体在浇注系统和型腔中流动过程的动态图，改进模具的浇注系统，调整注射工艺参数，从而优化模具各系统的设计。图4示出了分析的最佳浇注位置和具有圆形流道布置的注射成型的结果。图5是按钮模具的装配图和分解图。
模具结构完成后，进行数控加工。我们使用MasterCAM8.0加工软件完成模具的虚拟加工过程，并自动编译数控加工的NC代码。使用仿真模块可以检查加工工件的合理性。
最后，学生应提供详细的设计说明，并完成二维和三维图纸。在论文写作阶段和答辩过程中，学生还使用ACDSee image软件截取设计图片，帮助介绍整个设计过程。办公软件用来处理文字，写分析报告。
整个设计完成后，每个学生必须对自己的设计过程和结果进行总结，提出本次设计的创新点和特点。比如在造型部分或者流道设计部分，也要考虑设计中存在的问题以及相应的解决方法。从大部分学生的总结来看，学生迫切意识到实践经验的缺乏。所以在下一届学生的毕业设计中，我们争取邀请更多企业的设计师与学生交流，让学生接触实际的设计制作过程。
至此，学生已经完成了一个项目的全过程:塑料产品设计-模汁设计-模具加工。学生可以在电脑上看到自己设计加工的最终产品，感受成功的感觉。
5结束语
通过毕业设计模式的改革，学生不仅对大学四年的课程进行了总结，而且掌握了最贴近社会实际的最流行的设计加工方法。因此，今年模具专业的毕业生受到了社会的欢迎，深圳某大型台资公司模具部愿意一次性接收我校5名毕业生，取得了良好的社会效益。(完)