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關鍵詞：機械制造；模具成型；設計
中圖分類號：TG386 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）009-000-02
目前我國制造行業(yè)中，機械模具的實際應用可有效的提高生產效率，因此其已成為現(xiàn)階段制造業(yè)的研究熱點，其中模具成型階段的模具設計對整個機械制造效率影響較大，所以模具設計需參考相關國家標準和國外先進技術水平。同時我國的機械制造模具設計采用的技術種類繁多并各具優(yōu)缺點，可用于不同用途的機械制造。因此對我國機械制造模具成型設計進行研究分析具有重要意義。
一、模具設計與制造的研究現(xiàn)狀
目前我國的模具設計與制造領域還處于向世界先進水平的學習階段，自主創(chuàng)新程度不足。與國際先進水平相比，我國整體模具工業(yè)水平差距較大，尤其模具加工在線測量和質量管理差距超過15年，具體為模具使用壽命低以及生產周期長，特別是一些精度要求高的模具，其壽命不到國外先進水平的40%[1]。而目前我國模具設計發(fā)展較快，不僅模具的設計水平較高，同時模具設計總量已達到一定規(guī)模。與一些發(fā)達國家的模具設計相比，我國模具的設計水平還具有較大的發(fā)展空間。特別是大型、精密的模具的實際設計應用比例較低，不到其他發(fā)達國家的50%，這主要是由于我國制造行業(yè)的研發(fā)能力、精密加工設備、人員專業(yè)素質和創(chuàng)新意識的不足造成的。這也使得我國的模具設計和制造領域差異性發(fā)展，中低檔模具出現(xiàn)供過于求的現(xiàn)象，而大型、精密的高技術模具則主要依靠進口。因此我國的模具設計和制造領域的發(fā)展必須依靠模具成型技術、設備加工精度和產品質量的不斷提高。
二、機械制造模具成型設計
機械制造模具成型設計是機械加工業(yè)的重要技術環(huán)節(jié)之一，其設計的好壞直接關系到模具成型質量，因此應該進行嚴格的設計研究和分析。設計人員接受模具成型設計任務書后，應對設計圖紙和模具的原材料進行嚴格檢查，需對這些材料標注具體性質信息。同時也需對機械制造模具的技術要求進行仔細的技術分析，使得生產出的模具的相關參數符合設計要求，進而保證利用模具生產產品可達到企業(yè)加工和設計要求。還需對模具尺寸進行精細計算，確保加工零件的尺寸和技術參數滿足模具成型設計任務書的具體要求。對于機械制造模具成型設計步驟，本文以注射模具設計為例進行具體說明。
1.模具成型設計考慮的問題
注射模具設計是機械制造領域中比重較大的一類模具成型設計，其具體設計應考慮：首先是塑料材質選擇，其是否符合設計任務書的要求以及冷卻過程的收及補問題。其次是模具澆口和分型面的具體類型和參數，同時也需考慮模具制造過程的冷卻或加熱對模具的性能影響。最后是根據模具尺寸合理選用注射機，注射機選型應考慮注射機的最大注射量、鎖模力以及模具尺寸等參數，保證模具結構和零件形狀簡單實用，整個模具的精度、表面粗糙度和剛度符合設計任務書的要求，便于模具制造和加工[2]。
2.模具成型的設計步驟
（1）塑件分析
塑件分析的兩個重要考慮因素是塑件設計要求和塑件生產批量。確定塑件設計要求時，應根據塑件制品零件圖、成型工藝的實用性和經濟性進行設計，要明確塑件性質、形狀要求、尺寸精度和表面粗糙度等相關技術參數，如塑件的相關技術參數需變動時，應與產品設計人員進行商討變動可能性。塑件生產批量對塑件生產成本影響較大，對其進行分析時，首先應明確塑件的生產批量，根據其選擇合適的模具，如生產批量較小，可考慮使用簡單模具，降低生產成本。而生產批量較大時，在保證塑件質量的前提下，盡量縮短生產周期，提高生產效率，可考慮使用一模多腔或高速自動化生產模式，同時也應嚴格要求模具推出或脫模機構的控制使用。除了上述兩種重要考慮因素外，塑件分析過程應計算塑件的體積、質量和模具型腔數量，為接下來的注塑機選用做好前期準備工作。
（2）注塑機選用
根據塑件分析對塑件的體積和質量計算確定模具的結構，再進行注塑機型號的選用，明確其與模具設計相關的技術參數。這些技術參數主要包括注塑機最大注塑量，注塑壓力大小，安裝螺孔位置，注塑機模板面積、定位圈和噴嘴等相關構件尺寸，進而保證注塑機型號可以滿足實際模具設計需求。
（3）模具成型設計計算項目
完成注塑機型號的選用后，可進行模具設計計算項目，明確具體技術參數，如凹凸模尺寸計算，型腔壁厚和底板厚度的確定，以及模具加熱、冷卻系統(tǒng)的選型和設計。
（4）模具成型結構設計
模具成型結構設計應主要明確以下相關參數，首先是塑件成型位置以及各分型面的實際應用。其次是模具型腔數量、型腔排列的選擇。再次是模具相關零件、頂出機構以及排氣方式等相關設計。最后是根據模具總體尺寸選擇適當的模架，目前模架型號已標準化制造，可根據實際要求直接購買。通過上述參數的確定，進而繪制完成的模具成型結構圖。
（5）模具成型相關圖紙繪制
模具成型相關圖紙繪制主要包括繪制模具總裝圖和零件工作圖，其繪制過程應嚴格參照機械制圖國家標準和相應的行業(yè)規(guī)范，其繪制原則與常規(guī)機械圖畫法基本一致，需明確模具成型的形狀和澆口位置。同時制模具總裝圖的俯視圖中，可去除定模部分，只保留相應動模部分。模具總裝圖應包括模具外形尺寸，裝配尺寸、極限尺寸以及技術條件等，并編寫相應的零件明細表。
3.機械制造模具成型設計的相關技術
（1）計算機CAD/CAM輔助設計軟件
機械設計和輔助加工制造技術的大量應用，有效提高機械設計制造的研發(fā)效率，促進現(xiàn)代制造業(yè)的研究開發(fā)工作，我國模具成型設計發(fā)展得益于計算機CAD/CAM輔助設計的發(fā)展應用。該技術可通過計算機進行模具成型模擬設計，進而有效提高設計效率。同時該技術可以與數字、數控等技術聯(lián)用，既可進行開發(fā)設計過程中各種信息的定量表達、存儲和控制，實現(xiàn)模具成型設計全局優(yōu)化運算，也可通過數字建模和仿真模擬和動態(tài)分析優(yōu)化設計思路和要求，同時其可有效降低模具成型設計和改造成本，縮短模具成型設計時間，提高模具成型設計效率。目前計算機CAD/CAM輔助設計軟件的開發(fā)利用，實現(xiàn)模具軟件應用的集成化、網格化發(fā)展。如Power Solution CAD/CAM集成化系統(tǒng)，其可完成幾何建模、工業(yè)設計和制圖、仿真分析、數控編程、測量分析等多種功能設計，同時該系統(tǒng)的各功能模塊相對獨立，也可使用數據接口與其他系統(tǒng)聯(lián)用運行，體現(xiàn)該系統(tǒng)的開放性和兼容性。
（2）模具成型三維化設計軟件
傳統(tǒng)的模具成設計是二維設計過程，其已不適應現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展要求。而采用模具成型三維化設計軟件可以立體直觀的設計模具，設計出的三維數字化模型便于產品結構的CAE分析、模具性能評估以及加工成型過程模擬。如Pro / E和CATIA等軟件的使用，可進行模具并行工程設計。專業(yè)3D注塑模設計軟件，可實現(xiàn)3D型腔、型芯結構、模架配置及結構設計優(yōu)化。如Moldflow Advisers三維真實感流動模擬軟件、3D Quickfill、HSC 3D4.5F、Z-mold等軟件實際設計應用效果良好。
（3）模具成型設計相關的制造技術
機械制造模具成型設計過程中，對模具的加工精度和強度有嚴格的技術要求，而常規(guī)的模具設計制造技術滿足不了這些要求，使得模具成型設計的實用性降低，同時也浪費相應的設計成本，因此需要采用先進制造技術滿足技術要求。目前可采用的先進制造技術主要包括以下3種：首先是電火花加工技術，該技術是利用火花放電產生的瞬間高溫蝕去金屬進行模具的加工成型。該技術分為電火花穿孔成型加工和電火花線切割加工兩種，電火花穿孔成型應用在型腔加工環(huán)節(jié)，而電火花線切割加工主要用于注射模、壓鑄模和熱鍛模等模具型腔成型作業(yè)[3]。其次是高速切削加工技術，該技術主要利用高速切削對高硬度、耐磨損模具材料進行加工處理。與傳統(tǒng)模具設計與制造相比，高速切削加工技術可有效提高模具加工效率，保障模具制造質量。最后是快速模具制造技術，該技術是快速成型技術（RPM）與常規(guī)模具制造技術的有效結合，其可以大量縮短模具設計開發(fā)時間，有效提高生產效率，節(jié)約生產成本，已成為模具設計與制造的重要技術方法。其主要包括基于RPM原型的精密鑄造模具、噴涂法、熔模鑄造以及直接制造金屬模具等具體技術方法。
三、結語
通過本文對模具設計與制造的研究現(xiàn)狀以及機械制造模具成型設計的闡述分析來看，與國際先進水平相比，我國機械制造模具成型設計水平差距較大，需增加模具成型設計與制造領域的研究力度，采用新設計軟件和先進模具制造技術，確保機械制造模具設計和制造向大型化、高精度、環(huán)保以及技術含量高的方向發(fā)展。
參考文獻：
[1]佛德紅.關于模具制造技術的分析[J].城市建設理論研究（電子版），2013（19）.
