毕 业 设 计 （ 论 文 ）
轿车内定位垫片零件大批量生产的冲压模具设
计
姓 名：杜腾
学 号：12151054
专 业：机械工程及自动化
系 别：机械与电气工程系
指导教师：张海军 讲师
2016 年 5 月
i
摘 要
本次毕业设计题目为轿车内定位垫片零件大批量生产的冲压模具设计，轿车
内定位垫片零件由钢板冲压加工而成，目的是设计并优化其批量生产工艺及部分
冲压模具，体现了板类冲压零件的设计要求、内容及方向，有一定的设计意义。
通过对该零件模具的设计，设计者重新学习并加强了冲压模具设计的基础知识，
为设计更复杂的冲压模具做好了铺垫并吸取了更深刻的经验。
本设计运用冲压成型工艺及模具设计的基础知识，首先分析了工件的成形工
艺及模具成形结构对制件质量的影响。介绍了轿车内定位垫片零件大批量生产的
冲压模具设计时要注意的要点，如排样与送料方式和卸料与导向方式，并从控制
零件精度为出发点讨论了主要工作件间隙的确定和刃口尺寸及冲压力的计算，通
过对制件进行工艺分析，可确定制件的成形加工用一套单工序模即可。从模具设
计到零部件的加工工艺以及装配工艺等进行详细的阐述，并应用 CAD 进行各重
要零件的设计。
关键词：单工序模；冲压模具；模具设计；工艺分析，冲孔；落料
ABSTRACT
The graduation design topic for car positioning gasket parts mass production of
stamping die design, car positioning gasket parts from sheet metal stamping processing.
The purpose is to design and optimize the production process and stamping die, and
reflects the requirements of sheet metal stamping parts design, content and direction,
there are certain design significance. Through the design of the die parts, designers to
learn and to strengthen the basic knowledge of stamping die design, for the design of
more complex stamping die paves the way for and draw a more profound experience.
Points forming this design using the stamping forming process and die design of
basic knowledge, the first analysis of the workpiece forming process and die structure
of parts quality. In this paper, we introduce the car positioning gasket parts mass
production of stamping die design should pay attention to, such as nesting and feeding
and discharging and the guide way, and from the control precision of parts as the
starting point to discuss the main working parts clearance determination and cutting
edge size and stamping force calculation, the parts for process analysis, can determine
the workpiece forming process with a set of single process mode can be. From the mold
design to the parts processing process and assembly process are detailed described, and
should Use CAD to carry out the design of the important parts.
KEYWORDS ： Single working procedure die; stamping die; die design;process
analysis, punching; blanking
目 录
摘要...........................................................................................................................i
ABSTRACT.............................................................................................................ii
目 录 ................................................................................................................iii
1 绪论......................................................................................................................1
2 工艺分析..............................................................................................................4
零件的尺寸精度分析..............................................................................4
工件结构工艺性分析..............................................................................4
冲裁件材料分析......................................................................................4
3 冲压工艺方案确定..............................................................................................5
工艺方案分析..........................................................................................5
4 工艺尺寸计算......................................................................................................6
排样设计..................................................................................................6
材料利用率计算......................................................................................6
冲裁压力与压力中心..............................................................................7
冲裁压力中心的确定..............................................................................8
