本科毕业设计计算说明书(范文)

毕业论文(设计)题目：手动机械冲孔机

目录

摘要...................................................................................................................................................................II关键词...................................................................................................................................................................II

1.前言................................................................................................................................................................1

2.传动方案的分析与拟定...................................................................................................................................2

2.1传动方案的分析....................................................................................................................................2

2.2传动方案的拟定....................................................................................................................................2

3.传动装置原理及简要受力分析.......................................................................................................................3

3.1传动装置原理.........................................................................................................................................3

3.2传动装置简要受力分析........................................................................................................................3

4.冲裁工艺分析....................................................................................................................................................4

4.1间隙对冲裁力的影响............................................................................................................................4

4.2间隙对模具寿命的影响........................................................................................................................4

4.3间隙值的确定.........................................................................................................................................4

5.凸凹模刃口尺寸的分析及计算.......................................................................................................................5

5.1凸凹模刃口尺寸的分析........................................................................................................................5

5.2凸、凹模刃口尺寸的计算....................................................................................................................6

6.冲压力的计算....................................................................................................................................................6

7.排样与搭边........................................................................................................................................................7

7.1排样.........................................................................................................................................................7

7.2搭边.........................................................................................................................................................7

8.冲裁件的工艺性分析.......................................................................................................................................8

8.1冲裁件的结构工艺性............................................................................................................................8

8.2冲裁件的精度和断面粗糙度................................................................................................................8

9.凸、凹模设计及其加工工艺分析..................................................................................................................8

9.1凸模设计及其加工工艺性分析...........................................................................................................8

9.2凹模设计及其加工工艺性分析.........................................................................................................10

10.丝杆、丝杆套设计及其加工工艺分析......................................................................................................12

10.1丝杆设计及其加工工艺分析...........................................................................................................1210.2丝杆套设计及其加工工艺分析.......................................................................................................13

11.手动机械冲孔机三维立体图与爆炸图......................................................................................................14

12.附注................................................................................................................................................................16参考文献..............................................................................................................................................................16结束语………………………………………………………………………………………………………19附录……………………………………………………………………………………………………….19

手动机械冲孔机设计说明书

摘要

冲压模具在实际工业生产中应用广泛。在传统的工业生产中，工人生产的劳动强度大、劳动量大，严重影响生产效率的提高。随着当今科技的发展，工业生产中模具的使用已经越来越引起人们的重视，从而被大量应用到工业生产中来。同时冲压模具的自动送料技术也投入到实际的生产中，使得模具生产大大的提高了劳动生产效率，减轻了工人负担，具有重要的技术进步意义和经济价值。

本套冲孔模具设计周密，设计内容全面。包括对冲压件工艺性分析，模具工艺方案的确定，模具零件的设计、受力计算及其校核，模具标准的选定，装配图的绘制等，并综合考虑各种模具结构，最后以最高效率、最低成本、最高质量、最简结构来确定模具的结构，这样的模具操作更加安全、快捷、方便，并且更容易达到冲压件的公差等级要求。实现了冲压模具用材节省、结构合理、精度高、操作方便等优点。

关键词

冲压工艺；冲孔；高效率；低成本

Designmanualonpunchingmachineofmechanical

Abstract

Punchingdiehasbeenwidelyusedininsdutrialproduction.Inthetraditionalindustrialproduction,theworkerworksveryhardandtherearetoomuchworkforthem,sotheefficiencyislow.Withthedevelopmentofthescienceandtechnologynowadays,theuseofpunchingdieintheindustrialproductiongainmoreattention,andbeusedintheindustrialproductionmoreandmore.Self-actingfeedtechnologyofpunchingdieisalsousedinproduction,punchingdiecouldincreasetheefficiencyofproductionandcouldalleviatethe

workburden,soithassignificantmeaningintechnologicprogressandeconomicvalue.

Thestampingdie’sdesigncycleisthoroughandcomprehensive.Suchaspressingparthasbeenmadeallthenecessaryfullcraftanalysis,diecraftisdesignedcarefully,craftcalculationformulas,dietypeandconstructionareelectedpurdently,assembledrawingandpartsmoulds,andfinallyweconfirmthestructureofthismouldwiththecrieterionofthehigheffiency,lowcost,highqualityandsimplestructure.Withthismethodthedesigneddiewillbeusedsafely,highefficiencyandexpediently.Meanwell,itwillbeeasytoreachthetolerancewhichthepartneed,andsoon.Thediecanalsosatisfythatcostsaving,well-knit,easyoperation,andsoon.

