沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與開發(fā)

◎ 文建平

在模具專業(yè)， 學(xué)生的模具設(shè)計(jì)能力是核心職業(yè)能力之一。 沖壓模具設(shè)計(jì)的核心是遵循金屬材料變形規(guī)律，進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以最經(jīng)濟(jì)的方法生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。 模具實(shí)驗(yàn)的主要目的是使學(xué)生掌握模具各部分的結(jié)構(gòu)，了解模具的工作原理，分析金屬材料在成形過程中的變形。 由于產(chǎn)品種類繁多，不同產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣， 為彌補(bǔ)傳統(tǒng)的實(shí)物模型認(rèn)知實(shí)驗(yàn)不能滿足教學(xué)需要的缺陷，我們期望以“沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè)，改革教學(xué)方法和手段，將抽象的概念和理論直觀化、形象化，方便學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，將“教、學(xué)、做”融為一體，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)。

一、沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要功能

虛擬實(shí)驗(yàn)，就是按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求，建立虛擬的工程實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)儀表和設(shè)備，對(duì)建立起來的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，構(gòu)成新型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 我們根據(jù)教學(xué)大綱要求與對(duì)模具實(shí)物實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)充與完善， 確定沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的主要功能是：

1.能查詢沖壓模具設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)案例；

2.能模擬沖壓零件工藝過程和材料變形過程；

3.能仿真模具工作原理；

4.能展示模具拆裝過程；

5.能虛擬拆裝模具并虛擬觀察模具零件結(jié)構(gòu)。

通過沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)，應(yīng)達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵赫J(rèn)識(shí)模具零件的名稱、作用和相配零件的配合關(guān)系；了解沖壓模具工藝過程和金屬材料成型規(guī)律； 掌握模具工作原理；熟悉模具結(jié)構(gòu)和模具零件裝配關(guān)系；會(huì)分析模具零件的結(jié)構(gòu)工藝性及其制造工藝。

二、沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)

沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室采用“平民化”的技術(shù)，應(yīng)用桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用。 即采用常用Powerpoint、Flash、Autocad、Pro/E、UG、3Dmax 等軟件與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能。 由模具設(shè)計(jì)人員建設(shè)，從而達(dá)到“專注”于模具結(jié)構(gòu)研究，充分體現(xiàn)模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的核心功能。

開發(fā)過程是： 采用模具設(shè)計(jì)軟件Pro/E、UG、Autocad 進(jìn)行三維建?；蛞蒙a(chǎn)一線的模具圖；將Pro/E、UG 軟件格式文件轉(zhuǎn)換成Autocad 的DWG 格式文件；將生成的DWG 文件導(dǎo)入三維動(dòng)畫軟件3Dmax， 進(jìn)行模具的動(dòng)畫設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)模具的工作原理仿真與拆裝演示；將Autocad 的DWG 格式文件輸出成Autocad 的DWF 格式文件， 利用DWF 文件的特性進(jìn)行模具的虛擬拆裝；用Powerpoint 或Flash 軟件合成。

沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成如圖1 所示。 進(jìn)入沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室， 主界面是對(duì)沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的介紹，利用下拉式菜單進(jìn)入不同類型的模具，邊菜單選擇具體的模具，每種模具分為四個(gè)部分：模具介紹、模具工作原理仿真、模具拆裝演示、模具虛擬拆裝，如圖2 所示。

三、模具的虛擬拆裝

《沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室》的虛擬拆裝功能，主要是利用AUTOCAD 支持的數(shù)據(jù)文件DWF 實(shí)現(xiàn)。DWF（Drawing Web Format） 是Autodesk 為了能夠在Internet 上顯示AutoCAD 圖形，而開發(fā)的一種開放、安全的文件格式， 它可以將豐富的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)高效率地分發(fā)給需要查看、評(píng)審或打印這些數(shù)據(jù)的任何人，可以在不損失原始圖形文件數(shù)據(jù)特性的前提下通過DWF 文件格式共享其數(shù)據(jù)和文件。

DWF 文件的查看，必須安裝免費(fèi)的DWF 瀏覽器。在安裝AUTOCAD 軟件時(shí)會(huì)自動(dòng)安裝該瀏覽器， 如果使用的計(jì)算機(jī)中沒有安裝AUTOCAD， 可以免費(fèi)下載或在AUTOCAD 安裝文件中查找到DWF 瀏覽器。

DWF 瀏覽器提供了豐富的工具，可以通過菜單或直接點(diǎn)擊選擇零件， 通過相就的工具利用鼠標(biāo)與鍵盤實(shí)現(xiàn)零件的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、實(shí)時(shí)縮放，剖切及標(biāo)注尺寸等功能。 這些工具操作方便，實(shí)用性強(qiáng)，效果如圖3 所示。

圖1 沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室

圖2 模具工作原理仿真

四、沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)特點(diǎn)

《沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室》經(jīng)過多年的建設(shè)與在教學(xué)中應(yīng)用，具有如下教學(xué)特點(diǎn)：

1.有利于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開放

“開放性” 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要思想。 沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室可以上傳到網(wǎng)上，學(xué)生可以隨時(shí)隨地在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上做實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)寬松、民主的教學(xué)環(huán)境和氣氛。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的新能力

在模擬實(shí)驗(yàn)室中， 學(xué)生可以自主地研究模具的結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)展學(xué)生的思維能力和空間想象能力，學(xué)生加深了對(duì)沖壓工作原理、模具結(jié)構(gòu)的理解，開闊了眼界，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的目的。

3.有利于學(xué)生終生學(xué)習(xí)

《沖壓模具虛擬實(shí)驗(yàn)室》中的模具是來自是于生產(chǎn)一線，同時(shí)模具數(shù)量較多，范圍比較廣。 可以當(dāng)作學(xué)生工作后的工具性資料。

4.有利于實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的探索型教學(xué)模式

該系統(tǒng)提供人文的教學(xué)環(huán)境， 在人機(jī)交互過程中，學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容、研究不同類型模具的結(jié)構(gòu)。 這種無窘迫感的良好學(xué)習(xí)環(huán)境，可以充分發(fā)揮學(xué)生的直覺思維能力、 創(chuàng)造思維能力和實(shí)際的創(chuàng)造力，使學(xué)生個(gè)性得到更好的發(fā)展。

5.有利于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新

教師可以收集新模具資料，及時(shí)補(bǔ)充，讓學(xué)生盡早了解和掌握本學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。

[1]宋象軍.虛擬實(shí)驗(yàn)室在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用前景[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，（1）.

[2]文杰書院.AutoCAD2010 中文版新手自學(xué)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]蔣琴仙，施江瀾，戴仁俊.“沖壓模具的結(jié)構(gòu)分析與拆裝”網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，(5).