基于赛题分析浅谈技能大赛对教改的导向作用

魏清兰，林明山

（漳州职业技术学院 机械与自动化工程系，福建 漳州 363000）

基于赛题分析浅谈技能大赛对教改的导向作用

魏清兰，林明山

（漳州职业技术学院 机械与自动化工程系，福建 漳州 363000）

通过分析全国职业技能大赛模具项目赛题的制件工艺特点，介绍该制件的模具设计的分型面、浇注系统、侧向抽芯机构、推出机构等设计方案。指出技能大赛对人才培养方案的制定，教师实践能力的提高，实训基地的建设，学生素养的培养等方面教改具有导向作用，对模具专业建设具有一定的借鉴意义。

技能大赛；模具设计；教学改革；综合职业能力；导向作用

1　大赛的目的和要求

“注塑模具CAD/CAE与主要零件加工”是教育部《全国职业院校技能大赛三年规划（2013-2015年）》中高职组制造大类的竞赛项目（以下简称“国赛模具项目”）。目的是通过竞赛，检验参赛选手对先进模具设计方法的掌握和设计工具的应用能力、模具零件制造方法和工艺的应用能力、先进制造设备的操作使用能力、现场问题的分析与处理能力、组织管理与团队协作能力、质量管理与成本控制意识；引导高职院校关注现代模具行业技术发展趋势与技术应用方向，促进模具设计与制造等专业开展基于模具生产工作过程导向的教育教学改革；加快模具设计与制造高端技能型人才的培养［1］。

图1为2013年赛题模型，图2为2014年赛题模型，从两年的赛题可以得出，主要考核内容是：会合理选择分型面、会侧抽芯机构设计、会斜顶抽芯机构设计、会镶件设计、会合理设计浇注系统及顶出系统等。这些内容正是企业注塑模具设计常见的塑件结构，设计人员所必需的基本技能。近年来，职业教育在不断改革，目的就是让学生在校期间更好掌握专业应用技能，培养更加贴近实际生产的应用型人才，以实现就业零对接。因此，竞赛内容对于教学改革具有很好的导向作用，本文以 2013年赛题为例，就模具设计部分做一些分析，谈几点大赛对模具专业教改的导向作用。

2　模具设计

2.1制件的工艺性分析

从图1中可知制件的包容尺寸为125.72×84.1×23.27 mm3，制件的外形结构不复杂，尺寸不大，型芯及型腔采用一出二整体嵌入式结构。制件内部结构比较复杂，其中有：①4个外径Φ3mm带Φ1.3 mm孔径的螺钉柱；4② 个Φ3 mm带角撑圆柱且带Φ2mm深2mm盲孔，Φ1.5mm通孔；2③ 个带角撑且带Φ9 mm深度5.8mm的盲孔，盲孔侧壁有一个小凸缘；8④个用于制件使用功能需要的碰穿孔；2⑤ 个侧面Φ2.3mm通孔且带有凹面；⑥因装配需要及结构需要通孔内侧设计有带扣状的加强筋。内侧这些结构在设计时候，①、②的结构通过司筒套入顶杆来实现；③的盲孔内侧需要设计斜顶侧抽芯机构；④的碰穿孔需要设计镶件；⑤的侧面2个通孔及凹面需要设计一个侧抽芯机构。此外，由于光柱、加强筋、带角撑圆柱等根部与壳体壁连接处的壁厚突然加大，会导致壳体表面产生收缩痕迹，影响外观质量，选择注塑机时应考虑到此因素。

图1　2013年赛题模型

图2　2014年赛题模型

2.2布局设计

打开CAD/CAM软件（本文以CimatronE11为例），选择一出二布局，装配名称以赛位号如“05”命名。加载塑件并设置收缩率，由于温度和压力的变化，注塑件从模具中取出后会产生收缩现象，为了补偿塑件体积收缩的偏差，系统提供了收缩率功能，通过设置适当的收缩率来放大设计模型，以便获得正确尺寸的注塑件；根据大赛技术要求，设置ABS材料的收缩率为0.005。把工作零件按顺序放置在两个布局坐标系上，并遵循分中排位原则，为保证压力平衡及温度平衡，避免因模具各部温差过大，导致制品收缩率不一致，或压力不均产生飞边，调整两个零件布局成鸳鸯模，再调整两者的中心距为120mm，调整结果如图3所示。

