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弹簧 压级 模具设计 钩形件 CAD 图纸 PDF

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弹簧片的级进模设计弹簧片的冲压级进模具设计说明书目 录绪 论1第一章 设计任务书及产品图21.1 设计任务书2 1.1 自选的产品图2第二章 零件的工艺性分析32.1 工件材料32.2 工件的形状结构32.3 工件的尺寸精度3第三章 冲压工序方案的确定43.1工序方案43.2 冲压工序的顺序43.3 模具类型及结构的选择5第四章 排样的设计及材料利用率的计算64.1 冲压件的排样设计64.2 材料利用率4第五章 冲压工序力及压力机的选择95.1 总冲压力的计算95.2 压力机的选择115.3 压力中心的确定11第六章 模具刃口尺寸的计算136.1 冲孔凸凹模刃口尺寸的计算136.2 冲废料凸凹模刃口尺寸的计算136.3 弯曲凸凹模工作部分尺寸的计算146.4 落料凸凹模刃口尺寸的计算14第七章 模具零件的设计与选用167.1 工作零件的设计167.2 定位零件与卸料零件的设计187.3 固定零件与紧固零件的设计和选用197.4 模具闭合高度的计算与校核20第八章 模具总装图22总结23参考文献24绪 论模具是国民经济的基础工业，模具工业的发展水平从某种意义上来说代表着一个国家的工业发展水平。我国重点发展的汽车、电子、通讯、航空航天等行业的产品有80%以上的零部件是由模具加工成型的。由于模具自身的特点，现代模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。在当今制造业快速发展的前提下，随着中国成为制造大国，成为模具制造大国，国内模具业得到迅猛发展。中国模具产业已接近1000亿元的大关，已经形成了巨大的生产规模。从我国模具发展的水平来看，模具行业发展的表现有：大型级进模长度已超过3m，精密级进模已可与2000次/min 高速冲床匹配；热流道模具和气辅模具有的已达国际水平；在CAD/CAM 技术得到普及的同时，CAE 技术应用越来越广，CAD/CAE/CAM 一体化技术得到发展，并取得较好成果；模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为IT 电子信息产业、半导体精密组件、端子连接器、手机外壳等配套。据北京一家IT 模具企业负责人介绍，IT 模具在国内已有相当的基础，并已引进了国外先进的技术和设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。对于为超大规模集成电路配套、为引线脚100 以上及间隙0.2mm 以下的引线框架配套、为精度5mm 以上的精密微型连接件配套、为直径1.6mm 以下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子等配套的精密模具是发展的重中之重。有关专家预测，今后模具产业发展的重点是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给、需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也将成为发展的重点。第一章 设计任务书及产品图1.1 设计任务书1.1.1设计题目以分离工序或成型工序为主要工序，自选或指定的某个冲压零件的级进模设计。1.1.2设计主要内容和具体要求1、完成冲压件的工艺性分析和产品图测绘，确定其最佳工艺方案；2、进行相应的工艺计算；选择相应的冲压设备；3、完成模具装配结构设计和所有模具零件的平面尺寸设计；4、用AutoCAD完成模具装配总图的绘制； 5、编写设计计算说明1.2自选的产品图 产品的零件图如右图所示 产品名称：弹簧片 产品的材料：20号钢 产品厚度：1mm 生产批量：大批量 工件精度: IT14级第二章 零件的工艺性分析2.1 工件材料 材料为20号钢，冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，适合冲裁加工。20 号钢的力学性能如下表。表 2-1 20 号钢的力学性能抗拉强度b410MPa抗剪强度246MPab328MPa屈服强度s245MPa伸长率25%断面收缩率55%硬度未热处理156HB2.2.工件的形状结构此工件为冲压件，结构比较简单，外形俯视图为一T 形工件，主视图为一带孔的弯曲件，孔的尺寸为6，弯曲部分的弯曲半径为R4，厚度为1mm，弯曲部分与孔的距离大于1.5t，所以弯曲时不会发生孔变形。2.3 工件的尺寸精度 根据零件图上所注尺寸，工件精度要求不高，采用IT14 级精度，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析，该工件冲裁工艺较好，适合冲裁。除此之外，模具的设计与制造还要考虑的是结构要合理，制造加工要经济方便。第三章 冲压工艺工序方案的确定3.1 工序方案根据产品零件的形状结构，需要冲孔、弯曲、落料等工序完成成形，可选用下面三种工序方案：方案一：先冲外形，然后冲孔，最后弯曲，采用单工序模；方案二：冲孔弯曲落料复合冲压，采用复合模；方案三：冲孔冲废料弯曲切断级进冲压，采用级进模。三种方案的分析比较：方案一：模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要三副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。方案二：只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，对于此工件一副模具要完成冲孔弯曲落料三个冲压工序，显然模具结构相当的复杂。方案三：只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。通过对上述三种方案的分析比较，该工件的冲压生产采用方案三为最佳。3.2 冲压工序的顺序 以上分析已经确定选用级进模进行冲裁，冲裁工序可设计如下：（1）切侧边冲孔冲废料弯曲切断（2）切侧边冲废料弯曲冲孔切断对以上两种方案进行比较，可以看出：方案一：切侧边后就进行冲孔，在冲出孔后可以用来定位，能很好的保证零件的精度，使后面不需要再冲孔用于定位，减少了所需的工步。方案二：切侧边以后先进行弯曲，因工序的前几步因工件上没有孔用于定位，使得不能保证零件上的位置精度。所以综上分析选择第一个方案：切侧边冲孔冲废料弯曲切断。3.3 模具类型及结构的选择 3.3.1 模具类型由冲压工艺分析可知，采用级进模冲压，所以模具类型为多工位级进合模。3.3.2 定位方式零件尺寸较小，厚度较小，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，定距侧刃定位。第一工序冲出的孔可用导正销在后续工序中定位。3.3.3 卸料方式刚性卸料与弹性卸料的比较：刚性卸料是采用固定卸料板结构。常用于较硬、较厚且精度要求不高的工件冲裁后卸料。主要用于卸料力较大、材料厚度大于且模具结构为倒装的场合。弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，主要用于料厚小于或等于的板料由于有压料作用，冲件比较平整。卸料板与凸模之间的单边间隙选择，若弹压卸料板还要起对凸模导向作用时，二者的配合间隙应小于冲裁间隙。常用作落料模、冲孔模、倒装复合模的卸料装置。综上所述采用弹性卸料板。第四章 排样的设计及材料利用率的计算4.1 冲压件的排样设计 冲压件在板、条料上的布置方法叫排样。排样的合理与否，直接影响到材料的利用率，还会影响到模具的结构、生产率、产品质量和生产操作方便与安全。因此，排样是冲裁工艺和模具设计中一项很重要的工作，也是模具设计的关键。特别是在多工序级进模中，合理的排样显得尤为重要。4.1.1 排样方法根据料的使用情况，排样方法可分为：（1）有废料排样 （2）少废料排样 （3）无废料排样经过对比和分析，对弹簧片的设计采用多工序级进模进行冲裁，对于多工序级进模而言，由于制件的原因，无废料冲裁是很少见的。最好的办法是从排样的方法上寻找出路，采用双排、多排等可以提高材料的利用率。所以在本设计中选择了双对排，这样既提高了材料的利用率，又增加了工件的生产效率。4.1.2 搭边值的确定排样中相邻两工件间的余料或条料边缘的余料称为搭边。搭边的作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出不合格的产品。搭边值的确定要合理。搭边值过大，材料的利用率就低。搭边值小，材料的利用率虽高，但不能发挥搭边的作用，在冲裁过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉进凸模或凹模的间隙中，磨损模具刃口。搭边过小，会使作用在凸模侧面上的法向应力分布不均，引起模具刃口的磨损。由弹簧片零件厚度，并查“冲压技术实用数据速查手册”P119知工件间的搭边值a=1.5mm，侧边搭边值a1=2mm。但根据工件的形状进行排样时要在两工件间切掉一个槽，然后进行直接弯曲，弯曲后直接落料，所以工件间可以不需要搭边，只需选择侧边搭边值a1=2mm，这样在保证精度的同时又可以提高材料的利用率。4.1.3 毛坯尺寸的确定 如图3.1所示，工件中涉及到弯曲，而这类弯曲零件变形区材料变薄不严重，且断面畸变较小，可按应变中性层长度等于毛坯长度的原则来计算。由“冲模设计手册”P143，当r0.5t时,弯一个90度角时,该毛坯的计算公式为： L=L1+L2+R+K1t+r+K2t/2其中 L毛坯展开长度(mm)； L1、L2工件直边长度(mm)； 图3.1 r弯曲件内直角弯曲半径(mm)； R弯曲件弯曲内圆半径(mm) t板厚(mm)； K1、K2应变中性层位移系数。由于这里r未知，这里取材料的最小半径r=0.5t=0.5mm，查“冲模设计手册”得应变中性层长度K1=0.42，K2=0.25. L1=6.5mm L2=15+8-R-r-t=15+8-4-0.5-1=17.5mm L=L1+L2+R+K1t+r+K2t/2 =6.5+17.5+4+0.422+（0.5+0.252）2 =40.77mm 这里取整L=41mm由“冲压技术实用速查手册”条料宽度计算公式为： B-0=D+2(a1+) -0 式中D垂直于送料方向的工件最大尺寸；由于采用双对排，这里D=2L=82mm a1侧边搭边值； 条料宽度的单向极限下偏差；这里查“冲压技术实用数据手册”P121得=0.5mm；因此B-0=D+(a1+) -0=82+2(2+0.5)-0.50=87-0.50故条料宽度为87mm由于工件间无搭边值，步距S=24mm。4.1.4 零件排样图4.2材料的利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。一个步距内的材料利用率为 =nABS100%式中n一个进距内冲件的数目；A 冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm）；B 条料宽度（mm）； S进距（mm）。所以材料的利用率=nABS100%=2（424+3716）8724=65.9% 从材料的利用率上来看，排样满足要求。第五章 冲压工序力的计算及压力机的选择5.1 总冲压力的计算5.1.1 冲裁力的计算 冲裁力的大小主要与材料力学性能、厚度及冲裁件分离的轮廓长度有关。用平刃口模具冲裁时，冲裁力F按下式进行计算： F=KLtb式中L冲裁件周边长度（mm）； t材料厚度（mm）； b材料抗剪切强度（MPa）； K系数。 系数K是考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般取K=1.3。b 的值查表1-1 可知246b(MPa) 328，这里取280 MPa。 L=242+5+26+372+82+24+4+4=286.70mm所以F冲=KLtb=1.3286.701280=104358.80N=104.3588kN5.1.2 卸料力与推件力的计算卸料力与推件力一般按照下面经验公式计算。 卸料力 F卸=K卸F冲 推件力 F推=nK推F冲其中K卸、K推分别为卸料力系数与推件力系数，查“冲压技术实用数据速查手册”P111得K卸=0.05，F推=0.055；n为同时梗塞在凹模的件数，n=1。因此 F卸=K卸F冲=0.05104358.80N=5217.94N F推=nK推F冲=0.055104358.80N=5739.73N5.1.3 弯曲力的计算弯曲力的大小受到材料力学性能、弯曲件形状、毛坯尺寸、弯曲半径、模具间隙、凹模圆角支点间距离、弯曲方式等多种因素的影响。因此，要从理论是非常复杂和困难的，在生产中通常采用经验公式或通过简化的理论公式来进行计算。 如图5.1所示，工件有两处弯曲，其中位置1处的弯曲可看做是V形件的弯曲，位置2处的弯曲可看做是U形件的弯曲。（1） 自由弯曲时弯曲力的计算自由弯曲力的计算公式为： F=CKbt2b（r+t） 图 5-1式中C与弯曲形式有关的系数；对于V形件C取0.6；对于U形件C取0.7； K安装系数，一般取1.3； b弯曲部分的宽度（mm）； t料厚（mm）； r弯曲半径（mm）； b材料强度极限（MPa）。20号钢查表2-1取410MPa。因此位置1的弯曲力为 F1=CKbt2br+t=0.61.31612410(1+0.5)=3411.20N 位置2的弯曲力为 F2=CKbt2br+t=0.71.31612410(4+0.5)=1326.58N( 2 ) 校正弯曲时的弯曲力的计算校正弯曲力按如下公式计算： F校=qA式中A校正部分垂直投影面积（mm2）；q单位面积上的校正力（MPa）。这里根据工件材料与材料厚度查“冲压技术实用数据速查手册”取q=90MPa。故校正弯曲力为F校=qA=901016=14400N由于采用双对排，总弯曲力为 F弯=2F1+F2+F校=23411.20+1326.58+14400=38275.56N5.1.4 顶件力的计算对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模，查手册5顶件力或压料力可近似去自由弯曲力的15%35%。 