KeyWords

Punchprocess;Punching;Highefficiency;Lowcost

1.前言

随着与国际接轨的步伐不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。

许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已经普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro\E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。

冲压模是用于大批量钣金零件生产的一种精密工艺装备，结构复杂，包含的零件数较多，因此在冲压模设计过程中不仅需要考虑其可加工性与装配问题，而且还要预测模具与条料运动时可能产生的各种干涉。

本计算说明书全面介绍了这一套冲孔模具的理论设计过程与部分复杂零件的工艺制造过程，从而体现出本说明书内容充实、重点突出的特点。

鉴于水平有限等因素，该产品在设计制造过程中难免存在一些缺陷，谨请各位老师及专家批评指正并提出宝贵意见！

2.传动方案的分析与拟定

2.1传动方案的分析

由于本次毕业设计的任务是设计一套冲压模，所以我就运用课本学习的一些理论知识和在工厂里的一些实际工作经验设计了一套冲孔机。

在设计这套冲孔机时，考虑到操作简单可靠、便于大批生产和购买等方面的原因，特构想采用纯机械式传动。这样一来，动力源由人体的化学能转化为机械能做功，能随时随地在合适的场合进行冲孔加工，既节约能源成本，也能保证良好的加工环境，不会对环境造成任何污染。在传动机构的分析方面，为保证传动机构紧凑、可靠和省力，特设想一种能将旋转运动转化为直线运动的机构。在纯机械传动中，能实现这种传递运动的机构有：齿轮齿条、滚珠丝杆螺母副、螺纹传动等几种常见的运动机构，考虑到加工工艺性和省力两种因素，特拟定中间传动为螺纹传动，但在螺纹传动中，有三角形螺纹和矩形螺纹等，为进一步确定螺纹传动的种类，则需要对这两种螺纹传动的特点进行分析。我们知道三角形螺纹一般用于连接，有自锁性能，但传动效率低且承受的力矩较小；而矩形螺纹则一般用于传动，相对于三角型螺纹而言，有传动效率高，承受力矩大等优点，并且加工工艺性也较好。因此，中间主传动机构选用矩形螺纹传动。对于操作机构和执行机构则分别由手柄和杠杆来实现。

2.2传动方案的拟定

如图2-1为手动机械冲孔机的传动原理图，其中3为执行杠杆、8为冲孔凸模、9为冲孔凹模。当固定好冲孔机后，将工件插入冲模座6的侧缝中，迅速转动手柄2至工件夹紧，然后转动棘爪手柄1即可到达冲孔的目的。其中手柄1转动处设有棘轮机构，能够起到自锁的作用，同时也起到保护作用，防止手柄因反弹而导致人体受伤。

当冲孔完毕后，只需将手柄2沿反方向旋转，即可将工件取出。

下图为手动机械冲孔机的传动原理图：

（图2-1）

3.传动装置原理及简要受力分析

3.1传动装置原理

如图2-1所示，当沿A向旋转构件2时，两对构件3逐渐向中间靠拢，如图中B方向所示。2、3两构件之间通过矩形螺纹副联结，将构件2的旋转运动转化为构件3沿B方向的直线运动，由分析可知：构件3在传动过程中，实际上相当于一个省力杠杆，其支点在构件3与构件5的铰链连接处，出力点在凸模座上。通过B方向的运动后，最终带动固定在凸模座上的凸模沿C方向运动，从而可将工件压紧；当工件压紧后，会感觉到继续旋转构件2有点费力，此时我们就沿A方向转动构件1，从而达到冲孔的目的，其中构件1与构件2之间设有棘轮机构，主要起到自锁的作用，防止因构件1反弹而导致操作人员受伤。

