理论教学模型模具的设计及制造研究
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摘 要：本课题来自学校的创新项目，重在锻炼模具方向学生的学与用能力。学生通过自主设计冲压模具，并利用所学专业知识制造出实物，能提高动手能力。
一、前言
模具的教学是集理论、实践、经验、制造环境于一体的综合学科，早已成为就业率高、薪资高的热门专业。但是通过对历届毕业生的就业跟踪，发现部分本科生对模具的认识有限，仅仅凭借所学的理论知识以及课堂实验，他们还不能熟练掌握典型模具的结构及运作过程，造成这种现象的主要原因是模具教学存在一些问题，原因分析如下：
1.实训设备老化，导致学生的动手能力差。
2.课堂教学单一，过于抽象，导致学生理解不到位。
3.缺少自主设计模具的机会。
4.目前的模具教学模型存在很多不足。
针对以上种种原因，为了提高学生的认知能力、巩固学生的理论知识、提高学生的动手能力，该课题提出由学生对模具进行自主设计研究、亲自动手编程、亲自制造零件、组装模具。学生通过自拟方案，用特殊材料（透明材料）制造出实体模型，可以更清晰地了解模具的结构、运行的过程、模具的简易拆装以及模具零件的加工技术（数控编程、数控加工）等。学生可以较好地巩固理论知识，又能制造出比市场上更加实惠的模型，从而提高教学效率。
二、模具设计
设计磨具的过程主要要求学生在学完冲压模具设计及制造后，能熟练掌握、灵活应用理论知识，对简单零件能独立进行设计计算，确定模具结构。在设计过程中，必须把握好几个重点内容：
1.刃口尺寸、总冲压力计算，必须按照加工方式来选取相应参数进行，要注意公差需满足的原则。
2.模具总体结构，是单工序模还是复合、级进，不同模具其结构特点有区别。
3.标准件的选择，例如上下模座、模柄、导柱导套，要按照零件尺寸大小及结构特点选择相应的合适的标准件。
4.卸料、定位方式的选择及排样设计。
以上关键问题设计好后，模具的设计基本就完成了。
学生选取了以下零件作为模具设计对象，零件形状及尺寸及排样图如图1所示。其材料为A3，具有较好的可冲压性能，厚度为2mm，大批量生产，结构简单，比较适合冲裁，而且尺寸精度要求不高，零件图上所有未注公差的尺寸，属自由尺寸，可按工T14级确定工件尺寸的公差。孔边距12的公差为0.11，属11级精度。其它尺寸公差按公差表获得，并确定模具结构采用冲孔落料复合模方式。
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（a）冲裁件 （b）排样图
图1
根据理论公式，一个步距内的材料利用率η为68.8%，基本合理。根据模具结构特点，采用无导向弹压卸料板方式卸料，总冲压力包含有落料力、冲孔力、卸料力及推料力，根据计算，总冲压力为352.08KN。压力中心在零件的形心。
刃口尺寸的计算在冲压模具设计中非常重要，本案采用凸模与凹模配合加工方法。具体尺寸如表1所示：
表1 刃口尺寸
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各板的外形尺寸等分别按要求确定，具体过程不详述，尺寸可参照总装图。表2是部分板类零件的尺寸，上下模座分别按：
表2 模具模板尺寸
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三、模型模具制造
在该套模具中，除了导柱导套、模柄等标准件外，其它零件都必须自行加工。通常模具的加工方法主要是车、铣、磨削、线切割及钳工等，对精度要求较高的尺寸还要借助加工中心设备进行编程加工。在这里，我们借助MasterCAM Mill 9.1进行数控编程，然后对有机玻璃材料进行铣削加工，通过路径选择、刀具选择以及加工参数确定更加熟悉了材料的粗加工、精加工等特点。考虑到有机玻璃材料特点，而铣削时（顺铣）则应用高切削速度，小走刀量，以防止工件的开裂。在情况允许的时候可用“拖刀”修光加工面。各零件加工完后，把外购的标准件一起进行模具组装并调试，整个项目顺利完成。
四、小结
通过开展该创新项目，学生的动手能力得到了提高，并且真正掌握了普通冲压复合模的结构及运行，并为课堂教学带来宝贵的模具教学模型，开拓了模具方向新的、更加有意义的教学模式。