刃口尺寸的计算......................................................................................9
加工方法的确定............................................................................9
基本工序........................................................................................9
确定冲裁间隙................................................................................9
凹模的刃口尺寸的计算................................................................9
凸模刃口尺寸计算................................................................................10
卸料弹簧的计算....................................................................................10
弹簧预压力确定..........................................................................10
选择弹簧......................................................................................10
校核所选弹簧总压缩量..............................................................11
确定弹簧的装配高度..................................................................11
5 模具总体结构设计............................................................................................12
模具类型的选择....................................................................................12
导料及定距零件的设计........................................................................12
挡料销..........................................................................................12
卸料装置的选择....................................................................................12
卸料类型的选择..........................................................................12
卸料板台阶高度的计算..............................................................12
卸料凸台宽度..............................................................................12
卸料销参考国家标准确定..........................................................13
6 工件零部件的结构设计....................................................................................14
凹模的设计............................................................................................14
凹模孔的形状及孔位设计..........................................................14
凹模孔口侧壁形状的选择..........................................................14
凹模的设计：结构及轮廓尺寸..................................................15
凹模的固定设计..........................................................................15
凸模的设计............................................................................................16
凸模结构形式设计......................................................................16
凸模长度的计算..........................................................................16
凸模的固定..................................................................................16
凸模强度的校核..........................................................................16
模架及其他零部件的设计....................................................................17
模架设计......................................................................................17
模柄..............................................................................................19
固定板的设计..............................................................................19
垫板的设计..................................................................................20
7 模具总装图........................................................................................................21
8 冲压设备的选取................................................................................................22
9 装配过程............................................................................................................23
上模装配................................................................................................23
下模装配................................................................................................23