2.3分型面设计

分模面的选择与设置直接关系到塑件的尺寸精度、表面质量、飞边大小、脱模难易和制造成本［2］等。本零件外部形状不复杂，为了便于成型零件的加工、简化模具结构，分型面选择轮廓最大的底面轮廓。先把零件内孔创建内分型面，然后创建外分型面（包括静定位分型面）。选择模具设计向导里“分模/新的开模方向”，默认Z轴正方向为开模方向。然后选择“新方向”并选择“沿X轴”，切换箭头方向指向零件外部。手动处理一些未分配的面及分配方向不正确的面，创建结果如图4所示。

图3　布局调整结果

图4　分型面创建结果

2.4模架加载及模板尺寸的设置

加载 KLM 4040-ECI-I标准模架，先设定动板和定板之间的间隙为 1mm，即型腔、型芯各高出模板0.5mm，保证型腔与型芯的闭合；接着设定各模板尺寸如图5所示；然后添加定位环及浇口套等浇注装置到定板系统。模架添加结果如图6所示。

2.5型芯和型腔零件的创建

在动板系统创建型芯，型芯零件采用嵌入式结构。用草图工具在XY平面上创建草图，如图7所示，然后拉伸一个实体，用系统切除工具在动模板切除一个槽及在槽的四周创建一个型芯安装的让位孔。同样方法，在定板系统创建型腔。创建后的型芯、型腔、抽芯零件如图8、9、10所示。

图5　模板尺寸

图6　模架添加结果

图7　型芯草图

图8　型芯

图9　型腔

图10　侧抽芯

2.6侧抽芯机构的设计

由于每个塑件侧面有2个通孔及凹面需要设计一个侧抽芯机构，可以设计一个滑块带两个抽芯来完成。为便于选择模架大小，在加载模架前添加抽芯机构的滑块。在系统标准件库中调用适合的滑块机构，并加载所需的滑块部件，放置在装配坐标系上，调整滑块符合装配要求，包括滑块大小不干涉回位销，斜导柱长度与侧滑行程相符，调整抽芯距符合要求等，设计后侧抽芯机构如图11所示。塑件中有2个带角撑且带Φ9 mm深度5.8mm的盲孔，盲孔侧壁有一个小凸缘，需要设计斜顶抽芯，如图12所示。

2.7镶件的设计

零件中有8个用于零件使用功能需要的碰穿孔，这些孔设计镶件成型，通过“使用轮廓提取镶件”命令完成镶件的设计，设计完成后用复制功能复制到另一腔，结果如图13所示。

图11　侧抽芯机构

图12　斜顶抽芯

图13　碰穿孔镶件

2.8浇注系统的设计

浇注系统的设计应考虑塑件功能与外观要求，浇口位置应满足注塑后成品与流道容易分离，且不影响产品外观的要求［3］。根据大赛文件要求“浇口不允许设在产品外表面”，本制品浇注系统采用潜伏式浇口进胶。应用系统草图工具在型芯上绘制流道草图，如图 14所示，选择圆形截面自动生成流道体。接着创建潜浇口草图，如图15所示，形成潜浇口实体。浇注系统的设计结果如图16所示。最后通过流道体及潜浇口实体切除型芯形成槽。

2.9冷却系统的设计

为了减少变形和提高冷却效率，定模、动模均采用单回路环形水路，冷却水路直接开设在动、定模镶件上，提高冷却效果和密封性［4］，设计的水孔到塑件的距离保持在15mm左右。应用系统创建草图工具设计出冷却水路的中心线，用冷却系统设计中的“形成冷却管道”工具并设置参数管道直径为6mm，自动形成的冷却管道［5］，如图17所示。通过冷却管道切除，添加水管进出口接头、水堵螺丝及O型环等操作完成动模板冷却系统设计。同样的方法设计出定模板冷却系统。

