劉良瑞

“迷你”沖壓創(chuàng)意平臺的研制

劉良瑞

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)沖壓模具設(shè)計課程的興趣、提高課堂教學(xué)質(zhì)量，可以四個典型的沖壓產(chǎn)品作為研究對象，通過選擇沖壓材料，設(shè)計沖壓工序，選用沖壓設(shè)備，設(shè)計模具結(jié)構(gòu)和制作模具零件，研制出沖壓創(chuàng)意平臺。在該平臺上能完成沖裁、彎曲、拉深、翻邊等工序或者兩個工序組合的復(fù)合工序，生產(chǎn)沖壓產(chǎn)品，具有很強的實用性和一定的開放性，能為專業(yè)教學(xué)改革提供借鑒。

“迷你”儀器；模具設(shè)計；創(chuàng)意平臺；教學(xué)改革

沖壓模具設(shè)計是黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院模具設(shè)計與制造專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要培養(yǎng)學(xué)生沖壓成形工藝的編制和沖壓模具的設(shè)計能力。在理論教學(xué)時，老師主要靠圖片、動畫、視頻來講解成形設(shè)備或模具結(jié)構(gòu)及其工作原理，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課堂吸引力不強；而實踐教學(xué)中因?qū)嵱?xùn)設(shè)備數(shù)量有限，多人共用一臺設(shè)備，每個學(xué)生訓(xùn)練的時間和教學(xué)效果受到影響。為了提高課堂的教學(xué)效果，讓學(xué)生能直觀了解模具的結(jié)構(gòu)、功能、成形工藝，自己動手進(jìn)行沖壓產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與制作，模具專業(yè)老師對沖壓成形工藝及其模具進(jìn)行了探索，研制了“迷你”沖壓創(chuàng)意平臺（以下簡稱“沖壓平臺”）。

1 沖壓平臺的設(shè)計

1.1 設(shè)計的總體思路

選取幾個典型的沖壓產(chǎn)品作為沖壓平臺的加工對象，圍繞沖壓生產(chǎn)的沖壓材料、沖壓工藝、設(shè)備、模具四要素進(jìn)行總體設(shè)計。首先，設(shè)計沖壓產(chǎn)品，主要包括沖壓產(chǎn)品材料的選擇、產(chǎn)品形狀所蘊含的沖壓特征、產(chǎn)品尺寸大??；其次，沖壓工藝設(shè)計、設(shè)備設(shè)計或選型，沖壓工藝設(shè)計應(yīng)有沖裁、彎曲、拉深、翻邊等沖壓基本工序或者兩個基本工序組合的設(shè)計[1]，設(shè)備要凸現(xiàn)“迷你”；最后，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，從零件功能、易損更換和可重復(fù)使用等方面對沖壓模具進(jìn)行重構(gòu)，做到?jīng)_壓不同的產(chǎn)品，要更換的模具零件少，模具通用性強。所研制的沖壓平臺不僅可以沖壓出上述選定的沖壓產(chǎn)品——樣品（供學(xué)生參考），而且還可以讓學(xué)生在此平臺上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，只需要制作個別的模具零件（通用零件不用制作），就可沖壓出個性化的產(chǎn)品，便于攜帶，具有開放性，即可以在沖壓平臺上創(chuàng)新設(shè)計，所受限制少，既可用于理論教學(xué)，又可用于實踐教學(xué)。

1.2 沖壓產(chǎn)品及其工藝設(shè)計

選取四個典型的沖壓件作為研究對象，設(shè)計的沖壓件的材料為鋁板，牌號1070，厚度為0.5mm，產(chǎn)品圖如圖1所示。

a-沖裁件；b-彎曲件；c-拉深件；d-翻邊件

沖裁件（圖1a）的沖壓工藝方案為落料、沖孔，將落料工序和沖孔工序組合為復(fù)合工序沖壓，用落料沖孔復(fù)合模在一個工位上同時完成落料和沖孔兩道工序。

彎曲件（圖1b）的沖壓工藝方案為落料、彎曲，用落料模、彎曲模兩個單工序模先后完成落料工序和彎曲工序。

拉深件（圖1c）的沖壓工藝方案為落料、拉深，將落料工序和拉深工序組合為復(fù)合工序沖壓，用落料拉深復(fù)合模同時完成落料和拉深兩道工序。

翻邊件（圖1d）的沖壓工藝方案為落料、沖孔、內(nèi)孔翻邊，將落料工序和沖孔工序組合為復(fù)合工序沖壓，先用落料沖孔復(fù)合模同時完成落料和沖孔兩道工序，后用翻邊模完成內(nèi)孔翻邊工序。