结论........................................................................................................................24
参考文献................................................................................................................25
致 谢....................................................................................................................26
北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）
1
1 绪论
国内模具行业发展现状
A.地域分布的不平衡性：北方慢于南方，中西部地区慢于东南沿海地区，其
中，模具生产最集中的地区分布于珠江三角与长江三角地区，其模具产值约能达
到全国产值的三分之二以上，此外，中国现在最主要的模具市场--广东，是中国
最大的模具出口与进口省。
虽然我国当前模具生产总量位居世界前列，但还是处于较低水平。加快产品
结构整治：最近几年以来，精密、复杂、大型的长寿命模具以及模具标准件发展
速度快于模具行业总体发展速度，模具行业结构的调整速度加快；压铸模以及塑
料模的比例扩大；此外，面向市场的专业模具厂商的数量以及其能力的增加速度
较快。在将来的中国汽车模具公司的发展方向中，应该进一步提升模具的创造水
品，看重产品结构的整治以及其自身的定位，从而占据精密度大，结构复杂以及
技术内涵较高的高档模具市场。
加大投入设备的力度，大力倡导鼓励企业与本、专院校进行技术上的交流与
合作，多方面采用人工智能的技术以及计算机辅助的技术来进行估化设计、模拟
分析、和决策设计，从而加强企业的技术创新能力。
积极的开拓国外市场以及促进联合重组
国际模具行业发展现状
随着经济全球化的发展，模具工业布局也全球化发展着，美国工业总产值中
模具行业所占比重也呈现出不断下降的态势，但是，美国的模具在全世界模具高
端产品中依然是很重要的地位。
德国在模具制造方面有着精湛，领先着的技术，是世界上主要的制造大国之
一，因为上游行业的需要所致，德国模具占据着较为重要的地位，它拥有着世界
上领先的汽车行业、船舶行业等制导技术，因为德国将技术水平较高的制造业作
为立国之本，所以预测在未来发展中德国不会放弃模具制造这一领域，而且还会
加强技术水平较高的模具的研究以及开发。
模具行业发展前景分析
中国模具市场未来前景广阔
随着模具应用领域不断增加，而且已应用的领域对模具也有着更多和更高的
要求，所以，模具工业的发展速度快于其他制造行业的发展速度已经成为一个普
遍规律，目前，经济全球化发展趋势日趋明显，世界模具市场供小于求，导致模
具制造业逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购的趋势日益明显，我
国的模具行业机遇与威胁并存，但机遇大于挑战，而且未来国际模具市场前景广
阔，所以我国的模具仍具有较大的发展空间。
模具产品市场竞争力不断提升
目前，我国处于在发达国家的技术优势以及发展中国家价格优势的双重压力
下发展，罗百吉指出，要不断的增强我国模具产品的国际竞争力，而且必须要在
管理，人才培训和技术方面努力，提升开发高端模具的能力，积极的引进国外的
先进制造技术，整治产品结构，增强自身能力，在质量等各方面下功夫。
模具行业发展速度持续增长
我国的模具行业处于机遇与挑战共存的局势下，而且我国国民经济在“十二
五”期间将会继续保持着较快的发展速度，这给模具行业的发展提供了强有力的
宏观支持。
模具行业未来发展趋势分析
模具生产周期在模具市场全球化下将进一步缩短
当今模具工业最主要的特征之一是模具市场全球化，模具的制造商以及购买
商遍及全世界，而且模具迁移化较严重，即生产工艺程序简单、精度低的模具加
工企业想生产率较低以及技术水平相对落后的国家迁移，但是发达国家的模具生
产企业则将自己定位在生产高水准的模具上，模具企业不得不在全球化的市场竞
争下努力简化和废除多余的生产工序，从而加快生产进度使得模具的生产周期将
进一步缩短。
模具多媒体、智能化发展
软件的各功能模块越来越全面，而且各功能模块都采用着同一数据的模型，
从而实现信息的共享与综合管理，支持模具的设计、制作创造、组装配合、检测
以及管理生产的全过程。
模具技术逐渐发展，向高速加工、硬铣削和复合加工方向发展
随着模具精密化和大型化趋势发展日益明显，超精加工（加工的精度超过 1μ
m 的)技术以及集电技术、化学技术、超声波技术、激光技术等复合加工在未来的
模具制造中呈现出广阔的前景。
模具产品将向更大型、更精密、更标准化方向发展
从一方面来看，为了提高生产效率而开发的“一模多腔”以及模具的成型零件
日渐大型化使得模具大型化趋势日益明显；从另一方面来看，医学以及电子信息
产业的快速发展还使得模具零件精密化及零件微型化。在国外的发达国家中模具
标准件使用覆盖率达到 80%，在中国，随着模具工业的发展，模具标准件的应用
必将推广，其标准化程度也将会进一步的提高，而且模具标准化工作在“十一五”
期间也必将加强。
快速型经济模具的发展前景十分广阔
伴随着多品种小批量生产时代的到来，人们对模具的生产周期要求会越短越
好，所以对于快速经济模具来说必将有着比较广阔的发展前景。
更优质的模具材料及更先进的表面处理技术受到重视
在选用优质的钢材和应用相应的表面处理技术应该得到重视，因为选材、用
材不当而导致模具早早的失效，这种错误占失效模具的 45%以上，所以优质模具
材料及先进表面处理技术应受到重视。
我国应更注重创新开发能力的提升
我国要改变现状，所以必须要提高我们的自主、创新开发能力，将“做强做
大”作为核心。虽然模具行业每年进口的设备达到几十亿，单自主创新开发方面
的投入仍然很欠缺，所以应该采取有效的措施来改善，应该以模具的质量为大前
提来提高出口能力，以此提高自己，增强国际竞争力。国际牟协秘书长罗百吉指
出，提高自主创新开发能力是一项长期的战略任务，并且是当务之急。无论是在
企业组织结构、产品结构、技术机构、或者进出口结构的模具行业结构的调整都
在朝着合理化的方向发展着，但是仍然不足，目前的结构仍需要进一步的整治，
增长方式也需要进一步的改变，而且如果想要我国的模具产品的质量与水平真正
的提高，必须以质为先于量的扩张，才能是模具产业拥有国际市场的竞争力，使
我国的模具产品质量的提升与出口量的增长相结合。
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4
2 工艺分析
图 2-1 零件图
零件的尺寸精度分析
该零件的尺寸精度要求最高的是两孔中心距的尺寸及公差 82±。按参
考书[2]表 查得，用一般精度冲裁模具就能达到±，不需要采用精冲或
修整等特殊冲裁方式。
工件结构工艺性分析
零件结构相对较简单，对称，无精度要求较高的尖角与圆弧，仅在两侧有各
一个圆孔，且孔径较大，满足冲裁最小孔径要求，能保证成型后各尺寸公差满足
要求；零件上孔之间距离和孔到边的距离，以及尺寸标注都符合冲裁工艺要求。
冲裁件材料分析
30 号钢与低碳钢相比，强度、硬度均较高，具有比较好的可冲压性，用来制
造汽车垫片具有良好性能。
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5
3 冲压工艺方案确定
工艺方案分析
综合考虑几种工艺方案与结构形式，要满足工件的大批量生产，所以考虑选
择效率相对比较高的级进模，但是级进模制造成本较高而且复杂度也较高，同时
考虑此工件只是需要简单的落料模具，而且尺寸较小，尺寸的精度要求不高，所
以考虑采用单工序模即可。综上基本性质分析最终确定采用单工序落料模，并采
用弹性式卸和上出料方式来防止冲裁过程变形引起的质量问题。
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6
4 工艺尺寸计算
排样设计
搭边查参考书[2]表 得：
a=2mm a1= 图 4-1
图 4-1 排样图
材料利用率计算
1．冲裁件的面积 A 为
2.条料宽度为 b=116+2a=120mm
3.进距为 h=34+a1=
4.一个步距内材料利用率。按公式
（4-1）
计算，这里 n=1.
