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[摘要]在《塑料模具CAD》课程的上机操作环节，结合国外先进挤出成型技术，对该模具进行了计算机辅助设计（Computer Aided-Design，CAD）实际训练，对提高学生的学习兴趣起到了明显的作用。
[关键词]模具CAD 微孔薄膜挤出模 模具结构设计
一、引言
《塑料模具CAD》是我校高分子专业本科生的必修课程之一，为了增加学生对该门课程的兴趣，在上机实践环节将多个国际知名大学在研课题与CAD三维建模技术结合起来，对学生进行模具设计实训。
如佐治亚理工学院姚冬刚课题组在研项目—橡胶辅助热压印花成型技术，我们首先讲解该成型技术的原理、试验操作，分析弹性体辅助热压制品质量的影响因素，对该成型工艺有个全面的、深入的了解，最后对微纳尺度范围下的热压模具进行CAD设计。本文将以另一具体设计实例为例，来讲下如何将国外在研课题与《塑料模具CAD》上机实践环节实现有机结合。
二、MCF简介
塑料微孔薄膜（microcapillary film，简称MCF）是由英国剑桥大学M.R.Mackley[1]于2004年提出的一种新型聚合物挤出成型技术。该技术将气体输送到特制的挤出模内，熔体离开口模后生成了内部镶嵌平行排列的微米级气体通道的聚合物薄膜（如图1所示）。其制品柔软、可灵活的缠绕于任意复杂物体的表面，在流体化学、微型换热器、动态压力传感器以及流体传输等诸多领域有着广阔的应用前景[2-3]。
MCF成型技术在国外已经进行多年研究，并在CAE、试验及制品应用领域进行了大量的探索研究。而国内对此项技术尚无报道，该技术的核心是MCF挤出模的设计。本研究拟利用UG软件对MCF挤出模进行辅助设计。
三、MCF挤出模设计
模具应实现两部分功能：一是聚合物熔体实现薄膜型挤出；二是产生一排平行的气体微通道。
（一）MCF挤出模横截面尺寸
塑料薄膜的尺寸为1mm×40mm；气孔的直径为0.5mm，气孔间的间距为3mm。气体的体积约占薄膜总体积的4%.
（二）熔体挤出模部分
1.熔体挤出模的成型段
成型段的主要尺寸是1mm×40mm狭缝，固定螺钉选用Φ8mm，螺钉边缘预留10mm左右的间隙，故模具外径为50mm。厚度初设5mm，实验中在成型段下方可借助垫片来调整和变换成型段的长度。
2.熔体挤出模的过渡段
熔体在模具里的流动通道由机头的圆形变成成型段的薄膜形，故在过渡段有一结构变化，此部分变化由锲型收缩实现。
锲型收缩的尖角控制在15-30°范围内[4-5]，锲型收缩的外圆由成型段狭缝截面的四个顶点组成，即外圆为一半径
=20.0mm的圆。下图中尖角实际设置为28.1°，高度为30mm。
过渡段核心部分及成型段的模具结构详见如图3所示，可实现整体性加工。
过渡段除使熔体产生狭缝流外，还应同时实现气体注入结构在模具中的紧固和定位。为此设计模块2，具体尺寸是：内径20mm，外径50mm，厚度除应大于模块1的锲型收缩高度（30mm），还应预留出气体注入结构的紧固和输送尺寸，故选为50mm。在上表面开槽，可用于固定气体注入结构。在模块2侧壁上打孔，通孔1是外界气体注入点，通孔2可连接熔体温度压力传感器，用于挤出成型工艺参数的实时监控。
将模块1从模块2的下方插入，将两部分部分组装起来，形成模具的主体部分。
3.熔体挤出模的输送段
此部分的结构较为简单，外径为50mm，内径为20mm。厚度依据经验初设计为20mm。
（三）MCF气体注入部分
微孔薄膜气体注入结构如图5所示。气体注入后会迅速填充满整个气室，由于气室的体积较大，气体在此得到缓冲，可保证气体以相同的速度和流量流经每一个微气体通道。
这种设计的缺点是很难实现壳型气室的加工，为此将此结构分为上下两部分分别进行加工，加工后下半部分很难固定到模具中。可选用焊接的方式将两部连接，再经过插槽固定在模具里。
（四）MCF挤出模整体结构图
