基于項目教學《沖壓工藝與模具設計》課程探討

金華職業(yè)技術(shù)學院機電學院 王金雙

1.引言

沖壓模具設計是為模具設計與制造專業(yè)學生在學完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的是綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進行—次沖壓模具設計工作的實際訓練，從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作能力；鞏固與擴充“沖壓成形工藝與模具設計”等課程所學的內(nèi)容，掌握沖壓模具設計的方法和步驟；掌握沖壓模具設計的基本技能，如計算、繪圖、查問設計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范等。在制造業(yè)中，該課程的知識與技能是實際生產(chǎn)過程中不可或缺的。職業(yè)教育主要以培養(yǎng)實用型、應用型人才為目標，沖壓模具知識技能應是職業(yè)教育的重點內(nèi)容之一，此課程的教學質(zhì)量直接影響著學生在工作崗位上的實際表現(xiàn)。

2.課程特點與難點分析

沖壓成形工藝與模具設計主要包括沖壓件工藝性分析、沖裁件工藝方案的確定、模具結(jié)構(gòu)形式的確定、必要的工藝計算、模具主要零部件設計、模具閉合高度及壓力機有關(guān)參數(shù)校核、繪制模具總裝圖和零件圖幾部分。該課程在大二第一學期開課，學生結(jié)束以英語高等數(shù)學為主的基礎(chǔ)理論課學習，剛剛接觸模具專業(yè)課，會有一種模具專業(yè)課很難的感覺，對沖壓成形工藝與模具設計感到無從下手，即使設計了也不知道這樣設計是做什么用的，對公差表、模架標準表、孔與軸配合不知在模具設計中有什么用途，零件圖只有光溜溜的基本尺寸而沒有公差，既沒有加工符號也沒有技術(shù)要求，這在制造中的車間來說，這樣的圖紙無疑是廢紙一張，針對以上問題，采用行之有效的方法。

3.課程設計項目選定

項目教學活動中，教師將教學任務以項目的形式分給各小組學生，由小組學生共同制訂計劃、協(xié)作完成整個項目，從而實現(xiàn)“教”“學”“做”有機結(jié)合，有效地達到該課程標準要求。結(jié)合課程知識與能力目標及素質(zhì)要求，根據(jù)實際工作崗位，確定以下典型崗位的主要工作過程的項目。（1）單工序沖裁模設計項目；（2）復合沖裁模設計項目；（3）級進沖裁模設計項目；（4）復合沖壓模設計項目；（5）級進沖壓模設計項目。

3.1 符合教學規(guī)律，貼近生產(chǎn)實際

將整副模具展示給學生，讓學生拆裝模具，了解其結(jié)構(gòu)與工藝，并著手相關(guān)知識講解，采用循序漸進的原則，最初選比較簡單的模具，經(jīng)過簡單的設計即可完成項目。突破傳統(tǒng)教學課堂教學知識枯燥無味，或脫離生產(chǎn)實際的單一機房設計軟件操作學習。

3.2 知識針對性強，可持續(xù)發(fā)展

傳統(tǒng)的沖壓成形工藝與模具設計課程教學，教師在課堂上按照傳統(tǒng)教材進行內(nèi)容講解，學生聽完后布置作業(yè)，完成課程教學后，再加一個課程設計來完成設計過程練習。這樣造成理論與實踐教學脫離，學生理論學完了也就忘記，也沒有得到及時應用與消化。以項目化形式進行課程改革，通過學生從較簡單的沖裁模設計開始，循序漸進地做項目。在設計過程中，知識運用比較連續(xù)，教師對知識講解和項目指導上具有相對的專一性，易于使學生聯(lián)系實際，學生不知不覺中順利完成知識掌握及合理運用。從而也促進學生對該學科的前沿知識及相關(guān)的知識的探究。

