时间：2022-06-18 18:48:01
一般来说，并没有不好的材料，只有在特定的领域使用了错误的材料。因此，设计者必须要彻底了解各种可供选择的材料的性能，并仔细测试这些材料，研究其与各种因素对成型加工制品性能的影响。本文只就传统的热塑性材料进行分析以说明问题。在注射成型中最常用的是热塑性塑料。它又可分为无定型塑料和半结晶性塑料。这两类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上有明显不同。一般来说，半结晶性热塑性塑料主要用于机械强度高的部件，而无定型热塑性塑料由于不易弯曲，则常被应用于外壳。这是材料选用的大框，其次，还要根据填料和增强材料继续选择。
（一）根据填料和增强材料进行选择的分析
热塑性塑料可分为未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等种类产品。玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度；矿物和玻纤则具较低的增强效果，主要用于减少翘曲。玻璃纤维会影响到成型加工，尤其会对部件产生收缩和翘曲性。所以，玻璃纤维增强材料不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代，而不会有尺寸改变。玻璃纤维的取向由流动方向决定，这将引起部件机械强度的变化。试验（从注射成型片的横向和纵向截取了10个测试条，并在同一个拉力测试仪上对它们的机械性能进行了比较）表明，对添加了30％玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂，其横向的拉伸强度比纵向（流动方向）低了32％，挠曲模量和冲击强度分别减少了43％和53％。
在综合考虑安全因素的强度计算中，应注意到这些损失。
在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、填料和改性剂来改变它们的性质。由这些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库中查阅，更好的是听取原材料制造厂家的专家的技术建议。以选用最为合适的材料。
（二）考虑湿度对材料性能影响
一些热塑性材料，特别是PA6和PA66，吸湿性很强。这可能会对它们的机械性能和尺寸稳定性产生较大的影响。在进行设计时，应特别注意这种性能，考虑其对产品性能的影响。
模具材料的选用取决于制品材料，细致分析制品材料后，才能在模具设计时选用最为合适的模具材料。
（三）塑料制品模具材料选用
细致分析塑料制品使用的材料后，选取最为合适的模具材料。目前我国市场常见的、适合热缩性材料的模具材料有：非合金型塑料模具钢（即碳素钢）、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢几种。在模具材料选取时，根据制品材料是否改性和增加填充剂，添加何种添加剂来选取适合的模具材料。例如：制作形状复杂的大、中型精密塑料制品时，其模具材料可选用预硬型塑料模具钢；制造复杂、精密且生产时间较长，需要高寿命模具时刻采用时效硬化型塑料模具钢。具体选用时主要还是要针对塑料制品的材料和模具预计使用情况选取。适宜的材料加上合理的设计将极大的提高模具使用周期，同时也可以提高产品质量。
二、壁厚及相关注意事项对产品性能的影响
在工程塑料零件的设计中，还有一些设计要点要经常考虑，其中对于壁厚的设计尤为重要，壁厚设计的合理与否对产品影响极大，改变一个零件的壁厚，对以下主要性能将有显著影响：零件重量、在模塑中可得到的流动长度、零件的生产周期、模塑零件的刚性、公差、零件质量，如表面光洁度、翘曲和空隙等。
（一）塑料模具设计工艺中的基础要求
在设计的最初阶段，有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要求。流程与壁厚比率对注塑工艺中模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中，要得到流程长、而薄，则聚合物应具有相当的低熔融粘度（易于流动熔解）是非常必要的。为了深入了解聚合物熔化时的流动性能，可以使用一种特殊的模具来测定流程。
增加壁厚不仅决定了机械性能，还将决定成品的质量。在塑料零件的设计中，很重要的一点是尽量使均匀。同一种零件壁厚不同可引起零件的不同收缩性，根据零件刚性不同，这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题。为取得均匀的，模制品的厚壁部分应设置模心。此举可防止形成空隙，并减少内部压力，从而使扭曲变形减至最小。零件中形成的空隙和微孔，将使横截面变窄，内应力升高，有时还存在切口效应，从而大大降低其机械性能。不同壁厚塑料制品的模具设计时，模腔的要求也不同，根据制品的要求，设计模具的模腔及脱模斜度，斜度要与塑胶制品在成型的分模或分模面相适应；是否会影响外观和壁厚尺寸的精度。
（二）热塑性塑料设计中的指标分析
热塑性塑料一般具有高的延展性和弹性，不需要像具有高刚性、低延展性和低弹性的金属一样指定严格的范围。设计者在决定热塑性塑料模具制品的成本方面起了关键作用，合理且不影响产品性能的、缩小公差，较少成本是可以实现的。一般商业上可接受的产品与标准尺寸的偏差不高于0.25-0.3%，但这还需要与应用时的具体要求相结合来判断。精确的模具可以有效的缩小制品公差，从而降低制品成本。因此，模具精密度对制品生产厂家具有重要意义。
三、塑料模具设计时对收缩值的考虑
为了不对塑料部件制定过分严格的范围，必须要注意一些影响塑料制品尺寸准确性的因素。模具制造的标准必须严格遵守，同时要特别注意脱模斜度的重要性，因为它决定了脱模容易与否及防翘曲性能。
还有一个与产品设计相关的重要问题是，当成型品是由不同材料或不同壁厚制成时，其模后收缩值与方向和厚度相关如果复杂的成型对加工的要求非常严格，必须要获得模具原型有关收缩值和翘曲行为的准确数据玻璃增强材料的这一性质最为明显。玻璃纤维的取向性可在水平方向和垂直方向产生具有显著性差异的收缩，从而导致尺寸不准确。塑料制品的几何形状对收缩也有影响，进而影响到产品的性能，这也是设计者值得关注的一点。因此在此类制品模具设计时要注意制品脱模收缩后的尺寸是否为产品要求尺寸，否则因制品模后收缩值的影响，极有可能导致产品尺寸不符合标准。
结论：
与产品模后性能相关问题还有许多，设计人员可以参考手册进行设计。总之，在塑料制品模具设计时要充分考虑可能影响制品尺寸、性能、外观等多方面因素，综合利弊，选用适合的材料，合理的设计，才能保证产品的性能。
参考文献
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从几类胶塞的结构及用途可以看出，胶塞生产具有批量大、尺寸要求严格及有洁净和生物安全性要求的特点，针对这几个特点，在胶塞模具设计时必须考虑以下几点：（1）胶塞属于大批量生产的模型制品，因为多腔模具生产效率高且能满足生产需求，所以，模具设计时必须是多腔模具，设计模具时尽量占满整个热板。模具型腔之间的间距一般与产品尺寸保持+3.5～4mm，型腔呈交错排列。（2）胶塞尺寸要求严格，模具型腔及模具大板必须采用精密的加工技术才能满足尺寸精度要求。模具型腔芯（简称模芯）与模具大板分别加工，然后镶嵌在一起。（3）胶塞有洁净和生物安全要求，硫化完成后的胶片，不宜采用撕边和冷冻除边工艺，否则剩余胶丝和胶粉末会因清洗困难而影响生物安全性。目前，通常采用连片硫化生产（分模边厚度0.6～1.2mm）进而采用冷冲切工艺，一次性切除分模边，不留胶丝毛刺。（4）胶塞为含胶率高的纯胶制品，所用胶料卤化丁基胶及其他胶种必须采用抽真空平板硫化机或注射抽真空硫化机来生产，对硫化设备要求高，且必须为抽真空设备。（5）由于胶塞尺寸的严格性，化胶塞的面压大于普通的橡胶制品，一般在100kg/cm2以上（普通橡胶制品为50kg/cm2左右）。（6）硫化模具除采用多腔设计外，由于冲切工艺的限制，多腔排布需要再分割冲切分区。（7）硫化前的半成品采用薄胶片进行整模具覆盖，对半成品尺寸及重量要求严格（长宽尺寸误差±1mm，厚度误差±0.1mm，重量误差±5g）。（8）由于采用连片生产，半成品胶片精度高，一般只在模具大板周边设计溢胶槽。（9）胶料的收缩率通常根据胶种不同、含胶率不同、配方不同、硫化条件不同，将根据实验实际测定后确定，经验值一般在1.8%～2.8%之间。（10）模具定位通常采用4个定位销定位，模具固定在硫化机热板上，硫化机采用大开档结构，便于放入和取出胶片。（11）为了提高效率，硫化机热板尽量采用大台面、大吨位的平板硫化机。硫化模具尺寸变大，模具加工困难也相应增大。目前我公司的胶塞模具尺寸达到1300mm×600mm×100mm的模腔数量多达2352腔/模。
2胶塞模具的结构组成及加工方法
根据以上胶塞模具的特点进而可以设计出胶塞模具的结构，通常胶塞模具均采用二开模、多腔镶芯技术。模具由上模具大板、上模芯、下模具大板、下模芯、定位销及定位套组成。
2.1上模具大板与下模具大板上模具大板的典型结构如图8所示，下模具大板的典型结构如图9所示。上模具大板与下模具大板的主要功用是固定和连接上模芯与下模芯，它们与上下模芯之间通常采用H6/k5配合。上模具大板通常设分区线，目的是便于硫化后分片和冲切。下模具大板内腔设预留分模边，分模边的厚薄将根据胶料硫化时的流动特性来确定，通常为0.5～1mm。下模具大板周边设溢胶槽，满足半成品重量误差需求，生产合格产品。上模具大板与下模具大板将根据不同直径形状及厚度的产品，选用不同排布形式与厚度，排布形式有直排型和交错排列型，在同样模板面积上，交错排列型的生产效率比直排型提高7.5%，因此只要结构允许，应尽量采用交错排列形式。上下模具大板的加工通常采用坐标镗床或加工中心一次完成上下模具大板坐标孔的加工。
2.2上模芯与下模芯上模芯典型结构如图10所示，下模芯结构如图11所示。上下模芯是胶塞硫化成型最关键的部件，它的加工质量直接影响到产品质量。胶塞模具是多腔模具，模芯数量巨大，目前我公司腔数最多的可达2352腔/模，因此模芯的一致性要求很高，对于简单型腔的产品，一般采用数控车床生产，而对于复杂型腔的产品除采用数控车床加工外，还必须辅以电火花等加工方法来完成其加工，还有个别型腔复杂的产品采用镶嵌法生产，但质量和一致性很难保证。
2.3定位销与定位套定位销与定位套的结构如图12所示，由于多腔模具的特殊性，通常1套模具一般只有4对定位销与定位套对上下模具进行定位，上下大板的定位套与定位销孔通常在坐标镗床或加工中心与模芯孔一次加工完成，定位销、定位套与大板采用H7/n6配合，销与套之间采用H7/g6配合。
