《金属成形模具设计》课件

《金属成形模具设计》欢迎来到《金属成形模具设计》课程，本课程将带您深入了解金属成形模具的设计原理、制造工艺和应用技术作为现代制造业的关键技术之一，模具设计在汽车、航空、电子等行业中扮演着不可或缺的角色通过系统学习，您将掌握从基础理论到实际应用的全面知识，包括各类成形工艺的原理、模具结构设计、材料选择以及先进的CAD/CAE/CAM技术应用我们将结合丰富的案例，帮助您建立专业的模具设计思维和解决实际问题的能力课程概述专业核心模具设计是材料成型工程的关键课程应用广泛从汽车到电子产品制造的基础技术基础知识涵盖金属成形理论与实践技能金属成形模具是实现金属材料塑性变形的工艺装备，其设计水平直接决定着产品的质量和生产效率本课程作为材料成型及控制工程专业的核心课程，系统介绍各类金属成形模具的基本概念、分类及设计方法在现代制造业中，模具被誉为工业之母，其应用领域遍及汽车、航空航天、船舶、电子电器等行业通过本课程学习，将为学生提供解决实际工程问题的专业技能，为未来从事相关技术工作奠定坚实基础第一章绪论早期发展从原始铸造到手工锻造的技术演变工业革命机械化生产催生标准化模具技术现代技术计算机辅助设计与智能制造时代金属塑性成形是利用外力使金属材料产生塑性变形，从而获得所需形状和性能的加工方法这一过程基于金属材料的塑性变形理论，包括应力-应变关系、屈服准则、强化规律等基础知识金属成形模具的历史可追溯到人类文明早期，从最初的简单铸造工具发展到今天的高精度、高效率、自动化模具系统随着现代工业的发展，金属成形技术已成为制造业的支柱，广泛应用于汽车零部件、航空结构件、电子外壳等产品的批量生产，为工业发展提供了强大的技术支持金属成形方法分类按金属状态液态成形金属熔化后浇注成形2固态成形金属在固态下进行塑性变形按作用力性质重力作用成形利用金属液自重填充型腔1非重力作用成形通过外力实现金属塑性变按加工温度形热成形高于再结晶温度下加工3冷成形低于再结晶温度下加工温成形介于热成形与冷成形之间金属成形方法可从多个角度进行分类，了解不同分类体系有助于选择适当的成形工艺按作用力性质分类，重力作用成形主要包括各类重力铸造工艺，而非重力作用成形则涵盖压力铸造、锻造、冲压等需要外力作用的工艺根据金属状态的不同，可分为液态成形（如各类铸造工艺）和固态成形（如锻造、冲压、挤压等）按加工温度划分，热成形在高于材料再结晶温度下进行，金属流动性好但易氧化；冷成形在室温下进行，精度高但变形抗力大；温成形则在两者之间的温度下进行，兼具一定优点金属成形模具的类型铸造模具锻造模具用于液态金属成形的工艺装备，包括砂型模具、金属型模具、压铸模具等，用于金属塑性变形的工具，分为自由锻工具和模锻模具，适用于生产强度广泛应用于复杂形状零件的生产和韧性要求高的零件冲压模具挤压与拉深模具用于板料加工的工具，包括冲裁模、弯曲模、拉深模等，主要用于薄板金挤压模具用于棒料、管料的挤压成形；拉深模具专用于板料拉深成形，制属的冷成形加工造各类杯状、筒状零件金属成形模具种类繁多，各有其特定的应用场景和技术特点铸造模具适用于形状复杂、一次成形的零件，如发动机缸体、复杂阀体等；锻造模具则适用于制造需要良好机械性能的零件，如连杆、曲轴等冲压模具主要用于板料加工，如汽车车身覆盖件、电子产品外壳等；挤压模具则适用于生产各类型材、管材和某些轴类零件；拉深模具专门用于制造具有一定深度的杯状、盒状零件模具类型的选择主要取决于产品的形状特征、批量大小、精度要求以及经济性考虑模具设计基本流程产品分析与工艺性评估分析产品结构特点、尺寸精度要求评估产品的可成形性和工艺难点成形工艺方案确定选择适当的成形工艺路线确定工序安排和工艺参数模具结构设计确定模具类型和基本结构设计模具各功能部件和机构模具零件设计与材料选择设计各零部件的具体结构和尺寸选择合适的模具材料和热处理方案模具设计是一个系统工程，需要遵循科学的设计流程首先进行产品分析，理解产品的功能要求、结构特点和精度要求，评估其可成形性，识别可能的工艺难点，这是模具设计的基础和前提在确定成形工艺方案时，需要综合考虑产品特点、生产批量、设备条件和经济性因素，选择最适合的成形工艺和工序安排模具结构设计阶段确定模具的基本类型和结构形式，设计各功能部件和机构，如分型面、浇注系统、导向机构等最后进行模具零件的详细设计，确定各零件的具体结构、尺寸和公差，并选择合适的模具材料和热处理方案，以确保模具的使用性能和寿命第二章金属液态成形模具设计金属熔化1将固态金属加热至液态浇注成形2将液态金属注入模具型腔凝固成形3液态金属冷却凝固成型金属液态成形是利用金属良好的流动性，将熔融金属浇注到预先准备的型腔中，冷却凝固后获得所需形状的加工方法这一过程基于金属的熔化与凝固原理，成形过程中需要考虑金属的流动性、收缩率、偏析等冶金现象铸造模具按材质和用途可分为多种类型砂型模具利用型砂制作，成本低但精度有限；金属型模具由金属材料制成，可反复使用，精度较高；压铸模具用于压力铸造，可生产高精度、表面光洁的铸件不同类型的铸造模具各有其适用场合和技术特点，设计时需要综合考虑产品要求、生产批量和经济因素铸造模具设计要点分型面选择原则浇注系统设计冒口与排气系统•尽量选择平面作为分型面•合理设计直浇道、横浇道和内浇道•冒口位置与尺寸设计•保证铸件容易脱模•确保金属液平稳充填型腔•确保铸件顺序凝固•使铸件主要加工面位于同一型腔内•防止夹渣和气孔缺陷•排气系统设计防止气孔•减少飞边和毛刺的产生•优化浇注温度和速度•冷铁的合理使用铸造模具设计的首要任务是确定分型面，这直接影响铸件的成形质量和模具结构理想的分型面应为平面或简单曲面，使铸件容易脱模，并使主要加工面位于同一型腔内，避免因合型不良造成的缺陷浇注系统是连接外部金属液源与铸件型腔的通道，设计良好的浇注系统能够确保金属液平稳充填型腔，减少湍流，防止夹渣和气孔冒口系统则用于补偿铸件凝固收缩，确保铸件顺序凝固，防止缩孔和缩松排气系统的设计对防止铸件产生气孔至关重要，特别是对于复杂形状的铸件这些系统的设计需要基于铸造工艺理论和实际经验，综合考虑铸件结构特点和质量要求砂型铸造模具砂型铸造工艺特点模具设计要点•适应性强，可铸造各种复杂形状•木模与金属模的结构设计•模具成本低，适合小批量生产•考虑砂型的强度与透气性•精度和表面质量相对较低•芯盒设计与制作工艺•生产周期较长，自动化程度低•脱模斜度与收缩余量确定砂型铸造是最传统也是应用最广泛的铸造方法，通过制作易于形成和破坏的砂型来实现铸件成形砂型铸造工艺具有很强的适应性，几乎可以铸造任何形状和尺寸的铸件，特别适合于复杂结构、大型或小批量生产的铸件砂型铸造的模具成本相对较低，但精度和表面质量不如其他铸造方法，且生产效率较低砂型铸造中，模具主要包括木模或金属模及芯盒模具设计需要考虑脱模斜度（一般为1:50至1:100）、收缩余量（根据不同金属材料确定）以及工艺工装的合理配置常见问题包括砂型强度不足导致的型砂坍塌、透气性不良导致的气孔缺陷等，可通过优化型砂配比、改进模具结构和加强工艺控制来解决芯盒设计需要确保型芯具有足够的强度和刚度，同时考虑其在铸型中的准确定位金属型铸造模具整体结构冷却系统分型结构金属型铸造模具由型腔部分、浇注系统、冷却系金属型模具的冷却系统通常由冷却水道网络组成，金属型模具的分型结构设计需要考虑铸件的脱模统和机械结构部分组成，具有良好的导热性和较对控制铸件凝固顺序和冷却速率至关重要，直接方向和浇注位置，通常采用销钉导向和液压或机高的尺寸精度影响铸件质量械锁紧机构金属型铸造是利用金属材料制成的永久模具进行铸造的方法，相比砂型铸造，具有生产效率高、铸件精度好、表面光洁度高等优点金属型模具结构包括型腔部分、浇注系统、冷却系统和机械结构部分，其设计需要综合考虑热力学、流体力学和机械设计原理金属型模具的冷却系统设计是关键环节，合理的冷却水道布局可以控制铸件的凝固顺序和冷却速率，减少缩孔、缩松等缺陷金属型模具的寿命主要受热疲劳、热震、磨损和腐蚀等因素影响，通过选择合适的模具材料（如热作模具钢H13）、合理的热处理工艺和有效的表面处理技术，可以显著提高模具的使用寿命定期维护和适当的操作规程也是延长模具寿命的重要保障压铸模具设计压铸工艺原理模具结构组成1高压高速将熔融金属注入型腔定模板、动模板、型芯系统、浇注系统等2温度控制系统4型腔设计与布局3水冷通道布置和温度监控确保充型均匀和顺序凝固压铸是一种高效率、高精度的铸造工艺，其特点是利用高压力使熔融金属快速充填金属型腔，并在压力下凝固成形压铸工艺适用于生产形状复杂、尺寸精确、表面光洁的有色金属铸件，如铝合金、锌合金和镁合金等压铸模具结构复杂，主要由定模板、动模板、型芯系统、浇注系统、顶出系统、温度控制系统和导向定位系统组成型腔设计需要充分考虑金属液流动路径，确保均匀充型；合理安排浇口位置和尺寸，控制充型速度；设计适当的溢流槽和排气槽，减少气孔缺陷温度控制系统对压铸模具至关重要，通过水冷通道的合理布置，可以控制模具各部位的温度分布，提高铸件质量和模具寿命压铸模具的设计需要综合考虑工艺性、经济性和可靠性，是一项复杂的系统工程第三章冲压成形基础冲压加工是一种利用模具对板料进行冲裁、弯曲、拉深、成形等塑性加工的工艺方法冲压加工具有生产效率高、材料利用率高、零件精度一致性好、劳动条件好等优点，广泛应用于汽车、家电、电子等行业冲压加工的基本工序包括冲裁（包括剪切、落料、冲孔、切断等）、弯曲（包括形弯曲、形弯曲、卷曲等）、拉深（包V U括简单拉深、多次拉深、局部拉深等）和成形（包括胀形、缩口、翻边等）板料在冲压过程中的变形机理复杂，涉及弹性变形、塑性变形、回弹现象等，了解这些基本变形规律是冲压模具设计的理论基础冲压工艺分析方法σ-εFLD材料力学性能成形极限分析通过拉伸试验获取应力-应变曲线，确定材料强度和塑应用成形极限图评估板料成形能力性CAE仿真分析技术运用有限元仿真预测变形和缺陷冲压工艺分析是模具设计的重要前提，首先需要了解板料材料的力学性能通过拉伸试验获取材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率和硬化指数等参数，评估材料的变形能力板料各向异性系数r值和硬化指数n值是评价板料成形性的重要指标，r值越大、n值越高，板料的成形性越好成形极限分析是评估板料在复杂应力状态下成形能力的有效方法成形极限图FLD表示在不同应变路径下材料的极限应变，可用于预测开裂、起皱等缺陷现代冲压工艺分析广泛应用CAE技术，通过有限元法模拟板料变形过程，预测材料流动、应力分布和可能的缺陷，优化工艺参数工艺参数的确定方法包括经验公式法、试验法和数值模拟法，综合运用这些方法可以提高工艺方案的可靠性和模具设计的合理性冲裁模具设计工艺分析确定板料特性和排样方案结构设计选择合适的模具结构形式参数计算确定间隙和冲裁力零件设计设计凸凹模和其他组件冲裁是冲压加工中最基本的工序，其原理是利用凸模和凹模之间的剪切作用使板料沿预定轮廓分离冲裁模具设计首先要确定合理的间隙，间隙过大或过小都会影响冲裁质量间隙的选择与板料材质、厚度和质量要求有关，通常为板料厚度的5%~8%，精密冲裁可降至3%~5%冲裁力的计算是模具设计的重要依据，影响设备选择和模具强度设计冲裁力F=L·s·τb，其中L为冲裁轮廓长度，s为板料厚度，τb为材料的剪切强度冲裁模具结构形式多样，包括简单冲裁模、复合冲裁模、连续冲裁模和精密冲裁模等，选择时需综合考虑产品形状、精度要求、生产批量和经济性合理的布局可以提高材料利用率，减少废料，常用的排样形式有直线排样、阶梯排样和网格排样等冲裁模具零件设计凸凹模设计导向机构卸料与安全装置凸模和凹模是冲裁模具的核心工作部件，其形状对应于导向机构确保凸模和凹模在工作过程中保持精确的相对卸料机构用于将冲裁后的工件从凹模或凸模上卸下，防冲裁件的轮廓设计中需要考虑工作部分的几何形状、位置，常用的导向形式包括导柱导向、凸模导向和双导止产品粘模；安全装置则用于防止操作失误导致的模具尺寸精度、表面质量以及与其他部件的配合向等，选择时需要考虑精度要求和结构复杂性损坏或人员伤害，是模具设计中不可忽视的环节冲裁模具零件设计是模具设计的核心内容凸模设计需要考虑其工作部分的形状、尺寸精度和表面质量，同时要保证足够的强度和刚度对于细长凸模，需要进行抗弯强度和稳定性校核，必要时采取加强措施凹模设计需要考虑型腔形状、尺寸、表面质量以及排屑（或落料）方式，常用的凹模结构包括整体式、镶嵌式和组合式导向机构是确保凸凹模精确对准的关键，常用的导向形式有导柱导向、凸模导向和双导向等卸料机构分为固定式（利用弹性元件）和动力式（利用气缸或液压缸），选择时需考虑工件特点和生产效率安全装置包括限位块、行程开关、压力监测等，用于防止过载和误操作模具零件的设计需要综合考虑功能要求、制造工艺和经济性，遵循标准化、通用化和模块化的原则，以提高模具的可靠性和经济性弯曲成形原理弯曲机理回弹现象•板料外层受拉伸应力作用•弯曲卸载后弹性恢复引起角度变化•板料内层受压缩应力作用•回弹量与材料、厚度和弯曲半径有关•中间存在应力为零的中性层•回弹系数K=α/α（实际角度/模具角度）•变形区域应力分布不均匀•常用过弯、压延等方法补偿回弹弯曲设计参数•中性层位移系数k=