冲裁压力与压力中心
根据模具采用弹性卸料和上出料方式，总冲压力应包括冲裁力、卸料力和顶
件力。
根据
（4-2）
计算，其中，料厚 t=；查
30 号钢材料抗拉强度为 =500Mpa;零件周长 L 为
L=
冲裁力：
:抗拉压强度
L：冲裁周边总长。
t：料厚。
落料力：根据
（4-3）
计算，查参考书[2]表 得 =。
顶件力：根据
2 2 2116 82 17 17 2 14 17 7 3190A mm
n
bh
A
n 1 3190
100% 100% 75%
bh 120
A
0 t tF F L L
116 2 14 82 6 17 14 17
b 500 554101F Lt N
b
1F K F 卸
1K
1 55401 2770F K F N 卸
(4-4）
计算，查查参考书[2]表 得 =。
：顶件力系数，其值 。
本模具采用弹性卸料装置和下出件的方式，所以
F = F+ F + F =55401+2770+4432=62603N
冲裁压力中心的确定
按比例画出工件形状，选定坐标 xoy，将工件轮廓分成 的基
本段，如图 3-3 所示。应为工件左右对称，其压力中心一定在对称轴 y 上，所以
x0=0。
按公式
（4-5）
计算 Y0。先计算各基本段长度 及其压力中心坐标 。
=116-2 14=88mm =0 ；
=6 (34-17)=102mm = (34-17)=；
=2 7 =44mm =17+ ；
=2 =53mm =17+ ；
=82mm =34mm。
所以 = =
刃口尺寸的计算
2nF K F 推
3K
3 55401 4432F K F N 顶
3K
卸 顶
1 2 3 5· · ·L，L ，L ，L
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 n n
0
1 2 3 4 5 n
+ Y +L + Y +L + +L
+ + +L +L
L Y L Y L Y Y
Y
L L L L
nL nY
1L 1Y
2L 2Y
1
2
3L 3Y
17sin
2
2
4L
17
2
4Y
17sin
4 cos
4
4
5L 5Y
0Y
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
1 2 3 4 5
+ Y +L + Y +L
+ + +L +L
L Y L Y L Y
L L L
加工方法的确定
由于零件材料较薄、形状较复杂，为了保证凸凹模之间的间隙值，所以采用
凸、凹模配合加工的方法，对落料件以凹模为基准。
基本工序
落料
确定冲裁间隙
根据材料牌号和厚度，查参考书 [2]表 得凹、凸模的刃口间隙
=， =
凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，保证双面间隙 ～。
凹模的刃口尺寸的计算
对零件图中未标注的公差尺寸，按等级 IT14 确定公差值。内形尺寸按基轴
制确定其极限偏差，及上偏差为零，下偏差为公差值。如表 所示。
根据凹模磨损尺寸的增大、减少、没有增减三种情况，将相应的尺寸分为 A
类、B 类、C 类。根据零件ɑ公差由白哦 查得因数 x=。
分别按公式
A 类：
A =（A -Xɑ） （4-6）
B 类：
B =（B +Xɑ） （4-7）
C 类：
C =（C +） （4-8）
计算凹模刃口 A 类、B 类、C 类尺寸，如下表
minZ
maxZ
j max 0
j min
0
j min
表 凹模刃口尺寸
零件图标注尺寸
零件极限偏差尺
寸
凹模刃口尺
寸分类
零件公差
ɑ
凹模刃口尺寸
116 116 A
34 34 A
17 17 A
14 14 B
82 82 C 82
凸模刃口尺寸计算
按凹模刃口尺寸制造后的实际尺寸配制，保证双面间隙 ～。
卸料弹簧的计算
弹簧预压力确定
初步确定弹簧根数为 6，按式 F =F /n（）计算每根弹簧预压力，即 F
=F /n=2304/6=384N
选择弹簧
使弹簧最大工作极限负荷 F1＞F ,弹簧的参数如下表
表 弹簧参数
弹簧外
径 D/mm
钢丝直径
d/mm
节距
t/mm
自由高度
H0/mm
F1 时的高
度 H1/mm
最大工作
负荷 F1/N
每 100 件的
质量/kg
36 80 720
校核所选弹簧总压缩量
0
0
0
0
0
0
0
0
预 卸 预
卸
预
弹簧允许最大压缩量 h1=H0-H1=；
弹簧受预压力时的预压缩量 h=h1F/F1=10mm；
卸料板工作行程：h=t+1=2+1=3mm
模具修模量：h=5mm；
弹簧总压缩量：h= h+ h+ h=18mm；
确定弹簧的装配高度
H2=H0- h =100-178=82mm。
预
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5 模具总体结构设计
模具类型的选择
由冲压工艺分析可知，采用正装单工序落料模。
导料及定距零件的设计
因为该模具加工的是条料，控制条料的送进方向采用导料销；控制条料的送
进步距采用挡料销。
挡料销
采用固定挡料销，这种挡料销形状简单，容易制造。
高度尺寸 h=7mm
位置尺寸查参考书[4]得：
（5-1）
D——挡料销直径
M——凹模落料型孔的宽度
卸料装置的选择
卸料类型的选择
选用弹压卸料的方式，这种方式操作方便且料厚不大，兼有卸料及压料作
用，冲件质量较好，平直度较高。
卸料板台阶高度的计算
H=挡料销厚度-料厚+卸料板与导料板之间的间隙，最终得出卸料板的周界尺
寸为 ，厚度为 25mm
卸料凸台宽度
22
M
a
D
L
L
260mm 260mmL B
卸料板凸台宽度应比导料板之间出料部分变化+