3胶塞模具装配与使用过程的常见问题与处理方法
胶塞模具零件加工完成后，就可进行模具装配工作，胶塞模具的装配有其特殊性，主要应注意以下几个方面的问题。
3.1模具大板与模芯的装配精度问题由于胶塞模具是多腔镶芯模具，模芯与大板装配配合精度要一致，尽管图纸标注尺寸是一致的，但实际加工过程会出现一些偏差，这些偏差就会造成模板与模芯配合尺寸不一致。配合过紧会使得模板变形，进而影响硫化产品的精度；配合过松会导致模芯与模板之间积胶，进而使硫化产品产生毛边。为了解决模板变形问题，一般采用加厚模具大板的办法来解决，但过厚的模板会给更换模具和抽真空带来困难。
3.2模芯加工的一致性问题模芯内腔加工的不一致会造成胶塞产品不一致，而不一致的胶塞会造成药品自动分装生产线运转不畅，导致胶塞大批退货。因此，胶塞模芯内腔尺寸的一致性是胶塞模具最关键的一环。通常通过模芯加工后的尺寸检查和硫化胶塞产品尺寸检查环节来控制产品尺寸。
3.3预留分模边与最终硫化产品分模边的关系由于多腔胶塞模具设计属于半开放模具，尽管半成品尺寸及重量控制严格，但最终硫化的胶片还会出现多余胶料溢出现象，正是这些胶料的溢出造成了预留分模边与最终硫化产品分模边存在差异，这些因素在模具设计时必须考虑，按经验值一般在0.15～0.20mm之间。
3.4预留分模边内槽尺寸与模芯最小距离的问题在多腔模具的边缘经常会出现硫化后的胶塞变形或尺寸不合格的问题，造成这种问题的主要原因是分模边内槽边缘与模芯距离过近造成，适当加大该尺寸就能解决这个问题，因此胶塞模具设计时应特别注意这个问题。
3.5硫化机面压与热板精度的影响由于胶塞尺寸的严格性，硫化机面压必须足够大，才能硫化出合格产品，面压一般在100kg/cm2以上比较合适，低于此数据会造成合格率降低、胶塞厚度不均等问题。热板精度低的硫化机，不仅不能生产出合格的胶塞产品，还会对模具造成永久伤害，严重者会造成模具报废。因此，胶塞生产尽量采用高精度、高压力的硫化机。
3.6形状复杂的非回转体产品上下模芯定位及对正问题由于多腔胶塞模具的模芯外形一般为回转圆柱体，当胶塞本身结构为回转体时，上下模芯可以随意安装，而对于形状复杂的非回转体胶塞来说，上下模芯必须按一定的方向排列固定，才能生产出合格的胶塞产品，这种情况下，一般要对加工模芯做好定位，否则会给后期装配和生产带来很多困难。
3.7溢胶槽、定位销、定位套、模具与热板固定螺孔尺寸的位置干涉问题胶塞多腔模具的设计原则是尽量让模具占满整个热板，但必须留足溢胶槽、定位销、定位套、模具与热板固定螺孔的位置，这些功能部件必须独立，不得互相干涉，否则会导致产品质量不稳定，甚至会造成模具报废。
3.8胶塞偏心问题多腔模具最容易出现和最难解决的问题就是产品偏心，一般加工精度和装配方法都会影响产品的同心度，这两点尤其要注意。
4结语
(一)模具课程教学中存在的主要问题
“塑料成型模具设计”传统的课程教学内容一般是首先讲授塑料成型技术基础和塑料制品的结构工艺性，接下来大多数学时在课堂讲授各种类型的注塑模具结构组成、工作原理和设计方法。这一过程较乏味，效果不太好。虽然在实践教学环节加入模具拆装实验，使得教学效果有一定改善。但学校和教师往往更注重理论教学，将指导实验与实习看做教学之外的“辅工作”。培养出来的学生缺少实践能力和创新精神，难于适应模具企业的需要。“塑料成型模具设计”这类实践性很强的课程应该进行较大改革，重新探索更加合理、完善的教学模式，使教学与工程实践结合，建立以创新能力培养为主线的课程群，深化课程教学改革是非常必要，也是十分迫切的任务。
(二)课程教学改革的必要性
传统的塑料成型模具设计教学内容过于偏重理论教学，轻实践和实验教学，并且教材内容的更新程度也滞后于工业技术和市场需求的发展，这对学生实践能力及创新精神十分不利。随着计算机有关技术的不断发展和计算机技术应用领域的日益扩大，涌现出了以计算机技术为基础的新兴学科，模具CAD技术便是其中之一。学生对模具CAD软件运用不够熟练，大多数学生的软件运用水平只停留在简单的操作上，满足不了企业的生产要求。企业接收应届毕业生后都需对学生进行为期2－3年有关模具制造、模具设计及模具CAD软件等技能的培训，学生经过培训才能胜任注射模具的设计工作。造成当前许多模具企业不愿招收模具专业的应届毕业生，学生毕业后面临找不到学有所用的技术岗位。
二、产学研合作教育是培养创新型人才的有效形式
我国培养的工科类大学生虽具有较扎实的基础知识，但是创新能力、实践能力较弱，创新精神不足，学生个性不强;毕业生进入社会缺乏竞争力，远不能适应社会发展对创新型人才的要求。因此，产学研合作教育培养创新型人才是时展的需要，也是我国高等教育改革发展的需要。产学研合作教育是以培养学生的综合素质、综合能力为重点，利用学校与企业、科研单位等多种不同的教育环境和教育资源，充分发挥各自在人才培养方面的优势，把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、创新能力和实践能力为主的生产、科研实践有机结合的教育模式。
(一)产学研合作培养创新型人才的优势
创新型人才培养的关键是创新意识和实践能力的培养。创新意识需要在对创新氛围及过程的亲身经历和感受中得到升华;而实践能力的培养离不开各种的实际训练，只有通过具有实际价值的创新实践，提炼出具有真实意义的策略、手段和方法，才能在理论指导下灵活运用、创造知识和技术并取得有价值的成果。产学研合作教育的情境恰恰具备了这些无形的条件。
(二)产学研合作教学平台的建立
集美大学机械工程学院把产学研合作教育视为培养高素质应用型创新人才的重要模式之一，学院目前已与50多个企业单位鉴订产学研合作教育协议。为发挥学院在人才资源和科学研究方面的优势，充分利用企业在生产实践方面的优势，共同促进模具行业应用型人才培养质量的提升，集美大学机械工程学院与信华科技(厦门)有限公司合作成立模具CAD设计室，借此平台加强学校与企业之间的沟通和联系，从本质上实现校企合作办学。该平台的工作要点:安排专业教师对部分学习成绩优秀学生进行必要的注射模具结构设计和模具CAD软件的培训。利用课余时间，企业安排有经验的模具工程师到模具CAD设计室，按照企业的设计要求对学生进行注射模具设计及设计规范的培训。学生通过一系列的培训之后，基本具备简单注射模具设计能力，并能利用所学知识为企业进行简单模具零件的设计工作，力所能及为企业分担一些模具设计任务，解决企业在生产高峰期设计人力不足问题。学生在完成设计任务的过程中积累一些模具设计经验及实践工作锻炼，通过产学研合作平台实现校企双赢的目的。
三、教学改革措施与实践应用
(一)围绕人才培养目标定制教学大纲
按照集美大学机械工程学院应用型人才培养目标，重新编写了新的《塑料成型模具设计》课程教学大纲，重新规划授课内容和学时分配，力求知识点全面、重难点突出。增加实践教学课时，除保证原有的注射成型工艺、注射模具试摸及注射模具拆装及测绘等实验课外，增加两堂在企业生产车间的现场教学课，将注射模具相关课程的理论知识与实践有机结合，将实际生产中可能遇到的技术问题引入课堂教学中讨论，尽量将抽象注射模具结构物质化和具体化，极大提高学生对《塑料成型模具设计》课程的学习兴趣，学生学习主动性被大大地激发。这种教学模式能极大地激发学生的创新意识和潜能，提高学生的创新能力。
(二)产学研合作教育培养创新型人才的措施与实践
首先在教学中，处理好课堂知识的传授与现场及实验课知识传授的关系，在学生掌握一定注射模具理论知识的基础上，安排学生到企业进行现场教学或通过实验课程巩固对新知识的理解，及时将理论知识与实践相结合，发挥学生学习主观能动性并培养学生创造性思维的能力。挑选部分学习成绩优秀的学生参加模具CAD设计室的培训和设计工作。对学生先进行集中培训，巩固和提高塑料成型模具设计的相关知识，尤其模具CAD软件的运用能力。利用假期时间安排该部分学生到信华科技(厦门)有限公司进行为期两周的工作实习，在模具制造流程的每一道工序都有专业技术人员对学生进行现场讲解和指导，及时解答同学的疑问，让学生了解模具零件从设计到制造所经历的各个生产工序，对注射模具的生产工艺及流程有一个初步认识。在学生具备一定注射模具模具设计和模具CAD软应用能力的基础上，企业安排有经验工程师到模具CAD设计室对学生专门培训。培训内容主要围绕模具设计理念、设计标准及规范、模具零件加工过程中需注意事项及各种加工工艺能达到的加工精度等内容。工程师结合公司所设计典型模具案列进行由浅至深的讲解，让学生了解模具整个设计流程及及设计要求，并在工程师指导下开展模具零件工程图的设计以及简单模具零件三维建模。根据企业生产需要，协助企业完成部分模具零件工程图设计及简单模具零件的三维建模。学生所完成的设计质量基本能符合企业的要求，解决企业在生产高峰期技术人员储备不足的问题，为企业寻找降低人力资源成本的管理模式提供帮助。模具CAD工作室的同学毕业设计题目全部来自企业实际生产案例。毕业设计期间安排他们到企业进行毕业设计实习，深入生产第一线，积累模具制造经验，将毕业设计中可能遇到的问题带到生产寻找解决方法。实践表明，产学研结合教育为学生提供创造性的环境和机会，把理论知识同研究、产业实践紧密结合，帮助学生从多角度多层次分析问题，使学生的创新能力得到实质性的提高。
四、产学研合作教学改革创新点
产学研合作教学改革之后，在塑料成型模具设计课程教学环节中，增加企业生产现场的授课环节，同时改变传统单纯验证性实验模式，增加分析性、研究性的实践环节，启发学生的创新思维，将理论教学与实践环节有机结合起来。通过实践环节提高学生学习兴趣，充分调动学生学习专业知识的积极性，启发学生的创新思维，使学生学习由单纯课堂接受知识转变为将课堂学到的知识及时与实践相联系和验证，实现学生从被动接受转变为主动探索并获取知识的学习过程，从实践中培养学生创新精神和解决问题的实践能力，并逐渐积累模具设计经验。培养出来的学生更符合时代的潮流，更加满足企业的实际用人需求。
五、产学研合作教育培养应用型创新人才见成效
(一)提高学习目的性和学习主动性
产学研合作教育能促进学生的创新精神和创新能力，激发学习兴趣，挖掘个人学习潜力。学生毕业设计题目来自企业，企业工程师参与毕业设计指导，工程师对学生毕业设计提出很多建设性意见，学生毕业设计完成质量普遍较好，都能获得良好以上的毕业设计成绩。
(二)提高实践能力和就业竞争力
产学研合作教育能够促使学生将课堂学到的理论知识，通过社会实践转化为实际应用能力，增加专业技能素质，缩短毕业后适应社会、适应工作的时间，提高就业自信心和择业竞争力，参与模具CAD设计室学生的就业率都为100%，企业对学生在模具CAD设计室学习经历很感兴趣，学生都能选择到理想的就业单位。通过摸底调查，走上工作岗位的学生大都表现出了较大的发展潜力和可栽培性，理论水平和实践能力比一般的应届毕业生都强，得到所在单位的认可和好评。
