基于GFMS的精密模具智能制造产线设计
摘 要：模具工业被称为“百业之母”，在国民经济中占据着不可替代的地位。由于模具产品的多样性，传统的模具企业较难实现生产加工的智能化、自动化。本文以GF智能制造生产线系统为基础，对精密模具的生产进行智能制造生产线的规划设计，从而有效减少模具企业的工人数量，提高生产效率。
关键词：精密模具;智能制造产线;柔性生产;敏捷制造
Design of Intelligent Manufacturing Line for Precision Dies Based on GFM
ZHAO Hui MENG Bo
(Tianjin Light Industry Vocational Technical College，Tianjin 300350)
1 研究背景
模具工業被称之为“百业之母”，在国民经济中的地位不可替代。近年来，随着计算机技术/数字化/CAD/CAM技术和数控技术的不断发展，我国模具设计与制造技术处于高速发展阶段。在绝大部分模具制造企业，由于模具产品的多样性和单一产品的多工步、多工序，使得模具企业并没有广泛采用自动化生产线进行生产，从而极大地制约了生产效率的提升[1]。但目前，模具生产行业在生产过程中，只有装夹找正完成后才能开始正式生产，导致时间被浪费;无法从根本上去除加工过程中的人为影响误差，对模具产品的整体精度有着直接影响;同一批零件一致性较差，误差有大有小，无法实现多品种模具产品的柔性生产和中断加工;精加工余量很难控制，导致精加工时间过长;设备数量虽然较多，但实际加工时间较短，导致利用率低，因此产量难以满足实际生产要求。
当今，大部分零件生产线是由多台普通机床和数控机床组成的。其中，数控机床能节省大量人力，因此承担了主要的加工生产任务。但由于不同设备之间作业协调程度差，现有数控机床都是“单兵孤岛式”作业，大多还是采用一人一机的生产方式。而零件加工需要多道工序连续作业完成，且零件生产需要应用大量的专用工具(如工装夹具、刀具、量具等)，因此，造成工装材料消耗大，工序流程长，各个工序没有通用接口，重复工作量大，导致设备操作人员数量大，生产组织难度大，产品制造转换速度难以提升，进而导致模具企业制造成本居高不下，生产效率低下[2]。
同时，不同产品结构差异大，造成工艺流程和所使用设备差异大，设备平均负荷率低，物流比较混乱，且难以形成产品加工流，工序间物流和加工程序信息流的有效完整统一协调作业。现在的产品工艺要求是批量小、品种多、精度高、反应快速。对加工设备的要求是提高设备的在线加工效率，拓展其加工范围，使工件的加工精度尽量靠近机床的加工精度，尽量降低操作人员在工作过程中的人为误差。
GFMS为一家瑞士高端机床设备提供商，致力于为工具模具制造行业及精密组件生产商提供完整的解决方案，是该领域全球领先的供应商之一。其业务组合包括铣削、慢走丝线切割和电火花成型设备。
基于以上原因，本文以GF智能制造生产线系统为例，进行精密模具智能制造生产线的设计，以期达到提高相关模具企业生产效率的目的。
2 智能制造生产线构成设计
本智能制造生产线(见图1)包括生产管理系统、搬运机器人、导轨、物料库、预装工作站和旋转型物料库。不同种类的数控机床(如加工中心、火花机、线切割、三坐标测量机等)、各种设备对应的加工程序以及多种复杂的工序工件，可以通过本智能制造生产线的软硬件组成敏捷制造柔性加工系统，基于同一加工基准可以自主识别、自动定位装夹锁紧、自动装卸工件、自动分配加工程序，自动传递，从而实现中断加工和柔性生产。
2.1 生产管理系统(WSM)
建立一个中央数据库作为系统核心。数据库联系用户机床和智能制造生产线加工系统。通过软件将所有机床控制系统联系在一起，形成一个智能数字化系统，控制所有零件传输、自动定位装夹过程，并指挥生产系统将所有加工数据提供给各机器。通过读取/扫入装置识别每一个工件/托盘，并自动连接与之对应的加工程序、加工数据、测量偏移量和加工图纸等信息，并进行信息的交流[3]。
本生产管理系统实现了加工过程的程序自动控制，安全可靠，稳定性高;将响应时间缩至最短，实现了24h无人作业;加工中实现智能制造生产线控制，减轻了人工劳动强度;提高了加工精度，降低了产品不良率;本系统操作灵活，可以随时在手动和自动模式下切换。
2.2 搬运机器人、导轨及物料库
搬运机器人代替人工，将加工毛坯按照加工工艺安排从物料库运送至不同工序加工机床进行加工，完成后送至线内三坐标测量机进行检测，最终将成品送回物料库，等待出库。
2.3 工件自动识别系统——RFID系统
RFID系统(如图2所示)将工件的NC加工程，加工过程中的偏移量，放置在工件库中的位置及生产加工中的管理等项工作协调联系成一个整体。
唯一编号的只读ID芯片将工件的信息存储在中央数据库中，实现数据共享，消除人为误差;与之联系的数据库可进行精确的成本核算。ID芯片将整个工厂的信息系统或其他品牌的PDM、MPS系统联系成一个整体。
ID智能识别系统好像自动化生产系统的眼睛，能自动识别每一个工件/托盘上芯片的数据，并自动选择与之对应的加工程序、加工数据、测量偏移量和加工图纸等信息。
ID芯片采用FRID射频技术实现数据的双向存储，是新一代广泛使用的智能识别系统。
2.4 夹具系统
夹具系统可以高效地解决组织生产的问题，固定在托盘上的工件被摆放到安装站中，动作灵活的多轴机械手可以从那里取得工件并将工件放到暂存库或直接放到机床上加工[4]。
夹具系统的应用可以极大缩短生产周期，提高生产的灵活性，使无人生产成为可能，同时减少材料的浪费。储存在单层或多层次的仓储货架的工件使空间的利用更加有效，而且可以对存放在仓储货架中的工件流程进度一目了然。
3 智能制造自动化系统的优势