0.33~

0.5•最小弯曲半径r_min与材料延伸率相关•展开长度计算考虑中性层长度•弯曲角度考虑回弹补偿弯曲成形是板料冲压加工中的基本工序之一，其原理是在外力作用下使板料产生塑性变形，形成一定角度或曲率的工艺过程在弯曲过程中，板料外层受拉伸应力作用而伸长，内层受压缩应力作用而缩短，中间存在一个应力为零的中性层，这一层的长度在弯曲前后基本不变回弹是弯曲成形中的重要现象，是指外力撤除后，由于材料的弹性恢复使弯曲角度减小或弯曲半径增大的现象回弹量与材料的弹性模量、屈服强度、板料厚度和弯曲半径有关回弹系数K=α/α，其中α为实际弯曲角度，α为模具角度常用的回弹补偿方法包括过弯法、压延法、反向弯曲法等中性层的位移是弯曲设计中需要考虑的重要因素，影响展开尺寸的计算最小弯曲半径rmin与材料的延伸率有关，通常rmin=

0.5~

0.8s，其中s为板料厚度，材料越硬，最小弯曲半径越大弯曲模具设计弯曲力计算弯曲模具类型弯曲力F=k·b·s²·σb/W•V形弯曲模适用于V形、U形弯曲•边缘弯曲模适用于工件边缘的弯曲其中•折弯模适用于多次折弯或复杂形状•k-工艺系数，一般取

