基于案例的沖壓模具課程教學分析

周波龍

（廣東省工業貿易職業技術學校，廣東 佛山 528237）

沖壓模具課程教學一直是工科院校的教學重點，歷來受到重視，但是目前基于案例的沖壓模具教學課程研究還不是很多，同時也存在著較多的不足之處，在調動學生學習積極性方面還有待提高。筆者基于案例，對沖壓模具設計的相關課程進行了分析研究。沖壓模具的整個工業流程一般是由結構設計、加工、組裝、后期保存與維修等內容組成，不僅要求學生在學習期間正確掌握沖壓模具設計的重點，同時要求能夠達到在工業中的熟練應用。

1 基于高精度沖壓模具設計的案例研究

高精度沖壓模具在當代工業中的應用和地位越來越受到重視。特別是隨著高精度零件的發展和生產需求，能否生產出尺寸較薄的高精度零件產品，考驗著每個生產制造商的沖壓模具水平，同時也是企業技術創新中的重要一環。因此學校的基本教學中，需要結合現場的實際應用案例，對高精度模具設計進行分析研究，以提高學生的學習水平和操作能力。

1.1 高精度沖壓模具的結構設計

高精度沖壓模具的機構通常按照其外部形狀進行區分，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構多為長方體，這樣在機床上進行加工，可以大大降低加工難度，同時為后期的修整過程中利于位置的移動，從而能夠準確控制模具的位置。

一體式沖壓模具的結構通常有連臂式或全通式兩種，其中連臂式沖壓模具在后期的維修或者部件的更換過程中需要拆卸，這樣對沖壓模具的高精度及使用時間會產生一定影響，同時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對其它加工產生干擾，因此該沖壓模具的使用不多。全通式沖壓模具在應用過程中，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行加工，加工過程中會在沖壓模具的表面形成氧化層，為實現工具后期的精加工和組裝，通常采用不同的模具結構，其中最為常用的是在沖壓模具的底部，加工基本尺寸為2mm，內部凹陷尺寸為0.02mm的引導結構；另一種結構是在高精度沖壓模具的底部進行倒角加工，倒角半徑為1.5mm，在組裝沖壓模具前用機床加工而成；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，因此可以設計2個厚度4mm的楔形體，同時在楔形體下端設計2個直徑4mm的通孔，實現3mm桿類零件的順利插入并頂出寫楔形體。具體結構如圖1所示。

圖1 高精度沖壓模具拆卸結構示意圖

1.3 高精度沖壓模具的維修與配套技術

高精度沖壓模具的使用在當代工業中越來越多，對于配套的生產集中程度要求也越來越嚴格，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。在常規的五金沖壓模具中，其使用時間一般為100KK，較為高端的沖壓模具要求使用壽命達到500KK，因此在模具的厚度設計方面一般大于2mm，對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，這樣在對模具的破損部分進行維修時，就可以通過使用對應厚度的墊片將模具墊高，對于沖壓模具因維修而損失的部分為0.01mm的整數倍，多個墊片可以實現多次利用，降低生產成本。該維修方案不僅能夠保證維修精度，同時使用過程簡單快捷，提高了工作效率。

對于組合式沖壓模具的維修，要設計為多個步驟，其中對于模具的切割部分的要求上精度不低，傳統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計為多個分塊，對分塊采用磨床精細加工，從而提高沖壓模具的精度和表面粗糙度。在對原坯料進行加工的過程中，產品的圓角半徑控制在0.12mm以內，因此對于線切割的絲線提出較高的要求，絲線較粗難以達到標準要求，絲線過細又容易使其發生斷裂，因此將模具設計為多塊組合，可以使圓角半徑控制在0.05mm以內。

2 基于三維軟件二次開發的沖壓模具教學案例研究

2.1 沖壓模具系統的結構總體分析

沖壓模具的結構設計和相關配套技術主要是對沖壓工具的選擇、工序的排布、模具關鍵參數的技術、材料的利用程度、沖壓過程中的力的大小分析、壓力設備的優選等。其中參數設計步驟主要是將事先計算好的尺寸輸入到三維繪圖軟件系統中，通過軟件自動生產三維圖，如果涉及標準的零部件，則直接從零件庫里調取。裝配系統則是將各個零部件匯總到一起。運動模擬研究是在整個裝配結束之后進行的，在此過程中，也可以對零部件己知的干涉進行檢測和分析。

2.2 沖壓模具系統的開發工具選擇與參數設計分析

傳統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，同時可以與VB、C++、FOrtrun等編程軟件實現對接。在使用過程中，一般講C++程序與之對接，實現三維繪圖軟件的二次開發。沖壓模具系統的參數設計主要涉及到以下幾個方面的參數：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設計研究等。筆者以凸型模板本體為例進行分析研究，最終在系統中輸入相關的參數，其中d=10.5mm，h=2mm，D=15mm，D1=13mm，L=60mm。具體如圖2所示。

圖2 凸型模板本體參數輸入系統

2.3 沖壓模具裝配功能失效與運動仿真分析

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，先對零部件進行繪制，然后進行沖壓模具零件的裝配。利用該三維繪圖軟件進行沖壓模具的裝配過程中，如果單個沖壓模具零部件的尺寸發生變化，則對應的裝配系統內的沖壓模具也發生相應的變化，實現尺寸參數的自動更新。沖壓模具的運動仿真分析，主要是對不同的沖壓模具零部件運動干涉進行檢測和分析，如果沖壓模具的單個零部件在長度上過長或者過短，可以通過系統運動仿真進行識別。在此過程中，通過實際的沖壓模具運動加深學生對沖壓模具的理解，為相關學習和現場實訓打下堅實的基礎。

3 結語與建議

本文基于高精度沖壓模具等案例，對高精度沖壓模具的結構設計、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等進行了分析研究。同時筆者基于三維繪圖軟件，對于沖壓模具的設計進行了分析研究，針對沖壓模具系統的結構進行了總體分析，對沖壓模具系統開發工具的選擇、參數設計、沖壓模具裝配功能失效及運動仿真分析，通過以上沖壓模具的教學案例，對于提高教學書水平、增加學生的理解能力和動手能力具有重要的指導意義。