卸料销参考国家标准确定
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14
6 工件零部件的结构设计
凹模的设计
凹模孔的形状及孔位设计
凹模孔的形状与工件形状一致，型孔的具体尺寸按凹模刃口尺寸计算公式进
行计算。模型孔冲孔的位置即工件上冲孔所在的位置。如图 6-1
图 6-1 凹模
凹模孔口侧壁形状的选择
基本形式共有两种：其一是孔壁垂直于顶面的直壁式 见图 6-2
图 6-2 直壁式
另一种是孔壁与轴线成 ɑ 角的斜壁式 见图 6-3
图 6-3 斜壁式
两种刃口形状的的优缺：
直壁式：强度较好，刃磨以后尺寸改变不大，冲件精度较高，但冲裁时磨损
较大，工件易在型孔内部聚集，严重时甚至会使凹模胀裂。
斜壁式：特点基本与直壁式相反，斜壁式刃口相比较于直壁式更锋利，每次
加工刃磨的磨损不大。
通过综合比较，由于工件厚度比较薄，再考虑到工件精度，最终凹模孔口侧
壁形状选择直壁式。
凹模的设计：结构及轮廓尺寸
采用整体式设计,凹模孔的冲裁均采用线切割机床来加工。
凹模厚度：查[3]第 103 页表 4-13 取 H=20mm
凹模的固定设计
采用螺钉与销钉将凹模固定于下模座上。本设计采用 6xM12 螺钉固定，和
d=6 的销钉进行定位。
凸模的设计
凸模结构形式设计
综合分析比较：该落料凸模截面较大，且强度和刚度较好，所以可采用直通
式。
凸模长度的计算
当采用弹压卸料板时，凸模长度按下式计算
L 为凸模长度，mm：
h1 为凸模固定板厚度：
h2 为卸料板厚度：
t 为材料厚度：
h 为 增 加 长 度 ， 它 包 括 凸 模 的 修 磨 量 、 凸 模 进 入 凹 模 的 深 度 （ -
1mm）、凸模固定板与卸料板之间的安全距离等，一般取 10mm-20mm
经过计算得，
对照表准得出凸模实际长度为 94mm
凸模的固定
凸模固定于固定板中，落料凸模的固定采用铆接固定法。
凸模强度的校核
考虑凸模不是细长型，冲裁厚度也不大，所以可以不对凸模进行强度和刚度
分析。见图 6-4
1 2h +h +t+hL
图 6-4 凸模
模架及其他零部件的设计
模架设计
该模具采用后侧导柱模架（附件图 6-5）
图 6-5 后侧导柱模架
这种模架的优点是受力均匀，易于送料（纵向﹑横向都可以），且操作便
捷。模架大小以凹模周界尺寸为依据，选择合理模架规格 。
导柱：查参考书[5]第 67 页表 3-2 得
选择 A 型 d=35，长度 180mm。见图 6-6
图 6-7 导柱
导套：查参考书[5]表 3-3 得
选择 A 型 D=35，长度 125mm。见图 6-7
图 6-7 导套
模柄
考虑该模具为无特殊要求的落料模，所以选用压入式模柄。详见图 6-8
图 6-8 模柄
固定板的设计
固定板位置选择：固定板的型孔位置参考凹模型孔位置，呈一致。
固定板尺寸：固定板型孔尺寸与凸模尺寸呈 的双边过盈量。
固定板上的螺纹孔﹑销孔、卸料螺钉孔的孔径和孔距按国家标准来确定。
固定板的材料选用 45 刚,淬火选择为不淬火。
垫板的设计
孔径大小一般选择比相配合的螺钉和销钉的直径大 1mm 左右，孔距的选择
与固定板上的位置相同。
垫板材料选用 45 钢，淬火 43—48HRC。详见图 6-9
图 6-9 垫板
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7 模具总装图
综合以上设计，模具的总装图如下图所示。模具上模部分组成主要为上模
座、冲孔凸模﹑落料凸模、垫板、卸料板、固定板等。下模组成主要为凹模﹑下
模座、导料销等。
卸料是在开模时，借用弹簧恢复的弹力，推动卸料板使卸料板向上运动，从
而使废料推出。在这中间冲出的成品工件由凹模孔直接落下。
条料的送进步距是利用固定挡料箱控制，即完成第一步成型之后，将条料向
上抬起并向前移动一个步距到刚冲压完成的料口中，如此重复循环完成所有工件
的冲裁工作。详见图 7-1。
模具闭合高度的计算。由总装配图可知，模架闭合高度的选择综合考虑总体
设计情况确定以下尺寸：
凸模固定板厚度 H =16mm；卸料板厚度：H =14mm；卸料板上弹簧支承
面深度：h =4mm；
模具闭合高度：
图 7-1 总装配图
固 卸
卸
=H +H +H +L+H+h=45+55+10+80+1=211H mm
下上 垫模
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8 冲压设备的选取
通过校核，选择开式双柱可倾压力机 J23-63 能满足使用要求。其主要技术参
数如下。
公称压力：630kN 滑块行程：100mm
最大封闭高度：400mm 垫板尺寸(厚度)：80mm
封闭高度调节量：80mm 滑块中心线至床身距离：310mm
工作台尺寸(前后左右)：570mm×860mm
模柄尺寸(直径深度)： 40mm×60mm
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23
9 装配过程
根据落料模的特点，先装上模，再装下模较为合理，并调整间隙，试冲，返
修。具体过程如下。
上模装配
（1）仔细检查每个将要装配零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等
准备工作。
（2）先将凸模与凸模固定板装配，再与凹模板装配，并调整间隙。
（3）把已装配好的凸模及凹模与上模座连接，并再次检查间隙是否合理
后，打入销钉及拧入螺丝。
下模装配
（1）仔细检查将要装配的各零件是否符合图纸要求，并作好划线、定位等
准备工作。