1.2~

1.3•卷曲模适用于圆弧形状弯曲•b-板料宽度•s-板料厚度•σb-材料抗拉强度•W-模具沟槽宽度弯曲模具设计需要综合考虑板料特性、弯曲形状和生产批量等因素，合理选择模具类型和结构形式弯曲模具设计首先需要计算弯曲力，这是选择设备和设计模具强度的基础弯曲力的计算公式为F=k·b·s²·σb/W，其中k为工艺系数，考虑摩擦等因素的影响，一般取

1.2~

1.3；b为板料宽度；s为板料厚度；σb为材料抗拉强度；W为模具沟槽宽度弯曲模具的类型多样，常见的有V形弯曲模、边缘弯曲模、折弯模和卷曲模等，选择时需要考虑弯曲形状和生产效率工艺参数的选择对弯曲质量有重要影响，包括弯曲半径、模具沟槽宽度、压边力等弯曲半径一般不小于材料的最小弯曲半径，以防开裂；模具沟槽宽度通常为W=6~12s+2r，其中s为板料厚度，r为弯曲内半径；压边力的大小影响弯曲质量和回弹量弯曲模具的结构设计需要考虑凸模和凹模的形状、尺寸、表面质量，以及导向、卸料和安全装置等辅助机构的配置，以确保弯曲工件的质量和模具的使用寿命拉深成形理论拉深变形机理拉深比与极限法兰区受径向拉伸和切向压缩的复合变形12拉深比m=D/d，D为坯料直径，d为凸模直径拉深筒壁受纵向拉伸应力作用极限拉深比m₁与材料性能、厚度和工艺条件有关底部基本保持平坦状态一般情况下，m₁=

1.8~

2.2多次拉深工艺拉深缺陷与预防当所需拉深比大于极限拉深比时，需采用多次拉深常见缺陷起皱、破裂、耳边、划痕中间拉深比m_i=d_{i-1}/d_i，一般取

1.2~

1.443预防措施合理压边力、润滑、表面处理拉深次数n=logm/logm_i+1拉深是将平板坯料加工成开口空心件的塑性成形工艺在拉深过程中，板料各部位受力状态不同法兰区域受径向拉伸和切向压缩的复合应力作用，是主要变形区域；筒壁主要承受纵向拉伸应力；底部在凸模作用下基本保持平坦状态，变形较小拉深比是衡量拉深难度的重要指标，定义为m=D/d，其中D为坯料直径，d为凸模直径极限拉深比m₁是在一次拉深中所能达到的最大拉深比，超过这个值将导致工件底部破裂当工件所需拉深比大于极限拉深比时，需要采用多次拉深工艺多次拉深的中间拉深比m_i=d_{i-1}/d_i，一般取

1.2~

1.4，拉深次数可通过n=logm/logm_i+1估算拉深过程中常见的缺陷包括法兰区起皱、底部破裂、耳边和表面划痕等，可以通过合理的模具设计、工艺参数选择和良好的润滑条件来预防拉深模具设计核心设计1凸凹模结构与尺寸精确计算压边系统2可调压边力与均匀压边材料选择3高耐磨性与表面处理拉深模具的结构组成主要包括凸模（冲头）、凹模（拉深模）、压边圈、垫板和导向系统等凸模和凹模是实现拉深成形的主要工作部件，其形状、尺寸和表面质量直接影响拉深质量凸模直径d决定了拉深件的内径，凹模直径D=d+2s+c，其中s为板料厚度，c为拉深间隙，一般取

1.1~

1.3s压边机构是拉深模具的关键部分，用于防止法兰区起皱压边力的大小需要精确控制，过大会阻碍材料流动导致底部破裂，过小则无法有效防止起皱压边力一般为F_压=k·π·D·s·σs，其中k为系数，根据材料和拉深比确定，一般为

0.02~

0.05拉深凸模的圆角半径r_p和凹模的进入圆角半径r_d对拉深成形有重要影响，r_p=4~10s，r_d=5~10s模具材料选择需要综合考虑耐磨性、抗压强度和表面质量等因素，工作部位常用高铬钢或高速钢，并进行表面硬化处理，以提高耐磨性和使用寿命第四章锻造模具设计锻造是金属塑性加工的重要方法，通过对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形而获得所需形状和性能的工艺过程锻造可以改善金属的内部组织结构，提高强度、韧性和耐疲劳性，广泛应用于汽车、航空、机械等行业的关键零部件制造锻造模具可分为自由锻工装和模锻模具两大类自由锻主要依靠锻工的技能，使用简单的通用工具完成成形；模锻则利用专用模具实现复杂形状的成形，自动化程度高，生产效率高锻造工艺参数包括锻造温度、变形速度、变形程度和锻造力等热锻温度一般为材料再结晶温度以上，变形抗力小但精度较低；冷锻在室温下进行，精度高但变形抗力大；温锻则在两者之间的温度下进行，兼具一定优点锻造力的计算是模具设计和设备选择的重要依据，受材料性能、变形温度、变形速度和摩擦条件等因素影响自由锻造工装设计操作技术规范基本工具设计制定详细的操作规程，包括加热温度、保温时间、变形顺锻造设备选择自由锻基本工具包括上下砧、各种锻锤头和专用工具上序、变形程度等参数明确各工序的质量控制要点，如尺根据锻件材料、尺寸和批量选择合适的锻锤或锻床锻锤下砧需要有足够的硬度和耐磨性，表面平整光滑锻锤头寸检查、表面质量检查等建立安全操作规范，防止事故适用于小批量、变形量大的锻件；液压机适用于大型锻件；种类多样，包括平头、圆头、楔形头等，用于不同的变形发生培训操作人员掌握正确的操作技能和应急处理能力螺旋压力机适用于精密锻件设备能力应满足锻造力的要需求专用工具如穿孔冲头、开槽刀等需根据具体工艺要求，并考虑操作的灵活性求设计自由锻造是最古老也是最基本的锻造方法，其特点是不使用成形模具，主要依靠锻工的技能和简单工具完成金属的塑性变形自由锻适用于单件或小批量生产，以及大型锻件的制造，具有工艺灵活、设备投资少的优点，但生产效率低，精度有限自由锻的基本变形方式包括镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切断和扭转等这些基本变形可以单独使用，也可以组合使用，完成各种形状锻件的成形锻锤和锻床是自由锻的主要设备，锻锤利用冲击力实现变形，适合于小型锻件；液压锻床则利用静压力变形，适合于大型锻件自由锻工装设计需要考虑操作的方便性、安全性和工具的耐用性为确保自由锻的质量，需要制定详细的工艺规程，明确各工序的操作要点和质量控制措施，并对操作人员进行系统培训模锻模具设计预锻工序设计预锻工序包括坯料准备、加热和初步成形，目的是使材料分布更加合理，减轻终锻模具的负担常见的预锻工序有镦粗、拔长、分流等，通过这些变形使材料初步接近最终形状终锻模具设计终锻模具是实现锻件最终形状的关键工装，其设计需要考虑型腔形状、分型面选择、锻造余量、模具寿命等因素模具型腔设计需要考虑金属流动规律，确保材料充满型腔飞边槽与排气设计飞边槽是模锻模具的重要组成部分，用于容纳多余的金属并控制金属流动合理的飞边槽设计可以保证锻件充满型腔，减少锻造缺陷排气系统则用于排出型腔内的空气和气体，防止气孔缺陷模锻是利用专门设计的模具对金属坯料进行成形的锻造方法，具有生产效率高、产品一致性好的特点，适用于批量生产模锻工艺通常包括预锻和终锻两个主要阶段预锻工序设计旨在使材料分布更加合理，常见的预锻方法有镦粗、拔长、辗轧等，通过合理的预锻工序可以减轻终锻模具的负担，延长模具寿命终锻模具设计是模锻的核心环节，包括分型面选择、型腔设计、锻造余量确定等分型面一般选择在锻件的最大横截面上，便于锻件的脱模；型腔设计需要考虑金属流动规律，加入适当的过渡圆角，避免尖角和薄壁结构；锻造余量根据锻件尺寸和加工要求确定飞边槽设计对模锻质量有重要影响，合理的飞边槽可以控制金属流动，确保型腔充满飞边槽的宽度一般为锻件厚度的