六、结束语
序言.....................................................................2
一、夹具设计任务..........................................................3
1、焊接产品（复合件）“撑杆焊接组合”的产品图..........................3
2、焊接产品“撑杆焊接组合”的重点技术要求分析.........................3
二、“撑杆焊接组合”装焊夹具设计方案的确定.................................3
1、基准面的选择（夹具体方式的确定）...................................3
2、定位方式及元器件选择...............................................4
3、夹紧方式及元器件选择...............................................4
4、装焊方案...........................................................4
5、装焊夹具结构.......................................................5
三、主要零件设计的说明................................................5
1、夹具体.............................................................5
2、压板...............................................................5
3、插销机构主体.......................................................5
4、快撤式螺旋夹紧器件.................................................5
四、夹具的装配要求....................................................5
五、装焊夹具使用说明......................................................6
1、夹具的操作步骤.....................................................6
2、夹具使用注意事项、保养及维护.......................................6
六、本次课程设计小结、体会及建议..........................................6
七、参考资料..............................................................7
焊接工装夹具及其在生产中的运用
焊接工装夹具就是将焊件准确定位和可靠夹紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺装备。在现代焊接生产中积极推广和使用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。
在焊接生产过程中，焊接所需要的工时较少，而约占全部加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大的影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。
焊接工装夹具的主要作用有以下几个方面：
（1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。
（2）有效的防止和减轻了焊接变形。
（3）使工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成型性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。
（4）以机械装置代替了手工装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。
（5）可以扩大先进的工艺方法的使用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。
夹具设计的基本要求
（1）、工装夹具应具备足够的强度和刚度。夹具在生产中投入使用时要承受多种力度的作用，所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。
（2）、夹紧的可靠性。夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求。既不能允许工件松动滑移，又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。
（3）、焊接操作的灵活性。使用夹具生产应保证足够的装焊空间，使操作人员有良好的视野和操作环境，使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态（4）、便于焊件的装卸。操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出，还要制品在翻转或吊运使不受损害。
5）、良好的工艺性。所设计的夹具应便于制造、安装和操作，便于检验、维修和更换易损零件。设计时还要考虑车间现有的夹紧动力源、吊装能力及安装场地等因素，降低夹具制造成本。
、焊接产品（复合件）“撑杆焊接组合”的产品图
撑杆焊接组合由撑杆、喇叭支座、螺母M6和发动机衬管构成；撑杆的材料是20钢，喇叭支座的材料是10钢，发动机衬管的材料是35钢，螺母M6GB121－86；撑杆焊接组合的总体尺寸是300×60*45；附“撑杆焊接组合”产品图
、焊接产品“撑杆焊接组合”的重点技术要求分析
1、公差要求
（1）序4发动机衬管两件的中心线之间平行度要求
（2）序4发动机衬管两件的中心线距离和右边反动机衬管中心线与序1撑杆右端面距离为25±0.5
（3）序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的中心线与序1撑杆右端面距离为200±1.0
2、焊接要求
（1）序4发动机衬管两件与序1撑杆之间有四处周围角焊缝；
（2）序3螺母M6和序2喇叭支座的组件与序1撑杆之间有两处三面角焊缝；
（3）序3螺母M6和序2喇叭支座之间有周围焊缝。
撑杆焊接组合”装焊夹具设计方案的确定
、基准面的选择（夹具体方式的确定）
夹具体是夹具的基本件，它既要把夹具的各种元件、机构、装置连接成一个整体，而且还要考虑工件装卸的方便。因此，夹具体的形状和尺寸主要取决于夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及加工的条件等。在设计夹具体时应满足以下基本要求。
①、具有足够的强度和刚度。
②、结构简单、轻便，在保证强度和刚度前提下结构尽可能简单紧凑，体积小、质量轻和便于工件装卸。
③、安装稳定牢靠。
④、结构的工艺性好，便于制造、装配和检验
⑤、尺寸要稳定且具有一定精度。
⑥、清理方便。
夹具体毛坯制造方法的选择综合考虑结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；
夹具体的外形尺寸在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚20mm，长度326mm，宽度128mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。
、定位方式及元器件选择
（1）、定位器的作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不便的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。
工件的定位原理
自由物体在空间直角坐标系中有六个自由度，即沿OX,OY,OZ三个轴向的平动自由度和三个绕轴的转动自由度。要使工件在夹具体中具有准确和确定不变的位置，则必须限制六个自由度。工件的六个自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少于六个，但仍然能保证加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生产中，为了调整和控制不可避免产生的焊接应力和变形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夹具设计中，按加工要求应限制的自由度而没有被限制的欠定位是不允许的；而选用两个或更多的支撑点限制一个自由度的方法称为过定位，过定位容易位置变动，夹紧时造成工件或定位元件的变形，影响工件的定位精度，过定位也属于不合理设计。
①、以工件的平面为基准进行定位时，常采用挡铁、支撑钉进行定位
②、工件以圆孔内表面为基准进行定位时常采用销定位器
③、工件以圆柱外表面为基准进行定位时常采用V形铁定位器
④、利用以定位工件的轮廓对被定位工件进行定位可采用样板定位器
主焊件“撑杆”用挡板和挡销定位。挡销限制了X方向的平动自由度，挡板限制了Y方向的平动自由度，夹具体限制了Z方向的平动自由度，挡铁螺旋夹紧器件限制了Z方向的转动自由度，螺旋夹紧机构限制了X、Y方向的转动自由度，共限制了6个自由度。
件“发动机衬管”两件用插销机构定位。插销机构限制了X、Y、Z方向的平动自由度，快撤式螺旋夹紧器件限制了Y、Z方向的转动自由度，共限制了5个自由度。
螺母M6和喇叭支座的组件用锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位。“撑杆”限制了Z方向的平动自由度，螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽限制了Z方向的平转动自由度，锥头销钉限制了X、Y方向的平动自由度，螺旋夹紧机构限制了X、Y方向的转动自由度，共限制了5个自由度。
