基于案例的冲压模具课程教学分析

周波龙

（广东省工业贸易职业技术学校，广东 佛山 528237）

冲压模具课程教学一直是工科院校的教学重点，历来受到重视，但是目前基于案例的冲压模具教学课程研究还不是很多，同时也存在着较多的不足之处，在调动学生学习积极性方面还有待提高。笔者基于案例，对冲压模具设计的相关课程进行了分析研究。冲压模具的整个工业流程一般是由结构设计、加工、组装、后期保存与维修等内容组成，不仅要求学生在学习期间正确掌握冲压模具设计的重点，同时要求能够达到在工业中的熟练应用。

1 基于高精度冲压模具设计的案例研究

高精度冲压模具在当代工业中的应用和地位越来越受到重视。特别是随着高精度零件的发展和生产需求，能否生产出尺寸较薄的高精度零件产品，考验着每个生产制造商的冲压模具水平，同时也是企业技术创新中的重要一环。因此学校的基本教学中，需要结合现场的实际应用案例，对高精度模具设计进行分析研究，以提高学生的学习水平和操作能力。

1.1 高精度冲压模具的结构设计

高精度冲压模具的机构通常按照其外部形状进行区分，最为常见的有一体式、组合式等几种。高精度冲压模具的基本结构多为长方体，这样在机床上进行加工，可以大大降低加工难度，同时为后期的修整过程中利于位置的移动，从而能够准确控制模具的位置。

一体式冲压模具的结构通常有连臂式或全通式两种，其中连臂式冲压模具在后期的维修或者部件的更换过程中需要拆卸，这样对冲压模具的高精度及使用时间会产生一定影响，同时由于高精度冲压模具的定位位置限制，在拆卸的过程中还会对其它加工产生干扰，因此该冲压模具的使用不多。全通式冲压模具在应用过程中，采用压板定位的方式，能够起到很好的防回弹效果。

1.2 高精度冲压模具的加工制造与拆装

高精度冲压模具的加工制造主要是其外形的加工，特别是高精度冲压模具的表面粗糙度、光洁度以及尺寸精度方面的要求。高精度冲压模具的加工，一般采用线切割工艺进行加工，加工过程中会在冲压模具的表面形成氧化层，为实现工具后期的精加工和组装，通常采用不同的模具结构，其中最为常用的是在冲压模具的底部，加工基本尺寸为2mm，内部凹陷尺寸为0.02mm的引导结构；另一种结构是在高精度冲压模具的底部进行倒角加工，倒角半径为1.5mm，在组装冲压模具前用机床加工而成；第三种较为常见的方式是将高精度冲压模具的板框尺寸高出模具外形尺寸0.02mm。

高精度冲压模具的下半部分主要由高精度模板座、高精度垫板和高精度固定板组成，在高精度冲压模具的拆装过程中，为了不动高精度模板座而将高精度固定板取出，一般从高精度垫板旁边将其用杆类零件取出，但高精度模板座存在硬度较大的问题，无法直接卸下，因此可以设计2个厚度4mm的楔形体，同时在楔形体下端设计2个直径4mm的通孔，实现3mm杆类零件的顺利插入并顶出写楔形体。具体结构如图1所示。

图1 高精度冲压模具拆卸结构示意图

1.3 高精度冲压模具的维修与配套技术

高精度冲压模具的使用在当代工业中越来越多，对于配套的生产集中程度要求也越来越严格，特别是在冲压模具的精度尺寸和使用寿命方面的要求更为突出。在常规的五金冲压模具中，其使用时间一般为100KK，较为高端的冲压模具要求使用寿命达到500KK，因此在模具的厚度设计方面一般大于2mm，对于垫片的厚度一般要求大于2～3mm，其中垫片之间的误差控制在0.01mm以内，这样在对模具的破损部分进行维修时，就可以通过使用对应厚度的垫片将模具垫高，对于冲压模具因维修而损失的部分为0.01mm的整数倍，多个垫片可以实现多次利用，降低生产成本。该维修方案不仅能够保证维修精度，同时使用过程简单快捷，提高了工作效率。

对于组合式冲压模具的维修，要设计为多个步骤，其中对于模具的切割部分的要求上精度不低，传统的线切割难以满足精度方面的要求，较为常用的方法是后期把模具设计为多个分块，对分块采用磨床精细加工，从而提高冲压模具的精度和表面粗糙度。在对原坯料进行加工的过程中，产品的圆角半径控制在0.12mm以内，因此对于线切割的丝线提出较高的要求，丝线较粗难以达到标准要求，丝线过细又容易使其发生断裂，因此将模具设计为多块组合，可以使圆角半径控制在0.05mm以内。

2 基于三维软件二次开发的冲压模具教学案例研究

2.1 冲压模具系统的结构总体分析

冲压模具的结构设计和相关配套技术主要是对冲压工具的选择、工序的排布、模具关键参数的技术、材料的利用程度、冲压过程中的力的大小分析、压力设备的优选等。其中参数设计步骤主要是将事先计算好的尺寸输入到三维绘图软件系统中，通过软件自动生产三维图，如果涉及标准的零部件，则直接从零件库里调取。装配系统则是将各个零部件汇总到一起。运动模拟研究是在整个装配结束之后进行的，在此过程中，也可以对零部件己知的干涉进行检测和分析。

2.2 冲压模具系统的开发工具选择与参数设计分析

传统的冲压模具三维立体图绘制工具一般包括SOLIDWORKS、UG等，在众多的开发工具中，SOLIDWORKS的开放性最好，且功能较为齐全，该三维绘图软件提供了较好的兼容性能，同时可以与VB、C++、FOrtrun等编程软件实现对接。在使用过程中，一般讲C++程序与之对接，实现三维绘图软件的二次开发。冲压模具系统的参数设计主要涉及到以下几个方面的参数：凸型模板固定装置、凸型模板本体、凹型模板本体、凹型模板固定装置的参数设计研究等。笔者以凸型模板本体为例进行分析研究，最终在系统中输入相关的参数，其中d=10.5mm，h=2mm，D=15mm，D1=13mm，L=60mm。具体如图2所示。

图2 凸型模板本体参数输入系统

2.3 冲压模具装配功能失效与运动仿真分析

冲压模具的三维立体图在装配过程中一般采用多种组合方式，其中最为常见的是中间向外部装配或者从下向上装配，笔者在本次研究中采用从下向上的装配模式，先对零部件进行绘制，然后进行冲压模具零件的装配。利用该三维绘图软件进行冲压模具的装配过程中，如果单个冲压模具零部件的尺寸发生变化，则对应的装配系统内的冲压模具也发生相应的变化，实现尺寸参数的自动更新。冲压模具的运动仿真分析，主要是对不同的冲压模具零部件运动干涉进行检测和分析，如果冲压模具的单个零部件在长度上过长或者过短，可以通过系统运动仿真进行识别。在此过程中，通过实际的冲压模具运动加深学生对冲压模具的理解，为相关学习和现场实训打下坚实的基础。

3 结语与建议

本文基于高精度冲压模具等案例，对高精度冲压模具的结构设计、高精度冲压模具的加工制造与拆装、高精度冲压模具的维修与配套技术等进行了分析研究。同时笔者基于三维绘图软件，对于冲压模具的设计进行了分析研究，针对冲压模具系统的结构进行了总体分析，对冲压模具系统开发工具的选择、参数设计、冲压模具装配功能失效及运动仿真分析，通过以上冲压模具的教学案例，对于提高教学书水平、增加学生的理解能力和动手能力具有重要的指导意义。