1.5~3倍，深度为

0.5~2mm排气系统设计需要考虑气体的排出路径，防止气体滞留导致气孔缺陷温锻与冷锻模具温锻特点冷锻特点•加工温度介于热锻与冷锻之间，一般为

0.3~

0.5T_m•在室温下进行，无需加热•变形抗力介于热锻与冷锻之间•变形抗力大，需要大吨位设备•变形均匀性较好，组织缺陷少•精度高，表面质量好•表面氧化较热锻轻微，加工精度较高•材料利用率高，几乎无切削加工•生产效率高于热锻，能耗低于热锻•加工硬化明显，提高了零件强度•适用于非复杂形状的小型零件第五章挤压模具设计正向挤压反向挤压1金属流动方向与挤压方向相同金属流动方向与挤压方向相反2侧向挤压4复合挤压金属垂直于挤压方向流动3金属同时向多个方向流动挤压成形是一种重要的金属塑性加工方法，其原理是将金属坯料置于密闭的模腔内，通过外力作用使其从一个或多个开口处流出，形成所需截面形状的产品挤压成形具有材料利用率高、生产效率高、可以加工复杂断面等优点，广泛应用于铝型材、铜管和精密零件的生产挤压方式可根据金属流动方向与挤压力方向的关系分为正向挤压、反向挤压、复合挤压和侧向挤压等正向挤压中，金属流动方向与挤压力方向相同，工艺简单但摩擦大；反向挤压中，金属流动方向与挤压力方向相反，摩擦小但模具强度要求高；复合挤压结合了正向和反向挤压的特点，金属同时向多个方向流动；侧向挤压中，金属垂直于挤压力方向流动，适用于特殊形状的加工挤压变形的特点是金属在高压下发生大塑性变形，变形区的应力状态复杂，材料流动性好，可以实现复杂形状的一次成形正向挤压模具工艺特点模具结构模具材料正向挤压是最基本的挤压方式，其特点是金属流正向挤压模具主要由挤压杆、容器、模芯（管材挤压模具工作条件苛刻，需要使用高性能模具材动方向与挤压力方向相同适用于生产实心棒、挤压）、模座和支撑套等组成挤压杆直接与坯料常用热作模具钢如H

13、5CrNiMo等，必要时管材、型材等产品，工艺相对简单，但由于金属料接触，传递挤压力；容器承受径向压力；模芯使用高速钢或硬质合金模具需进行淬火和回火与模具容器壁的摩擦较大，挤压力较高，对设备用于形成管材内腔；模座支撑模具并保证精确定处理，达到45~52HRC硬度，并进行表面处理提吨位要求高位高耐磨性正向挤压是金属挤压加工中应用最广泛的方式，适用于各种金属材料和产品形状在正向挤压过程中，金属坯料在挤压杆的作用下，通过模口成形，形成截面形状与模口一致的产品正向挤压的优点是工艺简单，设备结构相对简单，可加工的产品形状多样；缺点是由于金属与容器壁的接触面积大，摩擦阻力大，挤压力较高，对设备吨位要求高正向挤压模具的寿命受多种因素影响，包括工作温度、挤压比、润滑条件、模具材料和热处理质量等高温挤压条件下，模具容易发生热疲劳和热裂纹；挤压比过大会导致挤压力过高，加速模具磨损；良好的润滑可以减小摩擦，降低挤压力，延长模具寿命为提高模具寿命，可采取的措施包括选用高性能模具材料，如高温合金钢或硬质合金；优化热处理工艺，提高模具硬度和韧性；采用表面处理技术，如氮化、硼化或PVD涂层；改善润滑条件；合理设计挤压工艺参数，避免过高的挤压力和温度反向挤压模具工艺原理理解1金属流动方向与挤压力方向相反结构与参数设计2挤压杆、容器和模口的精确配合实际应用验证3杯状件、筒状件的高效生产反向挤压是一种金属流动方向与挤压力方向相反的挤压方式，主要用于生产杯状、筒状等空心零件与正向挤压相比，反向挤压的最大优点是摩擦力小，因为金属只与挤压杆和出口处的模具接触，而不与容器壁大面积接触，因此挤压力可降低30%~40%，能耗低，生产效率高反向挤压模具的结构主要包括带有中心孔的挤压杆、容器和支撑系统挤压杆需要具有足够的强度和刚度，承受高挤压力而不发生弯曲或断裂；中心孔的尺寸精度直接影响产品内径的精度容器除了承受高压外，还需要与挤压杆保持精确的同心度，以确保产品壁厚均匀反向挤压广泛应用于汽车、电子、五金等行业的零部件生产，如汽车减震器筒、铝制电容器壳、各种筒状容器等反向挤压的挤压比一般不宜过大，通常控制在8以内，以保证成形质量和模具寿命工艺参数的选择需要综合考虑材料特性、产品要求和设备能力，通过理论计算、仿真分析和试验验证来确定最佳工艺参数复合挤压模具模具结构设计综合考虑多向变形需求材料流动控制优化各方向变形的协调性工艺参数控制温度、速度、润滑的精确管理复合挤压是将正向挤压和反向挤压结合的一种挤压方式，其特点是金属同时向多个方向流动复合挤压可以一次成形出结构复杂的零件，减少后续加工工序，提高生产效率和材料利用率由于变形区域的应力状态复杂，金属流动方向多变，因此对模具设计和工艺控制提出了更高要求复合挤压模具的结构设计需要综合考虑各个方向的金属流动路径，确保金属在各个方向上协调变形，避免产生缺陷模具的关键部位如挤压杆前端形状、模口形状和过渡区域的设计直接影响金属的流动状态工艺参数的精确控制对复合挤压成形质量至关重要，包括温度控制、变形速度控制和润滑控制等温度对金属流动性有重要影响，需要保持适当的温度梯度，促进金属按预期路径流动；变形速度影响金属的流动应力和流动均匀性，过高或过低都可能导致缺陷；良好的润滑可以减小摩擦，改善金属流动状态复合挤压广泛应用于汽车、电子、航空等行业的复杂零件生产，如阀体、连接件和特种紧固件等异型材挤压模具异型材挤压是指生产具有复杂非圆形截面的长条形产品的挤压工艺，广泛应用于铝合金型材、铜合金型材等领域异型材挤压的特点是截面形状复杂，壁厚可能不均匀，对模具设计和工艺控制提出了严峻挑战模具设计的关键在于确保金属在复杂截面内均匀流动，避免产生局部积料或流动不足异型材挤压模具设计的难点主要包括模口形状设计需要考虑金属流动速度的不均匀性，对厚壁部位适当减小流动阻力，对薄壁部位适当增加流动阻力；模具结构设计需要保证足够的强度和刚度，避免在高压下变形；模具材料和热处理工艺选择需要考虑耐磨性和热稳定性现代异型材挤压模具设计广泛应用模流分析技术，通过计算机模拟金属在模具中的流动状态，预测可能出现的问题，优化模具设计和工艺参数设计优化方法包括有限元分析、正交试验设计和模拟仿真等，通过这些方法可以在实际生产前发现和解决潜在问题，提高设计质量和效率第六章特种成形工艺与模具旋压成形旋压是一种利用局部塑性变形原理，使旋转的板料或管料在旋轮的作用下逐渐贴合在芯模上成形的加工方法旋压适用于轴对称壳体零件的生产，具有设备投资少、模具成本低、材料利用率高等优点辊压成形辊压成形是利用一系列成形辊对金属板料或型材进行渐进成形的加工方法辊压成形工艺灵活，可以生产各种开口和闭口型材，特别适合于长度较大、截面形状相对简单的产品，如建筑型材、汽车纵梁等高能成形高能成形技术利用爆炸能、电磁能、液压能等高能量密度的能源对金属进行成形，包括爆炸成形、电磁成形和液压成形等这些技术适用于难以用常规方法加工的材料或形状复杂的零件，具有成形能力强、残余应力小等优点特种成形工艺是对传统成形方法的补充和发展，能够解决常规工艺难以应对的加工难题旋压成形工艺适用于生产轴对称薄壁件，如火箭发动机壳体、卫星天线反射面等旋压模具主要包括芯模和旋轮，芯模决定产品的内形状，旋轮则是实现塑性变形的工作工具旋压模具设计需要考虑材料流动规律和应力状态，合理选择旋轮形状和工艺参数辊压成形是一种连续成形工艺，通过多组辊模对板料进行渐进变形，最终成形出所需截面形状的产品辊压模具设计的关键是确定合理的成形流程和辊形设计，使板料在各道次中逐步成形，避免起皱、开裂等缺陷高能成形技术利用瞬间释放的高能量对金属进行成形，其模具结构相对简单，主要为成形模和固定装置，但对工艺控制和安全措施要求高这些特种成形工艺在航空航天、军工、汽车等领域有广泛应用，为复杂零件的高效生产提供了有效解决方案第七章模具材料与热处理℃HRC硬度控制热处理温度模具热处理后硬度直接影响耐磨性和使用寿命淬火温度和回火温度决定模具的综合性能Ra表面粗糙度表面质量影响模具的摩擦特性和产品表面质量模具材料是模具设计的基础，其性能直接影响模具的使用寿命和工作效率模具材料选择原则包括满足工作条件要求（如耐磨性、韧性、热稳定性等）；考虑经济性和可加工性；兼顾材料的供应状况和标准化程度根据不同的工作条件和要求，模具材料可分为冷作模具钢、热作模具钢、高速工具钢和特种模具材料等模具热处理是提高模具性能的关键工艺，包括退火、正火、淬火和回火等退火和正火主要用于改善材料组织，降低硬度，便于机械加工；淬火使材料获得高硬度和耐磨性；回火则用于消除内应力，调整硬度和韧性的平衡不同类型的模具需要采用不同的热处理工艺，如冷作模具通常要求高硬度和耐磨性，热作模具则需要良好的热疲劳抗力和热稳定性合理的热处理工艺是保证模具性能和寿命的重要保障，需要根据模具材料特性和使用条件进行精心设计和严格控制常用模具材料材料类型典型牌号主要特性适用范围冷作模具钢Cr