4.課程設計項目方法探討

基于以上的原因，采取以下方法以提高教學效果。

4.1 以任務驅(qū)動綜合運用專業(yè)知識

課程設計開始前，給每位學生分配一個設計任務，每位學生的圖紙都不一樣。比如，針對沖壓件設計任務，任務要有沖壓件的視圖、尺寸、技術(shù)要求及精度等級等，如圖1所示，提供所選材料，比如選Q235，厚度1.2mm，大批量生產(chǎn)，并制定該工件沖壓工藝和設計模具。要求每位學生讀懂自己的設計圖紙，明確自己的設計任務、應達到的技術(shù)要求。在以后的每一步設計中緊緊圍繞著如何來完成該設計任務，來展開設計內(nèi)容，從而使學生懂得模具設計過程及方法。

4.2 技術(shù)標準在模具設計中的使用

國家有關(guān)的技術(shù)標準。主要應用在機械設計過程中，要求設計時合理地給出零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等數(shù)值，將零件的制造誤差限制在一定范圍內(nèi)，使機械產(chǎn)品裝配后能正常工作，保證產(chǎn)品質(zhì)量。而學生的設計圖紙容易出現(xiàn)沒有任何尺寸公差、沒有粗糙度、沒有配合等現(xiàn)象。針對此種現(xiàn)象，結(jié)合自己的設計任務，在設計過程中強調(diào)技術(shù)標準在模具設計中的使用，如標準公差表、模架標準表、彈簧橡膠等。

4.3 按時間有計劃地分配設計任務

將設計任務分成幾部分，每天分配一部分設計任務，教師利用多媒體教學對設計任務進行講解或演示，與學生一起討論設計方案與方法，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，并對每位學生的設計任務進行跟蹤指導與檢查，做到當天任務當天完成，當天問題當天解決。

4.4 初選設計法

在確定模具零件有關(guān)尺寸時，采用初定尺寸后，按模具設計方法繼續(xù)以后的設計步驟，若在以后的設計中發(fā)現(xiàn)該尺寸設計不合理，應回頭修改初選尺寸，這是一種設計方法。如凸模長度尺寸應根據(jù)模具的具體結(jié)構(gòu)，并考慮修磨、固定板與卸料板之間的安全距離、裝配等的需要來確定。當采用固定卸料板和導料板時，如圖2所示，其凸模長度按下式計算：L=h1+h2+h3+h式中h——增加長度。它包括凸模的修磨量、凸模進入凹模的深度、凸模固定板與卸料板間的安全距離等，一般取10-20mm。

初選h后，若發(fā)現(xiàn)模具閉合高度小于壓力機的裝模高度時，可修改此尺寸。應讓學生懂得這種方法。設計中有些尺寸按經(jīng)驗公式計算而來，如凹模板厚度，為便于加工與測量，通常取整數(shù)，而學生會認為此數(shù)據(jù)不可更改，所以應讓學生明白有些設計尺寸的確定有別于“1+1=2”。

4.5 配合的使用

為保證正常工作，模具中的許多零件間有配合要求，如模柄孔與模柄、導柱導套與模座，導柱與導套，凸模與凸模固定板、擋料銷與模板、導正銷與凸模之間都有配合要求，當孔與軸有配合要求時，孔與軸須按約定的公差帶與精度等級來設計，這樣可保證裝配后孔與軸之間正確間隙，以保證模具的正常工作。而學生對此認知不夠，針對每位學生的設計任務，選擇適當?shù)呐浜弦螅瑥亩鴮W會此種設計方法。

圖1 沖裁件

圖2 尺寸關(guān)系

圖3 模具總裝圖及明細欄

4.6 三維軟件輔助教學

學生在設計中對那些設計手冊上沒有明確指明的尺寸，不知該如何確定，如緊固用的螺釘孔與孔、孔與邊緣間的距離，可在三維圖上控制模板強度的條件下來自行確定。另外，利用三維模具設計軟件可將模具零件裝配在一起，以便觀察裝配后是否正常，學生從較簡單的單工序沖裁模設計到完成相對較復雜的模具總裝，如圖3所示。

5.結(jié)論

《沖壓成形工藝與模具設計》是一門綜合性較強的應用，為提高教學效果，采用了三維軟件輔助教學、配合的使用、初選設計法、按時間有計劃地分配設計任務、技術(shù)標準在模具設計中的使用、以任務驅(qū)動項目化綜合運用等方法取得了良好的教學效果，是一種行之有效的方法。

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