F顶=0.2F自=0.223411.20+1326.58=1695.11N5.1.5 总冲压力 F总=F冲+F卸+ F推+F弯+ F顶=104358.80+5217.94+5739.73+38275.56+1695.11 =155287.14N155.29 kN 5.2 压力机的选择压力机的选择主要包括两方面的内容：类型和规格。本设计属于形状规整对称的小型冲压件，冲压件的尺寸及精度要求不高，故选择开式机械压力机。公称压力的选择，公称压力要大于总冲压力，一般F公=1.3F总。故F公=1.3F总=1.3155.29=201.88kN。根据公称压力的大小，可以初选公称压力为250kN，型号为J23-25 型开式曲柄压力机。J23-25 型开式曲柄压力机技术参数公称压力/kN250工作台尺寸/mm左右560行程次数（不小于）/min-1100前后300滑块行程/mm60模柄孔尺寸/mm4060闭合高度/mm最大205工作台板厚度/mm70最小150立柱间距离/mm2605.3 压力中心的确定模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心相重合，否则，会使冲模和力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的摩擦，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。这里用解析法计算压力中心，压力中心的计算公式为： X0=（F1x1+F2x2+Fnxn）（F1+F2+Fn） Y0=（F1y1+F2y2+Fnyn）（F1+F2+Fn）按如图5-2所示建立坐标系从图中可以看到，图形关于X 轴对称，所以在Y 轴方向上的压力中心即使Y0=0 即X 轴。在X 轴方向的压力中心： X0=（F1x1+F2x2+Fnxn）（F1+F2+Fn） =145624+873636+145648+38275.5660+ 13468922+ 2912962+ 134681002+31194 132+1820144/(1456+8736+1456+38275.56+13468 2+29122+134682+31194+1820) =89.93mm所以压力中心的坐标为（89.93, 0）第六章 模具刃口尺寸的计算6.1 冲孔凸凹模刃口尺寸的计算孔的尺寸为60.15，工件精度为IT14级。查课本“冲压工艺与模具设计”表2-5得最小合理Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm；查表2-11得系数 x=0.5。则 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04mm；故凸模、凹模制造公差 p=0.4Zmax-Zmin=0.40.04=0.016mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.04=0.024mm则凸模刃口尺寸：dp=（d+x）-p0=（6+0.50.3）-0.0160=6.15-0.0160mm则凹模刃口尺寸：dd=（dp+Zmin）0+d=（6.15+0.1）0+0.024=6.250+0.024mm6.2 冲废料凸凹模刃口尺寸的计算（1）冲外形80.18属于冲孔查课本“冲压工艺与模具设计”表2-5得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm；查表2-11得系数 x=0.5。则 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04mm；故凸模、凹模制造公差 p=0.4Zmax-Zmin=0.40.04=0.016mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.04=0.024mm则凸模刃口尺寸：dp=d+x-p0=8+0.50.36-0.0160 = 8.18-0.0160mm则凹模刃口尺寸：dd=（dp+Zmin）0+d=（8.18+0.1）0+0.024=8.280+0.024mm（2）冲外形370.31属于冲孔查课本“冲压工艺与模具设计”表2-5得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm；查表2-11得系数 x=0.5。则 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04mm；故凸模、凹模制造公差 p=0.4Zmax-Zmin=0.40.04=0.016mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.04=0.024mm则凸模刃口尺寸：dp =d+x-p0=37+0.50.62-0.0160 =37.31-0.0160mm则凹模刃口尺寸：dd=dp+Zmin0+d=37.3 +0.10+0.024 = 8.250+0.024mm6.3 弯曲凸凹模工作部分尺寸的计算由零件图可知，该工件为标注內形尺寸的U形弯曲件，尺寸为80+0.3,属于单向偏差，则弯曲凸凹模尺寸的计算公式为 凸模尺寸 BP=(B+0.25)-pO 凹模尺寸 Bd=（BP+2C）0+d式中B弯曲件的基本尺寸（mm）； 弯曲件制造公差（mm）； p、d凸、凹模制造公差，一般按IT68级公差选取。 C凸、凹模单边间隙（mm）。对于钢板C=(1.051.15)t，这里取C=1.1t=1.1mm，p、d取IT8，p= 0.018，d = 0.018。则凸模尺寸BP=(B+0.25)-pO=（8+0.250.3）-0.0180=8.075-0.0180mm凹模尺寸Bd=（BP+2C）0+d=（8.075+21.1）0+0.018=10.2750+0.018mm凹模深度及圆角半径的确定：查手册，凹模深度h = 20 mm，圆角半径r = 3 mm。6.4 落料凸凹模刃口尺寸的计算如图6-1所示落料部分图（粗线部分表示凸模）为最后一步工序落料，本设计采用一次落料两个工件，即只要切除图中的a、b、c 三个边即可。由于在落料的过程中凸模尺寸会变小，所以凹模尺寸以凸模尺寸进行配置。凸模刃口尺寸，a 、c边的部分，这里为保证落料件的精度和冲裁方便，这里取其人口尺寸为6 mm，即在4 mm 的基础上增加了2 mm。 查课本“冲压工艺与模具设计”表2-5得Zmin=0.100mm，Zmax=0.140mm；查表2-11得系数 x=0.5。则 Zmax-Zmin=0.140-0.100=0.04mm；故凸模、凹模制造公差 p=0.4Zmax-Zmin=0.40.04=0.016mm d=0.6Zmax-Zmin=0.60.04=0.024mm 图 6-1 凹模尺寸 Dd=（D-x）0+d=（24-0.50.4）0+0.024=23.80+0.024mm 凸模尺寸 DP=（Dd-Zmin）-P0=（23.8-0.1）-0.0160=23.7-0.0160mm第七章 模具零件的设计与选用7.1 工作零件的设计 7.1.1 凸模的设计 （1）凸模结构设计 凸模的刃口形式：对于较小的凸模，由于直径或相对直径较小，加工成台阶式结构。