2.10顶出系统的设计

制品中有4个外径Φ3mm带Φ1.3 mm孔径的螺钉柱及4个Φ3 mm带角撑圆柱且带Φ2mm深2mm盲孔，Φ1.5mm通孔；这两部分设计推管套入顶杆结构，一方面顶杆起到小型芯作用，另一方面推管起到顶出作用且增强了小型芯的强度，同时使推出动作均衡、可靠，制品不易变形，且在塑件上不留任何痕迹。设计一腔顶杆后复制到另一腔。另外在浇道端点位置每腔添加一支Φ2mm的顶杆，确保顶出流道料。

2.11排气系统的设计

在注塑成型过程中，若模具排气不合理，浇注系统、模腔内的气体和熔体分解放出的气体受压将产生很大的压力，阻止了熔融塑料的快速充型，甚至会渗入塑件内部，给塑件造成气孔和裂纹等［6］。本套模具容易困气的地方主要有Φ9 mm深度5.8mm的盲孔、加强筋、螺丝柱底部等，这些位置需要开排气孔。而分型面为曲面可以直接排气无需再加排气槽，其他排气可通过镶件来实现。

图14　流道草图

图15　潜浇口草图

图16　浇注系统

图17　冷却管道

3　对教改的导向作用

本赛项的竞赛方式为团体赛，以院校为单位组队参赛，每支参赛队由3名选手和不超过2名指导教师组成。从上述的赛题可以看到，该题目要求学生在模具设计方面要会侧抽芯机构设计、斜顶抽芯机构设计、镶件设计，合理设计浇注系统及顶出系统等。制件结构虽不复杂但考核的要素经典到位，这些要素是企业实际生产中经常遇到的内容。这个塑件贴近生产实际或者可以说是企业生产的制品，由此透过技能竞赛，对模具教学改革具有重要的导向作用。

3.1人才培养方案制定的依据

近年来，我国职业教育正在进行改革，教学理念、教学方法推陈出新，目的在于培养学生更好掌握专业应用技能，提高动手能力，贴近生产实际，实现就业零对接。人才培养方案是很重要的内容，制定前要深入开展企业调研，对目标岗位的工作任务及职业能力进行分析，围绕这些内容来选择和组织课程内容，突出工作任务与知识、技能的联系，包括模具行业的相关规范、标准。实施前要组织企业、行业专家进行分析论证，从而形成贴近实际的培养方案。不管是以项目课程、任务引领课程或是案例课程，课程设计从简单模具结构到中等以上复杂程度的若干教学项目，教学内容和教学过程应围绕完成一个相对完整的教学环节，在教学深度上应以企业普遍要求的技能为重点。

3.2教师实践能力提高的途径

模具专业教学团队要注重自身建设，完善“双师”结构队伍。有计划、有针对性地组织教师到企业实践，并把教师到企业实践行为纳入考核的范畴，提高自身实践能力。定期从企业、行业聘请既有理论知识又有丰富实践经验和动手能力的技术骨干及能工巧匠，当专业老师或技能实训老师，并定期开展技术讲座。鼓励教师参与技能竞赛指导，促进提高自身的综合能力提高。

3.3实训基地建设的要求

实训是提高技能的重要途径，校内实训室是实践教学的主要场所。实训室的建设应紧密围绕实训教学，以专业或专业群的人才培养方案为基本依据，建设定位准、目标明。在建设中，既要考虑学生基本实践能力与操作技能的训练，又要考虑学生专业技术应用能力与职业能力的训练。实训室的设备配置是影响教学环节的一个重要因素，设备配置要能满足教学需要， 也应具先进性、实用性和经济性。硬件配置应满足专业人才培养方案要求，从功能、数量上确保实训需要；其次设备选型应与企业生产实际相结合，在技术指标上接近或达到现代企业生产一线设备的水平，设备的排布尽量与企业标准接轨，缩短学生在校实训的专业技能与上岗工作的差距。软件件配置应考虑企业应用的普遍性和专业性。

校内实训基地的建设由于资金、管理、指导教师等因素，建设难免会出现跟不上现代企业技术发展，单靠学校投入是很难达到的，需要政府、行业、企业的大力支持。只有与企业共建，才能建设技术先进、设备常新的实训室。国内外成功的高职教育，都是充分利用企业作为学校的实训基地，协助学校完成实践教学甚至负责学生实际能力的培养，帮助学校解决实践教学师资、高新设备与设施短缺等问题［7］。

