基于工作過(guò)程的《冷沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)》課程教學(xué)實(shí)施

陳永興

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程學(xué)院（陜西咸陽(yáng) 712000）

1 引言

為了增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能和對(duì)專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用能力，更好地對(duì)接學(xué)生就業(yè)的崗位技能要求，我院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)對(duì)《模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)人才培養(yǎng)方案》進(jìn)行了討論和修訂，在第四學(xué)期開(kāi)設(shè)了《冷沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)》課程，使學(xué)生通過(guò)該實(shí)訓(xùn)完整地掌握一副中等復(fù)雜程度的冷沖模的設(shè)計(jì)、模具零件的加工、冷沖模的裝配和試模等的專業(yè)技能。

2 實(shí)訓(xùn)進(jìn)度及時(shí)間安排

《冷沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)》為期3周，為保證學(xué)生能按時(shí)完成冷沖模的設(shè)計(jì)與零件加工等的任務(wù)，該實(shí)訓(xùn)的進(jìn)度及時(shí)間安排如表1所示。

表1 實(shí)訓(xùn)進(jìn)度及時(shí)間安排

3 實(shí)訓(xùn)課題的選擇及任務(wù)下達(dá)

由于在該實(shí)訓(xùn)之前，學(xué)生主要進(jìn)行了車、銑、磨、鉗工、熱處理等的單項(xiàng)技能訓(xùn)練，而該實(shí)訓(xùn)是冷沖模設(shè)計(jì)與制造的全過(guò)程訓(xùn)練，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能來(lái)解決冷沖模設(shè)計(jì)與制造中的實(shí)際問(wèn)題。為了激發(fā)學(xué)生掌握專業(yè)技能的積極性、主動(dòng)性，更出色地完成之后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及適應(yīng)頂崗實(shí)習(xí)的崗位工作要求，按照循序漸進(jìn)、由易到難的原則，本實(shí)訓(xùn)課程的課題宜選擇包含2～3道工序的沖壓件，以5～6位學(xué)生為一組，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和專業(yè)特長(zhǎng)，將同組的學(xué)生按照冷沖模設(shè)計(jì)及繪圖、冷沖模零件加工及工藝編制、冷沖模裝配與試模等進(jìn)行具體的分工。

4 冷沖模設(shè)計(jì)

本文以該實(shí)訓(xùn)中完成的一副冷沖模的設(shè)計(jì)與制造為例，闡述該實(shí)訓(xùn)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程。

4.1 沖壓工藝分析

沖壓工藝分析主要是分析沖壓件的形狀、尺寸、精度、材料以及其它技術(shù)要求是否適合沖壓加工工藝的要求。該步驟的完成需要學(xué)生查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)資料，以評(píng)價(jià)所給沖壓件的沖壓工藝可行性，掌握沖壓工藝設(shè)計(jì)需要解決的主要問(wèn)題。如圖1所示，此沖壓件的制造應(yīng)包含沖孔、落料兩種工序。材料為Q235鋼，材料厚度1.2mm。該沖壓件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱，材料具有良好的沖壓性能。沖壓件尺寸不大，且未標(biāo)注公差，精度要求不高，其尺寸公差可按IT14級(jí)精度補(bǔ)標(biāo)[1]。

圖1 沖壓件圖

4.2 沖壓工藝方案制定

要求每個(gè)設(shè)計(jì)小組擬定不少于3種可行的工藝方案，然后通過(guò)同組同學(xué)的分析討論，從可行的工藝方案的比較中篩選出最佳的工藝方案。對(duì)于學(xué)生的實(shí)訓(xùn)，沖壓工藝方案的制定主要應(yīng)考慮的是模具的制造及裝配的難易程度。本例中，根據(jù)沖壓工藝分析和模具零件加工的實(shí)際條件，決定采用彈性卸料、擋料銷定位及下出料方式的沖孔、落料級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)形式來(lái)完成該沖壓件的沖裁為最佳方案。

4.3 沖壓工藝計(jì)算及模具工作部分尺寸計(jì)算

（1）沖壓工藝計(jì)算。

沖壓工藝計(jì)算包括排樣設(shè)計(jì)、沖裁力計(jì)算和壓力中心的確定等。排樣圖是排樣設(shè)計(jì)的最終表達(dá)形式，是編制沖壓工藝與設(shè)計(jì)模具的重要工藝文件。一張完整的排樣圖不但畫(huà)法要正確，而且應(yīng)標(biāo)注條料寬度尺寸、條料長(zhǎng)度、板厚、端距、步距、沖壓件間搭邊和側(cè)搭邊等[1]，學(xué)生設(shè)計(jì)的排樣圖如圖2所示。沖裁力的計(jì)算主要是核定壓力機(jī)的噸位及校核凸、凹模的強(qiáng)度與剛度。模具壓力中心的確定主要是確定沖裁力的合力作用點(diǎn)，以防止壓力機(jī)的偏心載荷對(duì)沖壓件質(zhì)量和模具壽命的影響。由于壓力中心必須通過(guò)模柄的中心軸線，這也就確定了凹模各型孔的加工位置及各凸模在固定板中的安裝位置。