第一，智能制造自动化系统生产可以大幅提高生产效率。在新技术不断被采用的今天，自动化生产已经是国际上普遍采用的一种加工模式，这种生产方式提供全天24h不间断生产，不仅可以充分利用白天的时间，而且还可以利用晚上和节假日的时间加工。根据不完全统计，现在的机床每年真正加工的时间不超过2 000h，也就是说，开机率通常在20%左右，但一个自动化生产车间每台机床每年的加工时间可以达到7 000h以上，开机率达到80%，加工效率提高4～5倍[5]。
第二，提高零件加工精度和加工工艺水平。GFMS智能制造生产线系统不仅提供整条自动化生产线，还可以提供先进的工艺解决方案，如一些很难加工的零件，可能由于装夹的限制或零件的特殊结构，使得加工工艺异常复杂。面对这种情况，GFMS全球的工艺工程师可以根据具体零件的实际情况，借鉴国际最先进的加工工艺手段，提出可行的工藝改进方案，不仅可以提高零件加工精度，还可以提高加工工艺手段，与国际先进技术接轨。这一点已经在包括国内众多自动化用户那里得到了验证。
第三，GFMS智能制造生产线系统还是一种柔性加工和可中断加工的模式。在自动化生产线中，对所加工的零件没有任何限制，也无需指定所使用的机床。自动加工过程中，下一个要加工的零件是被指定到任意一台空闲机床上加工的(当然也可以人为指定其中一台或几台机床只加工某种零件，但这种情况并不多见)，也就是说，同一条自动化生产线，既可以加工这种零件，也可以同时加工另一种零件，这就是柔性加工的理念。同时，借助高精度基准定位系统和智能车间管理软件的帮助，正在加工的零件可以随时暂停加工，由机械手将其从机床工作台上取下，放回零件存放区，再抓取另一个比较急的零件马上开始加工，当急件加工完成后，机械手会把暂停加工的零件再放回机床上继续加工，直至完成。中断加工的理念可以帮助工作人员解决很多问题，比如，加工过程中突然出现故障(如断刀、机床故障报警或其他故障)，这时，机械手可以马上把没有加工完成的零件取下来，在机床等待维修的同时，零件会在另一台机床上继续加工。
第四，智能制造生产线生产方式还可以加入在线测量，确保每一个零件都是合格品，减少浪费，降低成本。自动化生产线中的测量方式不一样，如果是实验件，将对每道工序结束后进行测量，确保前道工序的正确性，直至零件全部加工完成;如果是批量生产的零件，将对首件进行检测，再对最后一件进行检测，如果首件和末件都是合格的，有理由相信整批零件都是合格的。只有加工出合格的零件，才能减少浪费，降低成本。
第五，GFMS智能制造生产线系统具有很强的扩展性和兼容性，将来可以根据实际需要增加更多的机床在这一条生产线中，或更换现有的机床为新采购的机床。GFMS智能制造生产线系统可以兼容目前市场上主要品牌的所有机床。
第六，将精密加工制造水平推向专业化和无纸化。自动化生产从设计到生产，都是在电脑上实现的，不需要纸张传递信息，实现完全的无纸化生产。使用GFMS智能制造生产线系统可以加工各类精密零件，而且可以在一条生产线里生产不同型号和批量的工件，这就推进了无纸化、专业化、高效化的进一步发展。
4 结语
本文介绍了GFMS智能制造生产线的基本构成。采用本智能制造生产线，可提高模具企业的生产率和加工柔性，实现夜间无人化加工。该生产线通过缩短工序准备时间和提供机床的灵活性来提高效率，提高产品的加工精度，缩短零件加工周期降低加工成本，从而实现模具企业的智能制造。
参考文献：
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作者：赵慧 孟波
摘要：现今，传统模具设计制造技术已经非常落后，难以满足市场对模具的要求，所以新模具设计、制造技术的开发和研制迫在眉睫。基于这种形势，模具CAD/CAM技术得以迅速发展，并在现代模具生产中占据重要地位。目前在模具的设计制造过程中已较广泛应用CAD/CAM技术，CAD/CAM技术能够使生产周期和生产成本显著缩减，使经济效益和生产效率明显提高。文章对CAD/CAM的技术特点进行了总结，阐述了CAD/CAM在高精密模具设计制造中的应用。
关键词：CAD/CAM；高精密模具；模具设计制造；模具精度；模具检测
随着我国社会经济的发展，家电、汽车、摩托车等工业也得以快速发展，工业产品在性能达到要求的条件下，它的外形产生越来越复杂的变化，另外，产品更新换代的速度也不断加快，而模具与这些产品的制造紧密相关，这就对模具制造行业提出了一个新的要求，要求其能以最高的质量、最低的成本、最快的速度进行模具生产。因此，模具企业通过利用集成制造技术CAD/CAM和先进的管理措施，从而在激烈的市场竞争中占据一席之地。CAD/CAM技术，也就是计算机辅助设计以及计算机辅助制造技术发展到现在已经较为完善。实践证明，各种数控（NC）加工编程问题和复杂形状模具的造型都得到了很好的处理，实现了良好的尺寸协调性及精度，提高了几倍生产效率，使产品生产周期和设计时间大大缩短，而且保证提高了模具质量，其技术广泛应用于数控加工及设计复杂型面模具。
1 CAD过程
1.1 利用的CAD数据模型可以是现有客户提供的，将其转换成所需图形
有的客户会把绘制好的图形提供给模具企业。模具企业制造方和客户方如果使用的软件不一致，图纸数据交流困难的情况就会产生，因此数据接口问题必须解决。由于大部分CAD程序的数据库形式各有不同，而与其他程序不能共同使用几何数据，所以CAD几何体在由客户方向企业制造方提供的时候，必须进行翻译，使其成为模具企业制造方能够接受并读取。一般情况下是通过如标准“IGES”或“STEP”通用几何体转换，或者专用的转化器实施数据转换。
1.2 设计图形直接利用CAD/CAM技术
随着科学技术的快速进步，在生产模具的过程中广泛应用CAD/CAM技术，通常情况下在以市场调查的基础上进行周密研究，然后进行生产决策，之后生产计划下达开始操作手段，紧接着开发设计模具的工作人员使用模CAD工作站，对模具设计中的分析、造型、计算以及绘制工程图等工作进行完成，而且评价产品性能在设计阶段就可以进行，设计者从繁重的绘图中可以得到解脱，可以在创造性的工作上应用更多的时间。