3.2传动装置简要受力分析

如图3-1，为对左构件3进行受力分析示意图。

已知丝杆对构件3的力水平向右，构件5为二连

杆，所以对构件3的力沿着杆的方向并竖直向下，

由于构件3总共受到3个力，且已知2个力的方

向，则第3个力的方向也已知，第3个力的方向

如图F左，设构件3与竖直方向的夹角为α

，则有：

F左=

增大）F丝杆sinα（当F丝杆不变时，α减小，则F左

如图3-2，为对凸模座进行受力分析示意图，

已知，凸模座总共受到2个力，分别为左、右构件

3对它的力F左、F右，F左=F右。通过分析得到F左、

F右的方向如图所示，且知F右与竖直方向的夹角为α，

则可得出凸模座所受到的合力方向为竖直向上，且

大小为F合=2F左COSα=2F右COSα=2F丝杆COSα=2F丝杆cotα。所以，当我们不停sinα

的旋转手柄2时，构件3不断向中间靠拢，此时α不断减小，cotα不断增大，在F丝杆不变的情况下，使得F合增大，也就是冲裁力在增大，最后就顺利的完成冲孔工序。

4.冲裁工艺分析

4.1间隙对冲裁力的影响

间隙很小时，材料变形区的压应力和摩擦力增强，材料的变形抗力增加，冲裁力变大。反之，间隙越小，材料变形区的拉应力成分也越大，使材料的变形抗力降低，冲裁力减小。但试验证明：当单面间隙在材料厚度的5%-20%范围内时，冲裁力降低不多，不超过5%-10%。

间隙对卸料力和推件力的影响比较显著。间隙变小，变形区中的材料弹性恢复量就增大，从而使冲孔尺寸变小，落料尺寸变大，因此，卸料力和推件力增加。当间隙增大时，由于材料弹性恢复的作用，使冲孔尺寸增大，落料尺寸减小。一般当单面间隙增大到料厚的10%-20%时，卸料力几乎减小到零。

4.2间隙对模具寿命的影响

模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。刃磨寿命用两次刃磨之间的合格冲件数表示。总寿命用模具失效为止的总的合格冲件数表示。冲裁件的失效形式一般有磨损、变形、崩刃、折断和胀裂。

在冲裁过程中，由于材料的弯曲变形，材料对模具的反作用力主要集中在凸、凹模

刃口部分。如果间隙小，垂直冲裁力和侧向挤压力将增大，摩擦力也增大，且间隙小时，光面变宽，摩擦距离增长，发热较严重，所以小间隙将使凸、凹模刃口磨损加剧，甚至使模具与材料之间产生黏结现象，严重的会发生崩刃。另外，小间隙因落料件堵塞在凹模洞口的胀力也大，所以容易产生凹模胀裂。小间隙还易产生小凸模折断等异常现象。

为了提高模具寿命，一般需选用较大的间隙。若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度、减小模具粗糙度，提高良好的润滑，以减小磨损。

4.3间隙值的确定

根据上述分析，冲裁间隙对冲件质量、冲裁力与模具寿命等都有很大的影响。在设计模具时一定要确定一个合理的间隙值，从而提高冲件的断面质量、尺寸精度、模具寿命和减小冲裁力。但其对各因素影响的规律各不相同，因而并不存在一各绝对合理的间隙值，以满足各方面的要求。在实际生产中，通常选择一个适当的范围作为合理间隙。在此范围内，可以获得合格的冲裁件。这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造模具时应采用最小合理间隙。

确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法两种。

（1）理论确定法

理论确定法的主要依据是保证凸、凹模刃口处产生的上、下裂纹相互重合，以便获得良好的断面质量。图4-1所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中的几何关系，可得出合理间隙的计算公式：Z=2t(1-h0)tanβt(4-1)

式中:t为材料厚度；h0为产生裂纹时凸模切入材料的深度；h0/t为产生裂纹时凸模切入材料的相对深度；β为裂纹角。

（图4-1）

由式4-1可以看出，合理间隙与材料厚度、相对切入深度及裂纹角有关，而相对切入深度及裂纹角又与材料性质有关，因此，影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。厚度越大、性质越差的材料，其合理间隙值就越大；反之，厚度越薄、性质越好的材料，其合理间隙值就越小。

由于理论计算法在生产中使用不方便，主要分析间隙与上述几个因素之间的关系，因此，在实际生产中广泛采用经验数据来确定间隙值。

（2）经验确定法

经验确定法是根据经验数据来确定间隙值。对于尺寸精度、断面质量要求高的冲件应选用较小间隙，这时冲裁力与模具寿命作为次要因素考虑。对于尺寸精度和断面质量要求不高的冲件，在满足冲件要求的前提下，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，选用较大的双面间隙值。

下面运用经验法来确定手动机械冲孔机冲孔模具的双面间隙值，由《模具设计》教材中33面的表2-2可以得出，当材料厚度为10mm的硬钢板进行冲孔时，模具双面间隙值为

1.4mm,所以手动机械冲孔机模具双面间隙为1.4mm.