较大的凸模直接加工成直通式凸模。 凸模的固定形式：凸模根据冲制零件的形状、尺寸、加工方法的不同而有多种固定形式。在本次设计中，凸模采用台肩形式与凸模固定板固定，凸模与凸模固定板的配合部分采用过渡配合（H7/m6 或H7/n6）。(2) 凸模的长度计算凸模长度主要根据模具结构，并考虑修磨、操作安全、装配等的需要来确定。采用弹性卸料装置时，其凸模长度应按下列公式计算：L=h1+h2+h3+a式中L凸模的长度(mm)；h1 凸模固定板厚度(mm)；h2 卸料板厚度(mm)；h3 导料板厚度(mm)；a 增加长度，mm。它包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度（0.51mm）、凸模固定板与卸料板制件的安全距离（一般取1020mm）等。 则 L=h1+h2+h3+a=20+8+6+18=52mm7.1.2 凹模的设计制件的结构对称，总体尺寸并不大，故采用整体矩形凹模较为合理，选用Cr12 为凹模材料。（1）凹模厚度Ha Ha=ks 式中s垂直送料方向的凹模刃壁间最大距离（mm）；k系数，考虑板料厚度的影响。查“模具工程大典”得k=0.4；而s 就是零件垂直送料方向的最大刃壁间距56mm。所以凹模的厚度为Ha =ks=0.456= 22.4mm，但由于在弯曲部分凹模深度为15 mm，而且在弯曲部分底面装一弹簧用于顶件，所以综合考虑凹模深度选40mm。（2）凹模宽度B=s+2.54Ha=52+2.5422.4=108141.6mm这里取B=125mm（3）凹模长度L= s1 + 2s2式中s1送料方向的凹模刃壁间最大距离（mm）； s2送料方向的凹模刃壁至凹模边缘的最小距离（mm）。 s1就是6 个步距的距离，即s1 = 246 = 144 mm，s2 查“模具工程大典”得22mm，则凹模的长度为：L=144 + 222 =188 mm，这里取L = 200 mm。 故凹模的尺寸取20012540mm 其结构如图7-1所示： 图7-17.2 定位零件及卸料零件的设计7.2.1导料板的设计导料板一般沿条料送进方向安装在凹模形孔的两侧，对条料进行导向。导料板按其截面形状可分为平直式和带台式两种，平直式多用于低速送料，且为平面冲裁的级进模；而带台式多用于高速、自动送料，且多为带成型、弯曲的立体冲压级进模，以保证条料在浮动送料过程中始终保持在导料板内运动，经过比较，本设计选用平直式导料板，外形结构尺寸如图7-2所示。 图 7-2导料板的尺寸为LBH=215256mm 7.2.2 承料板的设计承料板的设计和选择可以靠近机械标准，根据JB/T 7648.6-2008，选择标准件如下：LBHS=125402110，结构如图7-3 所示。图 7-37.2.3 导正销的设计在级进模的冲压过程中，导正销在其他定位机构的配合下，先于凸模插入带料已冲制的空中，对带料进行精确的定位。导正销的直径确定为6mm，导正销长度由装配结构确定，导正销固 图 7-4 定在凸模固定板上，其结构尺寸如图7-4 7.2.4 卸料板的设计工件材料厚度较薄，为1mm，该设计中采用弹性卸料板，弹性卸料板既能起到卸料作用，又能起到压料作用，保证冲裁工件的精度。卸料板的外形结构尺寸如图 7-5所示。卸料板的外形尺寸：一般与凸模固定板相同，即L=200mm，B=125mm。材料厚度t= 1 mm，板料宽度B=82 mm，所以选取卸料板的厚度H= 14 mm。而卸料板的凸台高度H = 导料板的高度-（0.100.30）t mm，则凸台高度： 图7-5H = 6 -（0.100.30） 1 = 5.8 mm；弹性卸料板与凸模的双边间隙一般为0.10.3 mm 这里选用圆柱压缩弹簧，型号YA21650 GB/T 2089。7.3 固定零件与紧固零件的设计和选用7.3.1 凸模固定板的设计凸模固定板用来固定凸模，一般情况，凸模固定板的外形尺寸与凹模或卸料板尺寸相同，长度宽度=200125 mm。凸模固定板的厚度可按下列经验公式求得：H=（0.60.8）Ha =（0.60.8）30 = 18 24 mm可取H=20 mm。7.3.2 垫板设计垫板的作用是将凸模承受的压力均匀分布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模座面。垫板的外形尺寸和凸模固定板一致，其厚度一般取经验值610mm，这里取垫板厚度为10mm。7.3.3 模架的选择根据先前的设计结果，选用合适的模架。模架由上模座、下模座和导柱、导套等组成。模架是模具的主体结构，它是连接级进模所有零件的重要部件，模具的全部零件都固定至它的上面，并承受冲压过程中全部载荷。本设计选用对角导柱模架，查“冲压技术实用数据实用手册”，模架的参数如下表7-1所示。表7-1标准模架(mm)凹模边界闭合高度（参考）H上模座GB/T 2855.5下模座GB/T 2855.6导柱GB/T 2861.1导套GB/T 2861.6LB最小最大规 格2001251601902001253520012540251502585387.3.4 模柄的选择模柄是中小型级进模模架上一个不可缺少的零件，通过它使上模部分迅速找正位置，直接与压力机滑块连接固定在一起，以实现冲压的往复运动。因此，模柄的直径和长度应和压力机滑块的模柄孔相匹配。模柄种类有很多，根据模柄孔的尺寸，选择模柄规格为A 40 JB/T7646.3-2008 型凸缘模柄。7.3.5 垫板的设计垫板的作用是将凸模承受的压力均匀分布到模座上，避免凸模直接和模座接触，从而避免压强过高而压塌模座面。垫板的外形尺寸和凸模固定板一致，其厚度一般取经验值610mm，这里取垫板厚度为10mm。7.3.6 螺钉和销钉的选用螺钉的选择：于固定上模座、垫板和凸模固定板的螺钉选4 个为：M12 40 mm（ GB70.1），用于固定下模座板和凹模的螺钉选3 个，成三角形摆放:M12 40 mm（ GB 70.1）。对于卸料螺钉,选择4 个为： M10 50 mm（JB/T 7650.51994）。销钉的选择：本设计中，销钉选用圆柱销钉，规格为M8 40 mm。7.4 模具闭合高度的计算与校核模具的闭合高度为： H = Hs + Hd + Ht + Ha + Hx-h式中Hs上模座的厚度(mm)；Hd垫板的厚度(mm)；Ht凸模的长度(mm)；Ha凹模的高度(mm)；Hx下模座的厚度(mm)；h凸模进入凹模的深度(mm)。根据前面的设计计算，计算模具的闭合高度为：H= Hs + Hd + Ht + Ha + Hx h = 35 + 10 2+ 52+ 40 + 40-1 = 186mm压力机的闭合高度与模具闭合高度之间应有下面关系：（Hmax-Hd）-5 H （Hmin-Hd）+10 式中Hmax压力机的最大闭合高度(mm)；Hmin压力机的最小闭合高度(mm)；H模具闭合高度(mm)；Hd压力机垫板厚度(mm)。即：（205-10）-5 H （150-10）+10 190 186 150，即符合上述关系。所以压力机的的闭合高度和模架闭合高度符合条件。