12、Cr12MoV高硬度、高耐磨性、冲裁模、冷挤压模、量尺寸稳定性好具热作模具钢H

13、5CrNiMo热硬性好、抗热疲劳、热锻模、压铸模、挤压韧性好模高速工具钢W18Cr4V、M2红硬性极佳、耐磨性高速切削工具、精密冷好、硬度高作模具新型模具材料粉末高速钢、硬质合综合性能优异、使用高性能模具、特种加工金寿命长工具模具材料是模具制造的基础，不同类型的模具根据工作条件和性能要求选用不同的材料冷作模具钢如Cr

12、Cr12MoV等含碳量高（约

1.5%~

2.0%），铬含量高（约12%），具有高硬度、高耐磨性和良好的尺寸稳定性，主要用于冲裁模、冷挤压模和各种量具热作模具钢如H

13、5CrNiMo等含碳量适中（约

0.3%~

0.6%），合金元素配比合理，具有良好的热硬性、抗热疲劳性能和足够的韧性，主要用于热锻模、压铸模和热挤压模等高速工具钢如W18Cr4V、M2等含碳量较高（约

0.7%~

1.0%），含有大量碳化物形成元素（如钨、钼、钒等），具有极佳的红硬性和耐磨性，硬度可达65HRC以上，主要用于高速切削工具和精密冷作模具近年来，新型模具材料如粉末冶金高速钢、粉末冶金热作模具钢、硬质合金等发展迅速，这些材料通过特殊的制备工艺，获得更均匀的组织和更优异的性能，在高性能模具领域应用越来越广泛未来模具材料的发展趋势是向高性能、长寿命、专用化和环保方向发展，如纳米复合材料、高温陶瓷材料等新型材料将在特定领域得到应用模具表面处理技术物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD）离子氮化与渗碳•原理在真空条件下，通过物理方法使靶•原理在高温下，通过气相化学反应在模•原理利用等离子体或气体介质使氮或碳材料蒸发并沉积在模具表面具表面形成沉积层原子渗入模具表层•特点低温（500℃）、薄层•特点高温（900~1050℃）、厚层•特点形成硬化层（50~500μm），增加（2~5μm）、附着力强（5~15μm）、覆盖性好表面硬度和耐磨性•常见涂层TiN、TiCN、TiAlN、CrN等•常见涂层TiC、TiN、Al₂O₃等•工艺温度氮化500~570℃，渗碳•适用范围精密冷作模具、切削工具•适用范围热作模具、耐磨零件900~950℃•适用范围各类冷热作模具模具表面处理技术是提高模具表面性能的有效手段，可以显著改善模具的耐磨性、抗腐蚀性和摩擦特性，延长模具寿命物理气相沉积（PVD）技术在较低温度下（通常500℃）进行，不会引起模具变形和软化，适用于精密模具和预硬化模具PVD涂层如TiN、TiCN、TiAlN等硬度高，附着力强，但厚度一般只有2~5μm，且对复杂形状的覆盖性不如CVD化学气相沉积（CVD）技术在高温下（900~1050℃）进行，涂层厚度可达5~15μm，对复杂形状有良好的覆盖性，但高温可能导致模具变形和性能下降，需要后续热处理离子氮化和渗碳处理可形成较厚的硬化层（50~500μm），不仅提高表面硬度，还改善了疲劳强度和抗腐蚀性不同表面处理技术各有优缺点，应根据模具工作条件和要求进行选择实际应用中，常采用复合表面处理，如先氮化后PVD涂层，以获得更优异的综合性能各种表面处理技术的效果对比分析表明，针对不同的应用场景，选择合适的表面处理工艺可以将模具寿命提高2~10倍，显著降低生产成本第八章模具标准件与设计规范模具标准件是指按照国家标准或行业标准生产的，具有统一规格、互换性强的模具零部件，如导柱、导套、弹簧、顶针等使用标准件可以简化设计工作，缩短制造周期，降低成本，提高模具的互换性和可靠性我国模具标准体系包括国家标准（）、行业标准（）和企业标准等，涵盖了模具零部件、模架、材料、设计方法等多个方面GB JB标准件选用原则包括遵循标准化、系列化和通用化原则；满足功能要求和性能指标；考虑经济性和可获得性；注重品牌信誉和质量保证常用标准件分类包括定位元件（如导柱、导套、定位销）、紧固元件（如螺钉、螺母、垫圈）、弹性元件（如弹簧、气弹簧）、传动元件（如斜楔、凸轮）和工作元件（如顶针、推板）等合理选用标准件不仅可以提高设计效率，还能保证模具的装配精度和工作可靠性，是模具标准化和现代化的重要体现模具设计规范图纸绘制标准装配图设计要点•遵循国家机械制图标准（GB/T4457）•清晰表达模具整体结构和工作原理•采用第三角投影法表达零件形状•标注主要装配尺寸和技术要求•标注尺寸完整、清晰、不重复•编制完整的零件明细表•标注公差、表面粗糙度等技术要求•标明装配顺序和调整方法•图纸比例、图层管理规范化•必要时绘制剖视图和局部放大图零件图设计要点•形状表达准确完整，视图选择合理•尺寸标注符合加工工艺要求•明确材料、热处理和表面处理要求•关键部位标注适当公差•注明特殊加工要求和检验方法模具设计规范是保证模具设计质量和一致性的重要保障图纸绘制必须遵循国家机械制图标准，采用统一的表达方式，确保图纸的可读性和准确性模具图纸通常包括装配图和零件图两大类，装配图表达模具的整体结构和工作原理，零件图则详细描述每个零件的形状、尺寸和技术要求装配图设计要点包括清晰表达模具的整体结构和装配关系；明确标注主要装配尺寸和技术要求；编制完整的零件明细表，包括零件编号、名称、材料、数量等信息；必要时绘制剖视图和局部放大图，展示内部结构和关键部位零件图设计要点包括形状表达准确完整，视图选择合理；尺寸标注符合功能要求和加工工艺；明确材料、热处理和表面处理要求；关键配合部位标注适当公差；注明特殊加工要求和检验方法模具技术文件编制应系统完整，包括设计说明书、计算书、装配图、零件图、工艺文件和检验规程等，为模具制造、装配、调试和使用提供全面的技术依据工艺文件编制工艺卡片工艺卡片是模具制造过程的指导文件，详细记录了每道工序的加工内容、加工方法、工艺参数和质量要求等信息，是确保模具制造质量的重要依据工序安排工序安排是根据模具结构特点和制造能力，合理确定加工顺序和工艺路线的过程良好的工序安排可以提高生产效率，保证加工质量，降低制造成本质量控制质量控制是贯穿模具制造全过程的重要环节，包括原材料检验、过程检验和最终检验等，通过制定详细的检验标准和方法，确保模具的各项性能指标达到设计要求工艺文件是模具制造过程的技术依据和操作指南，其编制质量直接影响模具的制造效率和产品质量工艺卡片是工艺文件的核心，其格式应标准化、规范化，内容包括工件信息、工序信息、工艺参数、质量要求和操作注意事项等每个工序卡片应明确工序目的、加工设备、工装夹具、刀具、加工参数（如切削速度、进给量、切削深度等）和检验方法工序安排应遵循先粗后精、先基准后其他、先主要后次要的原则，根据零件的结构特点和加工要求，确定合理的工艺路线对于模具关键零件如凸模、凹模等，应特别注重加工工序的安排，确保基准的一致性和加工精度质量控制是工艺文件的重要组成部分，应明确各工序的质量检验要点和方法，建立质量追溯体系工艺文件的编制应结合企业实际生产条件和管理模式，兼顾标准化和灵活性，为模具制造提供科学、可行的技术支持通过分析实际工艺文件案例，可以深入理解工艺编制的要点和方法，提高工艺设计能力第九章模具技术CAD/CAE/CAMCAD设计CAE分析1三维参数化建模与装配成形过程仿真与优化2集成应用4CAM编程设计、分析、制造一