冷沖模設(shè)計課程教學(xué)的探悉

冷沖模是沖壓加工的工藝裝備之一，被廣泛地運用在汽車、飛機、電機、儀表以及在國防工業(yè)中，汽車制造行業(yè)中約有80%的零件是沖壓加工，即用沖模生產(chǎn)出來的。縱觀模具業(yè)的情況，80年代中國進口的各類模具1億多美元，而到了90年代，上升到了近10億美元，這不僅僅是經(jīng)濟發(fā)展的需要，也從側(cè)面反映了與發(fā)達工業(yè)國家尚有一定的距離，為此許多高等院校加大了模具技術(shù)的研究，如上海交通大學(xué)模具CAD/CAM國家工程研究中心、華中理工大學(xué)的模具技術(shù)的軟件開發(fā)等等，都具有國內(nèi)領(lǐng)先水平。永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為培養(yǎng)高等應(yīng)用型人材，在成立了材料成形及控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)上又加大了模具相關(guān)實驗室的投入。

一、冷沖模設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和特點

目前高等院校冷沖模設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容主要為薄板材料成型基本理論，沖裁模設(shè)計、彎曲模設(shè)計、立伸、脹形等模具的設(shè)計等。這些內(nèi)容是通過課堂教學(xué)、電化教學(xué)、多媒體教學(xué)、實驗教學(xué)等來完成的，但是沖模設(shè)計作為一門專業(yè)課必須要求學(xué)生具有較扎實的基礎(chǔ)理論的知識，如材料力學(xué)、機械設(shè)計、工程材料等加工數(shù)控技術(shù)、機械CA，事實上它是一門綜合運用這些相關(guān)知識的能力，同時要求培養(yǎng)學(xué)生具有分析問題和解決問題的能力，也要求教師引進最新國內(nèi)外模具工業(yè)發(fā)展和趨勢，將最新的知識引入課堂教學(xué)，尤其是冷沖模設(shè)計和CAD/CAM的有機結(jié)合，例如，薄板上孔的加工，可以用機械制造中的普通鉆孔工序，也可以用數(shù)控沖床，激光切割，模具沖孔等等。又如，齒輪不僅僅是機械中作為傳動的零件，也可以作為沖模設(shè)計中的零件，譬如，沖一個位置精度要求很高的孔時，可以用齒輪齒條相對運動，來設(shè)計凸模等，將機械設(shè)計的知識與沖壓加工的方法結(jié)合起來，既開拓了學(xué)生的思路，又激發(fā)起學(xué)生的興趣，在這門課程的教學(xué)中，組織學(xué)生進行課堂討論，是很有必要的，但是冷沖模設(shè)計畢竟是一門實踐性很強的課程，不與生產(chǎn)實際相結(jié)合，也是難以深入學(xué)習(xí)的，只有充分利用工程實踐學(xué)期和畢業(yè)設(shè)計等等和實驗教學(xué)充分結(jié)合，才能使學(xué)生進行多方位的了解。

二、冷沖模CAD/CAM的特點及應(yīng)用

冷沖模設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容如果僅僅停留在以上的教學(xué)環(huán)節(jié)上，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，相對來講，現(xiàn)在入學(xué)的學(xué)生大多是從高中升入大學(xué)的，缺乏一些必要的機械知識，有些機械設(shè)備還未見過，現(xiàn)有的沖模設(shè)計的教材大多是將沖模設(shè)計和沖模CAD/CAM分開編寫的，沖模CAD/CAM的教學(xué)內(nèi)容主要有建立沖壓工藝模具設(shè)計中有關(guān)參數(shù)——對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，條料的優(yōu)化排樣，彈簧、料桿等的優(yōu)化設(shè)計，沖模裝配圖，零件圖的自動生成等，如果僅僅從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)課時安排上來講，沖模設(shè)計即可以了，但如果直接講授沖模CAD/CAM，學(xué)生又沒有沖模設(shè)計的基本知識是根本不行的。如搭邊值與板料厚度的關(guān)系建立相對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系、沖裁中心的計算等等，學(xué)生就會不明白為什么要建立數(shù)據(jù)關(guān)系？但若利用計算機技術(shù)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就會大大提高。比如，在講解了沖裁中心解析法、圖解法等基本方法后，可以讓學(xué)生去比較這些傳統(tǒng)方法來計算復(fù)雜的沖裁件是十分繁瑣的，而容易出錯、精度不高，而用AutoCAD/CAM二維環(huán)境進行計算卻是十分迅速和精確的。例如，對于復(fù)雜沖裁件的沖壓工藝、模具設(shè)計參數(shù)計算則可用適當(dāng)?shù)牟襟E，對于沖裁中心、沖裁輪廓周長的讀取可用交互式方法，后續(xù)參數(shù)計算可利用學(xué)生己經(jīng)學(xué)過的模具設(shè)計知識用程序計算。再如講解汽車覆蓋件模具設(shè)計中的進行沖壓方向的確定在課堂上講解后，讓學(xué)生有個初步印象，然后讓學(xué)生通過二維而造，通過投影變換和尺寸標(biāo)注等使學(xué)生掌握該類模具設(shè)計的方法，如此，既讓學(xué)生掌握模具的設(shè)計的基本理論，又加深了計算機輔助設(shè)計的方法。又如，在實驗條件有限的情況下，不可能讓學(xué)生所設(shè)計的模具都有現(xiàn)存的模具實物可以看到，而學(xué)生又不很清楚所設(shè)計的模具到底是什么樣子，可以讓學(xué)生通過一維圖的裝配圖設(shè)計，在一維圖上通過平而拉深、布爾運算等的變換生成具有真實立體感效果的裝配圖形來加深理解。

