沖壓教學實驗臺的研發(fā)

摘要：為探索產(chǎn)教融合實驗課程建設措施，以現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的沖壓自動化生產(chǎn)線為設計對象，對高校實驗室資源進行挖掘，目前自動化技術的應用領域越來越廣泛，隨之新技術的不斷更新將更加快速地推動它的發(fā)展。作為高職院校更要跟上時代的腳步，掌握新技術。結合我校的實際情況，自主研發(fā)設計適合我校學生的沖壓教學實驗臺，通過實驗能夠?qū)W生所學的知識綜合運用起來，讓學生知其然還要知其所以然。另外的實驗設備要適用與多個專業(yè)的多門學科使用，以發(fā)揮設備的最多用途?？刂茖崿F(xiàn)專業(yè)學習與實踐結合的應用型人才培養(yǎng)模式。

關鍵詞：產(chǎn)教融合;沖壓自動化;教學實驗臺

一、沖壓研究現(xiàn)狀及發(fā)展

1.沖壓內(nèi)涵

沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具，是在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設計和制造有直接關系。模具設計與制造技術水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。

2.沖壓教學實驗臺國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前，我國傳統(tǒng)教育方式對模具人才的培養(yǎng)存在不足，盡管學校設立了模具專業(yè)，但由于受軟硬件設施限制，培養(yǎng)出的學員實際技能不夠。而社會上各種各樣的模具培訓班，又缺乏規(guī)范的職業(yè)標準，導致學員質(zhì)量良莠不齊，很難培養(yǎng)出大量的新型模具技能人才。

現(xiàn)在大部份人還是注重軟件操作，我們都知道圖紙只是工程的語言，軟件只是表達語言的嘴，如果只是注重軟件操作，不是很了解模具是什么，如何制造出來的，又是如何生產(chǎn)出產(chǎn)品來，那能設計出模具嗎？只能算是個簡單繪圖員。

本課題正是利用實物模具模型在課堂上演示落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、彎曲模、拉伸模、成形模，讓學生深入了解模具組成和結構原理，增加學生設計與分析課程內(nèi)容，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。本課題的實施將改變老師的傳統(tǒng)的教學方法，讓老師與學生產(chǎn)生真正的互動，學生有了實際參與的環(huán)境，將以往枯燥乏味的模具技術理論和讓老師用語言難于表達的模具結構，用實物清楚地展現(xiàn)在學生面前，幫助學生對沖壓工藝方面知識的理解，這將大大提高學生的學習興趣，有利于提高學生沖壓模具的動手設計的能力;同時也為教師提供了科研、師資培訓等平臺，有助于推動教師的專業(yè)發(fā)展。

國內(nèi)進行的相關改革首先提到的是上海天威教學實驗設備有限公司為代表的由電腦控制，進行多媒體動畫同步演示沖壓模具設計與制造智能控制陳列柜。由PC電腦軟件控制順序或任選播放三維動畫同步模型演示沖壓模具功能原理。雖然有助于教學，但是對于高職學生現(xiàn)有的理解能力來說只是杯水車薪，而且投入也過大（7.7-8.2萬元），其效果也并不理想。

二、研究的基本思路和方法;主要觀點。

（1）研究的基本思路

要真正提高我校模具設計與制造專業(yè)教師的課堂教學能力，除了教師本人苦練內(nèi)功之外，學校要盡可能搭建起平臺，從實際出發(fā)開展自制教學實驗用具活動，自制教學實驗設備是推動課程改革的重要舉措之一，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的必要手段。在教學過程中，適時恰當?shù)剡\用設計新穎、構思巧妙的沖壓實驗設備，能有效激發(fā)模具專業(yè)學生對模具設計與制造的好奇心和探究欲望。

（2）主要觀點

沖壓教學實驗臺的研發(fā)可實現(xiàn)模具專業(yè)理論與實訓并行且有效地開展實踐型教學，展示“原料-產(chǎn)品-模具-成型”全過程，使學生在對模具工作過程和模具結構得到充分認識的同時大大提高學生的動手和學習興趣;實現(xiàn)方便快捷的、最為實用的、且全面而富有特色的現(xiàn)代模具設計與制造實驗室實訓工廠效果;實現(xiàn)產(chǎn)、學、研三結合的教學模式，重點培養(yǎng)高素質(zhì)的模具專業(yè)設計人才，打造成為最貼近生產(chǎn)，貼近技術，貼近工藝，最為實用、且全面而富有特色的現(xiàn)代模具設計與制造實驗實訓場所。

三、沖壓自動化生產(chǎn)線模擬控制實驗

近年在自動化生產(chǎn)線中，采用專用的機器人和機械手來裝卸零件、傳送零件、分揀工件及入庫碼垛工作得到了廣泛的應用。氣動控制回路，由于具有清潔、反應快、氣動元件價格低、制作方便等特點，引起了各種企業(yè)的高度重視。為了提高生產(chǎn)效率，不斷提出新思維和完善自動化技術。作為高職院校更要跟上時代的腳步，掌握新技術。開發(fā)結構相對簡約，移動方便，而且易于操作的試驗型沖壓機。開發(fā)具有代表性的落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、彎曲模、拉伸模、成形模等沖壓模具，模具結構盡量敞開，其工作過程一目了然。根據(jù)不同教學內(nèi)容的需要，可便捷地更換不同模具。對沖壓設備以輕量化、可移動性為設計主要目標，以結構優(yōu)化、滿足沖壓時的實驗臺結構在受力時抵抗彈性變形的能力即剛度為沖壓實驗臺質(zhì)量控制重點，分析各部件連接形式，并通過實際工作檢驗，確保沖壓實驗臺運行的可靠性和工作精度。