(2)先将凹模放在下模座上，接着依次按顺序装入销钉、固定挡料销，检查间
隙合理后拧入紧固螺钉，并再次检查调整。
(3)将经调整后的上下模按导柱、导套配合进行组装，检查间隙及其他装配合
理后进行试冲。并根据试冲结果作出相应调整，直到生产出合格制件。
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24
结论
截至到今日，耗时多月的毕业设计也到了画句号的时候，这也是我们大学生
活的一个句号，在老师耐心辅导及同学的帮助与自己的努力下，我顺利地完成了
这次毕业设计。通过这次的毕业设计，我对机械与模具设计方面有了更深的了
解，提高了自己的水平。
此次设计是轿车内垫片的零件，相对较简单，经过工艺性分析，确定最终工
艺方案。根据计算确定本制件的排样方案及冲裁力，然后选取合适的压力机。本
设计主要的设计要点是计算好压力中心使压力中心与压力机的滑块中心相重合，
选择合适的压力机，对模具主要工作部分尺寸的计算和主要零部件的设计以及加
工工艺的制定，最后根据上面的设计绘出模具的总装图。
毕业设计是大学学习中的最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握
的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到
愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌
握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械
制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设
计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在北汽集团黄骅
分公司的生产实习，我对于模具设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具
的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在
指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲
手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。
并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，
并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。
在设计的过程中，难免遇到了一定的困难，但在指导老师的悉心指导和自己
的努力下，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经
验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。
北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）
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参考文献
[1]刘心治.冷冲压工艺及模具设计.重庆大学出版社 2006.
[2]韩永杰.冷冲压模具设计．哈尔滨工程大学出版社 2008
[3]李明辉、黄毅宏.模具制造工艺学.机械工业出版社 2007
[4]冯小明等.冷冲压工艺及模具设计.重庆大学出版社 2004
[5]高军.冲压模具标准件选用与设计指南.化学工业出版社 2007
[6]王芳.冷冲压模具设计指导.北京：机械工业出版社，2005
[7]许发樾.模具标准应用手册.北京：机械工业出版社，1994
[8]刘心治.冷冲压工艺及模具设计. 重庆大学出版社 ，2006
[9]韩永杰.冷冲压模具设计．哈尔滨工程大学出版社 ，2008
[10]李明辉、黄毅宏.模具制造工艺学. 机械工业出版社 ，2007
致 谢
经历数月的对于文件资料方面、网络的辅助以及各位同学老师的帮助的积
累，最终终于顺利完成毕业设计。首先感谢本人的导师张海军老师，他对我的毕
业设计材料进行了仔细的审阅，并对我的毕业设计内容提出了许多建设性建议。
张海军老师渊博的知识，诚恳的为人，使我受益匪浅，在毕业设计的过程中，特
别是遇到困难时，是他给了我鼓励和帮助，在这里我向张海军导师表示真诚的感
谢！
感谢母校——北京交通大学海滨学院的辛勤培育之恩！感谢机械工程及自动
化系给我提供的良好学习及实践环境，使我学到了许多新的知识，掌握了一定的
操作技能。
感谢和我在一起进行课题研究的同窗同学，和他们在一起讨论、研究使我受
益非浅。
最后，我非常庆幸在大学的学习、生活中认识了很多可敬的老师和可亲的同
学，并感激师友的教诲和帮助！
北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）
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附录 一
中文翻译
二、加工模具的高速加工机床
模具精加工和硬切削加工需要数控高速机床,模板、模架加工需要精密、高效数控
机床等。许多机床企业瞄准模具生产，有的加工中心生产厂机床的 60%以上卖给
模具企业。模具行业今后几年年均有 50 亿元的固定资产投入，其中 80%是购买
模具加工设备，也就是说每年有 40 亿元人民币要购买金切机床。目前我国数控
机床的平均利用率大约 20%，高速机床的利用率 3～5%。模具企业也有相当的单