根據(jù)沖壓力的計算結(jié)果，上述各工序的沖壓設(shè)備均選用JH-200手動壓力機或JB04-2電動臺式壓力機，這些壓力機屬于輕小型沖壓設(shè)備，體積輕巧、操作簡便，一個人在上面就可獨立完成模具的安裝。

1.3 沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模架是用來安裝模具的工作零件（凸模、凹模、凸凹模）和其它零件，并保證模具的工作部分在工作時具有正確的相對位置[2]。模架的上模座通過模柄固定在壓力機的滑塊上，下模座用壓板、螺栓、螺母固定在壓力機工作臺上。為縮短模具設(shè)計制造周期、節(jié)省模具制造費用，將模架、模柄設(shè)計成各規(guī)格產(chǎn)品通用的形式，能覆蓋一定范圍內(nèi)的產(chǎn)品，在后續(xù)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中不需要再設(shè)計和制造。

壓卸料裝置的作用是在沖壓開始時將模具中的材料壓住，使材料在模具里保持一個正確和相同的位置，在沖壓過程中提供足夠大的壓料力和卸料力，沖壓完成之后把條料、制件或廢料從凸模上卸下或從凹模中推出或頂出，以便使沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。將其中的彈簧、卸料螺釘和推件塊配高部分分離出來[3]，設(shè)計成通用化的組件或零件。

定位零件的作用是保證條料或毛坯、半成品在模具中具有正確位置。將擋料銷、導(dǎo)料銷或定位銷設(shè)計成通用化、標(biāo)準(zhǔn)化零件。

螺釘、銷等緊固零件選用標(biāo)準(zhǔn)件。

其它零件因沖壓制件不同而不同，需要根據(jù)加工制件大小等條件進(jìn)行設(shè)計，力求具有互換性。下面重點介紹落料沖孔復(fù)合模和翻邊模的模具結(jié)構(gòu)。

1.3.1 落料沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)設(shè)計

生產(chǎn)沖裁件的落料沖孔復(fù)合模的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其工作原理如下：

1-模柄；2、18、24-彈簧；3、4、13、14、16、25-內(nèi)六角螺釘；5-推件塊座；6-推件塊；7-導(dǎo)套；8-導(dǎo)柱；9-卸料板；10-導(dǎo)料銷； 11-落料凹模；12-凹模固定板；15-下模座；17-圓柱銷；19-頂件塊；20-沖孔凸模；21-擋料銷；22-條料；23-工件；26-落料沖孔凸凹模；27-上模座

在進(jìn)行落料沖孔時，條料22沿導(dǎo)料銷10送至擋料銷21定距后，上模隨壓力機滑塊下降，卸料板9在彈簧24的彈力作用下，與落料凹模11、凹模固定板12先將條料壓住，上模繼續(xù)下壓時，再由落料凹模和落料沖孔凸凹模26完成落料，上模繼續(xù)下行，由沖孔凸模20和落料沖孔凸凹模對落料件進(jìn)行沖孔，沖孔過程中，頂件塊19在彈簧18的彈力作用下將落料件的邊緣壓住，落料沖孔得到的工件23緊緊箍在沖孔凸模上，直至壓力機滑塊到達(dá)下止點。然后，壓力機滑塊回程，上?；厣?，頂件塊起頂件的作用，落料沖孔凸凹模將沖孔廢料帶出下模，通過上模彈性推件裝置中的推件塊6將落料沖孔凸凹模中的沖孔廢料推出，箍在落料沖孔凸凹模外面的邊料靠彈性卸料裝置中的卸料板9進(jìn)行卸料，當(dāng)壓力機滑塊到達(dá)上止點后，完成一個工作循環(huán)。

1.3.2 翻邊模結(jié)構(gòu)設(shè)計

翻邊件的內(nèi)孔翻邊工序所用翻邊模的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其工作原理如下：

工作時，落料沖孔工序得到的工件以外徑定位放在定位圈11中，上模隨壓力機滑塊下降，由翻邊凹模26和翻邊凸模20對工件進(jìn)行內(nèi)孔翻邊，翻邊過程中，壓邊圈19在彈簧18的彈力作用下起壓料作用，將落料沖孔工件的邊緣壓住，翻邊得到的工件23緊緊箍在翻邊凸模上，直至壓力機滑塊到達(dá)下止點。然后，壓力機滑塊回程，上?；厣瑝哼吶τ制痦敿淖饔?，翻邊凹模將工件帶出下模，通過推件塊6將翻邊凹模中的工件23推出，當(dāng)壓力機滑塊到達(dá)上止點后，完成一個工作循環(huán)。