在UG软件中assemblies功能菜单下，首先将模块1从模块2的下方进行装配，然后将气体注入结构从模块2的上方进行装配，最后是熔体输送段的安装。上述各个模块依序装配后，模具的整体结构用drafting自动绘制的二维图如下所示。
四、结束语
经过最近几年的教学实践，收到了很好的教学效果。学生一改过去的听不懂、没兴趣，到现在积极主动的去阅读外文文献，了解当前国外大型研究机构的研究动向，努力学习国际上成型加工新技术和模具设计加工新技术，不仅提高自身的能力，而且极大的促进了《塑料模具CAD》这门课程的学习，收到了很好的教学效果。
基金项目：江西省教育厅项目（GJJ10530）、校博士启动金资助及教改课题资助。
[参考文献]
[1]Hallmark， B Gadala-Maria， F Mackley， MR The melt processing of polymer microcapillary film （MCF）[J]. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics， 2005，128 （2-3）. 83-98.
[2]Dorfling， C. Hornung， CH Hallmark. The experimental response and modelling of a solar heat collector fabricated from plastic microcapillary film[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells， 2010，94 （7）. 1207-1215.
[3]Hornung， CH Hallmark， B Mackley， MR Multiple Microcapillary Reactor for Organic Synthesis. Industrial&[J].； Engineering Chemistry Research， 2010，49 （10）. 4576-4588
[4]赵良知，吴舜英. 聚合物熔体在圆锥短口模的挤出胀大方程[J]..中国塑料，2004（03）：32-35.
[5]赵良知，吴舜英. 聚合物熔体在任意长径比圆锥口模的挤出胀大唯象研究[J].塑料，2005（04）：24-29.
（作者单位：南昌航空大学材料学院 江西南昌）
[关键词]模具CAD 微孔薄膜挤出模 模具结构设计
一、引言
《塑料模具CAD》是我校高分子专业本科生的必修课程之一，为了增加学生对该门课程的兴趣，在上机实践环节将多个国际知名大学在研课题与CAD三维建模技术结合起来，对学生进行模具设计实训。
如佐治亚理工学院姚冬刚课题组在研项目—橡胶辅助热压印花成型技术，我们首先讲解该成型技术的原理、试验操作，分析弹性体辅助热压制品质量的影响因素，对该成型工艺有个全面的、深入的了解，最后对微纳尺度范围下的热压模具进行CAD设计。本文将以另一具体设计实例为例，来讲下如何将国外在研课题与《塑料模具CAD》上机实践环节实现有机结合。
二、MCF简介
塑料微孔薄膜（microcapillary film，简称MCF）是由英国剑桥大学M.R.Mackley[1]于2004年提出的一种新型聚合物挤出成型技术。该技术将气体输送到特制的挤出模内，熔体离开口模后生成了内部镶嵌平行排列的微米级气体通道的聚合物薄膜（如图1所示）。其制品柔软、可灵活的缠绕于任意复杂物体的表面，在流体化学、微型换热器、动态压力传感器以及流体传输等诸多领域有着广阔的应用前景[2-3]。
MCF成型技术在国外已经进行多年研究，并在CAE、试验及制品应用领域进行了大量的探索研究。而国内对此项技术尚无报道，该技术的核心是MCF挤出模的设计。本研究拟利用UG软件对MCF挤出模进行辅助设计。
三、MCF挤出模设计
模具应实现两部分功能：一是聚合物熔体实现薄膜型挤出；二是产生一排平行的气体微通道。
（一）MCF挤出模横截面尺寸
塑料薄膜的尺寸为1mm×40mm；气孔的直径为0.5mm，气孔间的间距为3mm。气体的体积约占薄膜总体积的4%.