5.凸凹模刃口尺寸的分析及计算

5.1凸凹模刃口尺寸的分析

冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸，模具的合理间隙的数值也必须靠凸模和凹模刃口尺寸来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸及其公差，是设计冲裁模主要任务之一。

凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律、冲模的磨损规律和经济的合理性综合考虑，遵循以下一些原则：

（1）设计冲孔模时，应以凸模尺寸为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。

（2）根据冲模的磨损规律，在设计冲孔模时，凸模的刃口尺寸应等于或接近于冲裁件的最大极限尺寸。

（3）冲裁模在使用中，由于磨损间隙值将不断增大，因此设计时无论是冲孔模还是落料模，冲裁间隙一律采用最小合理间隙值（Zmin）。

（4）选择模具刃口制造公差时，要考虑到冲裁件精度与模具精度的关系，既要保证冲裁件的精度要求，又要保证合理的间隙值。一般冲模精度较冲裁件精度高3-4级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造精度可按IT6-IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按冲裁件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取冲裁件相应部位公差值的1/8并冠以（±）；若冲裁件没有标注公差，则可按IT14级精度取值。

（5）冲裁件的尺寸公差与冲模刃口的制造偏差原则上都应按“入体”原则进行标注。所谓“入体”原则，是指标注零件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即;冲孔件的下偏差为零，只标注上偏差。如果零件的公差是按双向偏差标注的，则应换算成单向标注。

5.2凸、凹模刃口尺寸的计算

本手动机械冲孔机用于冲圆形刃口，所以采用凸模和凹模分开加工，采用这种方法，需要分别标注凸模和凹模的尺寸和公差。为了保证间隙值，必须满足下式条件：

δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin

或取(5-1)

δd=0.6（Zmax-Zmin）

δp=0.4（Zmax-Zmin）（5-2）

δd0对于本冲孔机而言，设冲孔凸模尺寸为d+则有上式5-2可得：0,凹模尺寸为D−δp，

δd=0.6（1.4-1.2）mm=0.12mm

δp=0.4（1.4-1.2）mm=0.08mm

(其中由查表得：Zmax=1.4mm,Zmin=1.2mm)

6.冲压力的计算

在冲裁过程中，冲压力是指冲裁力、卸料力、推件力和顶件力的总称。冲压力是设计冲裁模和校核模具强度的重要依据。

（1）冲裁力的计算

冲裁力的计算采用平刃口模具冲裁时，其冲裁力按下式计算：

F=KLtτb(6-1)

式中：F为冲裁力（N）；L为冲裁力的周长（mm）;t为材料厚度（mm）;τb为材料抗剪强度（MPa）;K为系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间隙的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取K=1.3.

本冲孔机共配备5付模具，其冲孔规格为：φ13、φ15、φ17、φ19和φ21，所以在计算冲裁力时，按最大冲孔规格来计算，此时冲裁件的周长L=πD=3.14X21mm=65.94mm,再由查表的τb=380MPa.所以冲裁力：

F=1.3X65.94X10X380N=3.3X104N

（2）推件力的计算

由查表得：推件力F推=nKF,其中n为落料件数，n=1,K=0.025，所以；

F推=1x0.025x3.3x104N=825N

冲裁所需总冲压力：

F总=F+F推=33825N

7.排样与搭边

7.1排样

排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样正确与否将影响到材料的合

理利用、冲件质量、生产率、模具结构和寿命等。排样分为有废料、少废料和无废料排样三种，按工件的外形特征又可分为直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排及冲裁搭边等形式。

鉴于本手动机械冲孔机的外形特点和工件的形状，特采用直排有废料排样，其排样形式如下图7-1

所示；

（图7-1）

7.2搭边

排样是冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用是补偿送料误差，保证冲出合格的冲裁件，保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙而损坏模具。

影响搭边值的因素主要有以下几点：

（1）材料的力学性能。硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。

（2）冲裁件的形状与尺寸。冲裁件的尺寸大或是有尖角的复杂形状时，搭边值取大些。

（3）材料厚度。厚材料的搭边值取大一些。

（4）送料及挡料方式。用手工送料，有侧压装置的搭边值可小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。

（5）卸料方式。弹性卸料比刚性卸料的搭边值小一些。

搭边值的确定：综合考虑以上各种因素，最终由经验法查表得图7-1中a1=6mm,a=7mm.

