【冲压模具设计】端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计【全套CAD图纸+毕业论文说明书+开题报告等】【优秀毕业设计论文】
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【冲压模具设计】端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计【全套CAD图纸+毕业论文说明书+开题报告等】【优秀毕业设计论文】,冲压,模具设计,冲孔,复合,设计,全套,cad,图纸,毕业论文,说明书,仿单,开题,报告,讲演,呈文,优秀,优良,毕业设计,论文
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（ 2007 届） 本科 生 毕业设计（论文）资料 学 院、系 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计与制造及自动化 学 生 姓 名 ： 粟 向 班 级 ： 0302 学号 26030202 指导教师姓名 ： 曾立平 职称 教授 最终评定成绩 ： 湖南工业大学教务处 二六年九月制 - 1 - 目 录 第一部分 过程管理资料 一 、 毕业设计（论文） 课题 任务书 ( 3 ) 二 、 本科毕业设计（论文）开题报告 ( 6 ) 三 、 本科毕业设计（论文）进展情况记录 (13 ) 四 、 本科毕业设计 （论文）中期报告 (15 ) 五 、 毕业 设计（论文） 指导 教师 评阅表 (16 ) 六 、 毕业设计（论文）评阅 教师评阅 表 (17 ) 七 、 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 (18 ) 第二部分 设计说明书 八 、 设计说明书 (19 ) - 2 - 2007 届 本科 生 毕业设计（论文）资料 第一部分 过程管理资料 - 3 - 2007 届毕业设计（论文）课题任务书 院 (系 )： 机械工程学院 专业： 机械设计与制造及自动化 指导教师 曾立平 学生姓名 粟 向 课题名称 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 内 容 及 任 务 内容： 1. 冲压件零件图一张（包括零件尺寸、精度、材料等）。 2. 生产批量为大批量生产。 3. 零件材料为 20 号 钢。 4. 材料厚度为 2 任务： 1. 落料、拉深复合模总体设计。 2. 设计说明书一份。 3. 设计图纸齐全。 4. 自选一个重要模具零件编制加工工艺过程。 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 一、模具 1. 保证规定的生产率和高质量的冲压件的同时 ，力求成本低、模具寿命长。 2. 设计的模具必须保证操作安全、方便。 3. 冲模零件必须具有良好的工艺性，即制造装配容易、便于管理。 4. 便于搬运、安装、紧固到冲床上并且方便、可靠。 5. 保证模具强度的前提下，注意外形美观，各部分比例协调。 二、说明书 1. 资料数据充分。 2. 计算过程详细、完全。 3. 公式的字母含义应标明，有时还应标注公式的出处。 4. 内容条理清楚，按步骤书写。 5. 说明书要求由计算机打印出来。 三、设计图纸 1. 模具总装图一张。 2. 全部模具零件图纸，总图纸量不少于 3 张零号图面 。 - 4 - 进 度 安 排 起止日期 工作内容 成毕业设计的选题和开题报告 设计的相关资料进行整理。 行设计的初期计算。 计模具的结构。 制装配图和零件图。 整个设计进行合理性检查 计说明书的输入以及毕业答辩的准备。 业设计答辩。 - 5 - 主 要 参 考 资 料 郑家贤 . 冲压工艺与模具设计实用技术 械工业出版社， 2005. 005.(冲模设计手册编写组 械工业出版社， 1999. . 999.(刘心治 庆大学出版社， 1995. 005.(卢险峰 械工业出版社， 1997. 997.( 5中国机械工程学会锻压学会 械工业出版社， 2002. 002.( 6钟毓斌 械工业出版社， 2002. 002.( 7彭建声 械工业出版社， 2004. 004.(教研室 意见 签名： 年 月 日 院 (系 )主管领导意见 签名： 年 月 日 - 6 - 湖 南 工 业 大 学 本科毕业设计 开题报告 （ 2007 届） 学 院、系 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计与制造及自动化 学 生 姓 名 ： 粟 向 班 级 ： 0302 学号 26030202 指导教师姓名 ： 曾立平 职称 教授 2007 年 0 1 月 14 日 - 7 - 题目： 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写 1500 2000 字左右的文献综述。 一、 本选题的目的和意义 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了 很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。 因此我选择了模具 设计 的课题，即设计 一副能够生产 端盖 的模具，并且 结构合理、能保证制品的精度、表面质量 。 在设计中 能熟练使用 、 机械、模具相关 绘图软件。 二、国内外发展情况 1、国内方面： 模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。中国经济的 高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。近 10 年来，中国模具工业 一直以每年 15%左右的增长速度快速发展。但与发达国家相比，中国模具工业无论在技术上，还是在管理上，都存在较大差距。特别在大型、精密、复杂、长寿命模具技术上，差距尤为明显。中国每年需要大量进口此类模具，在模具产品结构上，中低档模具相对过剩，市场竞争加剧价格偏低，降低了许多模 具企业的效益。而中高档模具能力不足 ， 模具的开发能力较弱，技术人才严重不足，科研开发和技术攻关投入少 等一系列问题，严重制约了中国模具行业的发展。 