、夹紧方式及元器件选择
夹紧机构的三要素是夹紧力方向的确定、夹紧力作用点的确定、夹紧力大小的确定。
对夹紧机构的基本要求如下：
①、夹紧作用准确，处于夹紧状态时应能保持自锁，保证夹紧定位的安全可靠。
②、夹紧动作迅速，操作方便省力，夹紧时不应损害零件表面质量
③、夹紧件应具备一定的刚性和强度，夹紧作用力应是可调节的。
④、结构力求简单，便于制造和维修。
夹紧序1撑杆选用挡板式螺旋夹紧器件；
夹紧序4发动机衬管两件选用快撤式螺旋夹紧器件；
夹紧序3螺母M6和序2喇叭支座的组件选用螺旋夹紧机构。
装焊方案
从焊接件产品图中看出，序4、序3和序2的组件分别与序1进行焊接。序1为主焊零件同时也是主体件，它的长度方向可用挡板定位，端面可采用挡销。装焊方案初拟为：
序4发动机衬管两件与序1撑杆先在夹具上装配、点固、取出焊接，然后在夹具上进行序3螺母M6和序2喇叭支座的组件与序1撑杆的装配、完成三面焊。
、装焊夹具结构
装焊夹具采用夹具体，再在夹具体上装上定位和夹紧序1撑杆的挡板、挡销、螺旋夹紧器件，定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件，定位和夹紧序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的锥头销钉、螺旋夹紧机构，构成整个焊接夹具。
“撑杆焊接组合”装焊夹具结构见“撑杆焊接组合”装焊夹具图
、夹具体
综合考虑了结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作；考虑到焊件小，夹具体的强度要求以及夹具体的结构要求，没有在夹具体上设计加强筋。
、压板
考虑到定位锥头销钉需垂直取出焊件才能保证顺利脱离焊件，在压板下边设置了弹簧；考虑到对螺母M6和喇叭支座的组件的定位，在压板上开了凹槽起到定位作用；考虑到快速并顺利取出焊件，将压板设计成可退式压板。
、插销机构主体
插销机构主体作为插销的支座，考虑到发动机衬管两件之间距离小，将两个插销的插销机构主体做成一体；并且为了保证发动机衬管两件中心线的距离和平行度将在设计一体的插销机构主体的插销孔时要求两孔中心线的距离和平行度。
、快撤式螺旋夹紧器件
同插销机构主体一样，快撤式螺旋夹紧器件主体也做成一体并且要求两孔中心线的距离。
快撤式螺旋夹紧器件工作过程：螺母套筒不直接固定在主体上，而是以它外圆上的L形槽沿着主体上的定位销来回移动；工件装入后推动手柄使螺母套筒连同螺栓快速接近工件；转动手柄使定位销进入螺母套筒的圆周槽内，螺母不能轴向移动，再旋转螺栓便可夹紧工件；卸下焊件时，只要稍松螺栓，再用手柄转动螺母套筒使销钉进入螺母套筒外圆的直槽位置，便可快速撤回螺栓，取出焊件。
(1)、挡销装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线垂直
（2）、定位和夹紧序1撑杆的挡板、螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线平行；定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证其中心线与夹具体横向中心线垂直。
（3）、定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证插销机构和快撤式螺旋夹紧器件右边中心线与挡销基面的距离和公差
（4）、定位和夹紧序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的螺旋夹紧机构装配时，装上螺柱底座螺钉，配做销钉孔并由销钉保证螺旋夹紧机构定位锥头销钉中心线与挡销基面的距离和公差。
（5）、定位和夹紧序1撑杆的挡板、螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证挡板和螺旋夹紧器件右端面与挡销基面的距离
（6）、装上弹簧、压板等其他零件，完成整个装配。
、夹具的操作步骤
（1）、将序4发动机衬管两件按照“撑杆焊接组合”图装配到序1撑杆上，并将其放置于夹具体上，由挡销、挡板将序1撑杆定位，由螺旋夹紧器夹紧序1撑杆；同时由插销将序4发动机衬管两件定位，由快撤式螺旋夹紧器件将其夹紧。
（2）、点固焊后，松开快撤式螺旋夹紧器件，拔出插销，取下进行焊接
（3）、将焊件再放置于夹具体上，由挡销、挡板将焊件定位，由螺旋夹紧器夹紧焊件；之后将螺母M6和喇叭支座的组件放置焊件之上并由螺旋夹紧机构上的锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位由螺旋夹紧机构夹紧
（4）、对螺母M6和喇叭支座的组件与撑杆进行三面焊，然后松开所有螺旋夹紧器，夹紧螺母M6和喇叭支座的组件的螺旋夹紧机构的压板被弹簧弹起，其上的定位锥头销钉随之脱离焊件，然后将压板推出使一端脱离螺旋夹紧机构螺柱，将压板旋转到焊件一边，之后取出焊件。
、夹具使用注意事项、保养及维护
（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；
（2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板、插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。
（3）使用后需要涂防绣油。
大多数焊接工装是为某种焊接组合件的装配焊接工艺而专门设计的，属于非标准装置，往往需要根据产品机构特点、生产条件和你实际需要自行设计制造。焊接工装设计是生产准备工作的重要内容之一，也是焊接生产工艺设计的主要任务之一。对于汽车、摩托车和飞机等制造业，可以毫不夸张地说，没有焊接工装就没有产品。通过在工艺设计时，提出所需要的工装类型、结构草图和简要说明，在此基础上完成详细的结构和零件设计及全部图样。
工装设计的质量，对生产效率、加工成本、产品质量以及生产安全等有直接的影响，为此，设计焊接工装时必须考虑实用性、经济性、可靠性、艺术性等。
在机械设计和制造过程中，普遍存在尺寸链问题。在把零件组装成机器的过程中，也就是将零件上有关的尺寸进行组合和积累。由于零件尺寸存在制造误差，因此装配时也就会有误差的综合和积累。累积后形成的总误差将会影响机器的工作性能和质量。这就形成了零件的尺寸误差和综合误差之间的相互影响关系。设计工装夹具也不例外。合理地确定零件的尺寸公差和形位公差显得很重要。
通过本次课程设计，不仅增强了对焊接工艺装备专业性知识的系统化，而且将专业知识、设计能力和实践能力的有机的结合在一起。收获更深的应该是夯实并拓宽了设计工装夹具的思路以及对设计的思维原则性和灵活性的锻炼。
1、贾安东.焊接结构及生产设计.天津:天津大学出版社,1989
2、王政.焊接工装夹具及变位机械.北京：机械工业出版社，2001
3、陈焕明.焊接工装设计基础.北京：航空工业出版社，2004
4、中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2版）.北京：机械工业出版社，2001
5、胡家秀.简明机械零件设计使用手册.北京：机械工业出版社，1999
6、祖业发.现代机械制图.北京：机械工业出版社.2002；
7、许杏根等.简明机械设计手册.北京:机械工业出版社,1999
8、甘肃工业大学焊接教研室.焊接机械装备图册.北京：机械工业出版社，1982
9、曾乐.焊接工程学.北京：新时代出版社，1986
一、夹具设计任务
1、焊接产品（复合件）“撑杆焊接组合”的草图
见“撑杆焊接组合”图
2、焊接产品“撑杆焊接组合”的重点技术要求分析
（1）序4发动机衬管两件的中心线之间平行度要求
（2）序4发动机衬管两件的中心线距离和右边反动机衬管中心线与序1撑杆右端面距离为25±0.5
（3）序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的中心线与序1撑杆右端面距离为200±1.0
二、“撑杆焊接组合”装焊夹具设计方案的确定
1、装焊方案
从焊接件产品图中看出，序4、序3和序2的组件分别与序1进行焊接。序1为主焊零件同时也是主体件，它的长度方向可用挡板定位，端面可采用挡销。装焊方案初拟为：
序4发动机衬管两件与序1撑杆先在夹具上装配、点固、取出焊接，然后在夹具上进行序3螺母M6和序2喇叭支座的组件与序1撑杆的装配、完成三面焊。
2、装焊夹具结构
装焊夹具采用夹具体，再在夹具体上装上定位和夹紧序1撑杆的挡板、挡销、螺旋夹紧器件，定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件，定位和夹紧序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的锥头销钉、螺旋夹紧机构，构成整个焊接夹具。
“撑杆焊接组合”装焊夹具结构见“撑杆焊接组合”装焊夹具图
3、夹具的定位原理及特点
主焊件“撑杆”用挡板和挡销定位，限制了5个自由度，
件“发动机衬管”两件用插销机构定位，限制了5个自由度。
螺母M6和喇叭支座的组件用锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位，限制了5个自由度。
4、主要零件设计的说明
（1）、压板
考虑到定位锥头销钉需垂直取出焊件才能保证顺利脱离焊件，在压板下边设置了弹簧；考虑到对螺母M6和喇叭支座的组件的定位，在压板上开了凹槽起到定位作用；考虑到快速并顺利取出焊件，将压板设计成可退式压板。
（2）、插销机构主体
插销机构主体作为插销的支座，考虑到发动机衬管两件之间距离小，将两个插销的插销机构主体做成一体；并且为了保证发动机衬管两件中心线的距离和平行度将在设计一体的插销机构主体的插销孔时要求两孔中心线的距离和平行度。
(3)、快撤式螺旋夹紧器件
同插销机构主体一样，快撤式螺旋夹紧器件主体也做成一体并且要求两孔中心线的距离。
快撤式螺旋夹紧器件工作过程：螺母套筒不直接固定在主体上，而是以它外圆上的L形槽沿着主体上的定位销来回移动；工件装入后推动手柄使螺母套筒连同螺栓快速接近工件；转动手柄使定位销进入螺母套筒的圆周槽内，螺母不能轴向移动，再旋转螺栓便可夹紧工件；卸下焊件时，只要稍松螺栓，再用手柄转动螺母套筒使销钉进入螺母套筒外圆的直槽位置，便可快速撤回螺栓，取出焊件。
5、夹具的装配要求
(1)、挡销装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线垂直