体化3加工路径规划与优化计算机辅助技术已成为现代模具设计与制造的核心工具，CAD/CAE/CAM集成应用极大地提高了模具开发效率和质量模具CAD系统实现了三维实体建模、参数化设计和装配仿真，使设计过程更加直观、高效；CAE分析技术能够模拟金属成形过程，预测可能出现的缺陷，优化工艺参数和模具结构；CAM技术则将设计转化为加工指令，实现高效、精确的模具制造CAD/CAE/CAM技术的集成应用体现在设计数据的无缝传递、分析结果的反馈优化和加工策略的智能生成等方面通过集成应用，可以实现从产品设计到模具设计、分析、制造的全过程数字化，显著缩短开发周期，提高模具质量实际案例表明，采用CAD/CAE/CAM集成技术，模具开发周期可缩短30%~50%，模具质量和寿命也有明显提升随着人工智能、大数据等技术的发展，模具CAD/CAE/CAM技术将向更加智能化、集成化方向发展，为模具行业的数字化转型提供强大支持模具设计技术应用CAD三维建模技术参数化设计方法模具设计软件现代模具设计广泛采用三维实体建模技术，通过参数化设计通过建立设计参数之间的关联关系，常用的模具设计软件包括通用CAD软件（如特征建模、布尔运算和自由曲面设计等方法，实实现模型的智能变更和快速修改在模具设计中，SolidWorks、Pro/E、UG NX）和专业模具软件现复杂形状的准确表达三维建模不仅直观展示参数化技术可以高效处理标准件库、模板库和设（如VISI、Cimatron、UG MoldWizard）不同模具结构，还可进行干涉检查、运动模拟和虚拟计变更，大幅提高设计效率和模型重用率，特别软件各有特点，选择时需考虑功能适应性、易用装配，有效避免设计错误适合于系列化模具设计性、二次开发能力和技术支持等因素三维建模技术是现代模具设计的基础，相比传统二维设计，三维设计具有直观性强、信息量大、设计变更方便等优点在模具设计中，三维建模通常采用自下而上的方法，先设计模具的工作部件（如凸模、凹模），再进行标准件选配和模架设计，最后进行总体装配和检查三维模型不仅可以生成二维工程图，还可直接用于CAE分析和CAM加工，实现设计数据的无缝传递参数化设计是提高模具设计效率的重要手段，通过建立几何特征、尺寸、位置等参数之间的关联关系，使模型具有智能性，能够根据设计意图自动调整在模具设计中，参数化技术广泛应用于标准件库建设、模架快速配置和型腔设计等环节实际应用案例表明，采用参数化设计可以将常规模具的设计时间缩短50%以上，特别是对于系列化产品的模具设计效果更为显著不同的模具设计软件在功能特点、操作界面和应用领域上有所差异，需要根据企业实际需求和设计对象进行选择，并考虑与现有系统的兼容性和数据交换能力成形过程分析CAE有限元分析基础有限元分析是数值模拟成形过程的主要方法，通过将连续体离散为有限个单元，建立数学模型，计算材料在成形过程中的变形、应力和温度等物理量，预测可能出现的缺陷材料本构模型材料本构模型描述材料在不同条件下的力学行为，是CAE分析的核心常用的本构模型包括弹塑性模型、粘塑性模型和损伤模型等，选择合适的模型对提高仿真精度至关重要结果分析与优化CAE分析结果需要专业解读，通过分析变形分布、应力分布、成形极限等指标，评估成形质量，预测可能的缺陷，并针对性地优化模具结构和工艺参数成形过程CAE分析是现代模具设计的重要环节，能够在实际生产前预测成形过程中可能出现的问题，减少试模次数，降低开发成本和周期有限元分析的基本原理是将复杂的连续体问题离散化为有限个单元的简单问题，通过建立每个单元的平衡方程和本构关系，求解整个系统的变形和应力状态在模具设计中，有限元分析可用于模拟板料冲压、金属锻造、塑料注塑等各种成形过程材料本构模型的选择对CAE分析结果有重要影响对于金属成形，常用的本构模型包括弹塑性模型（如Mises准则、Hill准则）、粘塑性模型（考虑应变率效应）和损伤模型（如Cockcroft-Latham模型）等选择合适的本构模型需要考虑材料特性、变形条件和精度要求等因素成形过程仿真技术包括静态隐式分析和动态显式分析两种主要方法，前者计算精度高但收敛性差，后者计算速度快但易产生数值振荡，需要根据具体问题选择合适的方法仿真结果分析是CAE应用的关键环节，通过分析变形、应力、应变和温度等分布情况，可以预测开裂、起皱、回弹等缺陷，并通过改变模具结构、工艺参数或材料特性来优化成形过程，提高产品质量模具加工技术CAM加工工艺规划根据模具结构特点和精度要求，确定合理的加工工序和方法典型的模具加工工艺包括粗加工、半精加工和精加工等阶段，每个阶段选择合适的加工策略和参数，平衡加工效率和表面质量加工路径生成利用CAM软件根据三维模型自动或半自动生成刀具路径常用的路径策略包括平行线加工、等高线加工、螺旋加工和残留区域加工等，不同策略适用于不同的模具形状和加工阶段后处理与仿真验证将CAM系统生成的刀具路径转换为特定数控机床可识别的代码，并通过加工仿真验证刀具路径的合理性，检查是否存在干涉、碰撞或加工死角等问题，确保加工安全和质量模具加工CAM技术是连接设计与制造的桥梁，通过计算机辅助手段生成加工程序，驱动数控设备完成模具的精确加工数控加工技术在模具制造中应用广泛，包括数控铣削、数控车削、数控电火花加工和线切割加工等数控铣削是模具加工的主要方法，特别是对于复杂型腔的加工，采用三轴、四轴或五轴数控铣床可以实现高效、高精度加工加工路径规划是CAM技术的核心，合理的路径规划可以提高加工效率，延长刀具寿命，获得良好的表面质量常用的路径规划方法包括平行线加工（适合平面和缓变曲面）、等高线加工（适合陡峭区域）、螺旋加工（减少进退刀痕迹）和残留区域加工（处理死角区域）等精密加工技术如高速加工、硬质合金加工和微细加工等，能够实现模具的高精度和高表面质量高速加工具有切削力小、热影响小、加工效率高等优点，特别适合模具型腔的精加工加工工艺优化是提高模具加工质量和效率的关键，包括合理选择刀具、优化切削参数、控制切削力和温度等通过CAM系统的仿真功能，可以在实际加工前验证加工过程，发现并解决潜在问题，确保加工安全和质量第十章典型成形模具设计案例典型成形模具设计案例分析是理论知识与实际应用的结合，通过具体案例的研究，可以深入理解模具设计的原理、方法和技巧本章将重点介绍冲裁模具、弯曲模具和拉深模具三类典型模具的设计实例，从工艺分析、模具结构设计到详细的零件设计，系统展示模具设计的全过程每个案例都将遵循科学的设计流程，首先对冲压件进行工艺性分析，明确产品的结构特点、精度要求和可能的工艺难点；然后确定合理的工艺方案，包括工序安排、工艺参数和设备选择；接着进行模具结构设计，确定模具类型、分型面、导向方式等；最后是详细的零件设计，包括工作部件、结构部件和标准件的选用通过这些案例，学生可以学习如何应用前面章节的理论知识解决实际问题，提高模具设计的综合能力冲裁模具设计实例冲压件工艺分析分析产品结构特点、尺寸精度要求和材料性能，评估冲裁难度模具设计计算计算冲裁力、确定间隙、选择设备和排样方式总装图设计确定模具结构形式、导向方式和标准件选择非标准零件设计设计凸模、凹模、卸料板等关键零件本案例以一个典型的冲裁件为例，展示冲裁模具的完整设计过程首先对冲压件进行工艺性分析，确定其材料为SPCC冷轧钢板，厚度