由 于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展，市场广阔，产销两旺。2003 年我国模具产值达到 450 亿元人民币以上，约折合 50 多亿美元，按模具总量排名，中国紧随日本、美国其后 ， 位居世界第三。中国 模具 已 涵 盖了各种用于金属和非金属成形的特殊装备， 被分为 10 大类、 46 小类。 1996 年至 2002 年间，中国模具制造业的产值年平均增长 14%左右， 2003 年增长 25%左右，广东、江苏、浙江、山东等模具发达地区的增长在 25%以上。近两年，我国的模具技术有了很大的提高，生产的模具有些已接近或达到国际水平。 2003 年模具出口 美元，形势喜人。 总的来看，我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量 - 8 - 较高的中、高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。 近五年来，我国平均每年进口模具约 美元， 2003 年就进口了近 美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。中国现有模具企业超过 2 万家，从业人数 50 多万人。中国的模具生产目前主要集中在华南和华东，大约 占了全国模具制造业产值和销售额的三分之二，每年平均增长在 20%左右。 2、国外方面： 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 2004 年，1，进出口相抵后的净进口额达 美元，为世界模具净进口量最大的国家。 3、 未来冲压模具制造技术 发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品 “交货期短 ”、 “精度高 ”、 “质量好 ”、 “价格低 ”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： (1) 全面推广 术 模具 术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 术的条件已基本成熟，各企业将加大 术培训和技术服务的力度；进一步扩大 术的应用范围。计算机和网络的发展正使 术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整 合，使虚拟制造成为可能。 (2) 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需 - 9 - 的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 据，用于模具制造业的 “逆向工程 ”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在 “十五 ”期间将发挥更大的作用。 (4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极 作三维或二维轮廓加工 (像数控铣一样 )，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用 真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积 (、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统 。 - 10 - 要研 究内容、研究思路及方案。 这次设计的任务是设计 端盖 的一副模具，并绘出 模具装配图、模具零件图 以及编写设计 说明书。 首先我们需要知道模具在加工中的作用和设计的基本要求。模具的作用是将压力机的作用力通过模具传递给金属板料，在其内部产生使之变形的内力，使板料毛坯发生变形，从而获得满足一定性能要求的及符合所需尺寸及形状的制品。在生产实际中 ,模具的作用在于保证冲件的质量、提高生产率和降低成本等。为此除了采用行之有效的工艺手段、进行正确的模具设计及选择合理的模具结构之外，还必须满足以下几个要求：制造精度高 操作性能良 好 使用寿命长 制造周期短 模具成本低。 对于 端盖，它属于带凸缘圆筒型件，从结构上我们可以得知需要落料、拉深和冲孔 三个工序过程。从零件的工艺性分析可以看出此零件对落料是很适合的。但从拉深方面考虑就需要计算出拉深系数，判断能否一次拉深成功，这也是本设计中需要重点分析的地方。其次对于零件是否可以成型方面也要进行详细的计算和核算校核 ,再有对模具结构和压力机的选择也是重点。在模具零件的结构设计上，也需要注意很多细小而不可忽视的问题。 对于整个设计过程可以按以下的方法来设计计算。 1、 取得必要的资料 取得注明具体技 术要求的产品零件图。 收集工件加工的工艺工艺过程卡片。 了解工件的生产批量。 确认工件原材料的规格及毛坯情况。 熟悉冲压车间的设备和情况。 2、 确定工艺方案 对零件进行工艺性分析。 根据工艺计算，确定工序数目。 计算拉深系数，确定拉深次数。 根据生产批量、尺寸大小、精度要求选择合理的加工方案。 3、 进行必要的工艺计算。 - 11 - 设计材料的排样和计算毛坯尺寸。 计算落料力、卸料力、压边力、拉深力和顶件力等。 计算或估算模具各主要零件的厚度。 计算凸、凹模的工作部分尺寸。 4、 模具的总体设计 在上述分析计算的基础上，进行模具的结构 的总体设计，估算出外形尺寸。 5、 模具主要零部件的结构设计 工作部分零件的设计。（凸模、凹模、凸凹模等） 定位零件的设计。（挡料销） 卸料零件的设计。（卸料板） 导向零件的设计。（导柱、导套） 6、 选定冲压设备 压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力。 压力机的装模高度必须符合模具的闭合高度的要求。 压力机的行程要符合要求。 7、 绘制模具总图 主视图 俯视图 工件图 排样图 列出明细表 技术要求及说明 8、 绘制各非标准件的零件图 9、分析一个主要零件的加工工艺路线。 - 12 - 成毕业设计的选题和开题报告。 设计的相关资料进行整理。 行设计的初期计算。 计模具的结构。 