關鍵詞：開發(fā)技術研究；三維圖庫系統(tǒng)；沖壓模具設計
隨著我國工業(yè)生產領域的不斷發(fā)展，市場對于工業(yè)產品的需求量逐年上升，在激烈的市場競爭環(huán)境下，工業(yè)產品的升級與更新速度不斷加快。為了使所生產的產品與市場需求相一致，工業(yè)企業(yè)需要對生產線以及模具設備進行不斷地調整，設計周期大幅縮短，模具設計方面的工作任務更加艱巨。其中，繪制模具模式與制造模具標準件等方面的工作是模具改造環(huán)節(jié)中十分重要的工作內容。通常情況下，每生產一副模具，其中50%以上的工作是標準件的生產工作。為了提高標準件生產效率，設計人員需要綜合運用各種方法對標準件進行更加全面的設計，使企業(yè)內部的生產部門能夠準確了解與標準件有關的各項參數。利用CAD三維圖庫對標準件進行設計是當工業(yè)企業(yè)廣泛應用的模具設計方式之一。然而，當前我國工業(yè)企業(yè)在CAD三維圖庫的使用與操作上還存在著一定程度的不足，不同類型的工業(yè)企業(yè)在標準件的設計思路與設計方法等方面存在著比較大的偏差。因此，工業(yè)企業(yè)設計部門需要對標準件庫進行有針對性地刪除、補充以及修改，提高標準件庫的實用性與可靠性。
模具生產工作中最核心的生產工具是沖壓模具。沖壓模具的設計工作需要在計算機技術的支持下完成，所使用的設計軟件主要為CAD三維圖庫系。由于該系統(tǒng)中不包含數字化的項目數據資源，設計人員在進行操作時需要借助一定的數據資源對設計項目進行處理，所使用的數據資源主要來自于手冊工具書等。另外，三維圖庫系統(tǒng)中也不包含設計工作所需要參照的國家標準，設計人員在_始進行模具設計工作之前需要對相關的法律法規(guī)進行全面且深入的分析，使相關的設計方案既符合生產要求也符合行業(yè)規(guī)范。工業(yè)企業(yè)單位需要深刻認識到三維圖庫系統(tǒng)對于沖壓模具設計工作的重要意義。在對技術手冊資源進行深入調查研究的同時也要學會通過三維圖庫系統(tǒng)中所包含的參數化設計技術、資源分析技術以及數據庫技術進行應用。
三維圖庫系統(tǒng)對于工業(yè)領域的生產工作產生了巨大的影響，工業(yè)生產企業(yè)需要對三維圖庫系統(tǒng)進行深入的研究與分析。在對該設計方法進行研究與分析的基礎上，也要根據已往的設計經驗對目前所采用的設計資源進行全面的數字化處理，豐富三維圖庫系統(tǒng)與設計資源的數據量，使接下來的設計工作能夠直接對設計資源進行調用。工業(yè)企業(yè)內部的工程技術人員建立起一套新型的軟件系統(tǒng)設計思維，了解模具設計的具體操作方法。工業(yè)企業(yè)所采用的模具標準主要包含典型模具結構、標準模架以及標準件等。依照形狀特點可以將模具標準分為桿件和板件兩類。其中板件主要包含卸料板、固定板以及上下模座等；桿件通常包含卸料桿、螺釘以及導柱等。標準模架包含對角導柱模架、中間導柱模架以及對角導柱模架等。典型模具結構主要包含下頂出落料模以及v形件彎曲模等。三維圖庫系統(tǒng)中包含典型模具結構裝配表、規(guī)格構造表以及圖形參數表等數據資源。沖壓模具的設計工作需要在系統(tǒng)需求以及系統(tǒng)目標的基礎上，對總體設計方案進行詳細的討論與設計，對功能模塊和系統(tǒng)總體結構進行明確的表述與說明，在對三維圖庫系統(tǒng)進行研究與分析的基礎上，設計人員根據設計資源數據化的有關理論，對模具設計資源進行了新的排列與組合，為了工業(yè)企業(yè)的沖壓模具設計工作提建立了軟件系統(tǒng)思想以及輔助模具設計思想。在數據管理技術長期的發(fā)展過程中，數據庫系統(tǒng)在設計理論上對有關的設計資源進行也全面的總結與歸類，通過DataBaseDeskTop程序對資源數據庫進行整合與創(chuàng)建。
當前我國工業(yè)企業(yè)所廣泛應用的三維圖像技術主要以Engineer軟件為載體，該計算程序的主要特點是系統(tǒng)相關性較高，可以對沖壓模具的造型進行參數化分析，主要應用于塑料模具、電子以及機械等方面。相比起Engineer程序，Pro/E程序作為一種繪圖工具則適應于開發(fā)環(huán)境比較簡單的工業(yè)模具設計，該程序專業(yè)化程度不高，無論是在技術習慣上還是在設計標準上都與專業(yè)的設計平臺之間存在著比較大的差距。因此，工業(yè)企業(yè)需要根據自身的設計需求通過二次開發(fā)的方式對有關程序進行改良與創(chuàng)新。程序改造等方面的工作需要借助一些開發(fā)工具，比如Toolkit等，開發(fā)環(huán)境則主要為VisualCH6.0，其開發(fā)目的在于建立一個能夠使沖壓模具各方面參數進行數字化展示的系統(tǒng)程序。通過對參數化設計方案以及自動化技術進行論述的方式，對三維圖形庫在模具標準件設計方面的有關應用情況進行全面且深入的分析。其中需要重點闡述的是三維圖庫在模具標準件設計中具體的程序實現(xiàn)方法。工業(yè)企業(yè)的生產部門人員可以對運動演示動畫進行觀察，對材料加工過程以及零件運用方式有一具直觀的理解。
綜上所述，設計人員需要對標準件的應用方式以及生產原則通過動畫的方式進行演示，將標準件的實際運行效果進行展示，便于工程人員對對標準件的使用方法進行調整并且對安裝技術進行創(chuàng)新。
參考文獻
關鍵詞：模具設計；畢業(yè)設計；非模具專業(yè)
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）19-0060-02
模具工業(yè)在近幾年里發(fā)展迅速，目前已經成為我國工業(yè)發(fā)展的基礎，而模具高級技術人才緊缺。針對這種情況，許多高校對非模具專業(yè)學生開設了模具課程，以適應這種社會需要，以便于擴大學生的知識面和就業(yè)面。
“模具設計基礎”是一門綜合性和實踐性很強的課程，涉及機械設計、工程制圖、公差和配合、材料科學、材料成型及加工等多方面的知識，授課內容多且較抽象，系統(tǒng)性不強。[1]和模具專業(yè)比較，非模具專業(yè)授課學時少，實驗設備和種類少，實踐教學薄弱，加上原有教學手段和教學方法落后，這就造成了學生在學習過程中不可避免地產生一些困難，這些都嚴重地影響和制約了學生學習的積極性。針對上述問題，本文詳細介紹了非模具專業(yè)如何更好地結合本專業(yè)特點，運用先進的教學手段和方法，開展模具設計基礎課程的教學工作，以達到事半功倍的效果。
一、明確課程教學目標
對于非模具專業(yè)的學生來說，課時有限、無法全面深入學習，所以模具課程的理論講解不能過多。針對以上情況，結合專業(yè)特色，以培養(yǎng)綜合素質良好的模具設計中初級技術人才為目標，重新編寫了“模具設計基礎”課程教學大綱，使學生了解常見沖壓和塑模工序的變形規(guī)律；認識沖壓和塑模成形工藝方法、模具典型結構、模具加工方法與手段；掌握沖壓和塑模工藝與模具設計方法、模具制造工藝設計方法；具備進行中等復雜沖壓和塑料零件的工藝編制、模具設計、模具制造工藝編制的能力，為以后從事模具設計工作打好堅實的基礎。
