胡江浦，李 英，馮笑顏

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

隨著社會(huì)科技水平的不斷進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，塑料工業(yè)得到迅猛發(fā)展. 塑料制品的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，在航空、航天、汽車、船舶、手機(jī)、電腦、機(jī)械制造等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用更是越來越多. 與此同時(shí)，這些高科技領(lǐng)域中應(yīng)用的塑料制品的形狀也越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也越來越精細(xì)，制品質(zhì)量的要求也越來越高. 面對(duì)如此挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的塑料注射工藝與模具設(shè)計(jì)已無法滿足日益復(fù)雜的產(chǎn)品形狀和質(zhì)量提高的要求，計(jì)算機(jī)仿真分析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生. 通過借助計(jì)算機(jī)仿真分析技術(shù)可以預(yù)先對(duì)模具進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，并對(duì)注射過程進(jìn)行模擬分析. 這樣不僅可以提前預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的問題和風(fēng)險(xiǎn)，有效地提高模具的開模成功率和設(shè)計(jì)精度，還可以在制品發(fā)生問題時(shí)，找出問題發(fā)生的來源，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度. 越來越多的塑料成型企業(yè)開始使用計(jì)算機(jī)仿真分析軟件來對(duì)塑料制品的模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析[1]. 因此，許多塑料成型企業(yè)迫切需要能夠使用仿真分析軟件的技術(shù)人才. 但是，目前大多數(shù)高校相關(guān)專業(yè)所開設(shè)的塑料成型工藝學(xué)或塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)等課程中基本只涉及塑料成型的理論、工藝及模具設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，幾乎很少有針對(duì)計(jì)算機(jī)仿真分析技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，這就造成了高校教育與企業(yè)實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)的現(xiàn)象.為此，筆者對(duì)塑料成型工藝課程進(jìn)行了探索性的教學(xué)改革，嘗試在注射成型工藝的章節(jié)引入計(jì)算機(jī)仿真分析的相關(guān)內(nèi)容. 在教學(xué)過程中不僅講授傳統(tǒng)注射成型的知識(shí)，同時(shí)，向?qū)W生教授注射仿真分析軟件的基本知識(shí)與使用方法. 此外，由于仿真分析技術(shù)可以直觀地展現(xiàn)制品的注射過程，其在課堂中的使用還有利于學(xué)生理解相對(duì)抽象的課程內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對(duì)于課程的興趣[2，3].

1 仿真分析技術(shù)在課程中的應(yīng)用方式探索

目前，塑料成型企業(yè)最常用的注射成型仿真分析軟件是美國(guó)的Moldflow 軟件與中國(guó)臺(tái)灣的Moldex3D 軟件，此次課程建設(shè)以Moldex3D 軟件為例[4，5]. 在進(jìn)行注射成型章節(jié)講授時(shí)，引入Modelx3D 軟件的相關(guān)內(nèi)容，教師利用仿真分析軟件向?qū)W生展示真實(shí)的塑料制品的注射過程，并引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)塑件的成型過程. 這樣可以使學(xué)生在深入理解注射工藝過程的同時(shí)，掌握仿真軟件的基本操作方法. 具體的教學(xué)流程步驟如下：

第一步，在注射成型課程理論內(nèi)容完成后，向?qū)W生介紹仿真分析相關(guān)內(nèi)容及其應(yīng)用.

第二步，向?qū)W生展示Moldex3D 仿真分析軟件的操作界面.