制装配图和零件图。 整个设计进行合理性检查。 计说明书的输入以及毕业答辩的准备。 业设计答辩。 指导教师： 年 月 日 说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师 审查后 签署意见生效。 - 13 - 本科毕业设计（论文）进展情况记录 毕业设计（论文）题目： 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 班级 ： _0302_学号： 26030202 学生： _粟向 _指导教师： 曾立平 时 间 任务完成情况 指导教师 意见 第 一 周 至 第 二 周 和指导老师沟通，讨论相关设计计划和具体安排。 指导教师签名： 年 月 日 第 三 周 至 第 四 周 准 备好设计的相关书籍，对以前学过的模具知识进行温习，以此来熟悉自己设计的大概内容。 指导教师签名： 年 月 日 第 五 周 至 第 六 周 开始对设计进行初步的计算。 指导教师签名： 年 月 日 注： 教师监督 学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据 课题任务书 拟定的进度与进展情况 以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署意见。 - 14 - 第 七 周 至 第 九 周 设计模具的主要结构，并绘出零件图和装配图。 指导教师签名： 年 月 日 第 十 周 至 第 十 一 周 对整个设计进行合理性检查 。 指导教师签名： 年 月 日 第 十二 周 至 第 十三 周 设计说明书的输入以及毕业答辩的准备。 指导教师签名： 年 月 日 注：教师监督学生如实记录毕业设计（论文）过程中根据 课题任务书 拟定的进度与进展情况以及毕业设计（论文）撰写过程中遇到的问题和困难，并签署意见。 - 15 - 本科毕业设计（论文）中期报告 填表日期： 2007 年 5 月 28 日 院（系） 机械工程学院 班级 0302 学生姓名 粟 向 课题名称： 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 课题主要任务： 了解模具的结构和构造， 对模具进行系统的分析，做出一套完善的模具 1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 开题以来，认真查阅了一系列的参考文献和与设计相关的书籍，对课题有了初步的整体了解，并通过参考各种资料书中有关冷冲模的设计过程，对设计步骤和方法有了更深层次的了解。通过前段时间的设计计算和结构分析以及在曾立平 教授的认真指导下， 端盖 的结构设计是此课题最为重要的，也是难点之处，所以这对下一步的工作有着深刻的意义。 2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 1对结构进行进一步的分析，做出初步的结构方案。 2在做出的初步方案上进行修改，使其进一步完善。 3确立方案后，接下来就是绘图和说明书的整理。 3、存在的具体问题 个人对模具设计的了解深度有限，存在的主要问题是整个结构设计过程中，经常遇到一些不起眼的问题， 需同学和老师的指导，在整个结构设计中还不完善， 需进一步的修改和完善。 4、指导教师对该生前期研究工作 的评价 指导教师签名： 日 期： - 16 - 毕业设计（论文）指导教师评阅表 院 （ 系 ） ： 机械工程学院 学生姓名 粟向 学 号 26030202 班 级 0302 专 业 机械设计与制造及自动化 指导教师 姓 名 曾立平 课题名称 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 评语： （包括以下方面，学习态度、工作量完成情况；检索和利用文献能力、 计算机应用能力；学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；） 是否同意参加答辩： 是 否 指导教师评定成绩 分值： 指导教师签字： 年 月 日 - 17 - 毕业设计（论文）评阅教师评阅表 院、系： 机械工程学院 学生姓名 粟向 学 号 26030202 班 级 0302 专 业 机械设计与制造及自动化 课题 名称 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 评语：（对论文学术评语 ， 包括选题意义；文献利用能力；所用资料可靠性；创新成果及写作规范化和逻辑性） 针对课题内容给设计者（作者）提出 3 个问题，作为答辩时 参考 。 1. 2. 3. 评 分 ： 是否同意参加答辩 是 否 评阅人签名 ： 年 月 日 - 18 - 毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 院、系（公章）： 机械工程学院 说明：最终评定成绩 a+b+c，三个成绩的百分比由各院、系自己确定。 学生姓名 粟向 学号 26030202 班级 0302 答辩 日期 课题名称 端盖的落料、拉深、冲孔复合模设计 指导 教师 曾立平 成 绩 评 定 分值 评 定 教师 1 教师 2 教师 3 教师 4 教师 5 小计 课题介绍 思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理 ，结论严谨，设计（论文）有应用价值。 30 答辩 表现 思维敏捷 ,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入 ,知识面宽。 70 合 计 100 答 辩 评 分 分值： 答辩小组长签名： 答辩成绩 a： 指导教师评分 分值： 指导教师评定成绩 b： 评阅教师评分 分值： 评阅教师评定成绩 c： 最终评定成绩： 分数： 等级 ： 答辩委员会主任签名： 年 月 日 - 19 - 2007 届 本科生毕业设计（论文）资料 第 二 部分 设计说明书 （或毕业论文） 1 附录 2 快速原型技术及在模具制造中的应用 摘要 ：论述了快速原型技术的工艺原理、加工特点、形成与发展概况以及在模具制造中的应用，指出该项技术可构成一种应用范围十分广泛、新颖的加工体系，市场前景广阔。 