1-模柄；2、18-彈簧；3、4、13、14-內(nèi)六角螺釘；5-推件塊座；6-推件塊；7-導(dǎo)套；8-導(dǎo)柱；11-定位圈；15-下模座；17-圓柱銷；19-壓邊圈；20-翻邊凸模；23-工件；26-翻邊凹模；27-上模座

從圖3中可以看出，落料沖孔復(fù)合模換成翻邊模時，只需要將圖2中的件9、件10、件12、件16、件21、件24、件25拆卸下來（不拆卸下來也可以，但不起作用），將件6、件11、件19、件20、件26分別換成圖3中的推件塊、定位圈、壓邊圈、翻邊凸模、翻邊凹模即可。

當(dāng)需要將落料沖孔復(fù)合模換成生產(chǎn)拉深件的落料拉深復(fù)合模時，只需將圖2中的件6、件19、件20、件26分別換成圖3中的推件塊和壓邊圈（通用）及相應(yīng)的拉深凸模、落料拉深凸凹模即可。

當(dāng)需要將翻邊模換彎曲件的彎曲工序所用彎曲模時，只需將圖3中的件6、件11、件19、件20、件26分別換成相應(yīng)的推件塊、定位板、頂板、彎曲凸模、彎曲凹模即可。

當(dāng)需要將落料沖孔復(fù)合模換成彎曲件的落料工序所用落料模時，只需要將圖2中的件2、件4、件5、件6、件20拆卸下來，將件9、件11、件19、件26分別換成相應(yīng)的卸料板、落料凹模、頂板、落料凸模即可。

2 沖壓平臺的特點

在沖壓平臺上能完成落料、沖孔、切斷、彎曲、拉深、翻邊等工序或者兩個工序組合的復(fù)合工序，生產(chǎn)沖壓產(chǎn)品，具有很強的實用性和一定的開放性。

選用的沖壓設(shè)備重量輕、占地面積?。荒＞咧械耐鼓?、凹模、凸凹模、導(dǎo)柱、導(dǎo)套用T8A鋼制作，彈簧和螺釘、銷選用商品零件，其它的模具零件采用4A01鋁合金制作，模具輕便、易攜帶；從一種模具結(jié)構(gòu)換成另一種模具結(jié)構(gòu)時，只需要更換4～5個零件，模具零件的通用性強、互換性好，模具結(jié)構(gòu)緊湊。

老師通過沖壓平臺能讓學(xué)生直觀了解沖壓成形工藝及其模具的結(jié)構(gòu)、功能，學(xué)生利用它進(jìn)行沖壓產(chǎn)品及其模具的創(chuàng)新設(shè)計與制作，實現(xiàn)教與學(xué)同步、理論與實踐相結(jié)合，可提高教學(xué)效率。

3 結(jié)語

“三教”改革是實現(xiàn)職業(yè)教育的高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]，課堂是教學(xué)改革的主陣地，沖壓平臺直接用于理論教學(xué)和實踐教學(xué)，為學(xué)生提供了在“做中學(xué)、訓(xùn)中學(xué)、研中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”的好平臺，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性、創(chuàng)造性，達(dá)到提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。同時，還可減少學(xué)校對專業(yè)教學(xué)設(shè)備和儀器的投入、降低教學(xué)成本。

[1]鄭展.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[2]朱紅萍.沖壓工藝與模具設(shè)計(第2版)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2022.

[3]張云亮,張澤浩.沖壓模模塊化創(chuàng)新的模具 平臺[J].模具制造,2014(8):10-13.

[4] 梁寧森,梁宇坤.職業(yè)教育“三教”改革的政策動因?內(nèi)在邏輯及未來路向[J].高等工程教育研究, 2022(4): 170-174.

TG706

A

1672-1047（2022）05-0117-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2022.05.29

2022-09-05

黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究項目“‘迷你’沖壓創(chuàng)意平臺的研發(fā)”（2021C2012107）。

劉良瑞，男，湖北麻城人，高級工程師，教授。研究方向：模具的設(shè)計與制造。

[責(zé)任編輯：倪祥明]