第三步，向?qū)W生講解如何利用仿真分析軟件對(duì)一個(gè)真實(shí)的塑件進(jìn)行一次完整的注射成型過程. 對(duì)于Moldex3D 仿真軟件來說，具體的操作過程是：教師提前準(zhǔn)備一個(gè)軟件自帶的或者已經(jīng)利用CAD 繪制好的塑件模型（講授時(shí)一般可以采用電腦主機(jī)風(fēng)扇、鼠標(biāo)外殼、手機(jī)殼等常見塑料制品模型），將模型匯入到軟件中，這樣學(xué)生可以清晰地在電腦屏幕上看到需要注射的塑件的外形. 模型匯入之后，在模型上繪制物料的流道系統(tǒng)（包括澆口、流道、進(jìn)澆點(diǎn)等）和冷卻系統(tǒng)（冷卻水路、進(jìn)出水口），并向?qū)W生們講解流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的作用，以及設(shè)置流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)需要遵循的原則. 同時(shí)講授使用軟件繪制流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的方法與技巧，使學(xué)生掌握軟件操作. 然后利用仿真軟件將繪制好的塑件模型、流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)生成網(wǎng)格.Moldex3D 軟件采用了先進(jìn)的邊界層網(wǎng)格技術(shù)，該技術(shù)是專門針對(duì)復(fù)雜幾何模型量設(shè)計(jì)的，可以得到更加精確的分析結(jié)果. 在網(wǎng)格生成好之后，需要選擇合適的注射機(jī)和合適的物料，設(shè)置合適的注射參數(shù)（溫度、壓力、時(shí)間等）. 所有相關(guān)參數(shù)設(shè)定好之后進(jìn)行模擬注射成型. 成型過程完成后，向?qū)W生展示注射成型的結(jié)果.Moldex3D 軟件在結(jié)果展示中提供了注射過程物料流動(dòng)的3D 動(dòng)畫，學(xué)生可以清晰地看到注射成型過程中物料的流動(dòng)過程及溫度變化. 此外，還可以向?qū)W生展示仿真分析軟件的一些分析功能（溫度分析、厚度分析、翹曲分析、強(qiáng)度分析等）.

第四步，由學(xué)生操作，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)完成一個(gè)塑件的注射過程，并讓學(xué)生利用軟件進(jìn)行分析. 使學(xué)生真正理解注射成型的過程，掌握軟件的基本操作.

2 仿真分析技術(shù)融入課程帶來的變化

通過將仿真分析的知識(shí)融入到課程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)仿真分析技術(shù)給課堂教學(xué)帶來很多的便利，同時(shí)也對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)提出了更高的要求.

2.1 使課程講授更加直觀，學(xué)生對(duì)注射成型過程認(rèn)識(shí)更加深刻

塑料成型工藝課程是一門應(yīng)用型的課程，課程內(nèi)容一般非常貼近實(shí)際生產(chǎn)，因此課程內(nèi)容具有比較大的抽象性，如果只是按照傳統(tǒng)的教師講課、學(xué)生聽課的教學(xué)模式，學(xué)生很難理解課程的內(nèi)容. 最好的辦法是在進(jìn)行傳統(tǒng)理論知識(shí)講授的同時(shí)，進(jìn)行實(shí)踐操作，通過理論和實(shí)踐相結(jié)合的方式，使學(xué)生真正理解與掌握課程內(nèi)容. 但是，大多數(shù)情況下由于教學(xué)條件的限制，學(xué)生很難去進(jìn)行實(shí)際的操作過程，這就使得學(xué)生的興趣很難被激發(fā)起來，也難以獲得良好的教學(xué)效果. 利用仿真分析技術(shù)可以將整個(gè)注射過程通過軟件模擬的方式直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前. 使學(xué)生可以非常生動(dòng)地看到塑件的形狀和結(jié)構(gòu)，看到注射模具中的澆口和流道，以及看到注射過程中物料的流動(dòng)過程. 這樣不僅可以提升學(xué)生的興趣，還可以使學(xué)生更加容易理解注射成型過程.