2 CAM过程
2.1 集成制造CAD/CAM技术
图1 模具集成制造运行
建立单一的图形数据库是模具CAD/CAM系统的集成重点，在CAD、CAM各单元间获得自动转换与传递数据，使CAM阶段能对CAD阶段的三维图形完全吸收，降低了中间建模的误差和时间；利用计算机反复优化和修改温度在模具工作中的分布情况，以及在模具中的模具结构、性能以及塑料液体流动、加工精度情况等，
在正式生产前查找问题、发现问题，使制模时间大大减少，模具加工精度大大提高。模具集成制造运行图见图1，采用CAD/CAM软件具备详细设计、基础设计、概念设计等功能，面向的对象是参数化造型和统一数据库，它提供了一个良好的平台发展模具的集成制造
技术。
2.2 模具高速加工应用CAD/CAM
Salomon于60多年前提出高速加工的概念，并进一步研究了高速加工技术。刀具直径与主轴速度对高速加工产生很大作用，刀具寿命、所切削的材料及加工工艺等对还高速加工也会产生一定的影响。通常来讲，达40000r/min以上主轴速度可加工小型模具细节结构，而称12000r/min以上的主轴加工速度为高速加工，通常可加工大型汽车覆盖件模具。
高速加工相比于传统模具的加工方式，其优点为：模具加工工序简化；模具表面的质量加强；模具加工的速度提高；利于模具修复。因高速加工与传统加工存在区别，高速加工的加工工艺要求比较特殊，所有的工艺过程都包含于数控加工的数控指令，所以，应用CAM系统在高速加工的系统中对其相应的特殊要求必须满足：具有全程自动刀柄干涉检查和自动防过切处理能力；CAM系统的计算编程速度必须很快；优化处理进给率功能；模具高速加工改变编程方式与要求编程人员；具有丰富的、与高速加工要求符合的加工策略。
2.3 生产过程管理应用CAD/CAM
基本由个人计算机和小型计算机终端组成CAD/CAM系统的应用网络，在整个生产过程中FMS管理系统软件可实施跟踪管理。如外购件的采购状况、流转零件状况、加工进度、加工品质、收货状况等都能够掌握。通过对这种软件的应用可以节省劳动力，帮助进行适当的外购物品时机选择。
完善的材料清单生成，就是在库存管理中使所有加工状况信息全部进入。然后以加工工艺路线为依据实施加工。停工待料的时间、机床运转时间的数据及操作人员加工工时都可以通过该系统逐日提供。这样不仅能够减少机床空耗的时间，还能计算出实际的生产成本，以此实现生产成本减少的目的。
2.4 模具检测应用CAD/CAM
可移动式三坐标测量仪在传统模具加工中的作用与三坐标测量仪在配合CAD/CAM系统进行检验中的作用有很大区别。CAD/CAM系统测量空间在3250×2090 ×1370mm中，三标测量仪的任何一点都为0.015mm精度定位，可达40t测量塑料模或冲模的零件质量。测量仪的测量精度如何保持最好的效果，应将它放在一个独立的机房中，与外界环境隔绝，保持室温20℃。为了避免振动影响测量结果，安装三坐标测量仪应在质量为100t的由气垫支承的混凝土底座上。
三坐标测量仪作为一种工具，不仅可以最终检验模具品质，也可以在加工过程实施检测，也就是中间检验各道加工工序，从而掌握所需的几何形状如何更精确地加工。在对模具实施检验的过程中，零件的各部位需以较密的轨迹进行检测。通常情况下检验每一副模具需两次，在冲压加工之前一次、之后一次。检验的过程中，上、下模型腔的对合状况应通过理论计算厚度方式测量，从而了解CAD设计数据精度的具体情况。
2.5 提高模具精度应用CAD/CAM
引入CAD/CAM系统实施模具制造，对于冲压模具来讲，提高了加工精度，而主模型和靠模不必再使用。如公差加工具有很严的要求，且磨削主要型腔面后需要的模具需手工抛光，具有良好效果的是用CAD数据加工，远胜于靠模和主模型的效果，其根本差距就是加强了控制尺寸。一般情况下模具的主要型腔表面是用CAD数据精确地加工出来的，然后把主要型腔面与其他零件一起配合加工。现阶段模具工程师可以利用各种CAD/CAM软件生成CNC机床的刀具轨迹和实施模具设计，并且还能够提供用于模具的热性能分析和铸造品质改进的有限元分析。
3 结语
CAD/CAM将分析、设计、制造、生产管理模具有机融为一体，提供了先进的设计理念，提高模具制造水平。在设计制作模具的过程中，因用户将产品三维造型模型提供出来，我们在实施模具设计与编程的过程中就可以直接利用这个模型，使我们节省了建模时间，减少了模具设计时间，缩短了模具制造工期，极大加强了加工精度。随着科学技术的不断发展和CAD/CAM技术的不断进步，模具工业将会产生更大的变革。
参考文献
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作者简介：陈江虎（1973-），男，广西蒙山人，供职于广西机电职业技术学院，研究方向：模具设计与制造。
作者：陈江虎
【摘 要】 论述精密体积成形(精锻)模具的寿命与模具设计的关系。采用合理设计精密体积成形件、锻压工艺、模具结构，选择模具材料，可大幅度提高模具寿命。
【关键词】 模具寿命;设计;模具结构;材料
1、引言
提高模具寿命有极大的经济效益，一般在试生产阶段模具工装费用占生产成本的25%左右，而定型生产时仅为10%。
模具的早期失效形式，多为凸模断裂、模膛边缘堆塌、飞边遭桥部龟裂、模腔底部发生裂纹。影响模具寿命的因素较多，涉及面广，要提高模具寿命则需进行精心设计。模具设计环节是指模具的结构设计、成形模腔设计和确定模具钢种及模具硬度等。模具制造环节是指制模工艺、热处理规范和表面处理技术等。现从模具设计和制造二方面探讨提高模具寿命的方法。