在落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、彎曲模、拉伸模、成形模等沖壓模具設計時，從模具制造的難易程度、模具壽命、工藝成本、操作方便和安全程度等方面進行綜合分析、比較，在滿足沖件質(zhì)量要求的前提下，確定適合具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟合理的沖壓工藝方案，進行模具結構的總體設計。

（1）臺面及機械本體設計：選擇鋁材T型槽臺面，有利于方便元器件固定在實驗臺面。臺面大小600mm*600mm，高度800mm，方便放置和搬運。沖壓機構選擇小型壓力，動力源選擇旋轉式氣缸或者電動機都可以實現(xiàn)。組裝過程中要將壓力設備、電氣元件，氣動元件，全部放在一個小小的試驗臺上，方便操作、觀察和研究。

（2）送料機構設計：注重氣動的應用，把料筒和送料槽分開，中間通過真空吸盤5運輸，真空吸盤的動作通過旋轉氣缸7實現(xiàn)，送料槽上的物料通過直動氣缸9推到凹模并對其定位， 加工完成后的廢料，選擇氣吹式卸料方法將廢料直接吹走。在這里安裝三個光傳感器，分別用于檢測料筒，送料帶及凹模上是否有物料，氣缸分別安裝磁傳感器檢測氣缸動作。這個實驗臺，能夠完成真空吸盤、氣吹、旋轉氣缸，直動氣缸的控制驗。其中各零部件的固定根據(jù)需求自己設計，為了維護和維修方便盡量選擇標準件。在實驗的過程中機械零部件可以根據(jù)任務要求任意組裝，以達到實驗的靈活性。

（3）傳感器及電氣控制部分設計：氣動電磁閥選擇三個三位五通閥分別控制真空吸盤、氣吹和送料氣缸9，三個兩位五通閥兩個旋轉氣缸和壓料氣缸4，整個設備可采用順序的工作過程，通過光電傳感器檢測料筒是否有物料，只有料筒上有物料真空吸盤才有機會工作，真空吸盤工作2S后，旋轉氣缸動作將物料送至送料帶上，吸盤將物料放到送料帶上之后通過光電傳感10器檢測物料是否在指定位置，氣缸9將物料推至凹模并長時間停留在原位，同時起到定位的作用，當光電傳感器11接受到凹模上物料信號時，定位氣缸4動作對坯料定位，定位完成后沖壓氣缸工作，實現(xiàn)對零件沖壓，之后定位氣缸退回。沖壓的廢料沖下面直接落到框里，氣吹吹出硬紙板廢料，這樣一個工作循環(huán)就完工了。要進入下一工作循環(huán)必須滿足送料帶及凹模上都沒有坯料的前提下才能進行，這個檢查有光電傳感器完成。

（4）PLC程序應用：PLC程序相對靈活，通過程序可以實現(xiàn)整個流程的動作，也可以實現(xiàn)局部的機構運行，實驗過程老師可以指定任務學生也可以自由發(fā)揮?？梢詫崿F(xiàn)順序工作也可以有所創(chuàng)新提高設備的生產(chǎn)效率。 對沖壓設備以輕量化、可移動性為設計主要目標，以結構優(yōu)化、滿足沖壓時的實驗臺結構在受力時抵抗彈性變形的能力即剛度為沖壓實驗臺質(zhì)量控制重點，分析各部件連接形式，并通過實際工作檢驗，確保沖壓實驗臺運行的可靠性和工作精度。

在落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、彎曲模、拉伸模、成形模等沖壓模具設計時，從模具制造的難易程度、模具壽命、工藝成本、操作方便和安全程度等方面進行綜合分析、比較，在滿足沖件質(zhì)量要求的前提下，確定適合具體生產(chǎn)條件的最經(jīng)濟合理的沖壓工藝方案，進行模具結構的總體設計。

相對于上述虛擬演示的沖壓實驗臺而言，本課題所開發(fā)的沖壓實驗臺具有現(xiàn)場工作時的真實性，使用者能夠切身體驗;相對于工業(yè)上使用的沖床或其他壓力機而言，本課題所開發(fā)的沖壓實驗臺具有移動方便、模具更換速度快之特點。能夠使學生在對模具結構和模具工作過程得到充分認識的同時大大提高學生的動手和學習興趣，有效提高課堂教學質(zhì)量。

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作者簡介：郭勝，男，（1968.3—），黃岡職業(yè)技術學院工程師。研究方向： 機械設計制造及其自動化。

課題名稱：黃岡職業(yè)技術學院科學研究項目 “沖壓教學實驗臺的研發(fā)”;編號“2019C2012130”