关键词 ：快速原型技术 模具制造 产品开发 快速原型技术是一种涉及多学科的新型综合制造技术。 80 年代后，随着计算机辅助设计的应用，产品造型和设计能力得到极大提高，然而在产品设计完成后，批量生产前，必须制出样品以表达设计构想，快速获取产品设计的反馈信息，并对产品设计的可行性作出评估、论证。在市场竞争日趋激烈的今天，时 间就是效益。为了提高产品市场竞争力，从产品开发到批量投产的整个过程都迫切要求降低成本和提高速度。快速原型技术的出现，为这一问题的解决提供了有效途径，倍受国内外重视。 1 快速原型技术的基本原理 快速原型技术是用离散分层的原理制作产品原型的总称，其原理为：产品三维 型分层离散按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型。 该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠 计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用 粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。 2 快速原型技术的加工特点 快速原型技术突破了“毛坯切削加工成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点： (1)可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新产品的开发成本和开发周期。 (2)属非接触加工，不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力影响 。 (3)无振动、噪声和切削废料。 (4)可实现夜间完全自动化生产。 2 (5)加工效率高，能快速制作出产品实体模型及模具。 下表为快速原型技术与传统切削方法的比较。 快速原型技术与传统切削方法比较表 3 快速原型技术的发展 快速原型技术概念即 念的提出可追朔到 1979 年，日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法， 1980 年小玉秀男又提出了光造型法，该设想提 出后，由丸谷洋二于 1984 年继续研究，并于 1987 年进行产品试制。 1988 年，美国 3D 司率先推出快速原型实用装置 激光立体造型即 并以年销售增长率为 30%40%的增幅在世界市场出售。近年来，随着扫描振镜性能的提高，以及材料科学和计算机技术的发展，快速原型技术已日趋成熟，并于 1994 年正式进入推广普及阶段。 按照所用材料的形态与种类不同，快速原型技术目前有以下四种类型。 用激光固化树脂材料的光造型法 光造型装 置一直以美国 3D 司的 产品独占鳌头，并形成垄断市场。其工作原理如图 1 所示。由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描液激光器扫描镜升降装置容器光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧 3 紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。激光立体造型制造精度目前可达 要用作为产 品提供样品和实验模型。此外，日本帝人制机开发的 直接制作注射成型模具和真空注塑模具 图 1 立体光造型技术原理图 张叠层造型法 纸张叠层造型法目前以 司开发的 置应用最广。该装置采用专用滚筒纸，由加热辊筒使纸张加热联接，然后用激光将纸切断，待加热辊筒自动离开后，再由激光将纸张裁切成层面要求形状，如图 2 所示。 图 2 纸张叠层造型原 理图 制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉（约为光造型法的 1/2）、速度高（约为木模制作时间的 1/5 以下），并可 4 简便地分析设计构思和功能。 融造型法 熔融造型法以美国 司开发的产品 用最为广泛。工作时，直接由计算机控制喷头挤出热塑材料并按照层面几何信息逐层由下而上制作出实体模型。 术的最大特点是速度快（一般模型仅需几小时即可成型）、无污染，在原型开发和精铸蜡模等方面得到广泛应用 。 可塑造型法 热可塑造型法以 司开发的选择性激光烧结即 用较多。该方法是用 光熔融烧结树脂粉末的方式制作样件。工作时，由 光器发出的光束在计算机控制下，根据几何形体各层横截面的几何信息对材料粉末进行扫描，激光扫描处粉末熔化并凝固在一起。然后，铺上一层新粉末，再用激光扫描烧结，如此反复，直至制成所需样件。如图 3 所示。 图 3 选择性激光烧结原理图 术造型速度快（一般制品，仅需 1 天 2 天即可完成）、造型精度高（每层粉末最小厚度约 光动态精度可达 具有自动激光补偿功能）、原型强度高（聚碳酸脂其弯曲强度可达 龙可达55因此，可用原型进行功能试验和装配模拟，以获取最佳曲面和观察配合状况。 在快速原型技术的开发应用方面，美国和日本走在前列。近年来，我国快速原型技术的发展已十分迅速。华中理工大学在 1994 年开发研制成功两种快速成型系统样机 前已进入商品市场，广泛应用于汽车、玩具、航空航天、造船、军工等行业。 4 快速原型技术在模具制造中的应用 5 速制模铸造 将需铸零件的 型转换为快速模壳制造，按模壳每层截面的几何形状生成陶瓷模壳然后按快速熔模铸造方法即可快速制造金属零件。此外，可将快速原型技术制作生成的样件作为铸造模具的原模，实现零件的快速铸造，其过程为：零件 维设计计算流体动力学分析（ 型制造熔模铸造金属零件。 速模具制造 传统的模具制造方法周期长、成本高，一套简单的塑料注塑模具其价值也在 10 万元以上。设计上的任何失误反映到模具上都会造成不可挽回的损失。快速原型技术可精确制作模具的型心和型腔 ，也可直接用于注射过程制作塑料样件，以便发现和纠正出现的错误。 美国爱达荷国家工程与环境试验中心采用快速凝固工艺即 术实现了注塑模具的快速经济制造。该方法采用快速原型技术制作的样件作为母体样板，通过喷涂到母体样板的金属或合金熔滴的沉积制造模具。其工艺过程为：熔融的工具钢或其它合金被压入喷嘴，与高速流动的隋性气体相遇而形成直径约 雾状熔滴，喷向并沉积到母体样板上，复制出母样的表面结构形状，借助脱模剂使沉积形成的钢制模具与母样分离，即可制出所需模具。 