根據(jù)傳統(tǒng)的做法，一個新產(chǎn)品的開發(fā)過程總是分為設(shè)計與制造兩大部分，模具生產(chǎn)也不例外，模具屬單件生產(chǎn)，設(shè)計和制造往往是一一對應(yīng)的，所以模具設(shè)計的工作特別繁重，傳統(tǒng)的模具設(shè)計，采用手工設(shè)計方法，工作繁瑣，模具設(shè)計所占工時約為模具總工時的20%左右，模具設(shè)計工作量大、周期長、任務(wù)急，引進模具CAD/CAM技術(shù)后，可借助計算機完成模具設(shè)計及傳統(tǒng)手工設(shè)計中各個環(huán)節(jié)的設(shè)計工作，自動繪制模具裝配圖和零件圖，模具CAM最初應(yīng)用于模具型腔等復(fù)雜形狀自動加工的計算機輔助編程后又逐步擴展為工藝準(zhǔn)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的許多功能。模具CAD/CAM技術(shù)是計算機技術(shù)綜合應(yīng)用中的一個新的飛躍，模具CAD/CAM技術(shù)主要特點，是設(shè)計制造過程緊密聯(lián)系設(shè)計制造一體化，其實質(zhì)是設(shè)計和制造綜合計算計劃。在模具CAD/CAM系統(tǒng)中，產(chǎn)品的幾何模型是關(guān)于產(chǎn)品的最基本核心數(shù)據(jù)，二作為整個設(shè)計計算分析中最原始的依據(jù)。通過模具CAD/CAM系統(tǒng)的計算，分析和設(shè)計而得到大量信息，可運用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將其存儲起來直接傳送到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的各個方而，從而實現(xiàn)設(shè)計制造一體化。采用CAD/CAM技術(shù)以后，圖樣的作用大大減弱，大部分設(shè)計和制造系統(tǒng)直接傳送，圖樣不再是設(shè)計制造環(huán)節(jié)的分界線，也不再是制造生產(chǎn)過程中的唯一依據(jù)，它將會逐步簡化，甚至最終消失。從沖模課堂教學(xué)來講，可以引入如沖模設(shè)計CA1，對加深學(xué)生的理解是大有幫助的。然而模具技術(shù)是在不斷發(fā)展的，還有許多問題需要去解決去探索，教師也應(yīng)當(dāng)通過不斷的學(xué)習(xí)，及時引入模具技術(shù)的最新教材，掌握最新的模具技術(shù)，只有這樣才能完善沖模設(shè)計的課堂教學(xué)。

三、教學(xué)展望

在現(xiàn)有沖模設(shè)計教材安排的情況下，應(yīng)當(dāng)結(jié)合模具技術(shù)發(fā)展的特點和計算機技術(shù)進行課堂教學(xué)，不但能大大激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)的興趣，掌握模具設(shè)計的基本方法，同時也加深了學(xué)生對模具CAD/CAM的理解，因此可以建立適當(dāng)壓縮模具設(shè)計的基本理論部分，增加模具CAD/CAM的內(nèi)容，或者穿插起來進行講解，學(xué)習(xí)效果可以大大提高。再加上工程實踐畢業(yè)設(shè)計等相對較長的專門的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，可以以某種類型的模具設(shè)計展開，綜合運用各方而的知識。如汽車縱梁的優(yōu)化模型的建立，就要用到彎曲模設(shè)計、材料回彈、程序設(shè)計，模擬彎曲的計算表達等等，因此，冷沖模設(shè)計是一門綜合較多課程內(nèi)容的課程，需要根據(jù)學(xué)生已掌握的知識，有重點、有主次的去教學(xué)，而不能僅僅照本宣科，如此，才能使學(xué)生用一種積極的態(tài)度，用理解的、探索的、分析的、求解的方法去學(xué)習(xí)。

（作者單位：永州職業(yè)技術(shù)學(xué)院）