二、調整教學內容
“模具設計基礎”是一門綜合性很強的課程，它包括了沖壓成型工藝及沖壓模、塑料成型工藝及塑料模設計、沖壓及注塑成型設備、模具制造工藝學、CAD/CAM、特種加工等內容。但是非模具專業(yè)一般授課學時不超過48個學時，不能像模具專業(yè)學生那樣全面、精通地掌握這些內容，必須注意培養(yǎng)學生對模具設計方法的掌握，精選典型實例，突出教學重點，適當壓縮或刪減一些不重要的或僅限于了解的內容，有待學生在后續(xù)實踐學習和工作中自我學習和補充。
比如沖壓成型包括沖裁、彎曲、拉深、脹形、翻邊、縮口等其他成型工序，教學中不能全面講到，只能以沖裁為例重點講授沖壓件的模具設計方法、過程、注意事項等，壓縮彎曲和拉深章節(jié)內容，只講授與沖裁不同的成型過程和典型結構，不會詳細講零部件的設計，刪減脹形、翻邊、縮口等其他成形工序的內容；塑料成型工藝及塑料模包括注射、壓縮、壓注、吹塑、擠壓等方法中，由于注射模應用最為廣泛，且設計過程最為復雜，故以注射為例典型講授塑件的模具設計方法、過程、注意事項等。
三、改革教學手段和方法
“模具設計基礎”涉及很多結構復雜的零部件和組裝圖，傳統(tǒng)板書或掛圖無法表達模具結構及其運動機理，講課時難以與學生溝通。因此，在課堂教學中，采用板書與多媒體課件相結合的方式授課，采用啟發(fā)式、互動式教學方法，充分利用虛擬現(xiàn)實技術，使原來難以理解的知識以直觀的方式表達出來，使得課堂教學形象、直觀、生動，激發(fā)了學生學習的興趣，提高了課堂效率。比如對沖壓和注射的典型模具結構，利用Pro/e等軟件進行三維建模，對模具零件圖和裝配圖進行進行各視角展示，還可以提供半剖圖、局剖圖，使學生更方便認識模具的結構，提高他們的識圖和空間想象能力，同時還可輸出制作成動畫，將復雜結構模具的開合過程動態(tài)地展示出來。[2]
四、加強實踐教學環(huán)節(jié)
對于非模具專業(yè)的學生來說，實踐教學是非常重要，也是相對薄弱的環(huán)節(jié)，薄弱的實踐教學阻礙了學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。根據該門課的培養(yǎng)目標，圍繞實踐教學環(huán)節(jié)這一問題，從以下三方面入手：
1.實驗教學
對于非模具專業(yè)的學生來說，實驗課時少，實驗設備、工具的數量有限，實驗內容單一，驗證性、演示性類實驗較多，學生動手操作、主動思考的較少，很難激發(fā)學生的學習興趣，這些都嚴重影響了實驗教學的效果。針對以上情況，重新修改教學大綱增加實驗學時，自制一系列沖壓模、塑料模教具及模擬機進行模具運行演示、模具拆裝與測繪實驗，并利用學院和校內金工實習工廠的機加工設備開展模具加工的實驗。另外，利用多媒體讓學生在實驗前熟悉實驗原理、實驗內容；并通過虛擬技術模擬實驗設備的工作過程，學生能清楚全面掌握比如擠出模具、吹塑模具的結構，工作過程和模具拆裝測繪過程；提高實驗室的開放程度，可以讓學生利用課外時間增加親手操作機會，充分利用實驗室資源加強學生對專業(yè)知識的理解，提高學生對模具結構及新技術的感性認識和動手能力，以彌補實驗學時和實驗設備的不足。
2.課程設計
課程設計是強化理論教學的重要環(huán)節(jié)，為了強化學生的模具設計能力，教學計劃中安排了三周的課程設計。為了更好地發(fā)揮課程設計的作用，從工程實踐中直接選題，力爭做到一人一題或幾人一題（做同一題目的不同部分），要求學生按正規(guī)的設計步驟進行零件的工藝性分析、工藝參數計算和確定、設備選型、模具結構方案分析，完成模具總裝圖和主要非標準零件圖的繪制，并撰寫詳細的模具設計說明書和成型（形）工藝過程卡，并讓學生通過答辯真正弄懂設計中的各關鍵問題。[3]課程設計通過解決工程實際問題，不僅提高了學生理論聯(lián)系實際的能力、查閱資料的能力、獨立思考及綜合分析實際問題的能力，而且使學生了解了使用有關的國家標準、專業(yè)與行業(yè)標準以及各種設計規(guī)范與規(guī)定。
3.畢業(yè)設計
畢業(yè)設計是教學過程最終階段的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，是檢驗學生在四年中所學專業(yè)理論知識和實踐操作技能的主要途徑。根據學生的情況，將畢業(yè)設計分為校內設計和校外設計。
校內建立模具方向畢業(yè)設計小組，制定嚴格的畢業(yè)設計管理制度，按任務書的要求及進度安排開展畢業(yè)設計。畢業(yè)設計選題應與該專業(yè)人才培養(yǎng)目標和定位、就業(yè)形勢以及教師的科研課題內容和科研方向相結合，并且積極體現(xiàn)學科的發(fā)展方向和動態(tài)，保證增強學生就業(yè)的適用性和競爭性。[4]
學校推薦一部分優(yōu)秀的學生到校企合作單位完成畢業(yè)設計，學校和企業(yè)給每一個學生都指定一名指導老師，共同指導學生的畢業(yè)設計選題，嚴格把關以保證畢業(yè)設計質量。鼓勵已經簽了模具相關工作的學生到自己的公司完成畢業(yè)設計，直接選擇企業(yè)的課題，設計成果直接應用于企業(yè)的生產實踐。在企業(yè)這個新的環(huán)境中，學生有強烈的求知欲。在企業(yè)進行畢業(yè)設計，不但有利于培養(yǎng)學生在實際工作中分析問題、解決問題的能力，而且使學生提早熟悉工作崗位、進入工作狀態(tài)，順利地完成由學生到模具從業(yè)人員的過渡。
總之，加強課程實驗、課程設計和畢業(yè)設計等重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，理論教學和實踐教學環(huán)節(jié)要相互配合、互相促進，是培養(yǎng)企業(yè)急需的應用型工程技術人才的保證。
五、結語
經過這幾年的對教學目標、課程內容、教學手段和方法、實踐教學等方面的改革與實踐，極大地調動了學生的學習興趣，提高了學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和工程設計能力。然而要將改革的理念全面付諸實施，還有很多困難，改革仍在繼續(xù)摸索和推進，需要在實踐中不斷完善實踐教學，提高教學質量。
參考文獻：
[1]賈鐵鋼.提高“模具設計”課程的教學效果[J].機械職業(yè)教育,
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[2]吳敏,鄒雋,張園.淺析“模具設計與制造”課程教學改革與實踐[J].高等教育理念與實踐研究(第九集),2010.