母样使用的材料取决于喷涂其上的合金材料 。对于喷涂工具钢来说，可选用陶瓷材料，类似材料还有铝氧粉和氧化锆可供选择。该方法制作精度高（喷涂工具钢时最小表面涂层可达 造精度可达 时间短（普通模具一周之内即可成型）、造价低（一般为传统模具制造费用的 1/2 1/10）。 速铸造模具 以聚碳酸脂为材料，用 在母体表面制出陶瓷壳型，焙烧后用铝或工具钢在壳内进行铸造，即得到模具的型心和型腔。该方法制作周期不超过 4周，制造的模具可生产 250000个塑料制品。 5 结论 综上所 述， 以预见，随着 场竞争日趋激烈、快速造型技术本身和快速模具制造成套技术的完善，快速成形技术将发展为一种能被企业普遍采用的技术手段，并将给企业带来巨大的经济效益，这应引起各方面的高度重视。 6 附录 3 in By of of of in a of a of is of is a of 980s, of a be to of to in is To of to of to an to at 1. P is of AD to is to up of 7 in D is a of to or of 2. to to to , of is an to (1) of as of of (2) Is a is (3) to (4) (5) of he to to P(he of o he of 8 he of to s is 00 ms of he of he of P to . P P (be 979. in of u 980, it to 984 u on to on a 987. 1988, D to 0%40% in In of 994 to to In in of he is a of D of of a by to a in 9 an a of of in a of to of of to so of a 0.1 to In of to to he OM to be by as in . 10 of OM of is ), is of ), 3.3 is DM is it is by by to to an to to of DM is a to in so 3.4 he of TM is is a O2 11 by on on to of of is by up a of to to go to As of LS is or to is of is is of to 5 on s to to P, of RP is to 994 be in as 4. of P in 12 AD to to of to to In a of D OM 4.2 he is is a of is 00,000 of t be a of to of to of SP of to be to to is or of to go in to of ui to of to to on of of to to of by on as is to to 13 is be in a is 1/10 of he as LS to a in of or to on in to of of 50000 5 on P is a It be of be to be a to （ 2007 届） 本科生毕业设计（论文） 端盖落料拉深冲孔复合模 学 院、系 ： 机械工程学院 专 业 ： 机械设计与制造及自动化 学 生 姓 名 ： 粟 向 班 级 ： 0302 学号 26030202 指导教师姓名 ： 曾立平 职称 教授 最终评定成绩 2007 年 5 月 2 湖南工业大学本科 生 毕业设计（论文） 端盖落料拉深冲孔复合模 院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计与制造及自动化 学 号： 26030202 学生姓 名： 粟 向 指导教 师： 曾立平 教授 2007 年 5 月 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 7 摘 要 随着中国工业不断地发展，模具行业也显得越来越重要。本文 针对 端盖 的冲裁工艺性和拉深工艺性，分析比较了成形过程的三种不同冲压工艺（单工序、复合工序和连续工序），确定用一幅复合模完成落料、拉深和 冲孔 的工序过程。 介绍了 端盖 冷冲压成形过程，经过对 端盖 的批量生产、零件质量、零件结构以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能为前提，将其确定为冲压件，用冲压方法完成零件的加工， 且 简要分析了坯料形状、尺寸，排样、裁板方案，拉深次数，冲压工序性质、数目和顺序的确定。 进行了工艺力、压力中心、模具工作 部分尺寸及公差的计算，并设计出模具。还具体分析了模具的主要零部件（如凸凹模、卸料装置、拉深凸模、垫板、凸模固定板 等）的设计与制造，冲压设备的选用， 凸凹模间隙调整和编制一个重要零件的加工工艺过程。 列出了模具所需零件的详细清单，并给出了合理的装配图。 通过充分利用现代模具制造技术对传统机械零件进行结构改进、优化设计、优化工艺方法能大幅度提高生产效率，这种方法对类似产品具有一定的借鉴作用。 关键词 ： 端盖 ； 模具设计 ； 复合模 ； 拉深冲孔 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 8 s to is on of of of of a On of of of of in to of to a of in of of of as of a a of a By to of 要符号表 录 1 分析零件的工艺性 1 2 确定工艺方案 2 计算毛坯尺寸 2 确定是否要压边圈 3 计算拉深次数 3 确定工艺方案 4 3 主要工艺参数的计算 5 确定排样、裁板方案 5 计算工艺力、初选设备 6 计算工艺力 6 （ 1）落料力 6 （ 2）冲孔力 7 （ 3）推件力 7 （ 4）拉深力 7 （ 5）压边力 8 拉深功的计算 9 初选压力机 9 计算压力中心 10 算凸、凹模刃口尺寸及公差 10 4 模具的结构设计 12 模具结构形式的选择 12 模架的选用 12 模具的闭合高度 13 模具工作部分尺寸计算 13 落料凹模 13 拉深凸模 14 凸凹模 15 弹压御料板 16 上垫板 18 主要符号表 X 压边圈 19 5 模具的整体安装 20 模具的总装配 20 模具零件 21 6 选定冲压设备 22 7 模具的装配 22 复合模的装配 22 凸、凹模间隙的调整 22 8 重要零件的加工工艺过程编制 23 结论 26 参考文献 27 致谢 28 附录 30 实习报告 37 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 11 1 分析零 件的工艺性 冲压件工艺性是指冲压零件在冲压加工过程中加工的难易程度。