2、对精密体积成形件(精锻件)的设计
模锻件应避免有小孔、窄槽和夹角，应做到形状对称、轴对称、上和下以有左和右对称。要设计拔模斜度，避免应力集中和模锻单位压力增大，克服偏心受载和模具磨损不均等缺陷。
锻模模腔边缘和底部圆角半径R在设计时应尽量放大锻件型腔。若圆角半径过小，模腔边缘在高温高壓下易堆塌或形成倒锥，影响模锻件出模。如底部圆角半径R过小易产生裂纹并不断扩大。
利用CAD系统功能对模具进行二维和三维设计，保证产品原始信息的统一性和精确性，提高模具的设计质量。产品三维立体的造型过程因在锻造前全面反映出产品的外部形状，发现问题及时解决，用电脑设计出加工模具型腔的电极，做好模具加工的准备工作。
采用CAM技术设计好电极并按指定方式精确生产，采用数铣(或加工中心)加工电极，保证电极的加工精度，减少试模时间，提高生产效率。
采用CAD/CAM技术可对外形复杂、精度要求高的锻件进行精确的尺寸描述，确定合理的分模面，保证合模精度，从模具制造这一环节确保产品精度。
CAD/CAM/CAE技术可对关键部位的尺寸设计提供修改依据，提供高质量锻件，为设计提供依据。
成形是模锻过程中重要的工序，模锻件的几何形状是靠锻模来保证;在模具设计时应采取措施减轻后续工序的加工难度，预防和减少模锻件开裂与变形，提高锻件合格率。如锻件的某些部位在切边和冲孔时易变形影响产品质量，在设计上适当增加相应变形部位的加工余量予以补偿，对薄法兰锻件切边时变形大更为重要;对杆部直径较小锻件在切边和热处理过程中会产生有规律的几何变形，而用冷校正方式无法或难以校直。例：某厂生产的TS60曲轴，可根据实践经验和统计数据预先将中心线在一定范围内变形方向反向偏移一定的预补反变形量。
3、对锻压工艺的设计
要求工艺人员要具有较高的水平、丰富的实践经验，否则一旦失误就会造成较大损失。对于切边时存在容易撕裂部分的锻件，可在飞边桥部处降低薄弱部分的切割厚度。如S195连杆，材料为45号钢，锻后冷切边，大头搭子部位由于截面形状小、料薄，在切边时经常出现搭子及附近筋部撕裂，废品率高;而在设计锻模时减薄此处飞边桥的高度，减少此处飞边冲裁力，可以大大减少切边撕裂。
冷挤压工艺是软化毛坯及减少变形时的磨擦力，控制各工序变形程度的合理分配。一般低碳钢、碳钢及低碳合金钢的软化退火工艺为：加热至760℃保温4h，以20℃/h的冷却速度冷到680℃保温3h，再以20℃/h的冷却速度冷却到640℃后随炉冷却到350℃出炉。硬度一般可达125～155HB。含碳量小于0.2%的碳钢，钢材经退火后硬度可小于120HB。钢材经软化退火后再经滚光、酸洗、磷化、皂化后再涂猪油拌MoS2润滑，可降低变形负载，有效减少凸模、压模圈、接头体的断裂失效。
采用多工序小变形的冷挤压方法能有效地降低模具承受的单位挤压力，工序间坯料可无需软化处理，延长模具使用寿命。国内某些厂家在挤压生产时贪图一时之便，减少挤压工序，虽然也能把样品(或产品)做出，但模具负荷太大，容易出现断裂失效。这种急功近利的做法是我国冷挤压工艺曾经一轰而起未能迅猛发展的主要技术原因之一。
采用锻模CAE软件分析材料的流动情况、磨擦阻力以及材料的充腔溢料情况，帮助设计人员有效合理地进行工艺设计。
冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作(如冷挤压)，工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，模具材料的性能对模具的寿命影响较大，不同材质的模具寿命往往不同，对模具工作零件材料的要求比普通零件也高。
4、对模具结构的设计
模具结构设计可达到导向精度合理、冲裁间隙恰当、刚性好的目的，并采用组合式模具。
模架应做到刚性和强度好，模板不宜太薄，条件容许下尽量增厚，甚至增厚50%。多工位模具的导柱导向不宜采用2根，应采用4根，达到导向性能好;使刚度增加和凸、凹模间隙均匀，确保凸模和凹模避免碰切现象。
浮动模柄可避免压力机对模具导向精度的不良影响。夹紧凸模，装配时要检查凸模或凹模的轴线对水平面的垂直度以及上下底面之间的平行度。
凸模和凹模在冷挤压时硬度合适，充分发挥强韧化处理对延长寿命的潜力。如W6Mo5Cr4V2钢冷挤压凸模，当硬度≥60HRC时可正常使用，寿命为3000～3500件;当硬度为57～58HRC挤压工件时，凸模的工作带会镦粗。某厂发现检测挤压第1件以后凸模的工作带尺寸，镦粗增大量为0.01～0.04mm。
热挤凹模与冷挤摸的方法完全不同，当把3Cr2W8V钢热挤凹模的硬度值从>40HRC降到37～38HRC时，使用寿命从1000～2000次提高到6000～8000次。
结论：在不同的锻压设备上的模锻对锻模的硬度要求相同，在相同的锻压设备上的模锻对锻不同的产品其模具的硬度要求不相同。
在锻件飞边切除时，凸模底要尽量与锻件的上侧表面相吻合。如钢丝钳模锻件热切飞边时，切飞边凸模底部的凹形要与钢丝钳柄部的弧形相吻合，否则在切飞边过程中，切飞边凸模易使锻件向一侧翻转，使凸模和凹模损坏。一般情况，冲裁间隙放大可以延长切飞边模寿命。
5、对模具材料的选择
根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材，选用品质好的钢材。据有关资料得知：材料费用仅是模具价格的6%～20%，模具的制造费较高。
对模具材料要进行质量检测，模块的化学成份要符合国际上的有关规定，也要符合供货协议要求;模块合格方可锻造。大型模块(100kg以上)采用电渣重熔钢H13时要确保内部质量，避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷。要采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保每件锻件内部质量良好，避免可能出现的冶金缺陷，将废品及早剔除，提高产品的合格率。