位购买高速机床，从 6000～40000rmp 的都有。
1．高速机床的技术参数要求
加工中心主轴大功率、高转速，满足粗精加工；精加工模具要用小直径刀
具，机床一般要达到 15000～20000rmp。通常主轴转速在 10000rpm 以下的机床
可以进行粗加工和半精加工，达不到精加工的精度；无法达到 400m/min 以上的
切削速度。
2． 五轴机床的应用增加趋势
1）加工路线灵活，表面形状复杂；
2）加工范围大，适合多种类型模具加工；
3）切削条件好，减少刀具磨损，提高刀具寿命；
3． 购买 CAD/CAM 软件和高速机床配套
据统计，每年有几十亿美元用于进口机床，大部分电加工机床和高速机床需
要进口。
三、高速切削模具的刀具技术
高速切削加工还需配备适宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的进展促使
了高速加工的发展。硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具使得兼顾高硬度的刀
刃部和高韧性的基体成为可能。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片,其硬度可达 3500～
4500HV。聚晶金刚石(PCD)其硬度可达 6000～10000HV。近年来德国 SCS、日本
三菱(神钢)及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名刀具公司都先后推
出了各自的高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具,还有能直接高速切
削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂层刀具异军突起,在淬硬钢的半精加工
和精加工中发挥着巨大作用。新刀具材料和刀具技术的出现已经使高速加工上的
瓶颈问题不再会出现在刀具上。
但是，进口刀具的昂贵价格也阻碍高速切削模具的重要因素。
一般来说 ,刀具以及刀夹的加速度达到 3g 以上，刀具的径向跳动要小于
，而刀的长度不能大于 4 倍的刀具直径。根据 SANDVIK 公司的实际统
计，在使用碳氮化钛(TICN)涂层的整体硬质合金立铣刀(58HRC)进行高速铣削时,
粗加工刀具线速度约为 100m/min, 而精加工和超精加工时 ,其线速度超过了
280m/min。这样对刀具的材料(包括硬度、韧性、红硬性(高温状态下保持切削性
能))、刀具的形状(包括排屑性能、表面精度、动平衡性等)以及刀具寿命都有很高
的要求。根据国内模具高速精加工的经验，采用小直径球头铣刀进行模具精加工
时，线速度超过了 400～800m/min。选择足够高速度的机床硬切削模具精加工。
Delcam 采用 直径的刀具加工窄槽，转速 40000rpm， 深度，进给
速度 30m/min。.
五、高速切削的加工刀具路径和编程
1） 平面进给路径选择
2） 轮廓加工路径选择
3） 保持切削载荷平稳
4） 保持相对平稳的进给量和进给速度
5） 在平面切削中保持园拐角
6） 合理选择精加工余量
HSC 精加工对 CAM 的编程要求：1）尽量避免拐角的铣削运动；2）尽量避
免工件外的进刀与退刀运动，直接从轮廓进入下一个深度。或者采用螺旋线或斜
向进给切入；
3）恒定每刃进给，提高质量，延长刀具寿命；4）轮廓加工保持在水平面上
等。高速切削 CAM 软件：Delcam 公司几年前就开始了高速切削加工编程技术
的研究，开发了高速切削自动编程软件模块；最近，MasterCAM 公司也开发了
高速切削自动编程软件模块；国内北航海尔也在开发高速切削自动编程软件模
块。
北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）
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附录 二
外文原文
Two, the high speed processing a mould's processes a machine tool
Mould finish machining and hard cutting treating require that the numerical control
high-speed machine tool , form board , model put up the precision processing need ,
high-effect numerical control machine tool mould aiming at produces a lot of
machine tool enterprise , some treating centres 60% all above of the machine tool
producing a factory sells enterprise to a mould.
The fixed assets having 5 billion yuan without exception in the upcoming several
years throws into mould industry , 80% is the machine tool buying a mould process
equipment , just saying every year having 4 billion yuan of RMB to buy Jinqie among
them.