1.2mm，冲裁轮廓包含直线和圆弧，精度要求为±

0.05mm根据板料特性和精度要求，确定合理的冲裁间隙为

0.08mm（约

6.7%板厚），计算冲裁力为135kN，选择200kN压力机作为设备考虑到产品的批量和结构特点，采用单工位复合冲裁模结构，同时完成外形冲裁和内孔冲裁模具采用四柱导向结构，确保凸模和凹模的精确对准标准件选择包括导柱、导套、弹簧、螺钉等，按照模具标准选用合适的规格非标准零件设计是模具设计的核心，凸模和凹模采用Cr12MoV材料，热处理硬度为58~62HRC，表面经精密磨削和抛光，确保冲裁质量卸料板采用45钢，表面淬火处理，硬度为45~50HRC模具设计中充分考虑了安装、调试和维护的便利性，设置了合理的安全装置和废料排出机构通过该案例，展示了冲裁模具设计的关键技术点和设计方法，为类似模具的设计提供了参考弯曲模具设计实例工艺性分析本案例的弯曲件为U形支架，材料为Q235钢板，厚度

2.0mm，需要进行90°弯曲工艺性分析包括材料特性评估、最小弯曲半径确定和回弹量预测，为模具设计提供基础数据模具结构设计根据弯曲件特点和生产批量，选择V形弯曲模结构，设计凸模、凹模和压料装置凸模圆角半径为3mm，凹模沟槽宽度为14mm，考虑了回弹补偿，凸模比实际弯曲角度过弯5°参数计算与设备选择计算弯曲力为25kN，考虑安全系数后选择50kN压力机模具采用四柱导向结构，确保弯曲精度关键零件材料选择45钢经调质处理，工作部位淬火至45~50HRC，确保足够的强度和耐磨性本案例详细展示了U形支架弯曲模具的设计过程首先进行工艺性分析，确定弯曲件的材料为Q235钢板，厚度

2.0mm，弯曲角度为90°根据材料延伸率计算最小弯曲半径为

1.6mm，考虑安全余量，设计弯曲内半径为3mm分析材料特性和弯曲条件，预测回弹角度约为3°~5°，需要在模具设计中进行补偿根据弯曲件特点和生产批量，选择V形弯曲模结构，设计包括弯曲凸模、凹模和压料装置弯曲凸模的工作部分形状与弯曲件内侧形状对应，考虑回弹补偿，设计角度为95°；凹模沟槽宽度为14mm，根据经验公式W=6s+2r计算得出，其中s为板厚，r为弯曲内半径计算弯曲力F=k·b·s²·σb/W=25kN，其中k为工艺系数取

1.3，b为板料宽度，σb为材料抗拉强度考虑安全系数，选择50kN压力机作为设备模具采用四柱导向结构，确保弯曲精度关键零件如凸模、凹模采用45钢经调质处理，工作部位淬火至45~50HRC，确保足够的强度和耐磨性通过该案例，系统展示了弯曲模具设计的关键要点和设计方法，为实际工程应用提供了参考拉深模具设计实例零件工艺性分析工艺参数计算模具结构设计•产品为圆柱形杯状件，直径80mm，高度•坯料直径D=√d²+4dh=140mm•选用单动拉深模结构，带弹性压边圈60mm•拉深间隙c=

1.2s=

1.2mm•凸模材料选用Cr12MoV，硬度58~62HRC•材料为08Al冷轧钢板，厚度

1.0mm•凸模圆角半径r_p=6mm•凹模材料选用5CrNiMo，硬度54~58HRC•拉深比m=D/d=140/80=

1.75，小于极限拉深•凹模进入圆角半径r_d=8mm•压边圈采用可调压力机构，保证均匀压边比•压边力F_压=

0.03·π·D·s·σs=15kN•需要采用单次拉深工艺，重点控制起皱和开裂本案例详细展示了圆柱形杯状件拉深模具的设计过程首先进行零件工艺性分析，确定产品为圆柱形杯状件，直径80mm，高度60mm，材料为08Al冷轧钢板，厚度

1.0mm计算拉深比m=D/d=140/80=

1.75，小于此材料的极限拉深比

2.0，可采用单次拉深工艺拉深过程中需要重点控制法兰区起皱和底部开裂两种主要缺陷工艺参数计算是拉深模具设计的基础，坯料直径D=√d²+4dh=140mm，考虑边缘修剪余量后为143mm；拉深间隙c=

1.2s=

1.2mm，确保板料顺利通过而不产生过大摩擦；凸模圆角半径r_p=6mm，凹模进入圆角半径r_d=8mm，这些圆角半径对减小变形抗力、防止板料开裂至关重要；压边力F_压=

0.03·π·D·s·σs=15kN，通过调节压边弹簧预紧量可调整实际压边力模具总体设计采用单动拉深模结构，带弹性压边圈，主要由凸模、凹模、压边圈、导向系统和弹性元件组成凸模和凹模是关键工作部件，分别采用Cr12MoV和5CrNiMo材料，经热处理后硬度分别为58~62HRC和54~58HRC，工作表面精磨抛光并进行表面处理，减小摩擦压边系统采用可调压力机构，通过调节弹簧预紧量控制压边力大小，确保法兰区均匀受压，防止起皱该案例系统展示了拉深模具设计的关键技术点和设计方法，为类似模具的设计提供了有价值的参考第十一章模具制造与装配技术1设计阶段确定工艺路线与技术要求2加工阶段毛坯加工、热处理、精加工3装配阶段零件配合、整体装配、精度调整4调试阶段试模、检验、修整、验收模具制造是将设计图纸转化为实体模具的关键环节，其质量直接影响模具的性能和寿命模具加工工艺路线通常包括毛坯制备、粗加工、半精加工、热处理和精加工等阶段毛坯制备阶段选择合适的模具材料并进行初步加工；粗加工阶段去除大部分余量，形成基本形状；半精加工为热处理预留适当余量；热处理后进行精加工，确保模具的尺寸精度和表面质量模具制造过程中需要特别注意加工顺序和工艺参数的选择，确保加工质量典型零件的加工方法各有特点，如凸凹模通常采用铣削、磨削和电火花加工等方法；导向件要求高精度，常采用精密磨削；模架件则需要保证刚度和装配精度模具装配是模具制造的最后环节，通过合理的装配工艺和调试方法，确保模具各部件协调工作，实现预期功能模具制造技术的发展趋势是向高效、精密、绿色方向发展，新工艺、新技术的应用不断提高模具制造水平模具精密加工技术精密机械加工特种加工技术•高速铣削主轴转速15000rpm，进给速度5m/min•电火花成形加工适用于硬质材料和复杂型腔•精密磨削表面粗糙度可达Ra

0.2μm，精度±

0.005mm•线切割加工加工精度可达±

0.005mm，表面粗糙度•超精密加工采用金刚石刀具，精度可达亚微米级Ra

0.8μm•适用于各类模具型腔、型芯和精密配合表面的加工•电火花微孔加工可加工Φ

0.2~3mm小孔，深径比20:1•激光加工适用于精细结构和微细特征加工电火花加工是模具制造中不可或缺的特种加工技术，特别适合于加工硬质材料和复杂形状的型腔模具精密加工技术是保证模具质量的关键精密机械加工中，高速铣削技术以其高效率和良好的加工质量，成为模具型腔加工的主要方法高速铣削的特点是主轴转速高（通常15000rpm）、进给速度快（5m/min）、切削深度小，可以显著提高加工效率和表面质量精密磨削是获得高精度表面的重要手段，特别是对于热处理后的硬质模具零件，通过精密平面磨、外圆磨、内圆磨和型面磨等方法，可以获得高精度（±

0.005mm）和低粗糙度（Ra

0.2μm）的表面电火花加工是模具制造中不可或缺的特种加工技术，包括电火花成形加工、线切割加工和电火花微孔加工等电火花成形加工适用于加工硬质材料的复杂型腔，精度可达±