8.冲裁件的工艺性分析

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁加工的难易程度。良好的冲裁工艺性，是指用普通的冲裁方法，在模具寿命和生产效率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否

符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大影响。

8.1冲裁件的结构工艺性

(1)冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。

（2）冲裁件的内、外转角处应尽量避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。

（3）尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小。

（4）冲裁件的最小孔边距，为避免工件变形，孔边距不能过小。

（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直臂之间应保持一定的距离，以免冲孔时凸模受水平力而折断。

（6）冲孔时，因受凸模强度的影响，孔的尺寸不能太小。冲孔的最小尺寸取决于材料性能、凸模强度和模具结构等

8.2冲裁件的精度和断面粗糙度

（1）冲裁件的经济公差等级等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。

（2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲裁结构等有关。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5-3.2um.

9.凸、凹模设计及其加工工艺分析

9.1凸模设计及其加工工艺性分析

（1）凸模的结构形式。凸模的种类很多，按凸模工作断面分为圆形、方形、矩形和异型凸模，然而冲模中的凸模不管其断面形状如何，其基本结构均由安装固定部分和工作部分两大部分组成。冲小孔的凸模从增加强度等因素考虑，在这两部分之间增设过渡的段。但就本冲孔机而言，冲孔规格较大，因此整体结构由安装部分和工作部分两大部分组成，其中安装部分加工出防滑槽，防止在加工过程中凸模发生转动。

（2）凸模的固定方式。凸模的固定方式有铆接、台肩固定、螺钉销钉固定、浇注法固定等多种。从本冲孔的主体结构出发，特选定螺钉固定方式，因此凸模内开有螺纹孔。

（3）凸模设计。综合考虑以上两点以及冲孔的实际要求，特设计凸模尺寸如图9-1所示。

(图9-1)

利用开目CAPP

软件对凸模工艺规程进行设计，其工艺规程如下：

9.2凹模设计及其加工工艺性分析

（1）凹模的刃口形式。凹模按结构分为整体式和镶拼式，本冲孔机凹模选用整体式；凹模的刃口形式有直筒形和圆锥形两种，考虑到冲裁件的形状、厚度、尺寸精度以及模具的结构，特选定直筒形刃口。

（2）凹模的固定方法。凹模常用的固定方法有：用螺钉、销钉固定在下模座上，也有采用过盈配合直接压入固定板中。本冲孔机凹模采用螺纹连接并用螺钉进行周向固定。

（3）凹模设计。综合考虑以上两点以及冲孔的实际要求，特设计凹模尺寸如图9-2所

示。

(图9-2)

利用开目CAPP软件对凹模工艺规程进行设计，其工艺规程如下：

10.丝杆、丝杆套设计及其加工工艺分析

10.1丝杆设计及其加工工艺分析

（1）丝杆设计。结合传动原理及实际结构要求，丝杆设计如图10-1所示：

(图10-1)

（2）丝杆加工工艺分析。利用开目CAPP软件对丝杆工艺规程进行设计，其工艺规程如下：

10.2丝杆套设计及其加工工艺分析

（1）丝杆套设计。结合传动原理及实际结构要求，丝杆套设计如图10-2

所示：

(图10-2)

（2）丝杆套加工工艺分析。利用开目CAPP软件对丝杆套工艺规程进行设计，其工艺规

程如下：

11.手动机械冲孔机三维立体图与爆炸图

（1）三维立体图如图11-1所示：

(图11-1)