（2）、定位和夹紧序1撑杆的挡板、螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证基面与夹具体横向中心线平行；定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件装配到夹具体上时，需要保证其中心线与夹具体横向中心线垂直。
（3）、定位和夹紧序4发动机衬管两件的插销机构、快撤式螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证插销机构和快撤式螺旋夹紧器件右边中心线与挡销基面的距离和公差
（4）、定位和夹紧序3螺母M6和序2喇叭支座的组件的螺旋夹紧机构装配时，装上螺柱底座螺钉，配做销钉孔并由销钉保证螺旋夹紧机构定位锥头销钉中心线与挡销基面的距离和公差。
（5）、定位和夹紧序1撑杆的挡板、螺旋夹紧器件的装配，装上螺钉，配做销钉孔并由销钉保证挡板和螺旋夹紧器件右端面与挡销基面的距离
（6）、装上弹簧、压板等其他零件，完成整个装配。
三、装焊夹具使用说明
1、夹具的操作步骤
（1）、将序4发动机衬管两件按照“撑杆焊接组合”图装配到序1撑杆上，并将其放置于夹具体上，由挡销、挡板将序1撑杆定位，由螺旋夹紧器夹紧序1撑杆；同时由插销将序4发动机衬管两件定位，由快撤式螺旋夹紧器件将其夹紧。
（2）、点固焊后，松开快撤式螺旋夹紧器件，拔出插销，取下进行焊接
（3）、将焊件再放置于夹具体上，由挡销、挡板将焊件定位，由螺旋夹紧器夹紧焊件；之后将螺母M6和喇叭支座的组件放置焊件之上并由螺旋夹紧机构上的锥头销钉和螺旋夹紧机构的压板上的开的凹槽来定位由螺旋夹紧机构夹紧
（4）、对螺母M6和喇叭支座的组件与撑杆进行三面焊，然后松开所有螺旋夹紧器，夹紧螺母M6和喇叭支座的组件的螺旋夹紧机构的压板被弹簧弹起，其上的定位锥头销钉随之脱离焊件，然后将压板推出使一端脱离螺旋夹紧机构螺柱，将压板旋转到焊件一边，之后取出焊件。
2、夹具使用注意事项、保养及维护
（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；
（2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板、插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。
（3）使用后需要涂防绣油。
四、本次课程设计小结、体会及建议
五、参考资料
1、贾安冬焊接结构及生产设计天津:天津大学出版社,1989
2、王政焊接工装夹具及变位机械北京：机械工业出版社，2001
3、陈焕明焊接工装设计基础北京：航空工业出版社，2004
Linux下802.11驱动的结构
1802.11网卡分类
802.11无线网卡的软硬件结构如图2所示：图2的最左侧是天线和收发器，用来从空中接收信号或将信号发向空中。中间部分的基带处理器（BasebandProcessor）是数字和模拟组件之间的接口，它负责处理负载的扩频调制，检测物理载波，并且当接收到的电波能量超过一定的阈值时，会加以解调。MAC负责完成协议规定的部分介质访问控制功能，具体的功能随不同的硬件实现而不同，其他的介质访问功能由驱动模块实现。QoS是服务质量功能的实现模块。SecurityEngine实现硬件加解密功能。在不同的硬件实现中，QoS和SecurityEngine两个模块可能有也可能没有，如果没有，其对应的功能就由驱动模块实现。图3的左侧和中间部分是硬件实现部分，它们通过不同的总线接口和主机相连，这个接口可以使USB，也可以是PCI或其他总线接口。最右侧是主机的软件部分，底部驱动模块负责控制硬件，结合硬件的功能实现完整的MAC层功能。从硬件接收的帧在驱动模块中进行处理后将被传递到上层协议栈，上层协议栈传来的数据包将被驱动模块封装成帧后传给硬件。
从上面的讨论可以看出，802.11协议规定的功能可以由硬件实现，也可以交给驱动模块去实现，根据MAC层管理实体（MLME）的管理功能是由软件实现还是硬件实现，802.11网卡可分为三类：FullMAC：MLME由硬件实现的网卡，当前只有很少的网卡是FullMAC类型的，Intel的iwmc3200是其中的代表。SoftMAC：MLME由驱动软件实现的网卡，由于这种网卡允许通过软件对硬件进行更精细的调整，便于功能升级，所以现在大部分的网卡都是SoftMAC类型的，比如Ralink的RT2X00系列，Atheros的AR5xxx系列等。
HalfMAC：介于上面两者之间，MLME的一部分由硬件实现，另一部分由软件实现。然而，即使同样是SoftMAC类型的网卡，不同厂家不同系列的网卡在软硬件之间的功能分配仍然会存在不同，所以针对不同系列的网卡，仍然需要不同的驱动模块。本文接下来讨论的内容将主要集中在SoftMAC类型的网卡上。
2Linux下802.11协议栈结构
在Linux内核2.6.22及以后的版本下实现SoftMAC类型网卡的驱动比较简单，因为2.6.22及以后版本的内核中包含了802.11协议栈框架，这个协议栈实现了802.11不同模式下的MLME的功能和其他相关功能。协议栈结构如图3所示：由于802.11协议栈在2.6.22版本加入内核，所以当前多种方式开发的网卡驱动模块并存于一个Linux内核里。一些旧的驱动程序（Olddriver）使用WirelessExtension（wext）作为用户空间配置驱动的接口，这些旧的驱动程序可能自己实现MLME的功能（SoftMAC类型的网卡）也可能使用其驱动的网卡硬件提供的MLME的功能（FullMAC类型网卡）。
当前的802.11协议栈由两部分构成：cfg80211和mac80211。cfg802.11负责管理网卡设备和网络接口的关联关系，并通过nl802.11接收用户空间对网卡的配置，同时，为了向后兼容，也支持使用WirelessExtension（wext）进行配置。对于FullMAC类型的网卡，可直接通过cfg80211提供的框架来编写驱动模块。mac80211使用cfg80211提供的配置框架，为驱动开发者提供一个给SoftMAC/HalfMAC类型的网卡开发驱动模块的框架。驱动需要的MLME的功能由mac80211提供。
Linux下802.11驱动模块的总体设计流程
Linux内核代码由许多子系统模块组成，并且各个子系统之间可能会有依赖关系。各个子系统模块实现相应功能的通用操作流程，并提供定义好的结构体和函数指针，而与硬件或具体算法相关的数据信息和操作由开发者提供。内核开发者只需要按照子系统的要求实现相关函数，填写并向子系统注册相关结构体就可以实现具体的功能。例如要开发USB设备驱动程序，开发者需要根据具体的设备信息填写描述驱动程序信息的structusb_driver结构体和描述驱动程序所支持的设备信息的structusb_device_id结构体，并实现structusb_driver结构体中规定的回调函数。至于这些函数如何实现，则由具体的设备和开发者设计的算法决定。
一个802.11网卡驱动的设计，需要Linux内核中多个子系统模块的支持，例如，一个使用USB总线的SoftMAC类型802.11网卡驱动模块与Linux内核中各子系统的依赖关系如图4所示：在图4中，箭头由依赖模块指向被依赖模块。网卡驱动模块需要依赖usb子系统提供的功能来驱动总线和网卡通信，同时，为了完成802.11协议规定的功能，驱动模块需要使用相关的结构体向mac80211子系统注册自己，并实现mac80211规定的回调函数。mac80211依靠cfg80211子系统与用户空间通信，使用户空间能够对网卡进行配置。综上所述，802.11网卡驱动的设计过程就是按照各子系统的规定，填写并注册结构体，设计子系统规定的函数的过程，设计流程如图5所示
数据包信号强度信息的提取与向协议栈上层的传递
1设计思路
为了满足一些分布式网络平台对于接收数据包的信号强度信息的需求，需要在接收每个数据包时，从硬件中提取能够指示接收这个包时的信号强度的数值，并与接收到的包对应存储，传递到协议栈的上层。802.11协议中，在物理介质相关层（PMD）及以上各层使用接收信号强度指示（RSSI）来衡量接收到的当前物理帧的信号强度。对应到图2的软硬件结构中，就是由基带处理器（BasebandProcessor）测量并生成。RSSI的取值范围为0至RSSIMax，802.11协议规定RSSIMax的值小于等于255。
802.11协议规定的RSSI是一个相对值，它仅仅用来指示信号强度的相对大小，而其与dBm值之间的对应关系由网卡芯片厂商自己定义。RSSI值在网卡和驱动内部用来指示接收到的信号强度的大小，网卡和驱动借此来完成判断某个信道是否空闲，判断是否该切换接入点，控制传输功率等操作。由于RSSI值仅仅用在网卡和驱动内部，所以即使各个厂商的定义方法不同，只要驱动程序正确，并不影响兼容性。RSSI值是在网卡和驱动内部使用的，不传到上层协议栈。
为了使分布式网络平台的上层协议能够得到接收包的信号强度信息，需要在驱动模块里针对每一个接收到的数据包，提取RSSI值，并根据特定的网卡芯片将RSSI值转换成dBm值，与数据包对应存储，一并传递到协议栈上层。数据包在协议栈中的传输路径如图6所示一般而言，网卡芯片厂商都会选择将RSSI值与接收到的帧一并通过USB总线传递给主机，而负责驱动模块和USB子系统之间数据传递的是structurb结构体，所以驱动模块可以从接收数据帧的structurb结构体中得到RSSI值，具体的操作过程会因不同的网卡芯片而不同。
在Linux内核中，负责在协议栈各层之间传递数据包的结构体是structsk_buff。驱动模块在得到数据帧和对应的RSSI值后，将RSSI值转换成dBm值，与数据帧一并存入structsk_buff中，向协议栈的上层传递。这样分布式无线网络平台的相关协议在得到接收到的数据包的同时就可以得到接收这个包时的信号强度dBm值。具体结构如图7所示：
2应用：使用RSSI改进AODV路由协议性能
分布式无线网络平台可以根据自己的需要来使用数据包对应的信号强度信息。下面以笔者曾经使用过的瑞士乌普萨拉大学开发的AODV协议来说明信号强度信息的使用。AODV路由协议会维护当前的邻居列表，并在需要传输数据时从邻居中选择一个作为下一跳节点。标准的AODV协议会选择最先响应路由请求信息的邻居节点作为下一跳节点，但这种方式在以802.11无线网络中却有可能造成选择的下一跳节点不理想的情况。这是因为802.11中节点是公平的竞争无线网络信道，这就会造成可能链路质量不高的邻居节点最先占用了信道，从而成为一个不理想的下一跳节点。这样的下一跳节点不仅使数据传输速率不高，而且容易使传输失败。如果利用接收包的信号强度信息，只维护信号强度足够好的邻居节点，那么在路由请求时获得的链路质量就会比较高，网络会更加稳定，数据传输速率也有显著提高。具体的设计结构如图8所示：AODV内核在过滤维护邻居列表的控制信息的时候，会过滤掉信号强度过低的控制信息，这样act_nb_list中都是链路质量足够好的邻居。AODV路由守护进程在路由请求过程中会参照邻居列表的信息选取下一跳节点。