3.4实训课程的衔接

从竞赛的内容可知，需要完成的任务几乎涵盖了模具专业所学课程。因此，在实践教学中应以各种技能训练为主，把握“实训”与“实验”区别，注重学生的独立自主的实际操作和体验，重视学生“做中学、学中做，教学做”紧密联系，充分体现以学生为主体、以实践为主导的教学理念。在实践教学的内容上，把相关课程联系在其中，而不是界限在某个课程，特别是项目类型的实训，更应把已学或正在学的课程紧密衔接起来。对于实训任务下达，从以个体为单位传统模式，改变为由3-5人组成的小团体模式，促进学生间的相互学习。

3.5学生素养的培养

参赛学生如果没有过硬的心理素质， 缺乏合作能力和应变能力，是难于取得好成绩，甚至难于完成竞赛任务。学生在训练的过程中，老师的指导是学生技能提高的一个方面，更重要的是学生的自主学习的主动性，吃苦耐劳、奋发向上的精神与品质。因此，参赛学生不仅是技能的训练，也是素养的训练，是综合素养与岗位技能的协同训练。具体表现为理性的思维、宽阔的心胸、健康的心态、良好的自我管理能力以及充分的合作意识等。

在日常的教学过程中， 如何去整体提升广大学生的这种素养，培养他们适应能力、学习能力、实践能力、创新能力、价值选择能力等多方面的综合能力，提高创造意识、技能意识、竞争意识，需要我们认真去研究和实践。这将有助增强学生从业的信心、提升个人应对工作的能力。

4　结 语

技能大赛对高职院校转变办学理念， 推进教育教学改革， 强化学生技能培养， 提高人才培养质量发挥积极作用。从模具项目比赛来看，比赛环境相当于或接近真实的工作环境和工作压力下进行，赛题塑件结构虽不复杂但考核的要素经典到位，这些要素是企业实际生产中经常遇到的内容，塑件贴近生产实际或者可以说是企业生产的制品，参赛选手一定要有综合职业能力才能完成任务。模具的赛项可以作为教学的典型案例，融入到教学中，形成常态教学。通过参加或了解大赛，可以更好寻找自身的差距，找准教学改革的目标，科学合理制定人才培养方案，完善实训基地建设，提升“双师”队伍。技能竞赛面对的是少数学生，而课程教学改革则面对的是全体学生，把大赛的核心内容与教学深度融合， 将有助于提升学生的综合职业能力。

[1] 2014年全国职业院校技能大赛“注塑模具CAD/CAE与主要零件加工”赛项规程[EB/OL].http://www.chinaskills.org.

[2] 高征兵，秦永法.注塑模数字化设计技术研究[J].现代制造工程,2011(7):82-86.

[3] 郑跃刚.注塑模具浇注系统设计及工艺探讨[J].工业设计,2011(12):108.

[4] 葛晓宏，黄红武等.花洒面板注射模优化设计[J].厦门理工学院学报,2008(3): 20-24.

[5] 林明山主编.Cimatron E模具设计与数控加工实用教程[M].北京:机械工业出版社,2008.

[6] 张维合编著.注塑模具设计实用教程[M].北京:化学工业出版社,2008.

[7] 曾向阳，吴 猛.高职院校校内实训室建设的思考与实践[J].实验室研究与探索,2011(11): 207-210.（责任编辑：季 平）

Based on the analysis of the contest problem, discussion skills competition guiding role of the teaching reform

WEI Qing-lan， LIN Ming-shan

（Department of mechanical and automation engineering， Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou，363000，China）

Through the analysis of the national vocational skills competition of the mould project match problem of the process characteristics， the paper introduces the design of the mold parting surface， gating system，lateral core pulling mechanism， the introduction of mechanism design scheme. Points out that the skills competition for the development of personnel training program， the improvement of teachers' practical ability， the construction of training base， the cultivation of students' quality and other aspects of teaching reform has a guiding role in the construction of mold professional.

skills competition； mold design； teaching reform； comprehensive vocational ability； guiding role

G718.5

A

1673-1417（2015）04-0087-06

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2015.04.0018

2015-09-12

魏清兰（1981-），女，福建南靖人，讲师，工程硕士，研究方向：模具CAD/CAE/CAM。