第八章 模具总装配图根据以上设计结果，绘制出总装配图，如下图所示： 图 8-1 装配图1-下模座 2-模柄 3-下模垫板 4-弹簧 5-顶件块 6-导套 7-上模座 8-上模垫板 9-圆柱销 10-螺钉 11-落料凸模 12-螺钉 13-模柄 14-弯曲凸模 15-冲废料凸模 16-导正销 17-冲孔凸模 18-卸料螺钉 19-弹簧 20-凸模固定板 21-卸料板 22-承料板 23-凹模 24-圆柱销 25-下模垫板 26-螺钉 27-螺钉 28-圆柱销 29-导料板 30-侧刃总 结这个学期开设了冲压工艺与模具设计这门课，同时又经过一个多星期的冲压课程设计，让我对模具的基础知识有了深刻的掌握，通过冲压级进模的课程设计，也让我将学到的知识运用到实际设计当中去，初步具备的模具设计的能力。虽然在课设过程中很乏味，也遇到了一些困难，但是解决了后有一种柳暗花明又一村的感觉，整个课程设计认认真真完成下来，自我感觉很充实，收获也很不小。总结如下，通过这个课程设计，全面归纳总结了这个学期所学的冲压工艺和模具设计这门课程，对于学过的知识有更深的了解和应用，锻炼了独立思考和工作的能力。间接地又复习了其他学科的专业知识，使我对此类知识了解的更加透彻，运用起来更加熟练。运用资料、数据、计算、绘图等能力都得到极大的提高，也懂得了应用各种经验公式。在后期绘图过程中，又进一步熟练应用绘图软件，达到熟练的程度。逐步熟悉了各种标准和相关规范。总之，自己的收获很大，在理论学习的同时，也提高了自己的工程实际能力，也为自己将来的毕业设计打下了一定的基础。在学习时安排这类课程设计很有必要。参 考 文 献【1】奎姜华. 冲压工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，2012.8.【2】伍先明、刘厚才、蒋海波. 冲压模具设计指导. 北京：国防工业出版社，2011.1.【3】杨占尧. 冲压模具典型结构图例. 北京：化学工业出版社，2008.1.【4】张正修. 冲压技术实用数据速查手册. 北京：机械工业出版社.,2008.11.【5】肖祥芷，王孝培.模具工程大典M. 北京：电子工业出版社，2007.1【6】冲摸设计手册编写组. 冲模设计手册（模具手册之四）. 北京：机械工业出版社，1990.1- 31 -第 22 页 共 23 页毕业设计用纸在冲压过程模拟 - 产品和工艺设计最新应用摘 要 工艺产品和工艺设计仿真都是目前正在实行产业。然而，一个变量数目会对输入的准确性和计算机预测的可靠性产生重大的影响。 曾经进行一项有关冲压模拟能力评估预测的特点和其工艺条件部分的复杂形面形成了复合、工业零件的研究。在工业应用中，下面是冲压过程的进行模拟测试达到的两个目标：（1）通过分析在产品设计阶段、成形性及预测来优化产品的设计；（2）在模具设计的前期阶段减少试模时间和在冲压加工过程中降低生产成本。为了达到这两个目标，有两种方法可以选择：一种是Pam-Stamp应用法，一种是Intl工程系统有限元增量的动态程序法。很明显第二个目标方法比较好，因为它可以处理的实际冲压中的大多数参数。FAST_FORM3D，一个单步有限元程序的成型技术，匹配第一个目标，因为它只需零件几何形状复杂的过程，而不是信息。在以往的研究表明，这些两个冲压守则也适用于制造汽车和工程机械所使用的复杂形状部件。对在冲压成形性预测问题的能力进行了评价。本文回顾了这一研究结果，并总结了有限元模拟程序所取得结果的准确性、可靠性。 在另一项研究中，对控制压边力（BHF）在半球状圆顶平底杯拉深中的影响进行了研究。高性能的标准汽车材料铝镇静高质量钢（AKDQ），以及如高强度钢板、烘烤硬钢、铝6111等。已经确认不同的压边力可以改善圆顶杯的应变分布。关键词：冲压；过程刺激；工艺设计1.简介对于形状复杂的板材（如汽车覆盖件金属冲压件的设计过程，包括决策的许多阶段）的设计过程是一个非常昂贵和耗时的过程。在目前的工业上，许多工程决策是基于工作人员的经验和他们的知识，这些决策通常是经过软工装模具成型阶段和硬模选拔赛验证阶段后才做出的。很多时候软、硬工具必须重新编制，甚至重新设计和提供的零件到达可接受的质量水平。 现在将最好的设计过程列在图1中。在这个设计过程中，经验丰富的产品设计人员会使用一个称为一步有限元法的专门设计的软件来估计其设计成形性。这将使产品的设计者在确定设计路线之前，以及昂贵的模具已经制造出来之前做必要的修改。一步法有限元法特别适合用于产品分析，因为它不需要粘结剂、附录、甚至绝大多数工艺条件。通常方法不可用在产品设计阶段。一步法有限元法也很容易掌握，计算速度快，这使得设计人员能够发挥“如果”没有太多的时间投资。 图- 1 金属薄板冲压件的参考设计过程。 一旦产品已经设计和经过验证，开发项目将进入“零时间”阶段，并传递到模具设计阶段。模具设计人员会确认他们自己的增量有限元程序的有关设计并进行必要的设计变更，甚至优化工艺参数，确保不只是最低的可接受的零件质量，而是最高达到的质量。这增加了产品的质量，而且增加过程的成品率。增量有限元法特别适合于模具设计分析，因为它确实需要粘合剂，附录，以及已知的模具设计或渴望被人知道的过程。验证制造模具的设计后就会直接进入了艰苦的生产加工和被验证阶段，在此期间，将与物理原型零件对比着进行，试用时间应该减少由于先前的数值验证。重新设计和成型，由于不可预见的问题，再制造模具应该是过去的事情。试用时间减少和消除重新设计/再制造所用的时间应该超过弥补进行数值验证、试模、加工过程所用的时间。对于薄板冲压件生产商而言，冲压工艺的优化也是非常重要的。通过适度增加压力机设备的投资、并使用模具成型、一个人可以控制多个冲压过程。据记载，压边力是板料成形过程中最敏感的工艺参数之一，因此可用于精确控制变形过程。通过控制压边力在功能和压应力的位置等有效措施,提高粘结剂的外围的应变分布的小组提供了新增的强度和刚度,降低了面板和残余应力的回弹程度,提高产品品质和稳定性。通过控制作为压应力和周围的粘结剂边缘位置的函数压边力，可以提高面板强度和刚度，减少面板回弹和残余应力应变分布，提高产品质量和过程的稳定性。一种廉价的工业质量体系，目前正在制定在紧急救济协调员/ NSM采用了液压和氮的结合，如图2所示。使用压边力控制也可以允许工程师设计更具有侵略性的板窗利用所提供的增加压边力控制成形性。 图2. 压边力控制系统和模具正在开发的ERC / NSM实验室1.对设计过程的三个独立阶段研究进行了研究将会在下一节描述产品的设计阶段，其中一个步骤是有限元程序FAST_FORM3D（成型技术）的验证，作为实验室和工业的一部分，用来预测毛坯最佳形状的研究。第4节总结了模具的设计阶段，其中一个实际的工业平板是用来验证的增量有限元程序的PAM Stamp系统（国际工程系统）的研究。第5节覆盖了在实验室研究压边力控制应变分布在深冲、半球形、圆顶平底杯的影响。2 产品仿真 - 应用这项调查的目的是为了验证FAST_FORM3D系统，确定FAST_FORM3D对毛坯形状预测的能力，并确定一步有限元法在产品设计过程中是怎么实施的。成型技术提供了他们的一步法有限元代码和培训中心的FAST_FORM3D / NSM为目的的基准和研究。FAST_FORM3D并不等同于变形历史。相反，它将项目上一个平面或可展曲面零件几何形状和重新定位的最后节点和元素，直至达到最低能量状态。