At present average our country numerical control machine tool utilization ratio
approximately 20%, the high-speed machine tool utilization ratio 3 ~ 5%. Also, mould
enterprise has the unit suitable to buy a high-speed machine tool , complies with 6000 ~
40000 rmp's to have.
1 high-speed machine tool technology parameter demands
Process centre chief axis high-power , high rotation rate , satisfied rude finish
machining; The finish machining mould wants to need to reach 15000 ~ 20000 rmp like
the cutter , the machine tool with minor diameter. Generally, the chief axis rotation rate
machine tool under 10000 rpm can carry out rough process and half finish machining ,
cannot reach the finish machining accuracy;
Have no way to reach 400 the above m/min cutting speed.
2 five scrolls of machine tools application increases a trend
1) treating route is nimble , the surface form is complicated;
2) treating range is big , the various type mould suitable processes;
3) cuts life-span of condition easy to cut down cutter wear , to raise a cutter,;
3 the softwares buying CAD/CAM and high-speed machine tools assort
On the grounds of the machine tool , major part counting , having several billions
U. S. dollar to be used to enter port every year, the electromachining machine tool and
the high-speed machine tool need to import.
Three, quick-cutting mould cutter technology
Quick-cutting processes the cutter needing allocating proper quick-cutting.
Progressing processing cutter material's in high speed has urged development of high
speed treating. The cutter , knife edge headquarter and high tenacity base gathering
crystal strengthening the ceramics cutter being able to be used giving consideration to
high hardness experience and observe carbide alloy coating becoming possibility.
Gather the crystal cube nitriding boron (PCBN) bit, whose hardness may amount to
3500 ~ 4500 HV. Gather crystal miamond (PCD) it's hardness but amount to 6000 ~
10000 HV. Germany SCS , Japan Mitsubishi (magical steel) and Sumitomo ,
Switzerland Shanteweike , USA Kenna are in recent years swiftly large wait for the
famous abroad cutter company to successively have debuted the respective quick-
cutting cutter, not only cutter having average structural steel of quick-cutting,
the ceramics cutter still having direct quick-cutting of energy quenching hard
steel is waiting for an effect to surpass the hard cutter, especially the coating cutter
appears all of a sudden , bringing into play in quenching half finish machining and
finish machining of hard steel. New cutter material and cutter technology appearing
already make the bottleneck problem that high speed has processed no longer be able to
appear on the cutter.
But, expensive entrance cutter price also blocks quick-cutting mould key factor.
Above to come to saying the cutter and the cutter holder acceleration reach 3 gs the
sort, the cutter circular runout needs to be smaller than mm, but the knife length is
unable greater than 4 times cutters diameter. The reality according to SANDVIK
company has counted , the carbide alloy has stood on in the entirety using carbon
nitriding titanium (TICN) coating when milling cutters (58 HRC) carry out high speed
bright metal chopping , rough process cutter linear speed has been 100 m/min about ,
whose linear speed has exceeded but 280 m/min when finish machining and
microstoning. Such demands to cutter material (include the hardness , tenacity , red
hardness keep the form (include row of crumbs function , surface accuracy , dynamic
balance sex etc. (cutting the function) , the cutter under high temperature state)) as well
as cutter life-span all has very highly.
Experience according to in the homeland mould high speed finish machining,
linear speed has exceeded 400 ~ 800 m/min when adopt the young diameter ball head
milling cutter to carry out mould finish machining. The machine tool choosing
sufficient high-speed's cuts mould finish machining stiffly.
Delcam adopt mm diameter cutter to process the narrow slot , rotation rate
40000 rpm , mm depth, feed speed 30 m/min.
Five, quick-cutting route processing a cutter and programming
1) flat surface feeds the route choice
2) 2) outlines process the route choice
3) Keep cutting loading stable
4) keeps relatively stable moving forward giving amounts and feed speed
5) keeps the garden corner in flat surface cutting
6) chooses the finish machining margin rationally
Programming demand of HSC finish machining to CAM:
1) the bright metal avoiding a corner to the full cuts motion;
2) tries one's best to avoid external feed of workpiece and enter next depth return
knife motion , direct from the outline. Or adopt a helical line or being sure enter slanting
to moving forward;
3) constant each edge feed , improve the quality, prolongs cutter life-span;
4) outline treating are kept waiting in level surface.
Quick-cutting CAM software:
Several years ago will have started quick-cutting processing programming
technology research, the Delcam company , has developed the quick-cutting automation
programming software module; Lately, the MasterCAM company has also developed
the quick-cutting automation programming software module; You also are in in the
homeland north navigation developing the quick-cutting automation programming
software module。