虽然冲压加工工艺过程包括备料 冲压加工工序 必要的辅助工序 质量检验 组合、包装的全过程，但分析工艺性的重点要在冲压加工工序这一过程里。而冲压加工工序很多，各种工序中的工艺性又不尽相同。即使同一个零件，由于生产单位的生产条件、工艺装备情况及生产的传统习惯等不同，其工艺性的涵义也不完全一样。这里我们重点分析零件的结构工艺性。 该零件是 端盖 ， 如 图 零件可看成带凸缘的 筒形件，料厚 t=2深后厚度不变；零件底部圆角半径 r=缘处的圆角半径也为 R=尺寸公差都为自由公差，满足拉深工艺对精度等级的要求。 图 件图 工艺性对精度的要求是一般情况下，拉深件的尺寸精度应在 以下，不宜高于 ；对于精度要求高的拉深件，应在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于材料各向异性的影响，拉深件的口部或凸缘外缘一般是不整齐的，出现“突耳”湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 12 现象，需要增加切边工序。 影响拉深件工艺性的因素主要有拉深件的结构与尺寸、精度和材料。拉深工艺性对结构与尺寸的要求是拉深件因尽量简单、对称，并能一次拉深成形；拉深件的壁厚公差或变薄量一般不应超出拉深工艺壁厚变化规律；当零件一次拉深的变形程度过大时，为避免拉裂，需采用多次拉深，这时在保证必要的表面质量前提下，应允许内、外表面存在拉深过程中可能产生的痕迹；在保证装配 要求下，应允许拉深件侧壁有一定的斜度；拉深件的径向尺寸应只标注外形尺寸或内形尺寸，而不能同时标注内、外形尺寸。 工艺性要求材料具有良好的塑性 ， 屈强比 / 值越小，一次拉深允许的极限变形程度越大，拉深的性能越好；板厚方向性系数 r 和板平面方向性系数 r 反映了材料的各向异性性能，当 r 较大或 r 较小时，材料宽度的变形比厚度方向的变形容易，板平面方向性能差异较小，拉深过程中材料不易变薄或拉裂，因 而有利于拉深成形。 该零件结构较简单、形状对称，完全由圆弧和直线组成，没有长的悬臂和狭槽。零件尺寸除中心孔和两中心孔的距离尺寸接近 外，其余尺寸均为自由尺寸且无其他特殊要求，利用普通冲裁方法可以达到零件图样要求。零件材料为 20 号钢，退火抗拉强度为 400服强度为 冲裁加工性较好。该零件的冲裁性较好，可以冲裁加工，适于大批大量。 2 确定工艺方案 计算毛坯尺寸 由于板料在扎压 或退火时所产生的聚合组织而使材料引起残存的方向性，反映到拉深过程中，就使桶形拉深件的口部形成明显的突耳。此外，如果板料本身的金属结构组织不均匀、模具间隙不均匀、润滑的不均匀等等，也都会引起冲件口高低不齐的现象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外缘进行修边处理。这样在计算毛坯尺寸的时候就必需加上修边余量然后再进行毛坯的展开尺寸计算。 根据零件的尺寸取修边余量的值为 在拉深时，虽然拉深件的各部分厚度要求发生一些变化，但如 果采用适当的工艺措施，则其厚度的变化量还是并不太大。在设计工艺过程时，可以不考虑毛坯厚度的湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 13 变化。同时由于金属在塑性变形过程中保持体积不变，因而，在计算拉深件的的毛坯展开尺寸时，可以认为在变形前后的毛坯和拉深间的表面积相等。 对于该零件，可看成带凸缘拉深件。 其相对凸缘最大直径 d d 切边前的凸缘直径为： 2 m a xm a x =116+2 23 , 2 38704123 2 =160坯形状如图 坯图 确定是否需要压边圈 坯料相 对厚度 %100 南工业大学本科生毕业设计（论文） 14 %0 016 02 % 所以需要压边圈。 计算拉深次数 在考虑拉深的变形程度时，必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限，同时还能充分利用材料的塑性。也就是说，对于每道拉深工序，应在毛坯侧壁强度允许的条件下，采用最大的变形程度，即极限变形程度。 极限拉深系数值可以用理论计算 的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等，便可求出最小拉深系数的理论值，此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中，极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用实验的方法得出的，我们可以通过查表来取值。 零件的总拉深系数为 ，其相对凸缘直径 dd f ，属于带大凸缘拉深的拉深件。根据 %00 教材 上 表 44得一次允许的拉深系数 m ，第一次拉深的最大相对高度 因材料为 20号钢 ,具有良好的强度和塑性 ,其加工工艺性较好 ,可减小带凸缘筒形件的首次拉深系数及增大最大相对高度。 使得111 , 总，所以零件只需要一次拉深。 确定工艺方案 根据以上分析和计算，可以进一步明确该零件的冲压加工需要包括以下基本工序 :落料、拉深、冲孔和修边 。 根据这些基本工序，可以拟出如下几种工 艺方案： 方案一 先 进行落料，再拉深，修边，最后冲孔，以上工序过程都采用单工序模加 工。用湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 15 此方案，模具的结构都比较简单，制造很容易，成本低廉，但由于结构简单定位误差很大，而且单工序模一般无导向装置，安装和调整不方便，费时间，生产效率低。 方案二 落料与 拉深 、修边 在复合模中加工成半成品，再在单工序模上进行 冲孔 。 