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基于AutoCAD的冷沖模模架及零件生成CAD系統(tǒng)開發(fā)
[關鍵詞]模具圖；繪制技術；經驗；分析
中圖分類號：TG385.2，TP392 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0072-01
前言
在工業(yè)發(fā)展的進程中，科學技術是提高生產力最直接的要素。任何生產過程的進步都離不開科技技術的更新。我國工業(yè)的發(fā)展依托于基礎行業(yè)的進步。裝備制造業(yè)是工業(yè)發(fā)展的基礎性產業(yè)，在裝備制造業(yè)中模具生產業(yè)是最為重要的產業(yè)種類。模具制造業(yè)的先進程度，決定了裝備制造生產效率的提高，決定了生產過程能否簡化，決定了產品的性能和質量。模具生產過程中，模具圖的設計是其中的重點工作。模具圖繪制對模具設計起到了直觀的反應作用。一個模具是否可以投入生產，要有圖紙跟隨，圖紙是成品的書面反映，圖紙的質量決定了生產過程的是否細化嚴謹。繪制模具圖是一項生產過程中的細致工作，需要專業(yè)的知識和專業(yè)和態(tài)度，需要具有濃厚的求知精神和嚴謹的治學態(tài)度。
一、繪制模具裝配圖的要求和步驟
（一）對圖面的布置和比例選擇確定
繪制模具圖的首要要求就是繪制過程要嚴格遵守國家標準的機械制圖規(guī)定，任何做法不得與國家規(guī)定的要求相抵觸。在按照規(guī)定繪制的前提下，可以遵循模具設計的相關要素。不同的模具有不同的繪制習慣，繪制習慣就是為了更好的提高繪制的效率而經過多位專家形成的規(guī)范。如果遇到特殊的模具繪制種類，可以按照特殊的規(guī)定執(zhí)行作圖。在利用計算機繪制圖紙時，圖紙中的尺寸要必須要按照機械制圖的要求進行比例的縮放。繪制圖紙的比例是非常重要的，比例如果掌握不好，圖紙就是沒有意義的制圖。
（二）繪制圖紙的設計步驟
繪制模具圖紙要遵循設計的順序要求。繪制順序包括主視圖，俯視圖以及仰視圖和剖視圖。主視圖在繪制時要遵循從里到外，從上到下的原則。簡單說就是繪制圖時要先繪制零件圖，然后再繪制凸模，凹模。繪制俯視圖時要把模具沿著注射方向打開定模，從上到下打開定模和動模，使俯視圖和主視圖形成對應的畫面。模具的主視圖的位置設定一般要按照閉合狀態(tài)時的位置。在繪制這幾種類型圖時，與計算機一并工作的時候，要畫出部分零件的結構圖紙，確定零件的尺寸。在繪制圖紙時，如果發(fā)現(xiàn)模具設計工藝上存在偏差，要及時對設計工藝進行更改，是工藝流程符合正確的設計要求。
（三）繪制模具裝配圖的具體要求
繪制模具裝配圖時要注意主視圖和俯視圖中表示的模具結構。在主視圖上應該將模具的所有零件都表示出來，可以采用全剖視和階梯剖視的辦法。在剖視圖中遇到凸模和頂件塊旋轉時，在剖面上，不需要要畫剖面線，需要使圖面結構清晰的時候，不是旋轉體的凸模也可以不畫剖面線。俯視圖中可以呈現(xiàn)的是動模或者定模與動模各一半的視圖，需要注意的是在特殊需要時可以繪制側視圖，也可以繪制剖視圖和部分視圖。
（四）塑件圖的繪制方法
塑件圖的意思就是經過模塑成型后形成的塑件的圖形。塑件圖一般是標注在主圖的右上角，而且需要標注好材料的名稱和塑料牌號等。塑件圖的比例要與模具圖上的一致，在遇到需要放大和縮小的情況時也要符合必須的要求。塑件圖的方向要與模塑成型的方向一致，在遇到不一致的情況時需要注明模塑成型的方向。
（五）模具繪制圖的技術要求
在模具繪制圖中要在固定的位置注明模具的具體要求，還有注明需要注意的事項和技術條件。模具的技術要求主要包括選用設備的型號，模具的閉合高度，防氧化處理，模具的編號、刻字、標記、油封、保管等要求。除此還需要注明有關試模和檢驗的具體要求。
（六）模具的尺寸標注和標題明細
模具的尺寸要求是模具圖繪制過程中必須要進行的工作。尺寸要求要符合模具生產過程中的具體要求。要標注好閉合尺寸、外形尺寸、特征尺寸、裝配尺寸、極限尺寸。在繪制圖完成后要編寫明細表，標題欄和明細欄要放在總圖的右下角，標注的格式要符合國家繪制圖紙的具體要求。
二、繪制模具零件圖的具體應用
（一）繪制的總體要求
在模具生產過程中，標準件一般不需要繪圖，需要繪制的是非標準的模具零件。因為標準零件在加工時需要更改的地方不多，但是，非標準的零件必要要求畫出尺寸之間的差異。非標準零件在繪制圖時要標準號全部尺寸、公差，除此還有說明表面的粗糙程度，材料的使用選擇，以及熱處理工藝的技術要求。模具的零件圖的重要性體現(xiàn)在零件圖是加工時唯一的參考依據。在制造過程中，要根本圖紙進行參考，而且在產品檢驗時，需要根本圖紙的設計要求進行驗收。
（二）繪制的視圖要符合精確的標準
在繪制時選擇的視圖要能夠充分的表示出零件內部的結構和外部的形狀。在零件的內外結構達到統(tǒng)一后，要注重尺寸要求，零件尺寸大小要進行嚴格的控制，尺寸是零件生產要素中重要的因素。在視圖選擇中，應該減少剖視圖的數量，避免多余元素的干擾。
（三）繪制模具圖的文字數據要求
繪制模具圖的重點之一就是對數據的書寫。在圖紙的需要的位置，要明確標注出數據，例如在尺寸和檢測工藝中，要標注出合格的數據，對于零件的生產過程而言，圖紙上的文字注明是非常重要的。例如標注出的“裝配后加工”或者“配作”等文字說明，就可以明確表達出生產需要的程序。在零件加工時，工人是要根據圖樣的代號來判斷零件生產種類的，因此，序號和代號要明確標注。在圖紙上明確表明精度和粗糙度，數量和重量。
三、繪制機械模具圖所運用的軟件
在模具繪制圖中主要采用計算機繪圖軟件為二維圖形軟件和三維圖形軟件。主要就是CAD/CAE/CAM計算機輔助設計、模擬與制造一體化。這種集成技術符合現(xiàn)代模具制造的具體要求。繪制可以根據計算機編制的程序進行操作，實現(xiàn)模擬加工的功能。計算機輔助設計可以實現(xiàn)多種操作平臺的同步工作，實現(xiàn)各種圖形的繪制功能，而且具有數據轉換的能力。計算機軟件的應用對于模具繪圖具有重要技術性提高。
結語
模具圖的繪制需要知識和經驗的雙重作用。模具圖的精確度和準確性要求繪制圖紙人員具有專業(yè)的知識和認真的態(tài)度?？茖W技術是第一生產力，人力資源也是生產力的推動要素。加快模具制造業(yè)的發(fā)展，需要科技和人才的相互作用，在實際生產中，把理論與實踐嚴密結合，形成有效的生產技術提升，更好的服務于工業(yè)的發(fā)展。我國模具生產雖然取得了一定的進步，但是與發(fā)達國家還存在明顯的差距，加快模具制造業(yè)的進步，是提高工業(yè)產值的重要舉措，是實現(xiàn)科技興國的重要體現(xiàn)。
參考文獻
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關鍵詞：機械制圖；課程設計
經過幾年的中職模具設計與制造專業(yè)《機械制圖》課程教學，粗淺地形成了以下課程設計。
一、課程定位
1.課程定位的依據
（1）崗位需求。模具制造專業(yè)的崗位需要學生熟悉國家相關標準，繪制樣圖，看懂圖樣。
（2）后續(xù)課程。如果把整個的模具制造專業(yè)課程體系比喻成一棵大樹，模具CAD/CAM、模具制造、塑料模具、數控加工編程與操作等課程是枝葉，那么機械制圖課程就是整個課程體系的樹干，支撐后續(xù)課程，為后續(xù)課程打下良好的基礎。
（3）職業(yè)資格。車工、鉗工、銑工、數控工藝員、制圖員等職業(yè)資格考試都要以機械制圖課程為依托。如果沒有機械制圖的基礎，無法看懂圖紙，既談不上加工，也無法考證。
（4）素質拓展。學習了機械制圖課程，不僅僅能夠讀圖看圖，還要練習實際生活。根據上述四個依據，把《機械制圖》課程定位為專業(yè)基礎課。
2.教學目標
（1）知識目標。掌握國家標準的有關規(guī)定，具有查閱有關標準的能力；掌握正投影法的基本理論及對三維立體及其相互位置的分析方法，并據此閱讀機械圖樣；能熟練地應用繪圖儀器、徒手及計算機繪制機械圖樣。
（2）能力目標。專業(yè)能力：識讀、繪制機械圖樣的能力，空間思維能力和形象思維能力；方法能力：質疑探索、自主學習、自我管理、自我提高的方法；社會能力：知人、自知、認識社會、適應社會的能力，創(chuàng)造能力和審美能力。
（3）素質目標。養(yǎng)成認真負責的態(tài)度和嚴謹細致的工作作風；增強學生的自信心，建立競爭、效率意識；具有團隊合作精神；勤奮、敬業(yè)、重操守。
二、教學理念與思路
1.教學理念。重新審視以往的“教師說，學生做”，“教師灌，學生記”，“教師管，學生服從”的教學方式，探索形成新的教學理念：（1）“教”為主導。教師是教學活動的組織者，教師用行動去感染學生，以淺顯化、通俗化的方式講授，激發(fā)學生學習興趣。（2）“學”為主體。引入案例、情景、分組討論等教學方法，讓學生主動參與教與學。變“一言堂”為“群言堂”。（3）“練”為主線。打破了以往課程結束后統(tǒng)一練習的教學模式，避免只學不練，只聽不練，組織學生適當的課堂及課外練習，運用、消化和鞏固知識。
2.教學思路。結合培養(yǎng)目標設計教學情景，根據專業(yè)知識習得的要求，讓學生能夠獨立地繪制和閱讀樣圖，最終達到教學目標。
三、教學方法與手段
《機械制圖》課程教學，可選擇采用以下教學方法：
①實物教學法。利用教具模型或者是實物模型，讓學生更直觀地了解各位置的關系，更有興趣去探索更深層次的知識。②講述法。傳統(tǒng)的板書講述，也能讓學生加深理論理解。③多媒體教學法。用語言無法表達的內容，利用多媒體教學，可更加直觀。多媒體課件鮮明的色彩更能吸引學生的眼球。④小組討論法。提高學生的學習主動性和自主分析的能力，加強學生的團隊合作精神。綜合以上多種方法，兼蓄并用，有利于提高教學效果。
1.教學手段——“四化式”
（1）現(xiàn)代化的教學手段。隨著科學技術的日益進步，現(xiàn)代化教學設備已不斷地運用到高職院校教學過程中。采用現(xiàn)代化方法進行教學，如多媒體課件、虛擬仿真動畫等，與教具模型、板書等傳統(tǒng)的方式相結合，則能夠調節(jié)課堂氣氛，激發(fā)學生興趣，使得學生視覺、聽覺、觸覺多種知覺共同參與學習，有助于提高知識獲得的準確性，發(fā)展學生的抽象想象能力。