这个过程是计算速度比就像是PAM Stemp的增量模拟，也使得假设增多。FAST_FORM3D能评价和估计最优毛坯矩形件的结构，也是一个强有力的工具，产品设计师由于其速度和使用的安逸性，但是在这时期的几何是不可用的。为了验证FAST_FORM3D，我们比较分析其与毛坯形状预测预报方法的毛坯形状。该零件的几何形状如图3所示是一个长15英寸、宽5英寸、深12英寸有一个1英寸直角法兰盘英寸。表1列出了工艺条件下使用，图4显示了使用Romanovski零件毛坯形状的实证法和滑移线场的方法来预测毛坯形状的原理。 图. 3 矩形几何用于FAST_FORM3D验证表1 为FAST_FORM3D矩形验证过程中使用参数图4。使用手工计算毛坯长方形盘的外形设计。 （一）Romanovski的经验方法；（二）滑移线场分析方法。图5（a）给出了预测从Romanovski法，滑移线场方法，几何形状和FAST_FORM3D空白。空白形状同意在角落里地区，但不同的侧面区域很大。图5（二）- （c）显示抽签中模式后的矩形绘制过程。平移由Pam-Stemp模拟预测空白的每个形状。抽签中地区在弯道很好匹配所有三个长方形盘模式。滑移线场方法，虽然没有达到目标区域在身边1英寸法兰，而Romanovski和FAST_FORM3D方法实现了1英寸法兰在身边地区相对较好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/侧过渡区。此外，FAST_FORM3D毛坯比Romanovski具有较好的应变分布和更低的峰值应变比，由图6中可以看到。图5 各种毛坯形状预测和帕姆印花仿真结果为长方形锅。 （一）三预测空白形状;（二）变形滑移线领域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯图6 比较应变泛用长方形的PAM Stemp形状分布的各种毛坯。 （一）变形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。若要继续此验证研究，从小松制作工业部分被选中，并在图7（a）所示。我们预计的一个最优几何FAST_FORM3D空白的实验装置，正如所见，毛坯很相似，但有一些差异，最终的零件毛坯形状,如图7(b)。图7 仪器FAST_FORM3D模拟结果包括最终验证。 （一）FAST_FORM3D成形性能的比较；（二）预测与实验的毛坯形状比较。接下来,我们模拟了冲压的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp实验毛坯。我们通过比较两者的计算机辅助设计(CAD)预测的零件几何形状 (图8)，发现FAST_FORM3D是更精确的。一个不错的特征是,FAST_FORM3D能显示“失败”的部分情节的轮廓曲线，对失败限制示于图7(A)。总之, FAST_FORM3D在预测的实验室和工业部件的最佳形状成功的毛坯。这表明，FAST_FORM3D可以成功地用于评估产品设计成形性的问题。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。图 8。比较FAST_FORM3D和实验仪器的零件形状。 （一）实验开发毛坯形状和CAD几何;（二）优化毛坯形状和FAST_FORM3D的CAD几何。3 模具和工艺模拟- 应用为了在研究模具设计过程中紧密合作，一个由日本小松制作所和ERC/ NSM组成的小组。与形成问题的一个生产小组选择了小松。该面板是挖掘机的驾驶室左侧内板，如图9所示。是的几何简化为一个实验实验室死亡，同时保持该小组的主要特征。在实验进行过程中小松使用表2所示的条件。一个成形极限图（FLD）研制了用于绘图品质采用穹顶钢和视觉测试应变测量系统，并在图10所示。在实验中使用三压边力分别是（10，30，50吨）以确定其效果。每个模拟实验条件进行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。图9 挖掘机的驾驶室，左侧内板表2机舱内 的工艺条件调查图10 在机舱内调查所使用的绘图优质钢成形极限图。在10吨的条件下发生起皱的实验部分，如图11所示。在30吨条件下发生皱纹被淘汰，如图12所示。对这些实验结果进行了PAM Stemp模拟预测，如图13所示。 30吨压力的测量小组以确定材料画中的模式。这些测量结果进行了比较与预测材料绘制在图14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的错误。一个轻微的颈部，观察小组的30吨，如图13所示。在50吨时，面板上会出现明显的骨折起皱。图11 皱褶实验室机舱内板，压边力= 10吨图12 压边力=30吨机舱内的实验室和颈缩变形阶段。 （一）实验毛坯;（二）实验小组，形成了60;（三）实验小组，完全形成;（四）实验小组，缩颈细节。图13 预测和在实验室客舱内消除皱纹。 （a）预期的几何形状，压边力= 10吨;（二）预测的几何形状，压边力= 30吨图14 在实验室内舱预测与实测比较所得出的结果，压边力= 30吨。应变测量系统测量了每个小组的结果，其结果如图15所示。从每个小组有限元模拟的预测在图16所示。这些预测和测量吻合有关的应变分布，不同的压边力对结果的影响不大。虽然趋势是代表，压边力的影响往往在模拟的压力更多的本地化的方式相比，测量。然而，这些预测表明， PAM Stemp正确预测了颈缩和断裂在30和50吨时发生。关于摩擦应变分布的影响进行了研究,如图17模拟图所示。图 15 机舱内的实验室试验应变测量。 （一）测量应变，压边力= 10吨（面板皱）（二）测量应变，压边力= 30吨（面板颈）;（三）测量应变，压边力=50吨（面板裂缝）。图。16。机舱内的实验室应变有限元预测。 （a）预期的压力，压边力= 10吨;（二）预测的压力，压边力= 30吨;（三）预测的压力，压边力= 50吨。图17 实验室内预测效应摩擦机舱内，压边力= 30吨。 （a）预期的压力，=0.06；（二）预测应变，=0.10。它们的比较结果摘要列于表3中，此表显示，模拟预测了在实验条件下每一株测量系统实验观测结果。这表明，PAM-Stemp可以用来评估成形模具设计相关的问题。表3客舱内的研究结果摘要4. 压边力控制- 应用这次调查的目的是确定各种高性能材料在半球状，圆顶平底，深拉杯深冲性能（见图18），并探讨不同时间的变压边力上进行了拉伸试验，以确定这些材料进行分析和模拟输入到流动应力和各向异性特征（见图 19和表5）。在被调查的材料包括AKDQ钢、高强度钢、烘烤硬钢、铝6111（见表4）。图18 巨形杯模具的几何形状表4用于材料研究的圆顶杯图19 铝6111，AKDQ，强度高，烤硬钢的拉伸试验结果。 （一）拉伸试样裂隙；（二）应力/应变曲线。表5 铝6111、AKDQ、烤硬钢的高强度拉伸试验数据值得注意的是流动应力和AKDQ烤硬钢曲线非常类似，但是在5的时候伸长率减少类似烤硬。虽然高强度钢和铝6111的伸长率很相似，但是其N值比铝6111的值大两倍。此外， AKDQ的R值远远大于1，而烤硬接近1，铝6111远小于1。在这次调查中的压边力用型材时间变量中包含常数，线性减少，脉动（见图20）。