基于案例的沖壓模具課程教學(xué)分析

周波龍

（廣東省工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 佛山 528237）

沖壓模具課程教學(xué)一直是工科院校的教學(xué)重點(diǎn)，歷來受到重視，但是目前基于案例的沖壓模具教學(xué)課程研究還不是很多，同時(shí)也存在著較多的不足之處，在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性方面還有待提高。筆者基于案例，對(duì)沖壓模具設(shè)計(jì)的相關(guān)課程進(jìn)行了分析研究。沖壓模具的整個(gè)工業(yè)流程一般是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工、組裝、后期保存與維修等內(nèi)容組成，不僅要求學(xué)生在學(xué)習(xí)期間正確掌握沖壓模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，同時(shí)要求能夠達(dá)到在工業(yè)中的熟練應(yīng)用。

1 基于高精度沖壓模具設(shè)計(jì)的案例研究

高精度沖壓模具在當(dāng)代工業(yè)中的應(yīng)用和地位越來越受到重視。特別是隨著高精度零件的發(fā)展和生產(chǎn)需求，能否生產(chǎn)出尺寸較薄的高精度零件產(chǎn)品，考驗(yàn)著每個(gè)生產(chǎn)制造商的沖壓模具水平，同時(shí)也是企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中的重要一環(huán)。因此學(xué)校的基本教學(xué)中，需要結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)高精度模具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和操作能力。

1.1 高精度沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高精度沖壓模具的機(jī)構(gòu)通常按照其外部形狀進(jìn)行區(qū)分，最為常見的有一體式、組合式等幾種。高精度沖壓模具的基本結(jié)構(gòu)多為長方體，這樣在機(jī)床上進(jìn)行加工，可以大大降低加工難度，同時(shí)為后期的修整過程中利于位置的移動(dòng)，從而能夠準(zhǔn)確控制模具的位置。

一體式?jīng)_壓模具的結(jié)構(gòu)通常有連臂式或全通式兩種，其中連臂式?jīng)_壓模具在后期的維修或者部件的更換過程中需要拆卸，這樣對(duì)沖壓模具的高精度及使用時(shí)間會(huì)產(chǎn)生一定影響，同時(shí)由于高精度沖壓模具的定位位置限制，在拆卸的過程中還會(huì)對(duì)其它加工產(chǎn)生干擾，因此該沖壓模具的使用不多。全通式?jīng)_壓模具在應(yīng)用過程中，采用壓板定位的方式，能夠起到很好的防回彈效果。

1.2 高精度沖壓模具的加工制造與拆裝

高精度沖壓模具的加工制造主要是其外形的加工，特別是高精度沖壓模具的表面粗糙度、光潔度以及尺寸精度方面的要求。高精度沖壓模具的加工，一般采用線切割工藝進(jìn)行加工，加工過程中會(huì)在沖壓模具的表面形成氧化層，為實(shí)現(xiàn)工具后期的精加工和組裝，通常采用不同的模具結(jié)構(gòu)，其中最為常用的是在沖壓模具的底部，加工基本尺寸為2mm，內(nèi)部凹陷尺寸為0.02mm的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)；另一種結(jié)構(gòu)是在高精度沖壓模具的底部進(jìn)行倒角加工，倒角半徑為1.5mm，在組裝沖壓模具前用機(jī)床加工而成；第三種較為常見的方式是將高精度沖壓模具的板框尺寸高出模具外形尺寸0.02mm。

高精度沖壓模具的下半部分主要由高精度模板座、高精度墊板和高精度固定板組成，在高精度沖壓模具的拆裝過程中，為了不動(dòng)高精度模板座而將高精度固定板取出，一般從高精度墊板旁邊將其用桿類零件取出，但高精度模板座存在硬度較大的問題，無法直接卸下，因此可以設(shè)計(jì)2個(gè)厚度4mm的楔形體，同時(shí)在楔形體下端設(shè)計(jì)2個(gè)直徑4mm的通孔，實(shí)現(xiàn)3mm桿類零件的順利插入并頂出寫楔形體。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高精度沖壓模具拆卸結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 高精度沖壓模具的維修與配套技術(shù)

高精度沖壓模具的使用在當(dāng)代工業(yè)中越來越多，對(duì)于配套的生產(chǎn)集中程度要求也越來越嚴(yán)格，特別是在沖壓模具的精度尺寸和使用壽命方面的要求更為突出。在常規(guī)的五金沖壓模具中，其使用時(shí)間一般為100KK，較為高端的沖壓模具要求使用壽命達(dá)到500KK，因此在模具的厚度設(shè)計(jì)方面一般大于2mm，對(duì)于墊片的厚度一般要求大于2～3mm，其中墊片之間的誤差控制在0.01mm以內(nèi)，這樣在對(duì)模具的破損部分進(jìn)行維修時(shí)，就可以通過使用對(duì)應(yīng)厚度的墊片將模具墊高，對(duì)于沖壓模具因維修而損失的部分為0.01mm的整數(shù)倍，多個(gè)墊片可以實(shí)現(xiàn)多次利用，降低生產(chǎn)成本。該維修方案不僅能夠保證維修精度，同時(shí)使用過程簡單快捷，提高了工作效率。