6、结束语
设计虽然只占模具成本的10%左右，但合理的使用方法却直接影响模具的使用寿命。采用合理设计精密体积成形件(精锻件)、锻压工艺、模具结构，选择正确的模具材料，可大幅度提高模具寿命。材质好坏、热处理硬度、模具设计的合理性、模具工艺、加工精度、模具装配精度、配用设备的精度、工作零件的间隙值是否均匀合理等等，不同种类的模具，影响的因素不同。
参考文献：
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作者：李平
[摘 要] 模具综合实践课程是模具设计与制造专业的核心课程，根据课程设计教学标准，在培养学生的实践动手能力方面起着重要作用。该课程开设在专业基础课程、专业理论核心课程之后，通过课程的系统化实践教学，使学生掌握模具产品设计、产品加工制造、模具装配与修配、产品注塑成型的全过程，锻炼学生的实践动手能力，对学生理解和认识课程有极其重要的作用。
[关 键 词] 模具制造;综合实践;实践教学;模具专业
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模具设计与制造专业是为了满足模具制造行业专门技能型人才的需求而设立的一个专业，专业要求学生德、智、体、美、劳全面发展，职业道德，同时掌握本专业过硬的知识和技术技能，最终能够胜任模具设计、模具加工与制造、成型工艺、CAD/CAM技术等专业岗位。
一、课程设置要求
根据机械制造企业调研数据分析，确定课程的职业能力属性，通过与行业、企业人员共同确定与职业岗位需求相吻合的课程标准。课程标准设计以工作过程为导向，以典型任务驱动设计教学项目、组织课程内容。课程内容安排以典型任务为中心，突出对学生职业能力的训练;理论知识选取紧紧围绕工作任务完成的需要来进行，考虑高等职业教育对理论知识学习的需要，并融合相关职业资格证书对知识、技能的要求。具体职业能力目标如下。
（1）机械加工设备知识：掌握常用机械加工设备的基本使用方法。
（2）注塑模具设计与制造流程：能从生产批量、材料、形状结构、精度等方面分析确定工艺方案。
（3）注塑模具结构设计和计算知识：能正确选择模具结构类型，进行模具零件结构设计和计算。
（4）注塑模具制造知识：掌握模具加工方法和特点，能制订模具零件的制造工艺（包含热加工、常规加工、数控加工、特种加工等）掌握检验方法。
（5）注塑模具装配：掌握模具的装配特点与修模方法。
（6）注塑模具试模。
二、综合实践环节的课程设置
模具制造综合实践课程是为模具设计与制造专业精心开设的一门专业核心课程，同时也是智能制造技术专业群中的一门专业通用课程，是学生在学习了机械设计基础、机械制图与计算机绘图、注塑模具设计与制造等课程之后，在具备一定专业课程基础上开设的实践课程。
现有课程体系中，更多的人才培养方案力矩点集中在各门课程的知识点上，而忽视了知识之间的内在联系，因此很难形成对专业的整体认知和把控。要想学生高水平地完成毕业设计、适应企业的人才需要，相对比较困难。因此，加大工程实践能力培养，设置相关的课程和专项技能训练，适应人才培养新模式尤为重要。鉴于此，辽宁装备制造职业技术学院对2018级模具专业的人才培养方案进行修订，在原有课程的基础上增设了一门综合实践课程，旨在通过课程的交叉、碰撞来提高学生知识整合与工程实践能力，使学生学会综合性地解决实际问题。
（一）课程建设思路
设置综合实践课程时，考虑以下三点：
（1）避免关联知识简单、机械拼盘与混合;
（2）照顾知识间横向联系;
（3）实践课程环节中形成知识主线、采取主干带动枝叶的形式。
据此，我们将课程设定为基于产品设计与加工制造全闭环的综合性实践环节，通过在其中内嵌模具产业的具体生产流程，为学生提供接近全真的职业化情景。通过与工作相结合的学习（work integrated learning），学生能够打破课程间的界限，将关联课程的知识拼接起来，形成对专业的系统认识，进而实现从知识到能力的转化。
（二）课程内容的选择
综合实践课程的教学目标是增强学生对专业认识和职业去向认识的立体感，因此难度任务适中，便于学生能够完成。通过模具生产的全过程实践训练，使学生能轻松地将知识点建立联系，完成专业知识体系的构建。
三、融合以赛促教与工匠传承
（一）通过技能大赛形成以赛促教的新模式
模具数字化设计与工艺是最近五年模具专业的比赛项目，该项目比赛流程规范，考核专业知识贴近企业需要，能够选拔出模具高技能人才，因此比赛得到了全国职业院校的追捧。
模具技能大赛的目的是引导全国高职院校关注模具行业技术应用发展的方向，促进模具设计与制造专业能够按照模具生产制造全过程来实施教学改革，加快模具行业的教育发展速度，提高人才培养规格，更好地推动职业院校模具专业建设。
在研究模具技能大賽的文件前提下，依据已有的人才培养计划，结合模具行业技术发展趋势，融合模具技能大赛相关要求，重组和构建模具专业课程体系，形成完备的模具综合实践环节课程。课程教学项目设置依据模具企业操作标准和技能竞赛标准，围绕真实的工作场景、岗位分工，结合学生学习现状，在教学过程中体现项目的真实性和创新性，以实现大赛项目与教学项目的真正融合。
通过对课程教学目标、学生学习情况、学校教学场所与设备设施等要素进行综合分析，从模具技能大赛项目内容入手，按照“学中做、做中学”的教学理念，重新设计课程教学，将各个重难点与技能大赛的相关要求有机结合，力求简单实用。充分发挥学生的主体能动作用，把课堂教学从“填鸭式”变为探索性、训练性教学，激发学生学习兴趣。教学过程中，与模具技能大赛组队尽量一致，将学生以3～5人分组，通过任务实施和训练来引导学生，既能培养学生的自学能力，又能促进学生更好地适应模具技能大赛的相关要求，为后续参加模具技能大赛打下坚实的基础。