3测试结果
经过实际网络实验平台的测试，更改后的AODV在路由特别是多跳路由稳定性方面要提高很多，多跳路由的数据传输速率也有显著提高。具体测试环境如下表：
国内塑料模具设计中常见的问题包括了诸多内容，其主要内容包括了收缩问题、公差标注问题、热膨胀问题等内容。以下从几个方面出发，对塑料模具设计中常见的问题进行了分析。
1.收缩问题
收缩问题对于塑料模具设计有着重要的影响。通常来说在塑料模具制作的过程中往往会需要在高温和高压的环境下进行，并且通过温度来将塑料溶解为液体，从而能够更好地将其注入到固定的模腔中。除此之外，收缩问题主要还体现在塑料本身的特性上，即这一问题会在液体塑料定型的过程中产生影响，并且会使塑料模具变得比固定的模腔更小。另外，针对收缩问题的存在模具设计人员在设计模具的过程中应当首先考虑并且分析到这种收缩的情况，从而能够尽可能的减小误差所带来的损失。
2.公差标注问题
公差标注问题对于模具设计的影响是显而易见的。众所周知公差标注的不一致问题主要是说对于不同的制品所需要的塑料模具比例也是不同的，因此公差标注也就是在设计过程中需要着重考虑的问题。除此之外，公差标注低则会导致塑料模具的精度也随之降低，但是如果这一问题得到了控制则会促进塑料模具精度的持续提升。另外，公差标注问题还体现在如果塑料模具设计人员在模具设计的过程中如果忽略了公差标注并且按照已有经验进行盲目的选择则会导致塑料模具在尺寸上和形状上出现较为严重的问题和差错，从而导致对塑料模具在设计中的质量和价值都产生较为不利的影响。
3.热膨胀问题
热膨胀问题是影响塑料模具设计的重要因素之一。通常来说热膨胀系数的问题主要体现在塑料模具设计中的热膨胀系数的不同会导致冷却后的塑料模具的形状和尺寸也出现较大的差异。由此可见在设计塑料模具的过程中热膨胀系数有着非常重要的作用。除此之外，热膨胀问题主要还体现在部分塑料模具设计人员在设计过程中没有提前将它进行谨慎的考虑和分析，与此同时没有在实践过程中根据设计时的实际情况来合理地对塑料模具进行尺寸上的调整，从而无法合理的保证塑料模具设计的整体质量。
二、国内塑料模具设计问题对策
国内塑料模具设计问题对策是一项系统性的工作，这主要体现在提升材料收集效率、合理进行公差标注、优化设计方案等环节。以下从几个方面出发，对塑料模具设计问题对策进行了分析。
1.提升材料收集效率
提升材料收集效率是塑料模具设计问题对策的基础和前提。在提升材料收集效率的过程中设计人员应当确保在进入设计之前一定首先做好材料的收集工作，即这一过程中塑料模具设计人员需要合理的掌握使塑料模具的相关数据和信息要求，从而能够更加全面谨慎的进行设计。除此之外，在提升材料收集效率的过程中塑料模具设计人员应当注重了解到所要设计的模具精确的大小尺寸和可能会影响设计模具的因素以及注塑机的操作方式和技巧，从而能够促进设计误差被控制在合理的范围内。
2.合理进行公差标注
合理进行公差标注对于塑料模具设计问题对策的重要性是不言而喻的。在理进行公差标注的过程中塑料模具设计人员应当注重根据实际的情况来选择，这主要是由于不同公差标注对塑料模具的影响是有着差异的，因此塑料模具设计人员应当根据塑料模具实际所需要的精度程度来进行选择，从而能够更好地满足客户的要求。除此之外，在理进行公差标注的过程中塑料模具设计人员应当注重在最大程度上保证塑料模具的尺寸不受影响并且不出差错。另外，在理进行公差标注的过程中设计人员可以对于精度不高的塑料模具使用低标准的公差标注，从而能够确保其既不会超出误差范围又可以满足经济要求，最终能够在此基础上促进塑料模具设计水平的有效提升。
3.优化设计方案
优化设计方案是塑料模具设计问题对策的核心内容之一。在优化设计方案的过程中塑料模具的设计人员应当注重积极地提出科学和理性以及新颖的设计方案，并且在这一过程将理论知识与实践经验完整的结合，从而能够更好地提高塑料模具设计的效率。除此之外，在优化设计方案的过程中塑料模具的设计人员应当注重对于可能会出现的问题进行探讨并且在这一过程汇总提出一些相对合理对策方案，从而能够更好地提升塑料模具设计的可靠性和精确性。
三、结束语
一、课程教学内容体系的构建
1.课程内容体系构建原则
针对模具类专业的知识结构和特点，根据企业对模具人才技能的需求，对课程体系进行优化整合，针对模具成形工艺特点对产品造型设计的要求，有选择地设置课程内容，使课程内容与本专业知识与技能相结合，结合其在今后的工作中对产品造型设计能力的需求，有针对性地进行课程内容与讲授方式的设置，使其在把握产品造型发展趋势、产品造型能力、创造能力、创新能力、艺术审美能力与运用方面得以提升，能够把握产品造型设计方向，切实做到所学知识的“必须”与“够用”。
2.课程内容体系构建
对课程的核心知识点进行提炼，将模具成形工艺与产品造型课程知识点进行有机结合，融入造型设计所涉及的模具成形加工知识点，让学生们在学习产品造型课程的同时，兼顾考虑产品造型的成形方法、成形工艺，让产品造型设计更加符合模具成形工艺性，做到既懂设计又懂工艺，多课程知识点融入，对产品造型在模具专业中的应用有更加深入的理解与把握。以课程内容第一部分产品造型设计概论为例，该部分具体涉及两个方面的内容，造型设计概念、要素和造型设计基本发展趋势，在课程设计上将上述两个方面的内容与模具知识点穿插结合，将造型设计要素与模具成形工艺结合，汽车造型发展与金属成形、先进汽车模具制造技术结合。融入具体设计案例贯穿知识主线，配合项目任务加深对所学知识内容的全面深入理解。
二、课程教学模式的改革与实施利用
将产品设计知识与理论融入具体的模具成形产品设计案例的方式教学，通过具体产品设计案例，分析讲解其所涵盖的知识点，并构成在模具成形产品设计时所要用到的提升核心设计能力的完整知识体系，使那些不适于工科类学生知识背景并且难以理解的设计艺术类理论内容与具体案例结合，将产品设计造型与成形加工制造工艺相结合，基于模具类学生知识体系与专业背景对设计理论进行讲解，注重结构设计与成形工艺性的结合，设计出符合制造加工工艺的产品。注重理论的理解与实际运用，使学生切实合理地运用相关设计知识，具有进行独立的模具成形产品造型设计的相关技能。根据所归纳的知识点与知识体系将产品设计所涉及的相关知识内容融入到具体模具成形产品的设计案例中，产品案例的选择具有广泛性与针对性，涵盖工业产品的各个门类，所使用案例产品必须时代性强、代表性强。同时考虑某些产品的更新换代较快，建立相关产品库，跟踪该类型产品的最新发展趋势，以更新融入案例。所融入的案例产品要有相当一部分具有多种设计知识的分析性，可以从设计优劣两个方面进行分析。案例产品对比性强，设计创新性强，能够启发引导学生在开阔思路的同时接受所融入的相关知识点。教学方式分为理论教学与实践，注重智力技能的训练。每个教学单元应该设置为：提出本单元所涉及的具体问题—讲授融入具体案例的相关知识—扩展讨论—总结归纳—思维训练—课业。构成完整的教学体系，在具体教学中突出互动性，对案例产品所涉及的相关知识内容分析讲授并进行讨论，让同学主动学习，开阔思路，举一反三，触类旁通。案例产品中所涵盖的知识点分析完成后，再从产品案例库中拿出其他产品案例让同学对比分析，分组讨论，分析其中设计理论与知识点的应用，同时在思维训练环节利用系统知识分析设计教师提出需要设计或改进的产品，提高学习知识点的质量。在理论教学之后，注重相关技能的学习与训练，能够熟练运用专业产品造型设计软件（Rhino）进行计算机辅助造型设计，在进行造型训练中也是针对具体造型案例进行设计造型，在对比与工程类3D软件（如Pro/e、UG）的区别后，在工程类3D软件不擅长的复杂曲面造型领域，采用专业产品造型设计软件（Rhino）进行设计表达，做到软件之间的切换运用与互相补充。
三、结语
对模具专业《产品造型设计》课程进行教学改革，必须结合本专业学生知识结构体系特点，立足于模具行业对人才的职业技能要求，将产品造型设计课程内容与模具专业所涉及的知识进行整合、提炼，注重所学知识在模具成形加工、模具成形产品设计中的应用。利用案例进行知识点融入，调动学生学习的积极性，引导学生更好、更有兴趣地学习掌握产品造型的设计方法和设计造型理论，与岗位需求相结合，做到知识学习的学以致用。
作者：孙佳楠吕永锋范建蓓单位：浙江机电职业技术学院
1.1塑件的结构要素
其内腔存在很多孔和凸台，结构较复杂。该塑件为手机允电器外壳，要求有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能。同时作为手机充电器，必须满足绝缘性。结合以上要求以及经济因素，故该塑件采用ABS塑料。
(1)脱模斜度。
脱模斜度足为了便于塑件的脱模，以免在脱模过程中擦伤制品表面，其大小取决于塑料的收缩率。脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。塑件内孔以型心小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出，塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状减小方向标出。要求开模后塑件留在型芯上，塑件表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。根据ABS的性能，型芯的脱模斜度取1º。
(2)加强筋。
为了使塑件有一定的强度和刚度，又能避免因壁过厚而产生成型缺陷，在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋，厚度2mm。
(3)塑件的圆角。
为了防止塑件转角外产生应力集小，需要在塑件的转角处或内部连接处采用圆角过渡，内外径均取R5mm。塑件形状工艺性非常复杂，没有一个规则的外表面，里面又有很多螺钉柱和加强筋，使得脱模力增大，塑件的下平面又有仅1mm的台阶，采用推板推出必然导致螺钉柱拉断，使得注塑工艺无法进行。所以，在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆，以便推出塑件。
(4)塑件的壁厚。
塑件壁厚对塑件的成型、冷却及变形会产生较大的影响。塑件壁厚不均，会导致各个部分固化收缩不均匀，易产生气孔、裂纹、内应力等缺陷。根据手机充电器外壳的材料，结构、强度等方面的要求，壁厚取2mm。