（2）實踐化的教學課堂。知識是能力的根基，掌握了基本知識并不等于有了能力，能力只有在不斷的實踐過程中才能逐步形成。實踐化的教學課堂就是將畫圖作為課堂教學的一個環(huán)節(jié)。讓學生面對實物進行實踐畫圖。教師只是提出要求，充分體現(xiàn)“導”的作用，學生可分組討論，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，獨立完成繪圖。
（3）幽默化的教學語言。語言教師傳授知識的主要形式是語言，教師語言的質量直接影響課堂的氣氛和教學的效果。吐字清楚、準確生動、簡明扼要、通俗易懂，是教師的基本能力。同時，教師語言的幽默化，則更能吸引學生，激發(fā)學生的求知欲望，讓他們積極地探索。
（4）多樣化的教學氣氛。以往的教學方式往往只是教師講，在這種單調的教學課堂里，每一個學生都會覺得乏味。所以，教師在教學過程中要讓學生感覺到端莊、平易近人、和藹可親，使師生在活躍的氣氛中展開教學活動，讓學生帶著更加飽滿的熱情投入學習。
2.教學過程設計——“五步法”
材料成型工藝基礎是機械設計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)方向模塊限定選修課，包括鑄造、鍛造、沖壓、焊接、非金屬材料成型、成型工藝選擇等內容，集成型理論與工藝于一體，涉及面寬，應用性廣，實踐性強。在傳統(tǒng)教學中，采用“滿堂灌”、“填鴨式”教學方法，只能對理論知識進行簡單講解和局部應用，學生缺乏實際工程能力的系統(tǒng)練習；另外，由于課堂教學時間短、學時少等限制，老師對知識的傳授只是蜻蜓點水或一個個散亂的知識點，內容連接性、系統(tǒng)性不強，學生普遍感覺知識雜亂、枯燥、難學、不會應用，學習熱情不高，學習效果較差。因此，根據我校地方性、應用型的辦學定位，為使學生掌握基礎理論，加強應用練習，提升工程實踐能力，在材料成型工藝基礎課程的教學過程中進行了問題探究式教學法的探索。
一問題探究式教學法在材料成型工藝基礎課程中的應用
1尋找、選取問題
尋找問題既要以課程教學大綱主要知識點為依據，又要結合我校應用型本科畢業(yè)生面向地方企業(yè)、面向生產第一線的目標定位，選取企業(yè)實際生產中難易程度合適的具體問題，使問題具有很強的實用性、具體性和可操作性。
問題可以是短時間內解決的，如僅需要一次課或幾次課時間能夠解決的單一問題、單一學科的問題，例如針對鑄造內容，從企業(yè)尋找、選取了不同材料、不同結構、不同用途的多品種鑄造零件，既有防爆電機上的中小型灰鐵鑄件，又有汽車、摩托車上的薄壁、復雜的鋁鎂合金、鋁硅合金鑄件，還有高壓電器開關上使用的厚壁、較簡單的鋁硅合金鑄件等。然后提出問題：這些零件選用什么方法成型、生產過程如何、工藝參數如何選擇、毛坯圖如何繪制、結構工藝性好壞等。從這些問題的逐個解決，將整個鑄造部分的知識貫穿起來，形成系統(tǒng)性、連續(xù)性、完整性的知識鏈。問題還可以是需要花費多個學期去解決的多學科的問題，例如針對上述鑄造零件，可以繼續(xù)提出問題，成型中使用的模具如何設計、如何制造。為保證裝配精度要求如何進行機械加工和裝配等，這些問題可通過后續(xù)課程模具設計、機械制造技術、特種加工等解決，這樣就將本課程與機械工程材料、材料成型工藝基礎、互換性與技術測量、模具設計、機械制造技術、特種加工等多門課程有機的聯(lián)系在一起，激發(fā)學生學習后續(xù)課程的好奇和興趣。
2布置問題
將設置好的問題按組分配給學生，根據問題難易程度規(guī)定每一組學生的人數。然后提出明確的短期目標和較長期目標：按照企業(yè)規(guī)范，根據零件的材料、結構、生產批量等要求完成成型方法選擇（需要一次課能解決問題）、鑄造工藝參數選取、工藝設計（需要一次課+課余時間查閱資料、收集、分析、討論能解決問題）、毛坯圖繪制、結構工藝性分析（需要課堂+課余時間+成果匯報等完成）等。
3組內分工
學生根據自己的興趣選擇問題，具有共同興趣、脾氣相投的同學組成問題探究小組。每個小組對問題進行初步探討并進行任務分工，例如一些同學測繪零件圖，一些同學分析材料、確定牌號、了解成份組成，一些同學查找材料力學性能及工藝性能，一些同學繪制毛坯圖，一些同學利用PPT制作匯報材料，對于涉及課程知識的成型方法選擇、鑄造工藝參數選取、鑄造工藝圖繪制、結構工藝性分析等內容，則要求每個同學都要自己做，使每個學生明確要探討研究的重點問題以及與組內其他同學的合作關系。
4教師引導、串講各個知識點
根據企業(yè)實際解決問題的步驟及每步所需的理論支撐知識順序，運用展示圖片、播放生產錄像、動畫等多媒體教學手段，結合現(xiàn)場教學，簡要、系統(tǒng)、直觀的講授解決問題所需的理論知識，打破了以往按照教材順序講授知識點的習慣。例如傳統(tǒng)教學方法講授鑄造時，按照教材“鑄造工藝基礎砂型鑄造工藝過程鑄造工藝設計鑄件的結構工藝性特種鑄造”的順序講解，一章講完布置一次作業(yè)；采用問題探究式教學法后，調整課程順序為“鑄造概念、特點、分類砂型鑄造、壓力鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造等工藝過程學生根據給定零件選擇成型工藝方法、討論鑄造工藝性能鑄件的結構工藝性給定零件的結構工藝性分析鑄造工藝設計給定零件的鑄造工藝參數選擇、鑄造工藝圖設計匯報、點評”。
5文獻檢索
教師指出解決問題所需要查閱的相關技術資料、國家標準和獲取相關信息資源的渠道，鼓勵、誘導學生利用課余時間到圖書館或網絡上獨立地進行相關技術資料和國家標準的查詢、收集、分析、整理、探索，在此基礎上對所布置的問題進行初步分析。
6初步探究
學生根據查閱的相關技術資料，對所布置問題的解決方法進行探索、研究，提出解決問題的初步方案和建議。
7集中討論
每組學生將各自探究的結果匯總，采取小組集中討論的方式，讓每位學生重點闡述自己對問題的探究結果，以獲得同學的認可和批評，同時對同學的探究結果自由地發(fā)表自己的意見，例如鑄造分型面選擇位置、脫模斜度選擇方向、鑄造圓角位置、收縮率大小等工藝參數，每人結果都不一樣。經小組交流、辯論、討論后，形成盡可能合理的小組意見，并在老師指導下找出不足或需要補充的內容。
8深入研究
學生根據小組討論交流的意見，分頭繼續(xù)對各自分工的問題進行深入探究、補充和完善，時刻保持與教師的互動、溝通和與同學的討論，最終形成小組的探究成果，并制作成PPT文件。
9課堂交流、匯報
在教師主持下，各組選出代表在多媒體教室用PPT文件將本組的探究成果進行匯報。利用PPT匯報的過程，可以清楚的反應學生查閱資料的過程，查閱了哪些資料，對資料、理論知識的綜合應用情況，解決實際問題的能力，繪制圖紙的規(guī)范性、工藝正確性等，例如圖形表達不完整，脫模斜度、鑄造圓角表達不正確、展示的CAD圖粗細實線不分、用彩色顯示導致的圖形不清、標注不按新標準等問題一目了然。一人匯報后，組內其他學生可以補充，同時要求各個小組對其他小組交流的內容批判性地提出自己的不同意見，從而形成組內合作、組間競爭的局面。這時學生不甘落后的心理將充分調動他們投入學習的積極性，且有利于小組間的相互比較、借鑒和學習，加深學生對知識的理解和重復應用，達到事半功倍的效果。
10教師點評
教師根據課堂上學生的現(xiàn)場匯報，對各組解決問題的思路和方案、結果進行一一點評，就共性問題及時進行現(xiàn)場評講和糾正，加深學生對問題的理解，同時肯定成績、指出不足、提出希望。
與傳統(tǒng)教學方法相比，材料成形工藝基礎課程在進行問題探究式教學法探索、實踐后，發(fā)現(xiàn)學生在學習主動性、理論知識掌握程度、工程實踐能力的培養(yǎng)、真實工作崗位體驗、成就感和成功感的體驗、交流溝通和協(xié)調能力的培養(yǎng)、自學能力培養(yǎng)等方面有了明顯提高，效果比較詳見表1所示[2]。
二問題探究式教學法在實施中存在的問題
1教師工程實踐能力的欠缺削弱了實施效果
問題探究式教學是以源于企業(yè)的實際問題為驅動，以尋找解決問題的方法獲取知識和培養(yǎng)工程實踐能力的新型教學方法，實際問題的解決方案和結果，都沒有標準答案，更沒有唯一答案，也找不到現(xiàn)成的答案，因此對于教師的工程實踐經歷和能力提出了較高的要求，教師自身工程實踐能力的欠缺削弱了新型教學方法的實施效果。
另外，由于材料成型方法種類繁多，每一種方法有其各自特點和獨立環(huán)境，即使有企業(yè)工作經歷的老師通常只是擅長、精通其中的一種，沒有哪位教師具有鑄造、鍛造、沖壓、焊接等全部的企業(yè)經歷，因此制約了新型教學方法在全部課程中的探索實施，削弱了新型教學方法的實施效果。因此對于過去具有工程經歷的教師，也要定期到企業(yè)輪訓，以更新工程知識、掌握新的實踐技能、豐富工程實踐經驗，不斷強化工程實踐能力，以便提高實施效果。
2課后占用時間較多，學生負擔較重
由于材料成型工藝基礎課程的學時（24學時）較少，分配到鑄造、鍛造、沖壓、焊接各部分的學時更少，僅為6學時左右，因此學生文獻檢索、資料查詢、收集、加工、處理信息、獨立思考探索、討論交流、繪圖等活動大多需要利用課余時間完成，這些事務又需耗費一定的時間，因此學生感覺負擔相對較重。
總之，問題探究式教學法以源于企業(yè)的實際問題為載體，教師圍繞問題進行講解、指導、點評，學生圍繞問題進行文獻檢索、資料查詢、收集、加工、處理信息、獨立思考探索、討論交流、匯報等活動，找出解決問題的方法和步驟，得出問題結論，獲取新知識的一種新型教學方法。通過在成型工藝基礎課程中的探索實踐，發(fā)現(xiàn)教師由傳統(tǒng)的知識傳授者、講解者變?yōu)閱栴}的創(chuàng)設者、學法的指導者、討論的組織者，學生由知識的被動接收者、灌輸對象轉變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、獲取知識的主動構建者。這種教學方法，加強了學生自覺學習、獨立學習、學會學習的主體地位和自主能力，培養(yǎng)了學生解決實際問題的工程能力，提升了學生人際交往、團隊協(xié)作方面的綜合素質，達到了較好的教學效果。
參考文獻
[1]林健.卓越工程師培養(yǎng)―――工程教育系統(tǒng)性改革研究[M].北京：清華大學出版社，2013：195-197.