（2）三维立体爆炸图如图11-2

所示：

12.附注

（1）本套冲孔机采用纯机械式传动，操作简便，使用方便。

（2）采用5套备用模具，可在不需要更改冲孔机主体结构的情况下，能够满足用户冲孔的需要。

（3）传动机构结构紧凑，可靠度高，运用螺纹传动，能有效将旋转运动转化为冲孔所需要的直线运动，到达自锁、省力的效果。

（4）采用棘轮机构自锁，进一步提高了可靠度和人工操作的安全性。

（5）冲孔机固定简便，方便操作。可将冲模座固定在虎钳台上即可工作。

（6）中间传动机构采用杠杆原理，操作省力，能达到事半功倍的效果。

（7）结构较简单，加工工艺性较好，制造成本较低，便于大多数工厂购买。

参考文献

[1].赵伟阁主编模具设计

[2].邱永成著西安电子科技大学出版社多工位级进模设计国防工业出版社

[3].赵先仲张增良整体模具的计算机辅助设计【M】,机械设计及制造

[4].模具实用技术丛书编写委员会。冲模设计应用实例，北京：机械工业出版社

[5].许发越模具标准应用手册。北京；机械工业出版社

[6].冲模设计手册编写组冲模设计手册（模具手册之四）

[7].王芳冷冲压模具设计指导北京：机械工业出版社

[8].翁其金编冲压工艺及冲模设计机械工业出版社

北京：机械工业出版社[9].模具实用丛书编委会冲模设计应用实例

[10].涂光琪冲模技术北京：机械工业出版社

[11].中国机械工业教育协会冷冲模设计与制造北京：机械工业出版社

[12].丁松聚

[13].王芳

[14].张荣清冷冲模设计北京：机械工业出版社冲压模具设计指导模具设计与制造北京：机械工业出版社北京：高等教育出版社

[15].模具设计与制造教育丛书编委会模具结构设计北京：机械工业出版社

文献综述：

1.国内外模具概况

1.1国内现状

我国模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂点共有2万多家，从业人员约58万人，全年模具产值约360亿元，总量供不应求，出口约2亿美元，进口约10亿美元。

当前，我国模具行业的发展具有以下特点：大型、精密、复杂、长寿命，中高挡模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模具和压铸模成比例增加；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最集中的省份是广东和浙江，其模具产值约占全国总产值的60%以上，我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。但是从第10届国际模具技术和设备展览会上可以看出我国的塑料模具已从过去的单纯仿制、加工粗糙，发展到现在已大量运用先进技术和理论知识，并且积累了丰富的制模经验。更重要的是这已不是个别的企业，而是涌现出大批量具有相当水平模具企业，是我国模具水准的整体提升。模具水准的提高不仅需要先进的制造技术和成熟的经验，更重要依赖优秀的质量管理体系，具备所有这些条件才能使我国的塑料模具一步一步走向世界、走向成功【1】。

2.1国外现状

首先说下塑料模具方面，下面以“欧洲模展上的先进模具技术”的考察报告为基准来简单介绍一下在EuroMold2001上展出的模具大部分为塑料模，许多模具巧妙的设计、高超的加工技术和卓越的质量令人赞叹。例如，Sermo、ENGEL等公司展出了多零件、多色、多材料注射模，回转台注射成型和带分度板座的注射成型系统。利用这些模具和技术可实现同一模具中成型多种零件，并且可实现多种颜色、多种材质塑料的注射成型。MHT公司展出了1模144腔的高效瓶坯模具、其特点不仅腔数多，而且注射周期短，生产效率高，该模具每小时可制造瓶坯达60000个。Solvay公司展出了其表面涂层专利技术，可使模具表面层硬度达1750~3400HV，厚度为5um,大大的提高了模具的耐磨性和使用寿命。塑料模具制造技术中一个突出点就是铝合金材料的应用，Corus、PechineyRhenalu等公司展出了其铝合金材料及模具样品。Corus公司开发和生产了HOKOTOL、WELDYRAL和GIANTAL3个系列的铝合金材料。展出的1副用铝合金制造的塑料模，使用寿命达30万次，状况依然完好。PechineyRhenalu公司展出了4个系列8个等级的铝合金材料，宣称用其M1-600铝材制造塑料模，寿命可达50万次以上。SynventiveMoldingSolutions公司的动态进料技术是塑料模技术中的一个亮点，这是一项控制熔融塑料在热流道系统中流动的专利技术。所谓动态进料，就是可为每个浇口分别设定注射时间、注射压力等参数，根据这些设置进行注射，可以获得平衡的注射和最佳的质量保证。为实现上述目的，装置内每个热流道喷嘴有一个针阀，可以调节塑料的流动。针阀可通过液压驱动活塞动态的、无级的移动，针阀的位置决定了注射的流量和压力。在流道内有压力传感器，可连续记录流道内压力的变化，并将压力曲线与预置的压力曲线进行比较，通过液压系统控制针阀的位置，调整压力至预先设定的值。动态进料技术的另一优点，就是允许使用可换模具，即可使用一标准模具，对于不同制件只要更换模芯，而不必调整热流道系统。这样就可以减少

使用的模具数。动态进料装置也允许使用多模成型，同时允许每个模具使用不同的模芯。对于单副模具，即具有一个模芯和多个浇口时，用户可分别调节各个浇口的注射量、注射时间和压力，从而保证复杂注射零件的质量【2】。