采用了落料与 拉深 、修边的复合模，提高了生产率。对落料以及 拉深的精度也有很大的 提高。由于最后一道 冲孔 工序是在单工序模中完成，使得最后一步 冲孔 工序的精度降低，影响了整个零件的精度，而且中间过程序要取件，生产效率不高。 方案三 落料、 拉深 、冲孔 和 修边 全都在同一个复合模中一次加工成型。此方案把三个工序集中在一副复合模中完成，使得生产率有了很大的提升。没有中间的取放件过程，一次冲压成型，而且精度也比较高，能保证加工要求，在冲裁时材料处于受压状态，零件表面平整。模具的结构也非常的紧凑，外廓尺寸比较小，但模具的结构和装配复杂。 方案四 采用带料级进 多工位自动压力机冲 压，可以获得较高的生产效率，而且操作安全，但这一方案需要专用的压力机或自动的送料装置。模具的结构比较复杂，制造周期长，生产成本高。 根 据设计需要和生产批量，综合考虑以上方案，方案三最适合。即落料、 拉深 、冲孔和修边在同一复合模中完成， 这样既能保证大批量生产的高效率又能保证加工精度，而且成本不高，经济合理。 3 主要工艺参数的计 算 确定排样、裁板方案 加工此零件为大批大量生产，冲压件的材料费用约占总成本的 60% 80%之多。因此，材料利用率每提高 1%，则可以使冲件的成本降低 在冲压工作中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量的生产中，较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。 由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式，所以在冲压生产中，可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 16 面积的百分比 来作为衡量排样合理性的指标。 同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常，搭边的作用是为了补充送料是的定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品，从而确保冲件的切口表面质量，冲制出合格的工件。同时，搭边还使条料保持有一定的刚度，保证条料的顺利行进，提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。根据此零件的尺寸通过查表取 : 搭边值为 进距方向 从视测方面来讲，该零件的排样应该采用斜排最合理 。 从图 2 上可知 ：进 距 S=128+ 料宽度 b=*2= 料规格拟用 214004000轧钢板 。 查冲压模具设计 了操作方便采用 横裁。 裁板条数 条个数 板总个数 3 8 5113521 材料利用率 %100 n 面 10040001400 10149385 %71 计算工艺力、初选设备 计算工艺力 （ 1） 落料力 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 17 平刃凸模落料力的计算公式为 式中 P 冲裁力（ N） L 冲件的周边长度（ t 板料厚度（ 材料的抗冲剪强度（ K 修正系数。它与冲裁间隙、冲件形状、冲裁速度、板料厚度、润滑情况等多种因素有关。其影响范围的最小值和最大值在（ 般 k 取为 在实际应用中，抗冲剪强度 的值一般取材料抗拉强度b的 便于估算，通常取抗冲剪强度等于该材料抗拉强度b的 80%。即 b 此，该冲件的落料力的计算公式为 =321984N （ 2） 冲孔力 冲孔力可按下式计算： 中 冲F 冲孔力（ N） L 冲件的内轮廓长度（ t 板料厚度（ b 材料的抗拉强度（ 因此，该零件的冲孔力为： =15675N （ 2） 卸料力 一般情况下，冲裁件从板料切下以后受弹性变形及收缩影响。会使落料件梗塞在凹模内，而冲裁后剩下的板料则箍紧在凸模上。从凸模上将冲件或废料卸下来所需的力称卸料力。影响这个力的因素较多，主要有材料力学性能、模具间隙、材料厚度、湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 18 零件形状尺寸以及润滑情况等。所以要精确地计算这些力是困难的，一般用下列经验公式计算： 卸料力 卸 中 F 冲裁力 (N) 1K 顶件力及卸料力系数，其值可查 教材 表 1 这里取 1K 为 因此 2 8 8 03 2 1 9 8 卸 （ 3） 推件力 将卡在凹模中的材料逆着冲裁力方向顶出所需要的力称为推件力。根据 书上公 式 1推件力为： 2K 推件力系数，其值可查表 1 2K 为 （ 4） 拉深力 一般情况下拉深力随凸模行程变化而改变，其变化曲线如图 图中可以看出，在拉深开始时，由于凸缘变形区 材料的变形不大，冷作硬化也小，所以虽然变形区面积较大，但材料变形抗力与变形区面积相乘所得的拉深力并不大；从初期到中期，材料冷作硬化的增长速度超过了变形区面积减少速度，拉深力逐渐增大，于前中期拉深力达到最高点位置；拉深到中期以后，变形区面积减少的速度超过了冷作硬化增加的速度，于是拉深力逐渐下降。零件拉深完以后，由于还要从凹模中推出，曲线出现延缓下降，这是摩擦力作用的结果，不是拉深变形力。 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 19 拉深力变化曲线 由于影响拉深力的因 素比较复杂，按实际受力和变形情况来准确计算拉深力是笔尖困难的。所以，实际生产中通常是以危险断面的拉应力不超过其材料抗拉强度为依据，采用经验公式进行计算。对于带凸缘圆筒形零件的拉深力近似计算公式为： 拉 中 d 圆筒形零件的凸模直径（ K 系数，这里取 1 b 材料的抗拉强度（ t 材料厚度 因此 7 5 8 4 04 0 02701 拉（ 5） 压边力 压边力的大小对拉深件的质量是有一定影响的，如果过大，就要增加拉深力，因而会使制件拉裂，而压边圈的压力过小就会使工件的边壁或凸缘起皱，所以压边圈的压力必须适当。合 适的压边力范围一般应以冲件既不起皱、又使得冲件的侧壁和口部不致产生显著的变薄为原则。压边力的大小和很多因素有关，所以在实际生产中，可以根据近似的经验公式进行计算。 (N) 中 A 初始有效压边面积 (; 单位压边力 (这里经查 得 以有 2 0 0 31 0 1 3 0( 2 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 20 拉深功的计算 拉深所需的功可按下式计算 1000 中 最大拉深力（ N） h 拉深 深度（ W 拉深功（ N m） C 修正系数，一般取为 C= 所以 5 34 51 00 0 381 75 8 W N m 初选压力机 压力机吨位的大小的选择，首先要以冲压工艺所需的变形力为前提。要求设备的名义压力要大于所需的变形力，而且还要有一定的力量储备，以防万一。从提高设备的工作刚度、冲压零件的精度及延长设备的寿命的观点出发，要求设备容量有较大的剩余。 因拉落 ，故总冲压力 拉冲推卸落 1 7 5 8 4 01 5 6 7 51 2 0 0 01 6 0 9 91 2 8 8 03 2 1 9 8 4 = 应选的压力机公称压力 公称压力为： 此初选闭式单点压力机 630B。 计算压力中心 本零件为对称几何体 ,其压力中心就在它的圆心处，不必计算它的压力中心。 计算凸、凹模刃口尺寸及公差 冲裁件的尺寸精度取决于凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁间隙的合理也要靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确确定刃口部分的尺寸是相当重要的。在湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 21 决定模具刃口尺寸及制造公差时，需考虑以下原则：落料件的尺寸取决于凹模的磨损，冲裁件的尺寸取决于凸模尺寸。考虑到冲裁时凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时， 对基准件刃口尺寸在磨损后变大的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减少的，其刃口公称尺寸应取工件尺寸范围内较大的数值。这样，在凸模磨损到一定程度的情况下，任能冲出合格的零件。在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又要保证合理的间隙数值。 采用凸凹模分别加工，凸凹模分别加工是指在凸模与凹模分别按各自图样上标注的尺寸及公差进行加工，冲裁间隙由凸凹模刃口尺寸及公差保证，这样就需要分别计算出凸模和凹模的刃口尺寸及公差，并标注在凸凹模设计图样上，这样加工方法具有互换性，便于成批制造，主要用于简单，规范形状（图形，方法或矩形）的冲件。 落料时，因为落料件表面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应该先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准，又因为落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，为了保证凹模磨损到一定程度仍能冲出合格零件，故凹模基本尺寸应该取落料件尺寸公差范围内的较小尺寸，落料凸模的基本尺寸则是凹模基本尺寸上减去最小合理间隙。 d 0)( m 2( 式中 落料凸模 最大 直径（ 落料凹模 最大 直径（ D 工件允许最大尺寸 （ 冲裁工件要求的公差 X 系数，为避免多数冲裁件尺寸都偏向于极限尺寸，此处可取X= 对于未标注公差可按 计算，根据教材上表 1得，冲裁模刃口双面间隙： 6 2 0.0 m a xm i n d、p 凹、凸模制造偏差，这里可以按 落料刃口最大尺寸计算 凸模制造公差按 精度选取，得落料尺寸 ，查表得湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 22 4 3 凹凸 校核间隙： 凸 +凹 Z 条件，但相差不大，可作如下调整： )(4.0 m a x 凸 = )(i nm a x 凹 则 0)(= =m i n)( = =拉深时， 拉深模直径尺寸的确定的原则，与冲裁模刃口尺寸的确定基本相同，只是具体内容不同，这里不在复述。 拉深凸模和凹模的单边间隙 Z=算凸凹模制造公差，按 精度选取，由附录表 4 查得，对于拉深尺寸 ， 凹凸 。 因拉深件注内形尺寸，按凸模进行配作： ) 中 d 拉深件内形尺寸： 凸模尺寸： 拉深件公差，这里按 精度选取，查表附录 4，可以 得 =1： 即有 0 4 深凹模则注凸模的基本尺寸 ,并要求按单面拉深间隙配作： 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 23 0 4 8( 冲孔时，对于冲孔 孔， 凹凸 ， 按 精度选取，查附表 4 得： 校核间隙： 凸 +凹 =Z ，满足条件，故可以采用凸模与凹模配合加工方法，因数由表 2得， ，则为： 0)(凸凸 ）（凹凹 0m i n)( ）（ 模具的结构设计 具结构形式的选择 模架的选用 采用落料、拉深、冲孔复合模，首先要考虑落料凸模（兼拉深凹模）的壁厚是否过薄 。 本 次 设 计 中 凸 凹 模 的 最 小 壁 厚 为 满 足 钢 材 最 小 壁 厚 的要求能够保证足够的强度，故采用复合模。 模具采用倒装式。模座下的缓冲器兼作压边与顶件， 另外还设有弹性卸料装置的弹性顶件装置。这种结构的优点是操作方便，出件畅通无阻，生产效率高，缺点是弹性卸料板使模具的结构变复杂 ,要简化可以采用刚性卸料板，其缺点是拉深件留在刚性卸料板中不易取出，带来操作上的不便，结合本次设计综合考虑，采用弹性卸料板。 从生产量和方便操作以及具体规格方面考虑， 选择 后则 导柱模架 ， 由凹模外形尺寸 200250 ，（ 1990）在按其标准选择具体结构尺寸如下 湖南工业大学本科生毕业设计（论文） 24 上模板 45283340 模板 50283340 柱 19528 20钢 导 套 4210028 20钢 凸缘模柄 8560 模具闭合高 度 245 200 模具的闭合高度 所谓的模具的闭合高度 H 是指模具在最低工作位置时，上下模座之间的距离，它应与压力机的装模高度相适应。 模具的实际闭合高度，一般为： 冲头进入凹模
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