【關鍵字】模具材料 熱處理工藝 設計選用
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450－9889(2012)03C－0190－03
一、影響模具設計選用的基本因素
近幾年來，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，每年保持15％左右的增長速度，但模具的制造水平和使用性能與世界上發(fā)達國家相比，還有很大的差距。模具市場競爭激烈，努力縮短模具的生產周期、提高模具的質量、延長模具的性能直接和間接帶來的社會效益和經濟效益是難以估量的。模具的質量包括模具的精度、表面光潔度和模具性能三個方面。模具的精度和光潔度主要由機加工決定，而模具的性能取決于設計、加工、材料、熱處理和使用操作等多個因素，其中材料和熱處理是影響模具使用性能最重要的內在因素。
模具材料對模具性能的影響反映在模具材料的選擇是正確、材質是否良好和使用是否合理三個方面。選材時應兼顧模具使用性能要求。熱處理不當是導致模具早期失效的重要因素。熱處理模具性能的影響主要反映在熱處理技術要求不合理和熱處質量不良兩個方面。統(tǒng)計資料表明，由于選材和熱處理不當。致使模具早期失效的約占接近70％，其中熱處理不當約占45％，選材不當、模具結構不合理約占25％。由此可見模具材料與熱處理是影響模具性能諸因素中的主要因素。
二、模具材料簡介
目前，模具材料大致分為冷作模具、熱作模具、塑料模具、玻璃模具四大類，并且都有專門模具材料。
(一)冷作模具材料
冷作模具種類較多，形狀結構差異較大，工作條件和性能要求不一，因此冷作模具選材比較復雜，必須綜合考慮，才能發(fā)揮材料的潛能。目前，我國常用冷作模具材料大致分為四大類：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金。市場流通以Crl2MoV、CrWMn、T10A等傳統(tǒng)材料為主，比較新的模具鋼，如DS、GD、CH、LD、C-M、ER5、65Nb、012AL、LMI、LM2和RM2等20多種牌號及粉末高速鋼、鋼結硬質合金等高檔的模具材料，應用并不普遍。
(二)熱作模具材料
熱作模具一般在600℃左右的高溫下工作，要求模具材料具有較高的強度、硬度、耐磨性、抗冷熱疲勞性能、抗氧化性能和抗特殊介質腐蝕性能，用于制造鍛壓、熱擠壓、壓鑄、熱鐓模和高溫超塑成形用模具。
為了適應壓力加工新技術、新設備對模具材料在強韌性和熱穩(wěn)定性方面的高要求，國內外研制了許多新型熱作模具鋼，現(xiàn)正在生產中發(fā)揮著作用，其中有5CrNiMoV、5Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi、3Cr3M03W2V、3Cr3M03VNb、4Cr3M03SiV、4Cr3M03W4VNb、4Cr3M02MnVNbB、6W8Cr4VTi、4Cr5M02MnVSi、4Cr3M02NiVNb、4Cr3M02WVMn等材料，隨著一些新的熱加工技術的發(fā)展新的模具材料也應運而生，如鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和難熔合金做高溫的熱作模具材料。若模具工作溫度超過1000℃，一般采用鉬基或鎢基難熔合金制造。我國有關單位曾選擇27種成熟熱作模具鋼材料，對其力學性能、工藝性能和使用性能進行測試和對比，并提出了各類熱作模具鋼的選材準則，可供借鑒。
(三)塑料模具材料
隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料已成為十分重要的工業(yè)原料。塑料制品越來越多，用于制品的塑料模具鋼消耗量達到模具鋼總量的50％以上。與熱作模具、冷作模具相比，塑料模具使用性能特殊，具體表現(xiàn)為：一是較高的硬度、一般的耐磨性、足夠的硬化深度，心部要有足夠的強韌性。二是較低的耐熱性，在200℃～250℃的溫度下長期工作，不氧化、不變形，尺寸穩(wěn)定性好。三是有一定的耐蝕性。納入國家標準的有3Cr2Mo等兩個牌號，行業(yè)標準有SM5等20多個牌號，已在生產中推廣使用的新鋼種有10多個，初步形成了我國的塑料模具鋼系列。
(四)玻璃模具材料
大多采用鑄鐵或鑄造不銹鋼，也有采用耐熱鋼或熱作模具鋼，國內有些單位正在研制新的玻璃模具鋼。
三、模具熱處理工藝概覽
(一)熱處理工藝在模具制造中的應用
1.采用鍛造余熱球化退火、循環(huán)退火及雙細化處理工藝。20世紀80年代研制開發(fā)的模具鋼快速細化退火處理新工藝，在理論和工藝上均不同于傳統(tǒng)的高溫加熱緩冷(冷速＜30℃/h)球化退火和等溫球化工藝，具有可消除鏈狀碳化物，縮短退火周期，節(jié)能減排，減少氧化脫碳，球化組織細小勻圓，最終熱處理后強韌性高，模具使用性能高等優(yōu)點，有較好的技術經濟效益。一些企業(yè)采用這一工藝滿足了美國客商對模具金相組織的要求。
2.固溶雙細化工藝。固溶雙細化工藝完全利用熱處理方法，使碳化物細化、棱角圓整化，同時使奧氏體晶粒超細化。其工藝的主要措施是高溫固溶和循環(huán)細化。高溫固溶可以改善碳化物的形態(tài)和粒度；循環(huán)細化的目的在于使奧氏體晶粒超細化。
3.非常規(guī)熱處理工藝的運用。以下列舉三類非常規(guī)工藝在模具熱處理中的應用：一是熱作模具鋼改常規(guī)的高溫回火為中溫回火處理。二是3C~W8V等部分熱作模具鋼超高溫淬火對某些模具收到奇效。三是高速鋼制作的模具低溫淬火性能高。
4.增加調質預處理。模具的預處理很少調質，實際上對于某些模具增加調質工序，很有好處。5CrW2Si鋼制冷剪刀片，在600t廢鋼剪切機上使用，剪切12～25mm普通碳鋼時，比未調質的性能提高5倍；Crl2鋼制44mmx 85mm冷擠沖頭，原工藝980℃淬火，280℃回火，硬度60～62HRC，性能7000～8000件，改為調質取代球化，性能提高到10萬件以上。
5.真空及保護氣氛熱處理。該方法要求高精度、高性能的模具擬采用真空熱處理或保護氣氛熱處理。
6.深冷處理。模具淬火后總會保留一定數量的殘留奧氏體，為了減少或消除這些殘留奧氏體，應在淬火后1h內進行深冷處理，以提高模具的硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。M12螺母冷鐓模淬火后經－190℃深冷處理，性能提高兩倍。
(二)模具熱處理件結構工藝性
熱處理模具的結構工藝性，是指在設計熱處理模具，特別是淬火件時，一方面，應滿足熱處理模具的使用性能要求；另一方面，應考慮熱處理工藝對模具結構的要求，不然會使熱處理操作困難、增加淬火變形、開裂，使模具報廢。因此設計人員需考慮熱處理模具的結構工藝性，盡量考慮以下原則：零件設計時應盡量減小截面尺寸的差異，避免薄片和尖角。必要的截面變化應平滑過渡，形狀盡可能對稱，有時可適當增加工藝孔。
1.避免尖角和棱角。模具的尖角、
棱角部分是產生淬火應力最為集中的地方，往往成為淬火裂紋的起點，因此，在設計時應盡量避免，而設計成圓角或倒角。