为AKDQ钢的实验条件进行了模拟使用的PAM -Stemp增量代码。断裂、皱纹的例子，和良好的实验室杯图21所示以及对模拟图像皱杯。图20.用于研究剖面圆顶杯的压边力时间。 （一）固定压边力;（二）斜压边力;（三）脉动压边力。图 21。模拟实验和圆顶杯。 （一）实验好杯；（b）实验裂隙杯；（三）实验皱杯；（四）模拟皱杯对深冲性能进行了实验研究限制使用固定压边力。这项研究的结果显示在表6 此表显示，AKDQ的冲压性能最大，而铝的最小而烤硬、高强度钢的性能中等。对AKDQ的连续应变分布、脉动压边力进行了比较实验图22，模拟图23。这两个模拟和实验的结果发现，斜坡的压边力轨迹对于提高应变分布情况是最好的。不仅减少了骨折的可能性降低峰值高达5，而且还降低应变地区的增加。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的鲁棒性。表6。恒定压边力限制的顶灯杯的冲压性能图22。时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的实验图23。时间变量对AKDQ钢圆顶杯压边力变化的模拟实验脉动压边力在调查的频率范围内，未发现有对应变分布的影响。这可能是由于这一事实的脉动频率进行了测试只有1赫兹。从其他研究人员以前的实验可知，适当的频率范围是从5到25赫兹。AKDQ从模拟和实验载荷行程曲线比较图24所示。良好的协议被发现的情况下=0.08。这表明，有限元模拟可以用来评估成形性，可以通过使用压边力控制技术获得改善。图24.KDQ穹顶钢杯的比较实验与模拟负载冲程曲线5 结论和未来工作在本文中，我们评价一个复杂的冲压件的改进设计过程中，涉及消除了软模具相结合的产品和工艺验证使用单步和增量有限元模拟。此外，改进工艺，提出了压边力控制实施以提高产品质量和工艺的鲁棒性组成三个独立的调查分析，总结其在设计过程的各个阶段。首先，产品设计阶段进行了调查与实验室和一个步骤有限元程序FAST_FORM3D和评估的能力，在产品设计成形性问题所涉及的工业验证。 FAST_FORM3D在预测中矩形工业仪表盘和盖形状最佳空白成功。在仪器的覆盖情况下，审判和错误实验多小时可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形状可能已经开发出来。 其次，模具设计阶段进行了调查实验室和增量代码的PAM Stemp系统的工业验证和评估的能力，形成与模具设计有关的问题。这项调查表明，PAM的邮票可以预测应变分布，起皱，颈缩和断裂，至少一个远景以及应变各种条件下的实验测量系统。 最后，工艺设计阶段的调查，对质量可与压边力控制技术的实现实现改善的实验研究。在此调查，半球状，圆顶平底高峰株，杯子的拉伸值都被减少了5，从而减少了皱折的可能性，并降低了应变区强度。这种应变分布的改善，提高产品的刚度和强度，减少回弹和残余应力，提高产品质量和工艺的稳定性。可以预计，深冲性能将会在不断优化的压边力中逐渐增强。此外，在实验测量和数值模拟预测中发现负载行程曲线，表明有限元模拟可以用来评估成形性，可控制压边力技术，使用得到改善。 1模具在工业生产中的地位模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代经济的基础工业。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平，因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。1989年3月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位(仅次于大型发电设备及相应的输变电设备)，确立模具工业在国民经济中的重要地位。1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年到2000年，对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业，从1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业产值。据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90的零件是综筷具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看，80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势。据国际生产技术协会预测，到2000年，产品尽件粗加工的75%、精加工的50将由模具完成；金属、塑料、陶瓷、橡胶、建材等工业制品大部分将由模具完成，50以上的金属板材、80以上的塑料都特通过模具转化成制品。 2模具的历史发展模具的出现可以追溯到几千年前的陶器和青铜器铸造，但其大规模使用却是随着现代工业的掘起而发展起来的。19世纪，随着军火工业(枪炮的弹壳)、钟表工业、无线电工业的发展，冲模得到广泛使用。二次大战后，随着世界经济的飞速发展，它又成了大量生产家用电器、汽车、电子仪器、照相机、钟表等零件的最佳方式。从世界范围看，当时美国的冲压技术走在前列许多模具先进技术，如简易模具、高效率模具、高寿命模具和冲压自动化技术，大多起源于美国；而瑞士的精冲、德国的冷挤压技术，苏联对塑性加工的研究也处于世界先进行列。50年代，模具行业工作重点是根据订户的要求，制作能满足产品要求的模具。模具设计多凭经验，参考已有图纸和感性认识，对所设计模具零件的机能缺乏真切了解。从1955年到1965年，是压力加工的探索和开发时代对模具主要零部件的机能和受力状态进行了数学分桥，并把这些知识不断应用于现场实际，使得冲压技术在各方面有飞跃的发展。其结果是归纳出模具设计原则，并使得压力机械、冲压材料、加工方法、梅具结构、模具材料、模具制造方法、自动化装置等领域面貌一新，并向实用化的方向推进，从而使冲压加工从仪能生产优良产品的第一阶段。进入70年代向高速化、启动化、精密化、安全化发展的第二阶段。在这个过程中不断涌现各种高效率、商寿命、高精度助多功能自动校具。其代表是多达别多个工位的级进模和十几个工位的多工位传递模。在此基础上又发展出既有连续冲压工位又有多滑块成形工位的压力机弯曲机。在此期间，日本站到了世界最前列其模具加工精度进入了微米级，模具寿命，合金工具钢制造的模具达到了几千万次，硬质合金钢制造的模具达到了几亿次p每分钟冲压次数，小型压力机通常为200至300次，最高为1200次至1500次。在此期间，为了适应产品更新快、用期短(如汽车改型、玩具翻新等)的需要，各种经济型模具，如锌落合金模具、聚氨酯橡胶模具、钢皮冲模等也得到了很大发展。从70年代中期至今可以说是计算机辅助设计、辅助制造技术不断发展的时代。随着模具加工精度与复杂性不断提高，生产周期不断加快，模具业对设备和人员素质的要求也不断提高。依靠普通加工设备，凭经验和手艺越来越不能满足模具生产的需要。90年代以来，机械技术和电子技术紧密结合，发展了NC机床，如数控线切割机床、数控电火花机床、数控铣床、数控坐标磨床等。