圖2 排樣圖

（2）模具工作部分尺寸計(jì)算。

對(duì)于沖裁模，模具工作部分即為模具的刃口，其尺寸的計(jì)算方法與模具刃口的加工方法有關(guān)。常用的沖裁模刃口加工方法有分開(kāi)加工法和配作法。分開(kāi)加工法分別規(guī)定了凸、凹模的基本尺寸及公差，使之可以分開(kāi)制造；配作法是先按零件圖的基本尺寸和公差制造基準(zhǔn)件，然后按基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸和沖裁模的合理間隙要求配制非基準(zhǔn)件[2]。

本例中的凸、凹模刃口尺寸符合δT+δA≤Zmax-Zmin的條件，故可以采用分開(kāi)加工法制造凸、凹模。詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程不再贅述。

4.4 冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪圖

首先，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)小組的討論，完成冷沖模結(jié)構(gòu)草圖的手繪。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查結(jié)構(gòu)無(wú)誤后，利用CAXA或AutoCAD二維繪圖軟件完成裝配圖的繪制。最終學(xué)生設(shè)計(jì)的冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示[3～5]。

然后，按設(shè)計(jì)要求完成模具零件圖的繪制，以作為模具零件加工的依據(jù)。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師主要從零件圖的畫(huà)法、尺寸標(biāo)注及其技術(shù)要求等方面進(jìn)行審核。學(xué)生設(shè)計(jì)的凹模零件圖如圖4所示[3～4]。部分需要數(shù)銑加工的零件，可以利用UG軟件繪制零件的三維圖，以便于零件的加工。

圖3 模具裝配圖

5 模具零件的制造

在設(shè)計(jì)的零件圖基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)小組討論，完成模具零件的加工工藝過(guò)程卡的編制。編制的凹模零件加工工藝過(guò)程如表2所示[4]。工藝過(guò)程卡編制后，按照零件的加工工藝過(guò)程完成零件的制造。對(duì)于模架及其它的標(biāo)準(zhǔn)零件（如彈簧、螺釘、銷釘?shù)龋?，各設(shè)計(jì)小組采用統(tǒng)一的規(guī)格，一律采用規(guī)格為100×100mm的后側(cè)滑動(dòng)導(dǎo)柱模模架以及M8mm的內(nèi)六角螺釘、φ8mm的圓柱銷、φ20×40mm的圓柱螺旋壓縮彈簧等[5]。

圖4 凹模零件圖

表2 凹模的加工工藝過(guò)程

6 裝配與試模

完成模具零件制造后，按照裝配圖技術(shù)要求進(jìn)行冷沖模的裝配，其裝配技術(shù)要求如下[3]：

（1）按上模部分、下模部分分別進(jìn)行組裝。

（2）裝配時(shí)，應(yīng)保證保證凸、凹模配合間隙均勻一致。

（3）凸模與固定板一般按GB/T1800.2-2009中的H7/m6或H7/n6過(guò)渡配合選取。

（4）卸料裝置必須靈活，無(wú)阻滯現(xiàn)象。卸料板在模具開(kāi)啟狀態(tài)下，一般應(yīng)凸出凸模表面0.5～1mm。

（5）緊固用的螺釘、銷釘裝配后不得松動(dòng)，并保證螺釘和銷釘?shù)亩嗣娌煌钩錾稀⑾履Ｗ陌惭b平面。

模具裝配完成后，指導(dǎo)教師檢查模具的裝配質(zhì)量，學(xué)生完成裝配后的模具實(shí)物照片如圖5所示。然后在合適的壓力機(jī)上安裝模具，并根據(jù)模具的閉合高度調(diào)整好壓力機(jī)的裝模高度后進(jìn)行試沖，通過(guò)檢查試沖件的質(zhì)量，評(píng)判模具設(shè)計(jì)是否合理以及模具制造是否合格。由于模具零件選用的材料均為45鋼，且加工工藝過(guò)程中沒(méi)有安排零件的熱處理，所以只能用硬紙板代替鋼板進(jìn)行試沖，也可采用相同厚度的軟金屬板料進(jìn)行試沖。

圖5 模具的實(shí)物照片

7 實(shí)訓(xùn)的考核評(píng)價(jià)

冷沖模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)的考核宜采用“過(guò)程+結(jié)果”考核的方式?？己隧?xiàng)目包括紀(jì)律及勞動(dòng)表現(xiàn)、模具設(shè)計(jì)、模具零件加工、模具裝配與試模等幾個(gè)方面。具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 實(shí)訓(xùn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)給定沖壓件的冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具零件加工工藝編制、模具零件加工及其裝配、試模等的全過(guò)程訓(xùn)練，使學(xué)生熟練掌握了冷沖模的設(shè)計(jì)與繪圖、模具零件的制造與裝配、試模等的專業(yè)技能，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中綜合運(yùn)用了專業(yè)所學(xué)的理論知識(shí)和操作技能，取得了良好的教學(xué)效果，也增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，為學(xué)生適應(yīng)將來(lái)就業(yè)的工作崗位要求打下了良好的基礎(chǔ)。