2.截面變化應平滑過渡。厚薄懸殊的模具，在淬火冷卻時，由于冷卻不均勻而導致熱處理變形與開裂。在模具結構設計中應采取措施開工藝孔，并合理安排孔的位置；加厚模具太薄的部分；避免盲孔和死角，盲孔和死角都使淬火時的氣體無法逸出，造成硬度不均勻和淬火開裂，故應在盲孔處設置工藝排氣孔或變盲孔為通孔。
3.盡量采用封閉對稱結構。模具形狀為開口或不對稱結構時，導致淬火應力分布不均勻，容易引起變形因結構需要必須開口，制造時則應先加工成封閉結構，淬火、回火后成形開口，彈簧夾頭大多采用封閉結構，淬火、回火后再用線切割切開槽口。對于完全對稱的二件模具，可以先將二件加工成整體，熱處理后再沿對稱軸線切開。
4.采用組合結構。針對某些有淬裂傾向而各部分工作條件要求不同的模具或形狀復雜的模具，在可能條件下可采用組合結構或鑲拼結構。
總之，鋼的淬火應力是由于淬火加熱或冷卻過程中工件內外溫度差造成的。凡是增大工件內外溫差的因素都增大工件中的淬火應力，反之亦然。
四、模具材料選擇與熱處理工藝選擇例證
(一)低淬透性冷作模具鋼及其熱處理工藝
滿足這些性能要求的冷作模具材料有低淬透性冷作模具鋼、低變形冷作模具鋼、高合金工具鋼等，其中碳素工具鋼是使用最多的低淬透性冷作模具鋼，其特點是含碳量高，馬氏體轉變溫度點(以下簡稱Ms點)低，臨界冷卻速度快，在快速淬火冷卻時，產生熱應力變形，使模具沿主導方向收縮變形，材料的含碳量越高，收縮量越大。這種收縮會在模具內部產生很大的內應力，必須通過回火或其他的方法有效地消除內應力。當然這種變形量的大小要受模具截面尺寸、淬火加熱溫度、淬火冷卻方式和回火溫度等因素的影響。因此，淬火和回火工藝是影響低淬透性冷作模具性能的主要因素。因為碳素工具鋼模具多為中、小截面(10mm～50mm)。為減小淬火變形，T10A，T12A一般選擇較低的淬火溫度。當采用硝鹽浴或堿浴冷卻時，淬火加熱溫度可選擇810～820℃；如果是水一油冷卻，加熱溫度為760～780℃。對于T8A鋼，根據模具截面尺寸的增大適當提高淬火溫度以提高模具的淬火后硬度。采用水淬時，對于截面厚度t小于15ram的制件，加熱溫度應選擇800～820℃；截面厚度t在30～50mm時，加熱溫度應選擇820～830℃。采用硝鹽浴分級淬火時，可在以上所述淬火溫度上做適當調整。碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降，當回火溫度超過200℃時硬度就會明顯下降。而且當回火溫度在200～250℃時，會產生回火脆性，導致韌性下降。因此，韌性要求比較高的碳索工具鋼模具應該避免在此溫度回火。同時，采用250℃回火時，淬火馬氏體會產生不同程度的分解，使模具產生收縮變形。因此，為了減少收縮變形，在保證模具使用性能的條件下。應盡可能降低回火溫度。
(二)低變形冷作模具鋼及其熱處理工藝
低變形冷作模具鋼是在碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素發(fā)展起來的，CrWMn是其典型鋼種。CrWMn鋼具有高淬透性，淬火時不需要強烈的冷卻，淬火變形比碳素工具鋼明顯減少。但是，這類鋼的變形同樣受到淬火加熱溫度、冷卻方法、回火工藝和模具截面尺寸的影響。該鋼淬火溫度的選擇，由于鎢形式碳化物，所以這種鋼在淬火及低溫回火后具有比鉻鋼和9SiCr鋼更多的過剩碳化物和更高的硬度。當采用800℃加熱淬火時，既能獲得較高的硬度(63HRC)還可以獲得較高的抗彎強度和韌性。如果繼續(xù)提高淬火溫度，硬度上升但沖擊韌度、抗彎強度會降低。當淬火溫度大于850℃時，硬度也開始下降。因此，為減小變形并獲得高的耐磨性，由這些鋼制造的模具，其淬火加熱溫度不宜過高。CrWMn鋼淬火常用的冷卻介質是硝鹽浴和礦物油，其中硝鹽浴的使用溫度較高而冷卻能力卻比油大。對于精度要求高的模具，根據硬度要求選擇不同的溫度進行等溫淬火，等溫時間不宜過長，等溫后隨硝鹽浴一起緩冷。這樣不僅能顯著減小組織應力，還能有效控制變形量。CrWMn鋼等溫淬火后比普通淬火的強韌性高，對于易產生斷裂的模具可采用等溫淬火。該鋼淬火后于150℃～160℃回火，可使原來淬火后膨脹的體積產生收縮?；鼗饻囟壬叩?20℃～240℃，又開始出現(xiàn)尺寸膨脹，在260℃～320℃回火時，會出現(xiàn)尺寸膨脹的最大值，而繼續(xù)提高溫度，變形又趨于收縮。當CrWMn鋼要獲得大于60HRC的硬度時，回火溫度應不超過200℃～220℃。因此，在選擇回火溫度時應根據模具的結構、尺寸和硬度要求合理選擇回火溫度。選擇合理的回火溫度可以最大限度地消除由淬火產生的內應力，有效提高模具的壽命。
(三)高合金工具鋼及其熱處理
高耐磨微變形冷作模具鋼、高強度高耐磨冷作模具鋼、高強韌性冷作模具鋼等主要是高合金工具鋼。高耐磨微變形冷作模具鋼的常用牌號有Crl2、Crl2MoV、Cr6WV、CrSMolV和Cr4W2MoV等。這類鋼的含碳量高，同時含有太量的碳化物形成元素，具有高的淬透性、耐磨性和熱硬性。高合金工具鋼由于淬透性高淬火時不需要快速冷卻，因此產生的內應力小。高合金鋼模具淬火溫度的選擇應首先考慮控制淬火變形。試驗證明：當淬火溫度為1030℃～1040℃時模具的變形量最小，接近于零。低于這個溫度淬火，制件發(fā)生脹大變形；高于這個溫度淬火，制件收縮變形。淬火溫度為1100℃時，收縮量會急劇增大。為防止模具在高溫下氧化和脫碳，一般應在鹽浴爐中加熱。冷卻方法的選擇則根據模具的具體情況和要求而定。截面尺寸大的模具可用150℃～200℃的油來充當淬火冷卻介質。停留一段時間出油后空冷；大多數中、小尺寸的模具可以采用250℃～300℃的硝鹽浴分級冷卻；精度要求高、形狀不對稱的模具可以采用540℃～600℃的氯化鹽和250℃～300℃的硝鹽浴2次分級冷卻；精度要求很高，需要嚴格控制變形的模具，可以采用2次分級冷卻，并在硝鹽浴中停留一段時間后隨硝鹽浴一起緩慢冷卻，這樣可以最大限度地減小內應力，避免模具開裂或產生細小的裂紋，從而提高模具的使用壽命。高碳高鉻鋼的回火抗力高，回火時馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉變是影響模具尺寸變形的兩個主要因素。Crl2MoV鋼采用低溫淬火和低溫回火時，可以獲得高度硬度、強度和斷裂韌度；若采用高溫淬火與高溫回火，將獲得良好的熱硬性，其耐磨性、硬度也較高，但抗壓強度和斷裂韌度較低；而采用中溫淬火與中溫回火，可以獲得最好的強韌性配合。在生產中，采用何種淬火、回火工藝，應根據模具的工作條件及具體性能要求來確定。
(四)熱作模具鋼熱處理工藝
熱作模具鋼主要用于制造高溫狀態(tài)下進行壓力加工的模具，如熱鍛模具、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓模具等。熱作模具在工作時承受著很大的沖擊力，模腔和高溫金屬接觸后，局部可達500℃～700℃，有的甚至達到1000℃左右，同時還經受著反復的加熱和冷卻，使模具的工作表面容易產生熱疲勞裂紋，另外炙熱金屬被強制變形時，與模具型腔，表面摩擦，模具極易磨損并且硬度降低。因此，熱作模具鋼要求能穩(wěn)定地保持各種力學性能，特別是應該具備較高的熱強性、高的熱疲勞性、良好的韌性和耐磨性。