（二）工匠精神的培养
模具行业是一个技术密集、经验要求高的行业，因此师徒技术传承很关键。通过校企合作，聘请模具一线工程师为学生讲解模具结构、模具零件加工工艺、模具装配试模等内容，在学习中做好行业技术初识，做好工匠精神培养。
1.以市场为导向
在对模具行业、企业进行调研的基础上，按照企业岗位目标和职业能力要求，校企共同制定专业人才培养方案和实践教学目标。
2.以能力为本位
根据实践教学目标和职业技能鉴定考核的要求，围绕“双证”教育主线，将实践教学内容按能力层次划分为基本功、专业技术、综合提高训练项目，一步一台阶，有效提升。
3.以工匠精神为核心
将工匠精神培养贯穿在实践教学全过程，将提职业技能和职业精神高度融合，使工匠身上具备敬业、专注、精益求精、创新等优良品质，作为从业者要立足本职工作，专心致志地做事，把其做精、做到极致，方能成为企业所需的工匠型人才。要培养模具专业工匠型人才，不能只注重培养学生技能，要把工匠精神的培养渗透到课程教学中去，让学生有践行工匠精神的意识与习惯，从而为学生职业技能与职业素养的形成奠定坚实的基础。
四、结语
模具综合实践课程是系统性对专业基础课、专业核心课程的综合检验。学生通过综合实践环节，对所学知识进行了闭环的练习与检测，对教学效果有很好的推动作用，在培养当代制造工匠中起着重要作用。
参考文献：
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[2]陈凤.基于“匠人精神”的机电一体化专业群实践教学体系研究[J].当代职业教育，2016（8）.
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[5]王静.“新工科”建设背景下高职院校模具专业应用型人才培养探究[J].河北职业教育，2018（1）：105.
◎编辑 陈鲜艳
作者：吴伟涛
[摘 要]高职院校模具专业学生模具设计能力的培养需要参照企业内真实的模具设计、制作过程，从了解模具信息和模具设计流程、多种设计方案的优选到模具设计完成后的制作验证等多个环节对学生进行综合训练，拓宽设计思路，掌握分析和解决问题的方法，由此提升模具设计能力。
[关键词]模具 设计能力 培养方法
[
高职院校模具设计与制造专业学生模具设计能力的培养除相关课程中专业理论知识基础学习外，还必须经过设计应用训练内化与升华的过程。一般分为四个部分，一是通过模具课程设计培养学生模具设计的基本应用能力;二是通过模具制作实训提升模具设计的理性分析能力;三是学习计算机应用软件，应用计算机软件进行模具设计，进一步提高模具的计算机辅助设计能力;四是通过毕业设计，强化模具设计的综合应用能力。模具设计能力的培养是一个从简到繁、由易到难，循序渐进的系统化进程，需经过由理论基础到应用训练对知识和技能的综合职业能力培养的过程。
一、模具设计能力的培养方法
注射模与冲压模是当前高职模具专业中两大主要模具设计与制造相关知识与技能培养的方向，其模具设计能力的培养在方法和过程上有一定的相似性，这里主要针对注射模课程设计与课程教学相融合进行模具设计能力的培养与大家探讨。
为了适应高职模具专业对模具设计能力注重工学结合、理实一体、与企业无缝对接的培养特色，我们将注射模课程设计训练和与之对应的专业核心课程《塑料成型工艺与模具设计》糅合在一起，以集中专周的形式展开教学，它们是在进行了相关的基础课程学习、并在校内企业或校外企业进行了模具认识实习和专业实习的基础上开设的。
在学习过程中，将塑料成型设备、成型工艺、模具结构与模具设计融合在一起，先进行注射模具的拆装、测绘，在学生了解注射模具的基本结构、特点的前提下，按照设计顺序进行讲授、讨论，同期开始设计训练，在完成课程基本内容学习的同时完成注射模课程设计工作。
二、模具设计能力的培养过程
模具设计采用分组进行，原则上按优化组合，每小组3～5人，指定组长。在教学之初，向每个小组分发课程设计题目，并提供可以借阅的模具结构图册和模具国家标准作为自主学习的参考。
(一)开展模具拆绘，认知模具结构组成
在课程设计前期介绍基本模具结构组成后，即开展模具拆绘的训练活动。通过对典型模具结构的拆装和测绘，了解模具结构组成及其各部件间的工作关系，从而建立起对模具总体结构及其工作原理等的综合认知。
(二)了解学习计划，理清设计脉络
课程基本内容的学习和设计训练是按照设计顺序进行的，教师讲授内容和学生自主训练内容计划如下表。据此，可让学生了解模具设计总体过程，理清设计脉络，把握学习重点。
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在教学与训练的过程中，强调各自的模具设计方案不能像模具成型产品那样是一模一样的，每个人的设计方案应该有自己的特点，有别于其他同学的设计方案。同时指出，任何一个塑料零件的模具结构并不是只有唯一的一种方案，只要所设计的模具结构合理、工作可靠，根据设计方案，能够制造出模具，最终能够成型合格的零件就行。所以，在教学过程中，特别要注意引导学生集思广益，发散思维，分析不同的结构，做出不同的方案，逐步培养和提高学生的设计能力。
(三)探讨优选设计方案，培养设计分析能力
在学习过程中，学生应自主完成训练内容，对设计方案进行充分准备，在此基础上，各小组在组长的组织下，指导教师参与，全组成员一起分析、讨论各种不同的设计方案，总结各种设计方案的优缺点，优化出几种可行的方案。在讨论过程中，指导教师可适时进行讲评。应根据学习内容分阶段地多次进行讨论。
例如，对于如图1所示多用工作灯前盖为方形塑件，所用材料为ABS，要求编制该塑件的成型工艺并设计模具结构。