总体说来，我们的塑料模具制造水平与世界先进水平的差距还是很大的。再来看下覆盖件模具设计方面，汽车覆盖件模具随着汽车行业的高速发展获得了同步发展。第10届中国国际模具技术和设备展览会上共有40余家国内汽车覆盖件模具生产企业参加了展览，比上届参展企业增加40%,实力最强的国内几家企业都参加了本届展览，且参展的企业都经过精心策划，展出了能反映其技术水平和综合国力的冲压件产品和模具资料，较客观、准确的反映了我国汽车覆盖件模具近2年的快速发展和当前的技术水平【3】。从本届模展看，技术的进步可以总结为：先进技术推广普及升级，模具质量明显提高。但是，对于外覆盖件，特比是中、高挡轿车的外覆盖件，由于其有很高的型面精度和表面质量要求，整车厂还很少将模具交由国内开发。而国外方面，目前，国外大汽车公司为降低模具开发、制造成本、缩短生产周期，将除轿车外覆盖件之外的大部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司（如FontanaPirtro、Kuka、Laepple、Schuler等公司）设计和制造。这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的制造方面拥有独到的优势，但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计和制造。近年来，通过不懈的努力，国内轿车模具的设计制造水平取得了显著的进步。但是在轿车特别是中高挡轿车外覆盖件模具的开发上，我们与国际水平仍有较大的差距。不过这种差距并非不能缩小，只要我们多加强国际交流，多吸收国外同行的设计知道经验，一定能够加快轿车覆盖件模具的国产化进程。因此说来，我们还有很长的路要走【4】。

2.主要研究成果

2.1塑料模

我国模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大的提高【5】。在大型模具方面，已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求【6】。该公司还能生产厚度仅为0.108mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.102-0.105mm,表面粗糙度Ra0.12um,模具质量、寿命明显提高，非淬火钢模寿命可达10-30万次，淬火钢模达50-1000万次，交货期较以前缩短，但与国外比仍有较大差距【7】。

成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较达进展，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通讯广播公司模具厂等厂家成功地在29-34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用袷辅技术，一些厂家还使用了C2MOLD气辅软件，取得了较好的效

果【8】。如上海新普雷斯公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。现在热流道模具已逐渐开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，以及具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难道针阀式热流道模具，但总体上热流道的采用达不到10%，与国外的50%-80%相比，差距较大【9】。

2.2汽车覆盖件模具

汽车覆盖件模具设计主要表现在：（1）先进软件技术。三维软件的推广速度较快，为模具制造实现无图化、数字化加工迈出了可喜的第一步。为消除CAD/CAM信息孤岛，实现CAD/CAE/CAPP/CAM一体化，连接CAD与CAM桥梁作用的计算机辅助工艺设计（CAPP）技术的运用已出现在少数企业中，这为提升企业的综合管理效益，引导模具工业的技术进步和发展方向将产生重要影响。（2）模具质量水平的提高。本届模展展出的产品已覆盖了代表汽车车身技术难度和质量水平的全部覆盖件零件，如侧围、整体侧围、翼子板、发动机盖内外板、行李箱盖内外板、大型复杂地板、顶盖、复杂骨架件等等。模具类型主要集中在工艺性最强的拉伸模和复合性高、结构复杂的修边冲孔翻边复合模上。模具质量的提高主要体现在模具制造的全过程。（3）其他技术。其他如逆向工程技术、测量技术、表面涂镀技术、综合检具工装、标准化运用等都取得了不同程度的进展【10】。

3.发展趋势

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化和经营国营化方面发展【11】。塑料模具方面：塑料模具占模具总量的很大的比例，近40%，而且这个比例还在不断的上升。塑料模具为家电和汽车配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模、为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽有相当技术基础并在快速发展，但技术水平和国外还有很大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，以后应该重点发展【12】。

冲压模具占模具总量的40%以上，汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括农用机、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高【13】。尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已经有了一定的基础，已经能为中挡轿车配套，但水平还不高，能力还不足，目前满足率只有一半左右。中高挡轿车的覆盖件模具主要是依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长，已经成了汽车发展的瓶颈，极大的影响了车型的进一步开发。今后，中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重，争取尽快实现中高档轿车以及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年，除了极个别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具都可以实现自配。具体的措施总体表现在：

1.开发拥有自主知识产权，适合我国国情，有较高水平的模具设计、加工及企业管理的模具软件，不断提高软件的智能化、集成化程度，并推广发展【14】。2.推广应用高速、高精加工技术并研制相应设备，高速高精加工包括高速高精切削加工和高速高精电加工及复合加