(5)孔。
制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位，孔的形状也应力求不增加模具制造工艺的复杂性。
(6)支承面。
以制品的整个底面作为支承面是不合理的，因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平。通常采用凸起的边框或底脚(三点或四点)来作支承。当制品底部有加强筋时，筋的端部应低于支承面约O.5mm左右。
1.2塑件尺寸公差与精度
该制品长140mm，宽80mm，最高60mm，重83.6g，其粗糙度值为RaO.06mm。影响塑件公差的主要因素是：模具制造误差及磨损误差，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损、塑料收缩的波动、注射工艺条件的变化、塑件制品的形状和飞边厚度的波动、脱校斜度及成型后制品的尺寸变化。手机充电器外壳上盖的塑件选用的尺寸精度等级为6级，公差为GB1800-79尺小公差数值。
模具设计要点
2.1方案的确定
方案一：1模2腔，购塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的上表面，使用定距拉杆加导柱和弹簧，确保第一次分型面在定模座板和中间板之间分开，凝料先被拉断。第二次分型而在动模板和中间板之间分开，以便取出制品。这样分型有利于模具加工、注射、排气、脱模，同时使得操作简单方便。
方案二：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的下表面，浇口道从推杆旁边进去，即做成潜伏浇口。但由于制品较高，流道太长，容易有浇注不足的现象发生。使用定距拉板分型自动脱落凝料和制品。但制品是壳体，下表面有台阶，而且多加两块推板使得本来就很长的流道加长，浇注不足的可能性就更大。
方案三：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。仪用热流道，可以消除废料的产生，但流道过长加热较复杂，而且ABS塑料流动性较好易产生涎流现象，改用PP等其它符合热流道的塑料，不仅塑性能不能满足制件功能要求，而且增加生产成本。
结合塑件注射可行性和经济性，对比以上3个方案，本次设计选择方案一。
2.2确定型腔分型面及型腔数目
模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型面，在制品设计时，必须要考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。因侧向合模锁紧力较小，故对于投影画较大的大型制品，应将投影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上，而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。本模具的分型而选择在塑件的大平面处。采用1模2腔结构。
2.3型腔、型芯的结构
(1)型腔的结构设计：本设计采用嵌入式型腔结构。该结构广泛应用于中小型塑件的模具中。加工方法可采用普通机加工、数控机床、电火花、电铸成型等方法。将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中，嵌入的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢，渗碳淬火后抛光。
(2)型芯的结构设计：型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。本模具中型芯采用组合式型芯结构。采用该种结构可节省优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模和定模位置精度，即有利于型芯冷却和排气的实施。
2.4浇口的设计
浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。其主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在点浇口的限制性断面前加工出圆弧，有利于延缓浇口处熔体冻结，对向型腔中补料有利。根据制品的结构要求，本设计采用点浇口形式。
点浇口的参数：由推荐值取点浇口直径d=1.2mm，浇门长度L=1mm。
2.5冷料穴的设计
当分流道设计得比较长时，其末端留有冷料穴。其作用是收集塑料熔体的前锋冷料，以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔，造成充模不足或影响制品的熔接强度或形成冷疤等缺陷。常用的冷料穴主要有带工形拉料杆的冷料穴、带推杆的倒锥形冷料穴，带推杆的圆形冷料穴、带拉料杆的球头形冷料穴、带椎杆的菌形冷料穴、主浇道延长式冷料穴。本次设计采用的是带工形拉料杆的冷料穴，其特点是容易加工，而且有利于脱模时除去浇道口废料，如图3所示。
模具结构及其工作过程
模具的分型面选择在塑件的大平面处，1模2件。为减少浇口疤痕，采用点浇口注射。模具的结构如图4所示。
1动模座板28122124263136螺钉31418导柱416导套5垫块6支撑板7凸模板9凹模板10限位拉板11限位圆柱销1328弹簧15定模座板17凸模型芯镶块19推杆固定板20推板2223推杆25限位挡块27弹簧垫圈29滑块30楔块32斜导柱圆定板33斜导柱34定位圏35浇口套37拉料杆38复位杆39限位钉
由于模具的凸模部分存在很多孔和凸台，本设计凹模采用整体式凹模结构。凸模采用组合式凸模结构，比较紧凑。针对侧向抽芯距离比较短的情况，设计了二次分型滑动抽芯结构。注射成型后，先从I—I而进行一次分型，完成侧向抽芯动作，当限位圆柱销碰到限位拉板的端头时开始从Ⅱ-Ⅱ面二次分型，目的是拉断点浇口，塑件包紧在凸模型芯上，当运动到一定距离时，然后注射机推动推杆固定板，推杆发生作用，推出塑件脱落。同时拉料杆将凝料推出自动脱落。
模具的工作过程：注射成型后，开模时，在弹簧13和凝料拉料杆37的拉紧作用下，从I—I面一次分型，定模底板15与凹棋板9分开，凝料留在凹模板9一侧；凹模板9带动滑块29后移，在斜导柱33的作用下，滑块29在凸模板7上沿着导轨作横向移动从而完成侧向抽芯动作。当限位圆柱销11的端头碰到限位拉板的端头时凹模板9停止不动，一次分型结束，滑块29与凸模板7继续运动，开始从Ⅱ—Ⅱ而二次分型，首先拉断点浇口，在塑件包紧凸模的包紧力作用下，塑件随着凸模型芯17继续运动。当运动到一定距离时，注射机的顶杆推动推杆固定板19，带动推杆将塑件推出动模，同时拉料杆37将疑料推出。
模具合模时，动模运动到Ⅱ—Ⅱ分型面使型芯和型腔啮合。推杆22、23和复位杆38首先复位；继续运动，当滑块29在楔块30和斜导柱33的作用下，产生相对运动，压制滑块29沿导轨产生横向运动，迫使滑块复位，当凹模板9、和定模座板15完全啮合时，结束合模。
开始下一个工作循环过程。
注塑成型工艺简介
注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。
（1）物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。
（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。
（3）制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。
退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10~20度至热变形温度以下10~20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃，加热温度为100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。
注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.
(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.
(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.
(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.
常用的注射速率如表3-4所示。
表4-4注射量与注射时间的关系
注射量/CM125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.
(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.
(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.
该塑件为收音机的上盖外壳。利用UG8.0三维设计软件对该塑件进行实体造型，如图1所示。塑件最大尺寸为长110mm，宽70mm，高13.5mm。上盖壳体壁厚较均匀，壁厚在1.5~2mm之间，满足该塑料最小壁厚要求，有利于零件的成型。收音机外壳侧面有两个侧孔，所以模具要采用侧向分型机构。
2塑件的CAE分析
2.1有限元分析前处理
塑件的三维实体模型设计好以后，利用CADdoctor软件去除模型中的小圆角、斜角、凸台、凹坑、圆孔等细小特征，并修复缝合实体模型中的自由面。然后将简化和修复好的模型导入到Moldflow软件中进行有限元分析。模型采用表面网格类型，网格统计主要信息如表1所示。塑件的材料为GEplastics公司生产的牌号为cycolacG364的ABS。其熔体温度为245℃，模具温度为55℃，塑件的顶出温度为90℃。
2.2最佳浇口位置与浇注系统
塑件的浇口位置对塑料熔体快速均匀充满模具型腔和保压效果都起着决定性作用，因此浇口设计合理与否对塑件的表面质量、性能和塑件的强度影响较大。Moldflow软件中的最佳浇口位置分析，可以帮助设计人员得到最佳的浇注位置，如图2所示。根据分析结果，可以看出塑件的最佳浇口位置是在分析结果的蓝色区域，即上盖的中间区域。这是因为浇口在中间，熔料在型腔的流动距离短，熔料流动前沿处温度较高，流动性好的原因。由此初步确定塑件的浇口由四个长4mm、宽2mm的矩形侧浇口组成，分流道为直径5mm的圆形截面，主流道为锥形，其浇注系统模型如图3所示。