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图1 塑件
对于这个塑件，首先要分析所用材料ABS的使用性能和成型性能，然后分析塑件的结构特点、尺寸精度和表面质量要求，确定型腔数目、型腔布局和模具结构。
对于这个塑件，其内侧凸台的成型是难点，可能的成型方案有很多，如斜导柱内侧抽芯、斜滑块内侧抽芯、斜导杆内侧抽芯、活动镶件等结构形式。同时，型腔数目可设计成一模一件或一模多件。还有浇口形式，可选择侧浇口、潜伏式浇口、点浇口或轮辐浇口。塑件的推出方式，可设计成推杆推出、推件板推出或活动镶件推出等形式。基于这样的分析，组合起来就有很多种不同的设计方案，因此要进一步讨论分析并从这些方案中选择可行的、易于制造模具、易于成型塑件、易于保证塑件质量、易于控制模具制造成本的最佳方案。
由于每个人考虑问题的侧重点不一样，选择的方案就会不一样。例如，在讨论内侧凸台的成型方案时，有同学建议采用活动镶件的结构形式，其他同学提出如何脱模、如何取出活动镶件的问题。有同学考虑斜导柱内侧抽芯的结构形式，其他同学又提出内侧抽芯时侧型芯滑块是否有足够的运动空间的疑问。有同学提出斜滑块内侧抽芯时，其他同学则提出，斜滑块推出行程和斜滑块倾斜角度相互协调的问题，还有两个斜滑块在推出时是否会发生干涉以及如何解决的问题。另外塑件的推出方式和模具的复位方式也是需要考虑的问题。由此，可逐步推演出各类具体实施的设计方案，让学生拓展思维去探求分析和解决问题的方案，最后小组成员每人选择一种可行的方案进行计算和设计。
(四)结合模具制作，评价模具设计方案
在完成塑料模课程基本内容学习和注射模课程设计工作后，我们安排6周的时间分组进行模具制作实训，各小组成员与模具设计小组相同。所要制作的模具图样是从各小组成员的课程设计中选取、并经指导老师审定的。根据模具制作过程中出现的问题，对原先的设计方案进行分析、评价，总结经验教训，以进一步提高模具设计能力。
几年来，我们对模具专业学生按照以上过程展开教学实践，最后每个同学都完成了课程设计任务，从平常的学习过程和最后交上来的课程设计分析，尽管仍有个别学生并不是自己独立完成的，但总体来讲，绝大部分学生所完成的设计方案是各不相同的，都有自己的特点、思想和解决方法。这充分说明，这种模具设计能力培养方法切实可行并且取得了较好的效果。
三、结束语
以上课程学习中对模具设计能力的培养，从认知模具结构、收集模具信息，到了解学习训练计划以熟悉模具设计的流程，再通过各种形式的讨论活动对模具部件结构展开各种实现方式的分析，以逐步推演出优化的设计方案，在此基础上自主进行模具的计算和设计，最后结合模具制作过程中出现的问题，对设计方案的合理性和可行性进行评价，并由此改进自己的设计方案。这一过程充分体现了工学结合、学做一体的高职课程教学特色，既参照了企业进行模具设计的实施进程，让学生对模具设计能力要求有全方位的理解，同时通过对多种方案讨论的优选分析及制作结果的验证评价，拓宽了设计思路，找到了解决问题的办法，极大地提升了学生自主设计能力。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张信群.高职院校模具设计与制造专业课程体系研究[J].模具工业，2012，(4)：61-65.
[2] 韩森和等.基于工作过程的高职模具专业课程体系[J].职教论坛，2012，(2)：48-49.
[3] 蒋继宏等.注塑模具典型结构100例[M].北京：中国轻工业出版社，2000：100-101.
[4] 王正才.高职模具专业工学结合实训模式的探讨[J].中国职业技术教育，2006，(33).
[5] 杨冬生.高职模具设计与制造专业教学改革的实践[J].职教论坛，2006，(4).
[责任编辑：雷 艳]
作者：欧阳德祥
摘 要：随着机械加工工业技术升级需求与工艺水平标准的不断提高，超精密机械加工技术日趋成为机械加工工业的发展方向。在当前技术条件下，探讨提高超精密机械加工精密度的技术措施成为提高高超精密机械加工技术水平的关键。本文从多个方面，粗浅的分析了提高超精密机械加工精密度的技术措施。
关键词：超精密机械加工;精密度;发展趋势
随着超精密机械需求的增加和电子技术的发展，精密机械加工技术日臻成熟。当前，为顺应机械加工技术继续升级的需求，超精密机械加工技术和需求也快速发展。比如：超大规模集成电路中要求在1mm2平面上集成几十万个以上的元件，线条宽度只有1μm，形状和位置误差小于0.05μm。这就对传统机床加工精度提出了更高的要求，加工工艺等也必须相应采取有效措施来保证加工要求。
因此，本文试图从以下几个方面，粗浅的分析当前技术条件下，如何提高超精密机械加工技术的工效率与精密度。
1 超精密机械加工技术的突出特点
1)加工技术超精密化。该技术相对传统精密机械加工技术，最核心的区别就是：加工对象、加工要求在尺寸、外型上的超精密化。
2)加工手段高智能化。传统人工凭经验、手感、目视的操作方式已无法再胜任超精密机械加工的需要，必须以更水平的自动化、智能化加工设备来确保机械加工的稳定与效率。
3)加工全过程的信息化。更水平的自动化、智能化加工设备、更加复杂繁琐加工流程，使得超精密机械加工全过程必然产生大量的输入、控制和反馈信息。因此，全加工过程必须是对上述信息进行收集、输入、加工与处理，也就必然要依赖更加信息化的技术手段。
2 超精密机械加工的典型方法、内容及优势
根据零件成形机理和特点，分为去除、结合和变形三类加工方法。去除加工手段有力、热、电、光等方法，操作包括切削、磨削、电加工等。结合加工操作包括电镀、气相沉积、氧化、渗碳、粘接、焊接等。变形加工手段有力、热、分子运动等，操作包括铸造、锻压等。目前，还出现了可见加工的概念，常用手段包括堆积、生长、变形等，它强调表面处理。