而采用电子计算机自动编程、控制的CNC机床提高了数控机床的使用效率和范围。近年来又发展出由一台计算机以分时的方式直接管理和控制一群数控机床的NNC系统。随着计算机技术的发展，计算机也逐步进入模具生产的各个领域，包括设计、制造、管理等。国际生产研究协会预测，到2000年，作为设计和制造之间联系手段的图纸将失去其主要作用。模具自动设计的最根本点是必须确立模具零件标准及设计标准。要摆脱过去以人的思考判断和实际经验为中心所组成的设计方法，就必须把过去的经验和思考方法，进行系列化、数值化、数式化，作为设计准则储存到计算机中。因为模具构成元件也干差万别，要搞出一个能适应各种零件的设计软件几乎不可能。但是有些产品的零件形状变化不大，模具结构有一定的规律，放可总结归纳，为自动设计提供软件。如日本某公司的CDM系统用于级进模设计与制造，其中包括零件图形输入、毛坯展开、条料排样、确定模板尺寸和标准、绘制装配图和零件图、输出NC程序(为数控加工中心和线切割编程)等，所用时间由手工的20%、工时减少到35小时；从80年代初日本就将三维的CADCAM系统用于汽车覆盖件模具。目前，在实体件的扫描输入，图线和数据输入，几何造形、显示、绘图、标注以及对数据的自动编程，产生效控机床控制系统的后置处理文件等方面已达到较高水平；计算机仿真(CAE)技术也取得了一定成果。在高层次上，CADCAMCAE集成的，即数据是统一的，可以互相直接传输信息实现网络化。目前国外仅有少数厂家能够做到。3我国模具工业现状及发展趋势由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。生产效率不高，经济效益较差。模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60左右，还不能适应国民经济发展的需要。目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。据海关统计，1997年进口模具价值6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997年出口模具仅为7800万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。3.1 模具工业产品结构的现状按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分。按产值计算，目前我国冲压模占50左右，塑料成形模约占20，拉丝模（工具）约占10，而世界上发达工业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40以上。我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水平还较低。目前单型腔，简单型腔的模具达70以上，仍占主导地位。一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造。模具平均寿命约为80万次左右，主要差距是模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超过100腔，达到了80年代中期至90年代初期的国际先进水平。3.2 模具工业技术结构现状我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步。计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。我国大部分模具厂、车间的模具加工设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。虽然近年来也引进了不少先进的模具加工设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。3.3 模具工业配套材料，标准件结构现状近10多年来，特别是“八五”以来，国家有关部委已多次组织有关材料研究所、大专院校和钢铁企业，研究和开发模具专用系列钢种、模具专用硬质合金及其他模具加工的专用工具、辅助材料等，并有所推广。但因材料的质量不够稳定，缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，大型模具和特种模具所需的钢材及规格还有缺口。在钢材供应上，解决用户的零星用量与钢厂的批量生产的供需矛盾，尚未得到有效的解决。另外，国外模具钢材近年来相继在国内建立了销售网点，但因渠道不畅、技术服务支撑薄弱及价格偏高、外汇结算制度等因素的影响，目前推广应用不多。模具加工的辅助材料和专用技术近年来虽有所推广应用，但未形成成熟的生产技术，大多仍还处于试验摸索阶段，如模具表面涂层技术、模具表面热处理技术、模具导向副润滑技术、模具型腔传感技术及润滑技术、模具去应力技术、模具抗疲劳及防腐技术等尚未完全形成生产力，走向商品化。一些关键、重要的技术也还缺少知识产权的保护。 我国的模具标准件生产，80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度及标准件的使用覆盖面约占20%，从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。标准凸凹模、热流道元件等刚刚开始供应，模架及零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差。3.4 模具工业产业组织结构现状我国的模具工业相对较落后，至今仍不能称其为一个独立的行业。我国目前的模具生产企业可划分为四大类：专业模具厂，专业生产外供模具；产品厂的模具分厂或车间，以供给本产品厂所需的模具为主要任务；三资企业的模具分厂，其组织模式与专业模具厂相类似，以小而专为主；乡镇模具企业，与专业模具厂相类似。其中以第一类数量最多，模具产量约占总产量的70%以上。我国的模具行业管理体制分散。目前有19个大行业部门制造和使用模具，没有统一管理的部门。仅靠中国模具工业协会统筹规划，集中攻关，跨行业，跨部门管理困难很多。 模具适宜于中小型企业组织生产，而我国技术改造投资向大中型企业倾斜时，中小型模具企业的投资得不到保证。包括产品厂的模具车间、分厂在内，技术改造后不能很快收回其投资，甚至负债累累，影响发展。 虽然大多数产品厂的模具车间、分厂技术力量强，设备条件较好，生产的模具水平也较高，但设备利用率低。 我国模具价格长期以来同其价值不协调，造成模具行业“自身经济效益小，社会效益大”的现象。“干模具的不如干模具标准件的，干标准件的不如干模具带件生产的。干带件生产的不如用模具加工产品的”之类不正常现象存在。4模具的发展趋势4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展（1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。（2）模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能。另外，Cima