工等。在未来15年左右的时间里，我国机床行业应向我国模具行业逐步提供适合模具高速高精的加工设备，尽可能建立拥有自己自主知识产权，精度能达到0.0001mm的高精度模具制造设备。3.快速成型和快速经济模具制造新技术的进一步开发、提高和应用。4.大力发展和推广信息化和数字化技术。例如：逆向工程、并行工程、敏捷制造技术的研发及推广应用：包括大型级进模及高精密复杂性的高技术含量的先进模具三维设计和制造技术的研发：包括冲压工艺设计系统、模具型面设计系统、成型分析系统、模具结构设计系统、模具CAM设计系统和冲压专家咨询系统的车身模具数字化设计制造系统的研发：模具的集成、柔性自动加工技术和网络虚拟技术等。5.模具制造新工艺、新技术。如模具制造的节能、节材技术，模具的热处理、表面光整加工和表面处理新技术。6.高性能模具材料的研制、系列化及其正确的选用。

4.存在的问题

由于我国模具行业起步比较晚，与国外相比，有一定的差距。

4.1.模具设计人才缺乏。

模具人才的培养需要较大规模的硬件设备和高水平的师资力量，模具设备动辄上百万，投入大，回收慢，而且师资缺乏。更重要的是，学模具设计需要的时间长，一般要2到3年的实践才可以成为一名合格的模具技术人员，而且模具制造环境脏且累，很少有年轻人选择这个行当。今年模具设计人才由为紧缺，很多企业人事经理对模具设计人才表现出极大的热情。他们表示，懂绘图软件，会看图纸，会使用Autocad和Pro\E等绘制模具图纸和加工图纸，有一定经验的模具设计人才和懂加工工艺会使用MasterCAM和UG编写套路，有一定经验的数控加工人才，是目前社会较缺乏，企业最急需的人才。目前模具设计及数控编程的毕业生在数控和其他方面很难满足社会的需要。但由于模具设计和数控加工培训设备投入资金大，要求教师实践经验丰富，因此专业培训机构很少。如今在广东，仅有为数不多的几家培训中心开设了模具设计和数控加工的课程，但是在专业内容的设置上还存在很大的缺陷。

4.2.模具制造水平档次低。

国内模具制造厂家，制造工艺条件参差不齐，不少厂家因为设备不配套，很多工序依靠手工完成，严重影响了精度和质量。国家模具多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI2316，其综合机械性能，耐磨耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。模具就其本质而言属于共装，生产出合格制品才是最终的目的。因此，模具的质量、性能依赖试模结果检验。国内模具厂因要求交货时间短，试模设备局限，往往把质量检验工作放在用户处试模，易给用户造成大量的损失和浪费。而且由于修模受时间和场地的限制，往往难以调试出最佳的状态。而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短的时限达到很好的效果。在确保质量的前提下，降低成本无疑是努力的方向。但目前一些厂商只关心价格，而忽视了模具的技术质量，对用户而言合理的质量价格比是最优选择，所以进口模具价格比国产的高8到10倍仍有其市场空间

参考文献

【1】《汽车覆盖件模具的数字化设计与制造》叶建红余世浩刘品德邹须王建阳

【2】《螺纹自动脱模的注塑模设计》付丽（天津理工学院天津300191）

【3】《塑料模具脱螺纹机构自动控制方案的设计》乡碧云中图分类号：TG76

【4】《塑料瓶盖内螺纹的自动脱出模具设计》曾晓杨静河南天海电器（集团）公司

【5】《我国冲压模具技术的现状与发展》刘胜国华中科技大学

【6】《我国塑料模具工业的现状及发展趋势》刘少达仲恺农业技术学院学报【15】。

【7】《国内外轿车覆盖件冲压模具设计概况》刘芷范国辉(上海大众汽车有限公司，上海20105)

【8】《汽车覆盖件模具的数字化设计与制造》叶建红余世浩刘品德王建阳武汉理工大学

【9】《欧洲模展上的先进模具技术》李志刚李玉华（中国模具工业协会，北京100037）

【10】《模具技术现状与发展趋势综述》天津大学国家大学科技园（天津）李大鑫张秀棉

【11】《沐浴露瓶盖注射模设计》吴光明（东莞理工学校，广东东莞523000）

【12】《塑料模具设计中常见问题的分析》周志平中图分类号：TQ320.66

【13】《我国模具工业发展现状》刘向阳屈平清华大学

【14】《中国模具产业的现状剖析和未来展望》中国模具工业协会周永泰

【15】《我国冲压模具的发展重点和展望》机械工程师2006年第11期