超精密机械加工技术的主要内容有：1)加工机理;2)被加工材料;3)加工设备和工艺装备;4)检测;5)工作环境。
超精密机械加工的突出优点有：
1)同时确保高的材料切除率和良好经济性。
2)超精密机械加工可集中在一台车床上完成，能够实现工序集成。
3 超精密加工过程对工件表面精密度的影响因素及其措施
3.1 加工设备振动
超精密加工过程中，加工设备有存在振动现象，如刀具切削刃与工件切削操作面之间的切削运动必然存在滑动摩擦，这种摩擦产生的振动将增大切削粗糙度，甚至使切削面出现振纹，恶化超精密加工精度。
3.2 加工刀具、刃磨
副偏角、主偏角、刀尖圆弧半径是刀具的几何参数中对超精密加工表面粗糙度影响最大的。工况下，合理减小上述参数可以降低工件表面粗糙度，提高超精密加工质量。从材料上看，金刚石、立方氮化硼刀具加工精密度优于硬质合金刀具，而硬质合金刀具又优于高速钢刀具。从刃磨质量上看，使刀具前后刀面、切削刃的粗糙度值应低于工件的粗糙度值的l～2级，提高刃磨质量，也能显著提高超精密加工精密度。
3.3 切削液
在超精密加工过程中对于不同材料合理选用切削液可大大减小工件表面界面摩擦，降低切削区温度，降低金属表面的塑性变形程度，抑制积屑瘤和鳞刺，能显著提高超精密加工精密度。
3.4 工件材料本身
刀具对易挤压塑性材料金属而产生了塑陛变形，甚至产生撕裂作用。工件材料韧性越好，塑性变形越大，超精密加工精密度越低。一般韧性较大的塑性材料，超精密加工精密度越低，而韧性较小的塑性材料则相反。同种材料则其晶粒组织越大，表面超精密加工精密度越高。因此，为了提高超精密加工精密度，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。
3.5 切削条件
加工塑性材料时增大切削速度，可减少积屑瘤和鳞刺，提高超精密加工精密度;而切削速度对脆性材料则影响不大;进给速度增大，塑性变形也增大，超精密加工精密度降低。减小进给速度则相反;切削深度对超精密加工精密度影响不大。
3.6 切削速度
一般在粗加工选用低速车削，精加工选用高速车削可以提高超精密加工精密度。中速切削塑性材料容易导致积屑瘤、塑性变形较大，超精密加工精密度较低。因此，采用低速或高速切削塑性材料，提高塑性材料超精密加工精密度。
4 超精密机械加工技术的发展趋势
随着机械加工制造业的不断技术升级，超精密机械加工已成为世界各工业强国的重点战略发展技术。它是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。目前，航天航空、信息技术、纳米技术等高端工业领域的发展都离不开超精密机械加工技术的技术支持。从加工精密度上看，随着制造业的升级换代，超精密机械加工技术工艺水平正逐步从微米工艺水平向亚微米工艺水平进发。不久以后，普通、精密及超精密机械加工精密度将进一步精确到1μm、0.01μm及0.001μm，使得超精密机械加工技术精密度达到纳米级别的工艺水平。有理由相信，超精密机械加工也将向迈进原子级工艺水平。整体上看，超精密机械加工技术的超精密化、高智能化及信息化等三大突出特点将更加鲜明，形成更加完善的工业体系，大大提高整体机械加工工业水平。不久的将来，超精密机械加工技术将会获得更高的精密度，应用领域更加广泛，催生更为强劲的工业发展动力。
参考文献：
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[4] 丁延松.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J].技术与市场，2014(05).
作者：陈昉
龙盛精密模具有限公司
公 司 简 介
本公司坐落于成都市郫县犀浦镇大田村一组516号。具有专业制造
塑胶.五金模具 .镶件.治具等丰富经验。
经不断更新、完善和创新，建立了完善的品质和管理系统。有高精密
的生产设备(勝磐磨床4台，鑫连興铣床2台，群机-5火花机1台)、有
精密的检测仪器(万豪投影仪-CPJ-3015AZ，万豪影像仪VMS-2515G，高度
计-NIKANG，三丰数显千分卡0-25)。有相当的生产经验及技术,并且产品
生产有严格的品质流程、制造成本及交期管控 ，拥有一批高素质，高技
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水泥构件模具听起来有点陌生，如果我说水泥制品应该耳熟能详，其实就是所谓的水泥制品模具，构件模具类型一样，只是各地的叫法不一样而已。 如今国家的发展带动了一大批行业的进步，模具行业的发展已经势不可挡。由此引发的水泥制品模具更是如火如荼。遍布各大城市，街边小巷。那么水泥构件模具都有哪些产品呢?
保定方圆专业生产供应水泥构件模具，水泥制品模具，混凝土制品模具，预制水泥制品模具，预制水泥构件模具属一类产品，只是各地的叫法不同。经常见到的水泥构件模具有：路沿石模具，路平石模具，道牙模盒，路缘石模具，路侧石模具，路牙子模具，护坡模具，六角护坡模具，八角护坡模具，矩形护坡模具，盖板模具，沟盖板模具，水沟盖板模具，电缆槽盖板模具，排水盖板模具，水利盖板模具，预制盖板模具，预制沟盖板模具，线缆盖板模具，涵洞盖板模具，预制构件模具，高铁盖板模具，高速盖板模具，电力电缆盖板模具等等。
水泥构件模具，泥制品模具，构件模具，预制水泥构件模具，预制盖板模具，护坡模具，路沿石模具，井盖模具，包括其它预制水泥花盆模具，水泥栏杆模具等各类构件模具都得到了前所未有的开发和利用。一般用在高速高铁，公路，市政中心，广场，学校，公园，健身场地，生活小区，商业中心等一些地方，未来水泥构件模具的发挥空间是很客观的。
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