2.2 使學(xué)生更加深入地理解生產(chǎn)中各參數(shù)對(duì)于制品的影響

在塑料成型過程中會(huì)涉及到很多工藝參數(shù)，例如溫度參數(shù)、壓力參數(shù)、時(shí)間參數(shù)等. 溫度參數(shù)又包括料筒溫度參數(shù)、噴嘴溫度參數(shù)、模具溫度參數(shù)、冷卻水路的入水與出水溫度等；壓力參數(shù)包括注射壓力參數(shù)和保壓壓力參數(shù)等；時(shí)間參數(shù)包括注射時(shí)間參數(shù)、保壓時(shí)間參數(shù)和冷卻時(shí)間參數(shù). 這些參數(shù)都會(huì)影響塑料制品的最終質(zhì)量. 而在上課時(shí)，這些參數(shù)對(duì)于塑料制品的影響一般只能通過講述的方式告訴學(xué)生，讓學(xué)生自己想象，這樣學(xué)生很難理解這些參數(shù)到底是如何影響產(chǎn)品質(zhì)量的，經(jīng)常記不清楚哪些參數(shù)會(huì)影響哪些性能. 而利用仿真模擬技術(shù)可以在軟件中對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，通過改變不同參數(shù)，模擬注射成型過程. 這樣就可以讓學(xué)生們清晰地看到每個(gè)參數(shù)對(duì)于塑料制品特定性能的影響. 通過仿真模擬過程使學(xué)生真正理解和掌握注射成型過程中所涉及到的參數(shù)，及其對(duì)于制品成型的影響.

2.3 豐富了學(xué)生的知識(shí)范疇，提高了對(duì)學(xué)生的要求

將仿真分析的知識(shí)融入到課程中，學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)塑料成型的基本知識(shí)，同時(shí)也要學(xué)習(xí)軟件的使用和操作，這就要求學(xué)生了解電腦軟件相關(guān)知識(shí)，熟悉電腦軟件的操作手法和使用技巧. 仿真分析技術(shù)的引入不僅豐富了學(xué)生的知識(shí)面，更對(duì)學(xué)生提出了更高的要求. 當(dāng)然，這也體現(xiàn)了高校教育與社會(huì)變化相適應(yīng)的特點(diǎn).

2.4 給學(xué)生就業(yè)提供了幫助，滿足了企業(yè)的用人需求

目前，很多塑料成型企業(yè)開始應(yīng)用仿真模擬技術(shù)，甚至有些企業(yè)專門開設(shè)仿真模擬部門. 這些企業(yè)主要利用仿真模擬技術(shù)在模具設(shè)計(jì)時(shí)提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)，提高開模成功率；或者在注射過程中出現(xiàn)問題時(shí)，通過仿真分析找出產(chǎn)生問題的原因，進(jìn)而對(duì)模具和注射過程進(jìn)行改進(jìn). 因此，仿真分析技術(shù)正逐漸成為塑料成型領(lǐng)域人才必備的一項(xiàng)技能. 如果在講授塑料成型工藝課程時(shí)，加入適量仿真分析技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容，使學(xué)生掌握目前主流仿真分析軟件的常規(guī)使用方法，就可以真正做到讓課堂上的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用接軌. 這樣當(dāng)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生到塑料成型企業(yè)就業(yè)時(shí)，就會(huì)更加符合企業(yè)的用人要求，同時(shí)縮短企業(yè)對(duì)于新入職員工的培訓(xùn)時(shí)間，降低企業(yè)新人培訓(xùn)的成本.

3 結(jié)語

應(yīng)用型課程在設(shè)置其內(nèi)容時(shí)要與時(shí)俱進(jìn)，要與實(shí)際應(yīng)用相匹配，要能夠滿足當(dāng)代企業(yè)的用人需求. 將仿真分析技術(shù)融入到塑料成型工藝課程中，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)還可以使課堂的內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際需求相接軌，滿足實(shí)際應(yīng)用的需要. 目前，仿真分析技術(shù)在課堂中的應(yīng)用尚處于起步階段，希望越來越多的相關(guān)課程可以引入仿真分析的技術(shù)進(jìn)行教學(xué). 授課教師也需要不斷提升自身的計(jì)算機(jī)水平，并且繼續(xù)對(duì)仿真分析技術(shù)融入課堂建設(shè)的方式進(jìn)行研究與探索，使教學(xué)效率與效果進(jìn)一步得到有效的提高與改善.