對(duì)于組合式?jīng)_壓模具的維修，要設(shè)計(jì)為多個(gè)步驟，其中對(duì)于模具的切割部分的要求上精度不低，傳統(tǒng)的線切割難以滿足精度方面的要求，較為常用的方法是后期把模具設(shè)計(jì)為多個(gè)分塊，對(duì)分塊采用磨床精細(xì)加工，從而提高沖壓模具的精度和表面粗糙度。在對(duì)原坯料進(jìn)行加工的過程中，產(chǎn)品的圓角半徑控制在0.12mm以內(nèi)，因此對(duì)于線切割的絲線提出較高的要求，絲線較粗難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，絲線過細(xì)又容易使其發(fā)生斷裂，因此將模具設(shè)計(jì)為多塊組合，可以使圓角半徑控制在0.05mm以內(nèi)。

2 基于三維軟件二次開發(fā)的沖壓模具教學(xué)案例研究

2.1 沖壓模具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總體分析

沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)配套技術(shù)主要是對(duì)沖壓工具的選擇、工序的排布、模具關(guān)鍵參數(shù)的技術(shù)、材料的利用程度、沖壓過程中的力的大小分析、壓力設(shè)備的優(yōu)選等。其中參數(shù)設(shè)計(jì)步驟主要是將事先計(jì)算好的尺寸輸入到三維繪圖軟件系統(tǒng)中，通過軟件自動(dòng)生產(chǎn)三維圖，如果涉及標(biāo)準(zhǔn)的零部件，則直接從零件庫里調(diào)取。裝配系統(tǒng)則是將各個(gè)零部件匯總到一起。運(yùn)動(dòng)模擬研究是在整個(gè)裝配結(jié)束之后進(jìn)行的，在此過程中，也可以對(duì)零部件己知的干涉進(jìn)行檢測和分析。

2.2 沖壓模具系統(tǒng)的開發(fā)工具選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)分析

傳統(tǒng)的沖壓模具三維立體圖繪制工具一般包括SOLIDWORKS、UG等，在眾多的開發(fā)工具中，SOLIDWORKS的開放性最好，且功能較為齊全，該三維繪圖軟件提供了較好的兼容性能，同時(shí)可以與VB、C++、FOrtrun等編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)接。在使用過程中，一般講C++程序與之對(duì)接，實(shí)現(xiàn)三維繪圖軟件的二次開發(fā)。沖壓模具系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)主要涉及到以下幾個(gè)方面的參數(shù)：凸型模板固定裝置、凸型模板本體、凹型模板本體、凹型模板固定裝置的參數(shù)設(shè)計(jì)研究等。筆者以凸型模板本體為例進(jìn)行分析研究，最終在系統(tǒng)中輸入相關(guān)的參數(shù)，其中d=10.5mm，h=2mm，D=15mm，D1=13mm，L=60mm。具體如圖2所示。

圖2 凸型模板本體參數(shù)輸入系統(tǒng)

2.3 沖壓模具裝配功能失效與運(yùn)動(dòng)仿真分析

沖壓模具的三維立體圖在裝配過程中一般采用多種組合方式，其中最為常見的是中間向外部裝配或者從下向上裝配，筆者在本次研究中采用從下向上的裝配模式，先對(duì)零部件進(jìn)行繪制，然后進(jìn)行沖壓模具零件的裝配。利用該三維繪圖軟件進(jìn)行沖壓模具的裝配過程中，如果單個(gè)沖壓模具零部件的尺寸發(fā)生變化，則對(duì)應(yīng)的裝配系統(tǒng)內(nèi)的沖壓模具也發(fā)生相應(yīng)的變化，實(shí)現(xiàn)尺寸參數(shù)的自動(dòng)更新。沖壓模具的運(yùn)動(dòng)仿真分析，主要是對(duì)不同的沖壓模具零部件運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行檢測和分析，如果沖壓模具的單個(gè)零部件在長度上過長或者過短，可以通過系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行識(shí)別。在此過程中，通過實(shí)際的沖壓模具運(yùn)動(dòng)加深學(xué)生對(duì)沖壓模具的理解，為相關(guān)學(xué)習(xí)和現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語與建議

本文基于高精度沖壓模具等案例，對(duì)高精度沖壓模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高精度沖壓模具的加工制造與拆裝、高精度沖壓模具的維修與配套技術(shù)等進(jìn)行了分析研究。同時(shí)筆者基于三維繪圖軟件，對(duì)于沖壓模具的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，針對(duì)沖壓模具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總體分析，對(duì)沖壓模具系統(tǒng)開發(fā)工具的選擇、參數(shù)設(shè)計(jì)、沖壓模具裝配功能失效及運(yùn)動(dòng)仿真分析，通過以上沖壓模具的教學(xué)案例，對(duì)于提高教學(xué)書水平、增加學(xué)生的理解能力和動(dòng)手能力具有重要的指導(dǎo)意義。