（二）熔体挤出模部分
1.熔体挤出模的成型段
成型段的主要尺寸是1mm×40mm狭缝，固定螺钉选用Φ8mm，螺钉边缘预留10mm左右的间隙，故模具外径为50mm。厚度初设5mm，实验中在成型段下方可借助垫片来调整和变换成型段的长度。
2.熔体挤出模的过渡段
熔体在模具里的流动通道由机头的圆形变成成型段的薄膜形，故在过渡段有一结构变化，此部分变化由锲型收缩实现。
锲型收缩的尖角控制在15-30°范围内[4-5]，锲型收缩的外圆由成型段狭缝截面的四个顶点组成，即外圆为一半径
=20.0mm的圆。下图中尖角实际设置为28.1°，高度为30mm。
过渡段核心部分及成型段的模具结构详见如图3所示，可实现整体性加工。
过渡段除使熔体产生狭缝流外，还应同时实现气体注入结构在模具中的紧固和定位。为此设计模块2，具体尺寸是：内径20mm，外径50mm，厚度除应大于模块1的锲型收缩高度（30mm），还应预留出气体注入结构的紧固和输送尺寸，故选为50mm。在上表面开槽，可用于固定气体注入结构。在模块2侧壁上打孔，通孔1是外界气体注入点，通孔2可连接熔体温度压力传感器，用于挤出成型工艺参数的实时监控。
将模块1从模块2的下方插入，将两部分部分组装起来，形成模具的主体部分。
3.熔体挤出模的输送段
此部分的结构较为简单，外径为50mm，内径为20mm。厚度依据经验初设计为20mm。
（三）MCF气体注入部分
微孔薄膜气体注入结构如图5所示。气体注入后会迅速填充满整个气室，由于气室的体积较大，气体在此得到缓冲，可保证气体以相同的速度和流量流经每一个微气体通道。
这种设计的缺点是很难实现壳型气室的加工，为此将此结构分为上下两部分分别进行加工，加工后下半部分很难固定到模具中。可选用焊接的方式将两部连接，再经过插槽固定在模具里。
（四）MCF挤出模整体结构图
在UG软件中assemblies功能菜单下，首先将模块1从模块2的下方进行装配，然后将气体注入结构从模块2的上方进行装配，最后是熔体输送段的安装。上述各个模块依序装配后，模具的整体结构用drafting自动绘制的二维图如下所示。
四、结束语
经过最近几年的教学实践，收到了很好的教学效果。学生一改过去的听不懂、没兴趣，到现在积极主动的去阅读外文文献，了解当前国外大型研究机构的研究动向，努力学习国际上成型加工新技术和模具设计加工新技术，不仅提高自身的能力，而且极大的促进了《塑料模具CAD》这门课程的学习，收到了很好的教学效果。
基金项目：江西省教育厅项目（GJJ10530）、校博士启动金资助及教改课题资助。
[参考文献]
[1]Hallmark， B Gadala-Maria， F Mackley， MR The melt processing of polymer microcapillary film （MCF）[J]. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics， 2005，128 （2-3）. 83-98.
[2]Dorfling， C. Hornung， CH Hallmark. The experimental response and modelling of a solar heat collector fabricated from plastic microcapillary film[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells， 2010，94 （7）. 1207-1215.
[3]Hornung， CH Hallmark， B Mackley， MR Multiple Microcapillary Reactor for Organic Synthesis. Industrial&[J].； Engineering Chemistry Research， 2010，49 （10）. 4576-4588
[4]赵良知，吴舜英. 聚合物熔体在圆锥短口模的挤出胀大方程[J]..中国塑料，2004（03）：32-35.
[5]赵良知，吴舜英. 聚合物熔体在任意长径比圆锥口模的挤出胀大唯象研究[J].塑料，2005（04）：24-29.
（作者单位：南昌航空大学材料学院 江西南昌）