第一代熱作模具鋼主要包括5CrNi－Mo、5CrMnMo和3Cr2W8V鋼，自上世紀30年代初在工業(yè)中應用后至今仍廣為應用，已經積累了豐富的冶煉、鍛造、機械加工和熱處理工藝經驗；第二代熱作模具鋼則是以美國的AISIHl0、Hll、H12、H13鋼系列為代表，尤其以H13鋼最受歡迎。H13鋼的熱處理新工藝，雙重淬火是用高溫淬火――高溫回火(1160℃淬火＋720℃回火)取代普通球化退火，再進行常規(guī)熱處理。工藝結果顯示，隨奧氏體化溫度升高，H13鋼硬度及斷裂韌性升高，但沖擊韌性下降；而經雙重淬火的可在幾乎不降低韌性的條件下得到最大的斷裂韌性，硬度值也高于普通淬火。雙重淬火能改善斷裂韌性，是因孿晶馬氏體和未溶碳化物量的減少及殘余奧氏體量的增加所致。斷裂韌性的改善，有利于提高H13鋼熱作模具的疲勞裂紋擴展能力和熱疲勞開裂能力，抑制熱裂紋擴展。
關鍵詞：兒童玩具；質量檢測；GB6675-2003
一、兒童玩具質量現(xiàn)狀
玩具在每個人心中都鐫刻著時光抹不去的記憶，它伴隨著童年的我們一起成長，為我們帶來無盡的樂趣。每個做父母的都希望自己的孩子能夠健康快樂的成長，都會為自己的寶貝選擇各種各樣的玩具來調動孩子學習積極性、開發(fā)孩子的智力，增進孩子的感性認識、鍛煉孩子的動手動腦能力，培養(yǎng)孩子的思維想象能力。然而，恰恰是被兒童寵愛的玩具，由于其安全性能不達標，成為了潛藏在孩子身邊的無情殺手。2013年第二季度，國家質檢總局對廣東、福建、浙江、江蘇、上海等6個省、直轄市160家企業(yè)生產的160批次玩具產品進行了產品質量抽查，依據GB6675-2003《國家玩具安全技術規(guī)范》的要求，有10批次產品不合格，產品合格率僅為93.6%。不合格產品存在的問題主要有：一是采用劣質、不安全材料。比如一些低檔的毛絨玩具用“黑心棉”進行填充，一些布制玩具甲醛超標等，兒童長期接觸這類劣質玩具容易誘發(fā)呼吸道疾病。二是玩具生產工藝落后，一些廠家在進行玩具設計生產時，為了形成對孩子的視覺沖擊力，往往采用過于鮮艷的顏色，而玩具表面顏料含有較高的有害化學物質，比如鉛容易引起兒童鉛中毒等。三是玩具邊緣、尖端、突出物過于鋒利。一些玩具的外形很不適宜兒童玩耍，其過于銳利的尖端、邊緣容易造成對兒童的傷害。四是產品缺乏相關的標識說明和安全警示。因此，必須加強對兒童玩具的質量檢測及監(jiān)督，確保為兒童提供健康安全的玩具。
二、兒童玩具檢測原理
根據GB6675-2003《國家玩具安全技術規(guī)范》的要求，兒童玩具質量檢測包含很多內容，但結合汕頭澄海當地玩具產業(yè)特色，主要是生產塑膠類玩具，針對塑膠玩具的檢測原理有以下幾個方面：
1.正常使用測試
正常使用測試是通過模擬玩具在預期使用環(huán)境下的正常使用來發(fā)現(xiàn)玩具潛在的危險，證明玩具的可靠性。
2.可預見的合理濫用測試
兒童在享受玩具帶來的樂趣的同時，往往會產生破壞行為，通過玩具的正常使用測試可以確保玩具在正常使用情況下的可靠性，卻無法預見玩具在破壞行為情況下的潛在危險。而通過可預見的合理濫用測試，模擬摔打、跌落、拉、扭等兒童破壞，發(fā)現(xiàn)玩具潛藏的結構風險。
3.玩具結構及細節(jié)測試
對玩具結構及細節(jié)測試可以歸類為以下幾種：一是材質檢測。由于兒童群體的特殊性，玩具的質量也需要具備較高的標準要求。按照國家安全標準的要求，兒童玩具所使用的材料必須是新的、經過處理的，無污染的材料，而某些易被兒童吞食的玩具則需要特殊的非膨脹材料來降低風險。二是外形測試。按照標準的要求，對于玩具可觸及的外表面及零部件不能夠出現(xiàn)危險的毛邊、鋒利的尖端，以消除玩具對兒童的刺傷危險。三是零部件測試。玩具的零部件通常容易脫落而被兒童誤食，從而引起兒童窒息事故。因此，標準規(guī)定，對于36個月及以下兒童使用的玩具，必須能夠承受70N的拉力和0.45N的扭力以及按規(guī)定次數進行跌落測試后不能產生小零件，而對于37個月至72個月兒童使用的玩具，正常使用和濫用測試后有出現(xiàn)小零件的情況，則應設警示說明。四是繩索和彈性繩測試。兒童容易把玩具上的繩索或彈性繩繞成活套，而一旦其不小心將環(huán)套套在脖子上就可能被勒傷，甚至發(fā)生窒息的生命危險。因此，GB6675-2003《國家玩具安全技術規(guī)范》對兒童玩具上的繩索和彈性繩也做出了具體要求。比如，18個月及以下兒童使用的玩具，如含有或系有繩索或彈性繩，當對其施加25N 士2N的拉力時，其自由長度必須小于220mm，而繩索可能纏繞形成活套或固定環(huán)時，其周長也應小于360mm。四是連接部分的測試。該部分的測試主要是針對機械裝置里的孔、間隙和可觸及性的檢測，通過對剛性材料上的圓孔、活動部件的間隙、騎乘玩具的傳動鏈或皮帶機其他驅動機構的測試來檢驗其是否達到國家標準。五是其他測試。用于包裝或玩具中的塑料袋或薄膜如果開口周長不小于360mm，深度和開口周長總和不小于584mm，其平均厚度必須大于0.038mm，且最薄厚度不應小于0.036mm的要求，這才能降低塑料薄膜粘附在兒童口鼻而導致其無法呼吸的風險。
三、玩具測試的具體應用-對玩具慣性車的質量檢測
根據GB6675-2003《國家玩具安全技術規(guī)范》的檢測原理，對目前市場上形形的玩具慣性車進行測試后發(fā)現(xiàn)其主要存在以下問題：
（1）出現(xiàn)危險銳利尖端。標準規(guī)定，玩具在進行正常使用和可預見的合理濫用測試前后，車體可觸及部位均不得出現(xiàn)銳利邊緣和尖端。由于玩具生產廠家在玩具設計及生產過程中受到技術及經驗的限制，可能導致模具設計、生產工藝的不合理、不規(guī)范，甚至有些惡劣的廠家為了節(jié)省成本使用劣質原料， 這些情況都可能導致玩具慣性車在濫用測試后出現(xiàn)破損，從而產生危險的銳利尖端。
（2）出現(xiàn)危險突出物。標準規(guī)定，如果玩具中的突出物存在刺傷皮膚的潛在危險，則應用合適的方式對其加以保護。玩具慣性車的車輪在拉力測試后如果能被拉脫，出來的車輪軸就容易成為危險突出物，有存在刺傷兒童的危險。
（3）塑料包裝袋和塑料薄膜厚度不達標。市面上有些玩具慣性車采用包裝盒或吸塑包裝，而有些廠家為了節(jié)省成本，隨便用塑料袋包裝，而卻忽略了其厚度要求，從而造成產品質量不合格。
（4）缺乏標識說明和安全警示。按照GB6675-2003的規(guī)定，兒童使用的玩具必須注明產品的執(zhí)行標準、適用年齡范圍、以及必要的安全警示等信息。然而，目前市場上銷售的有些玩具慣性車卻缺乏相關的標識說明和安全警示，不能指導消費者安全的使用玩具。
四、結語
兒童是一個自我保護意識相對較低的消費群體，由于年齡的限制，其在生理、智力等方面的局限性，往往受到傷害的可能性比較大，因此必須重視關系兒童健康與安全的玩具質量問題。玩具生產者必須做好生產過程的每一環(huán)節(jié)，從設計開始，生產者就必須從兒童的特性出發(fā)，優(yōu)化產品結構；在產品生產過程中，管理者更應該嚴格把關，選用安全無污染的材料，對產品的重要生產工藝進行嚴密監(jiān)控，提高玩具的整體安全性能，使產品的性能指標都能達到國家標準的要求，為兒童提供放心安全的玩具。