可视化模拟注塑教学机的研制

季进军 吕 力

（淮安信息职业技术学院，淮安 223003）

可视化模拟注塑教学机的研制

季进军 吕 力

（淮安信息职业技术学院，淮安 223003）

阐述教学用模拟注塑教学机的研制。该学习机以通用卧式注塑机为原型，在保证各项主要操作步骤的前提下，对注塑机整体结构进行优化设计。教学机具有结构简单、体积小、操作方便等特点，可实现一机多功能的效果，在教学过程中更加经济实用。本文主要介绍教学机的研究思路及成果。

教学机 可视化 注塑成型 多功能

随着工业技术的发展，特别是新技术在模具工业技术中的应用，逐步提升了模具行业在机械工业技术中的地位。社会对模具人才的需求也大量增加，各高职院校对模具专业学生的培养也逐渐重视，塑料成型工艺与模具设计课程也成为重要的专业课程。在实际的授课过程中，为了让学生更好地理解和掌握塑料成型工艺及成型设备，注塑机的讲解自然是重点讲解内容。在讲解过程中，通常采用的模式是带着学生去实验室进行现场讲解和学习的传统教学模式。由于教学仪器设备大部分采用的是生产型机器，价格相对昂贵，导致各学校教学设备存在不足。针对存在的问题，该项研究主要开发新的可视化注塑教学机，以实现价格低廉、运输方便、满足教学需求等功能。

1 研制的目的

可视化注塑教学机是以注塑机和典型注塑模结构为基础，以透明材料为主的模拟教学机器。教师可以在课堂上进行讲解，学生可以直观看到注塑机操作的基本过程、模具的动作关系以及产品成型（形）的主要过程，达到模拟生产型注塑机的效果。

2 项目研究主要内容

2.1 可视化注塑成型模具教学机整体结构设计

根据生产型注塑机的结构形式，生产教学用可视化注塑成型机，可以使学生在课堂学习过程中看到合模、注射、开模、顶出等动作，达到真实效果。初定模具教具的模型如图1所示。

图1 可视化教学注塑成型机模型图

可视化教学注塑成型机模型结构主要分为两部分，左边是以成型模具、脱模机构、直角接套等为主的部件，其采用高透明有机玻璃为材质进行加工，使得注塑成型过程可以清晰明了。模型机的右侧为注塑机构，这部分机构进行部分剖面化处理，能够让学习者清楚观察到整个机构的运行过程。

2.2 关键技术研究

（1）控制系统研究

可视化教学注塑成型机模型机将采用与真实注塑成型机全仿真自动化控制体系。系统将采用ARM为核心的控制体系，提供操作者可编程操作面板与全自动化教学演示模式两种控制机制。学习者可以选择全自动注塑过程演示，由电脑控制设备动作，并配有讲解；学习者也可选择编程控制模式，通过编程面板设定设备工作模式，实现自定义操作加工过程，仿真真实工厂生产过程。该项目的控制系统主要以ARM芯片为硬件基础，通过建模、移植、程序开发等过程，将机械传动系统、注塑系统、语音讲解系统、模具的运动及无线遥控等技术融为一体，能达到各项运动协调一致、视觉效果清晰、控制系统稳定的效果。

（2）动态可视化注射系统研究

本系统中将采用视频显示模拟注塑过程中的液态材料的成型过程。普通注塑机中无法显示注塑过程中液态材料的动态生成过程。通过在注塑枪剖面和成型模具部分加装LCD彩色显示屏模拟加工过程，从而达到可视化教具模拟设计目的。采用电子化模拟成型过程，一方面可以将无法显示过程转化成可视，形成直观视觉效果，加强对模具工作原理、注塑过程的全面理解；另一方面解决了传统注塑过程中填充材料对教具和周围环境的污染，使整个教学过程在环保绿色环境下进行，提高了设备的使用效率。

动态可视化注射系统的研究主要可以归纳为以下几个步骤：

第一，通过Moldflow工具软件对不同种类的注塑材料进行注塑过程建模分析，得到快速成型相关技术参数，生成材料注塑过程视频，并将视频分解成若干生产阶段，便于后续调用；

第二，将不同类型注塑材料成型过程视频压缩处理，植入ARM芯片内存，设计合理数据结构规划文件检索；

第三，配合设备自动化过程，编写程序与生产过程对应，在注塑材料添加后模拟材料溶化、推进、注射、冷却、成型等过程，变不可视为可视。

（3）可视化模具教具的制造技术研究

①合模装置研究。对注塑机合模机构进行总体结构设计，并对合模机构的零部件进行设计选型，根据力学计算及ANSYS有限元分析，实现合模装置的有效封闭，保证装置具有足够的强度，能提供足够的锁紧力，防止塑件溢边。

②驱动装置研究。分析按照注塑机工艺要求运动所需的动力，选择合适的驱动系统，制定控制系统压力和流量的主回路和由各执行机构的分回路，根据实验分析保证驱动装置满足运动部件在运动时所需力和速度的要求。在驱动装置安装过程中，安装各个关键位置传感器，用于采集返回机械装置动作情况，保护驱动电机正常运转。

③注射模具的研究开发。根据教学工作台的需要，设计一套典型可视化注塑模具，利用Moldflow分析得到的模腔表面压力分布值，应用ANSYS软件对前、后板材分别进行静力学和动力学结构分析，为选择合适的透明材料提供可靠依据，以实现可视化效果。同时，将模具主要的零部件增设反光图层和灯光，使其可随着教师的讲解过程切换到各零部件，便于更好地掌握模具结构。

2.3 研究的技术路线

主要内容包括模具的应用分析、合模装置制造研究、注射装置制备生产、驱动装置及控制系统搭建及调试。整个装置制备的技术路线如图2所示。

图2 技术路线图

3 研究成果

经过项目组成员的协同研究，该模拟注塑教学机已经研制成功，并达到了预期效果，实现了一台机多功能，可以根据需求调整为卧式注塑机、角式注塑机和立式注塑机，简图依次如图3、图4和图5所示。该教学具现已申请发明专利。

图4 卧式注塑模拟机简图

图5 角式注塑模拟机简图

图6 立式注塑模拟机简图

4 结束语

经济和科技的发展推动了模具设计和制造技术的发展，可视化注塑成型模拟教学机的应用改善了我国高职院校模具教学的现状。该教学具有体积小、运输方便、结构清楚、操作方便等优势，降低了对教具的投入成本，减轻了教学压力，增加了学生的学习兴趣，很好地促进了教学质量的提高。

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[2]刘良瑞.塑料盖透明教学模具的研制[J].商丘职业技术学院学报，2014，（2）：87-88.

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Development of Visual Simulation of Injection Molding Machine

JI Jinjun,LV Li
(Huai'an College of Information Technology, Huaian 223003)

This paper describes the development of a simulation injection molding machine for teaching. The learning machine is based on the common horizontal injection molding machine, and the overall structure of the injection molding machine is optimized in the premise of ensuring the main operation steps. The utility model has the advantages of simple structure, small volume, convenient operation, etc. the utility model can achieve the effect of one machine with multiple functions, and the utility model is more economical and practical in the teaching process. This paper mainly introduces the research ideas and results of the teaching machine.

teaching machine, visualization, injection molding, multi function

淮安市产学研项目（H C201317-7）。