2.3充填+流动+冷却分析
在设置工艺顺序中提交“充填+流动+冷却”分析。建立冷却通道模型并设置好材料属性、工艺参数后，运行“立即分析”。经软件计算后得到分析结果如图4所示。图4为充填时间云图。观察充填时间可以看出，注塑成型时，塑件并没有出现短射现象。但收音机外壳四角处充填的时间相差较大，这是因为要保证主流道在塑件的中心位置，塑件的四个分流道的长度不同，致使流道出现不平衡现象。由于浇口的数量较多，塑件在两股流动前沿汇合处易形成熔接痕。如图5充填区域图和图6熔接痕位置图所示塑件的很多位置可能出现熔接痕。特别是在塑件的两个侧抽芯部位。从图7流动前沿处温度图来看，在这一区域流动前沿温度较低，出现熔接痕在所难免。塑件采用一个侧浇口的浇注系统，其熔接痕云图如图8所示。可以看出，熔接痕的数量明显减少。容易出现熔接痕的侧抽芯部位其流动前沿处温度为246.7℃，245.6℃接近熔体最高温度246.9℃，如图9所示。所以认为塑件的质量明显提高。模具采用水为冷却介质，设计的冷却通道为直流循环式。经Moldflow分析其回路冷却介质温度最高为25.2℃，最低为25℃。入水口和出水口温差较小，冷却效果较好。
3注塑模具设计
3.1成型零件的设计
塑件成型分析得到最佳的工艺方案后，就可以利用UG/Moldziard完成收音机外壳的注塑模具设计。模具采用一模一腔的结构形式。型芯和型腔为镶嵌结构，型腔和型芯采用单独加工，然后采用过渡配合压入模板中，如图11所示。
3.2模架和标准件的加载
在选择模架时，应为浇注系统、冷却系统、导柱、导套、连接螺钉等标准件留出安装位置，经过估算确定模架为标准的LKM系列模架。其模架类型为“ECI”型，规格为“3535”。图13为加载的标准模架。Moldwizard标准件库有定位环、浇口套、喷嘴、水管接头、螺钉、弹簧和垫圈等标准件。使设计人员设计模具的效率大大提高［2］。图14为加载的冷却系统标准件。收音机外壳的侧面有两个侧孔，塑件不能直接出模，需设置侧型芯抽芯机构。本模具采用拖拉式滑块抽芯，其特点是抽芯距离短，抽芯力较大，如图15所示。
4结语
1．1型腔的分布
根据注射量、锁模力、产品的精度要求、经济性，选择模具的型腔的数目为8个。综合考虑到模具的复杂程度拟采用型腔排列方式。
1．2分型面的确定
分型面的合理选择对塑件的成型、脱模、模具结构和制造成本都有影响，选择分型面时应综合分析比较。通过对塑件的结构进行分析，结合分型面的选择原则，该塑件分型面的选择如图4所示。
1．3浇注系统设计
根据塑件的原料及尺寸、型腔的数目及布置，采用普通浇注系统，由于是多型腔模，必须设置分浇道，用侧浇口从零件的分型面处进料。
1．3．1主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套。
1．3．2分流道设计
分流道的截面采用圆形截面，结构采用平衡进料的分流道形式，为了保证各个进料口同时均衡的进料，分流道与浇口的连接设计为圆形分流道与圆形浇口的连接形式。
1．3．3浇口设计
针对摩托车转向灯灯盖的具体结构，浇口选择在灯盖一侧的侧浇口，这种浇口可以简化模具结构，减少浇注塑料的消耗量，提高生产效率。
1．4凸凹模的结构设计
1．4．1凹模结构的设计
凹模用来成型塑件外表面，多装在注塑机的固定板上。该设计的凹模用整体嵌入式。这种形式的凹模结构简单、牢固，不易变形，可单独加工;型腔形状与尺寸一致性好，用于塑件尺寸不大的多腔模;并且塑件无拼缝痕迹。
1．4．2凸模结构的设计
凸模用于成型塑件内表面，通常安装在注射机动模板上。由于注塑成型中，常让塑件留在凸模上，所以凸模上常装有顶出机构，以方便塑件脱模，其结构
2模具总体结构及工作原理
它采用双层型腔注射模，采用的是可以拉断分离的两级主流道和侧浇浇口，两层分流道开设在型芯固定板8上面，来自注射机喷嘴的熔料，在经过第一级主流道和上层分流道注入到上层型腔的同时，通过第二级主流道及下层分流道注入下层型腔完成充模。开模时，在摆钩26和挂块27的限制及弹簧23的作用下，首先从Ⅰ面分型。由于塑件对型芯的包紧力，上层塑件及流道的凝料留在定模推件板11的一侧，Ⅰ面分型时将上层浇口及主流道细颈处拉断，实现上层塑件与分流道及第二级主流道的自动分离。Ⅰ面分型至限位螺钉19限定的距离时，型腔固定板8继续移动，并拉动定模推件板11，在Ⅱ处分型，将上层塑件及流道凝料脱落。此时由于限距拉板9的作用，型腔固定板8停止移动，同时压板22迫使摆钩26与挂块27脱离。由于塑件对型芯34的包紧力，使下层塑件、流道凝料及推件板30一起随动模移动，Ⅲ面开始分型，同时拉断下层浇口。继续开模，注射机顶杆顶住模具顶出机构，并限制推件板移动，此时Ⅳ面打开，将下层塑件及流道凝料脱落。模具重新闭合，即开始下一个成型周期。
3结语
板料放到加热炉进行加热，加热要均匀，温度达到900℃。通过机器手把加热好的料片送到带有冷却系统的模具中进行冲压成形，模具闭合后保压5~10s，使板料在模具内快速冷却淬火（模具的温度控制在200℃左右范围内），钢板内部组织从奥氏体转化成马氏体。制件温度降至80~150℃左右取出。最后用激光切割机切割出最终的制件。采用热成形技术生产的制件具有强度高、尺寸精度高、成形质量好等特点。已经广泛应用于汽车前后保险杠、A柱、B柱、C柱、车顶构架、车底通道框架、仪表台支架、以及车门内板、车门防撞梁等构件的生产。
2某车型B柱热成形模具设计
2.1制件介绍热成形制件的主要结构特征是在冲压方向上没有负角，不需要翻边整形等工序，能够一次能成形到位，
2.2B柱的热成形工艺分析
（1）工艺设计。热成形的工艺一般需要落料、成形、修边冲孔等工艺，修边冲孔工序一般采用激光切割的方法实现。成形工序的结构一般分为上模、下模、压料芯（或者托料芯），与冷冲压的成形类似，热成形制件生产时主要采用高速液压压机或者伺服机械压机，在成形过程中需要一定的保压时间，生产效率比较低，一般4~6次/min。所以，在工艺设计时一般一模多件，从而提高生产效率。
（2）工艺分析。在工艺设计完成后，要对工艺进行CAE分析。主要应用Autoform、Dynaform等软件。该B柱是用Autoform软件分析的。在分析过程中最关键的是材料的特性参数的输入，由于热成形制件在成形过程中，内部组织由奥氏体转化成马氏体，材料的机械性能也在不断的发生变化。所以，不是一条简单的特性曲线。为了进行CAE分析，通过实验，根据不同温度、不同微观组织的变化，将材料参数简化成多条特性曲线输入材料参数后，要对一些特性参数及运动过程进行设置。如：室温为20℃、模具温度设置90℃、系数0.4、板料温度900℃、网格单元采用壳单元及热传导率等，设置完成后进行计算。
2.3B柱的热成形模具设计
（1）模具结构设计。热成形的模具是热成形过程中最重要的设备之一，热成形模具设计也是热成形技术的关键技术之一。热成形在生产过程中,由于加热后的板料在成形过程中会使模具温度不断升高，为了把模具温度控制到一定的范围内，必须对模具进行冷却。这就需要模具设计时，要设计合理的冷却管道，通过冷却水对模具进行冷却，使模具保持一定的温度。如图9所示，是设计完成的某B柱热成形模具。
（2）模具冷却系统分析。冷却系统是热成形模具设计的重点，也是难点。冷却系统设计的是否合理直接影响着热成形生产的品质。是某B柱热成形模具下模的冷却系统，在设计冷却系统时，既要保证模具均匀冷却，也要保证合理冷却时间，使热成形板料在冷却过程中，内部组织能够有效的转化。冷却系统设计完成后，要对冷却系统进行CAE分析，对冷却系统进行优化。
3结论
1盒形件拼焊板成形过程有限元模拟
利用有限元模拟技术可以作为拼焊板成形工艺设计和成形过程分析的依据。为了设计提高拼焊板成形性能的模具，研究焊缝夹紧装置对拼焊板成形性能的影响，首先利用有限元，模拟了带焊缝夹紧与不带焊缝夹紧的盒形件拼焊板成形过程，为模具制作提供工艺依据。盒形件拼焊板成形中焊缝夹紧装置与模具、拼焊板之间的位置关系。在模拟过程中，采用的拼焊板材料ST16O5，由大小相等(长宽均为410mm×295mm)，厚度分别为0.8mm和1.2mm的矩形板料焊接而成，焊缝采用虚拟焊缝；虚拟冲压速度为8000mm/s；压边力为540kN；拉深深度为50mm。所建立的带夹紧装置的有限元模型。模拟采用的焊缝夹紧装置为3个大小一致的夹紧柱，直径为36mm。夹紧柱通过与凸模模面顶部作用以夹紧焊缝，阻止拼焊板底部材料由薄侧向厚侧移动。模拟中，夹紧柱的夹紧力为540kN。带焊缝夹紧和不带焊缝夹紧的盒形件拼焊板成形后的结果。方案一为带焊缝夹紧装置。方案二没有焊缝夹紧装置。其他成形条件都一致。方案一，采用夹紧装置的拼焊板在成形中，在盒形件底部的焊缝基本没有移动，同时最大径向拉应力和最大减薄率都小于没有焊缝夹紧装置的成形，表明焊缝夹紧装置能改善因板料减薄和拉应力过大而导致的破裂，提高拼焊板成形性能。
2盒形件拼焊板模具设计
按照有限元模拟的工艺参数和结构布置，设计了带焊缝夹紧装置的盒形件拼焊板模具。
3个夹紧柱通过液压缸的作用
与凸模顶面接触，施加夹紧力。整个模具工作过程如下：首先将激光拼焊板放在凹模上，根据厚薄情况进行定位。夹紧柱与凸模共同作用，夹紧住焊缝。凹模下行，与凸模接触，将激光拼焊板压紧，控制拼焊板法兰处材料流动。凹模继续下行，在焊缝被夹紧的状态下完成激光拼焊板冲压成形。释放夹紧柱夹紧力，凹模上行，与拼焊板分离。冲压件顶出，冲压过程结束。采用液压夹紧，主要是为了确保在成形过程中夹紧力作用的稳定可靠。在夹紧杆前端敷设一层聚氨酯橡胶提高摩擦系数，同时避免夹紧杆划伤冲压件表面。液压夹紧系统原理图。整个液压系统由柱塞泵、节流阀、减压阀、手动换向阀、液压缸等组成。通过手动控制，实现对焊缝的夹紧和松开。3实验通过控制液压夹紧装置，对所设计的模具分别进行了带焊缝夹紧和不带焊缝夹紧两种方案的冲压实验，并将实验结果与有限元模拟结果进行了比较。带夹紧装置的盒形件零件与模拟结果的成形比较图。从成形零件的成形情况，可以得到模拟结果较好的反映出了零件成形中的材料流动和成形过程。由于零件的对称性，焊缝移动量的测量位置从一端焊缝端点开始，每隔15mm取点测量，测到板料的中点为止。从分析结果可以得到，有限元模拟很好的预测了焊缝移动的趋势。同时，采用液压夹紧装置后，盒形件拼焊板的焊缝移动得到了控制，提高了拼焊板的成形性能。证明了所设计模具的有效性。
4结论
（1）有限元模拟能够较准确预测盒形件拼焊板成形，其结果与实验结果一致。（2）采用焊缝夹紧装置，能够提高拼焊板的成形性能，特别是拼焊板成形过程中的焊缝移动。（3）所设计的带液压夹紧装置的盒形件拼焊板模具操作简单、可靠，可有效提高拼焊板成形性能，能为同类模具参考。
作者：张家骅 马玉莹 余暕浩 单位：无锡工艺职业技术学院机电工程系