0.01mm；线切割加工适用于加工各种复杂断面的型芯和型腔，精度可达±

0.005mm；电火花微孔加工则用于加工小孔和冷却水道精密研磨与抛光是模具最终表面处理的重要工序，通过机械研磨、化学抛光或电解抛光等方法，可以获得镜面效果（Ra

0.05μm以下），满足高光模具的要求模具精密加工技术的发展趋势是向高速化、高精度化、复合化和智能化方向发展，以满足模具日益提高的质量要求模具装配与调试装配前准备清洗零件，去除毛刺、飞边和锐角；检查零件尺寸精度和表面质量；准备必要的工具、量具和辅助材料；熟悉装配图和技术要求；制定详细的装配计划模具装配按照装配工艺规范进行装配，从内到外，从下到上的顺序；注意关键部位的配合精度，如导向系统、工作部件等；使用专用工具和装配辅具，确保装配质量；装配过程中进行必要的检查和调整模具调试在压力机上进行试模，观察成形效果；分析产品缺陷，找出原因；进行必要的修整和调整；反复试模至达到产品要求；编制模具使用和维护说明书，记录调试数据和经验模具装配是模具制造的最后环节，也是决定模具最终质量的关键工序装配工艺规范要求操作环境整洁，装配工具完备，装配人员技术熟练装配精度要求因模具类型而异，一般冲压模具的导向系统配合精度为

0.01~

0.02mm，工作部分如凸凹模的配合精度为

0.02~

0.05mm；注塑模具的型腔与型芯配合精度则要求更高，一般为

0.005~

0.01mm模具调试是模具投入使用前的必要环节，通过试模发现问题，进行修整和调整，确保模具能够稳定生产出合格产品调试方法包括首先检查模具各部分的运动是否正常，无卡滞和干涉；然后进行小负荷试模，观察成形效果，分析可能的问题；最后进行正常生产条件下的试模，验证模具的稳定性和产品质量常见问题处理包括对于冲压模具，主要处理切边不整齐、起皱、回弹过大等问题；对于压铸模具，主要处理缩孔、气孔、飞边等缺陷；对于注塑模具，主要处理缩痕、翘曲、熔接线等问题这些问题的解决需要综合运用模具设计、材料、工艺等知识，通过分析原因，采取针对性措施，最终使模具达到设计要求第十二章模具质量控制与管理质量评价指标检测与验收寿命与维护模具质量评价指标包括精度指标（尺寸精度、位模具检测方法包括尺寸检测（三坐标测量、激光模具寿命受材料、结构、制造质量、使用条件等置精度、形状精度）、表面质量指标（表面粗糙扫描）、表面检测（粗糙度仪、硬度计）、性能因素影响合理的维护保养是延长模具寿命的关度、硬度、涂层质量）、使用性能指标（使用寿检测（试模验证）等验收标准应明确规定各项键，包括定期检查、清洗、润滑、及时修复和更命、生产效率、产品一致性）和经济指标（制造指标的允许偏差范围，作为模具质量评定的依据换损坏部件等建立完善的维护记录系统，实现成本、维护成本）等模具全生命周期管理模具质量控制是确保模具性能和寿命的关键环节，贯穿于模具设计、制造、使用的全过程模具质量评价指标是衡量模具质量的重要依据，精度指标直接影响产品的尺寸精度和互换性；表面质量指标影响模具的耐磨性和使用寿命；使用性能指标反映模具在实际生产中的表现；经济指标则考虑了模具的性价比模具检测与验收是质量控制的重要手段，现代模具检测广泛采用先进的测量技术，如三坐标测量机、激光扫描仪、光学投影仪等，实现对模具几何精度的高精度测量；表面检测则采用粗糙度仪、硬度计、金相显微镜等设备，评价模具表面质量；性能检测主要通过试模验证，检查模具在实际工作条件下的表现模具寿命是衡量模具质量的重要指标，受多种因素影响，如材料选择、结构设计、制造质量、使用条件等提高模具寿命的措施包括选用高性能模具材料、优化结构设计、采用先进制造工艺、加强表面处理和建立科学的维护保养制度等模具维护保养应建立预防性维护体系，定期检查、清洗、润滑和更换易损件，发现问题及时处理，防止小问题演变为大故障模具企业管理流程管理进度控制质量与成本模具企业的设计与制造流程管理是保证模具质量和交期的关生产计划与进度控制是模具企业管理的核心内容通过制定成本控制与质量管理是模具企业竞争力的关键因素通过材键科学的流程管理包括需求分析、方案设计、详细设计、合理的生产计划，分配资源，跟踪进度，及时解决问题，确料优化、工艺改进、设备调度和人力资源合理配置，降低制工艺规划、制造加工和质量检验等环节，通过明确的责任划保模具按期交付现代企业广泛采用项目管理软件和可视化造成本；通过全面质量管理体系，建立质量标准，实施过程分和高效的信息传递，确保各环节无缝衔接管理工具，提高计划执行的透明度和效率控制，确保模具质量满足客户要求模具企业管理是一个系统工程，涉及设计、制造、质量、成本等多个方面模具设计与制造流程管理是企业运营的基础，现代模具企业普遍采用项目管理模式，为每个模具项目配置专门的项目经理，负责全过程协调和控制流程管理的关键是建立标准化的工作流程和清晰的责任划分，通过计算机辅助管理系统实现信息的高效传递和共享生产计划与进度控制是确保模具按期交付的关键科学的计划编制需要考虑客户需求、企业能力和资源约束，通过关键路径法、甘特图等工具进行计划可视化和进度跟踪成本控制与质量管理是模具企业的永恒主题，成本控制需要从设计源头开始，通过价值工程、标准化设计、工艺优化等手段降低成本；质量管理则需要建立全面质量管理体系，实施全过程质量控制信息化管理是现代模具企业的发展趋势，通过ERP、PLM、MES等系统，实现设计、制造、管理的集成，提高企业的响应速度和管理效率模具企业管理的核心是以客户为中心，通过科学管理和持续改进，提高企业的市场竞争力模具行业发展趋势智能化与数字化1模具设计制造全流程数字化转型绿色制造2节能降耗与环境友好技术新技术应用3新材料、新工艺与先进制造技术产业链整合4上下游协同与全球化发展模具行业是制造业的基础产业，其发展趋势直接反映了制造技术的进步方向数字化和智能化是当前模具行业最显著的发展趋势，从设计、分析、制造到管理，全流程数字化转型正在深刻改变传统模具行业的面貌设计环节中，参数化设计、知识工程和人工智能等技术的应用，使模具设计更加高效、精准；制造环节中，智能制造装备、数字化车间和工业互联网的普及，实现了模具制造的高效化、柔性化和智能化绿色制造与可持续发展已成为模具行业的重要发展方向通过采用近净成形技术、精密成形技术和复合成形技术等，减少材料消耗和能源消耗；采用水基润滑剂、干式加工技术等，减少环境污染；开发长寿命模具材料和结构，减少模具更换频率，降低资源消耗新材料、新工艺的应用不断拓展模具的应用领域和性能极限高性能模具材料如粉末高速钢、纳米复合材料等的应用，显著提高了模具的使用寿命；增材制造（3D打印）技术在模具制造中的应用，实现了复杂冷却系统的一体化成形；表面工程技术的进步，为模具提供了更优异的表面性能模具产业链的整合与全球化发展是大趋势，上下游企业通过战略合作、技术共享和资源整合，形成完整的产业生态链，提高整体竞争力课程总结与展望知识体系回顾能力培养建议1系统掌握模具设计基础理论与方法理论结合实践，培养综合设计能力2行业前景展望4学习资源推荐把握发展趋势，迎接技术变革3专业书籍、期刊与在线资源《金属成形模具设计》课程系统介绍了金属成形模具的基本理论、设计方法和制造技术，涵盖了铸造模具、锻造模具、冲压模具、挤压模具等各类模具的设计原理和方法通过本课程的学习，应掌握模具设计的基本流程和方法，了解各类模具的结构特点和设计要点，能够运用CAD/CAE/CAM技术进行模具设计和分析，具备解决实际模具设计问题的能力模具设计能力的培养需要理论与实践相结合建议学生在学习理论知识的同时，积极参与实际模具设计项目，通过实践加深对理论的理解；关注模具行业的最新发展动态，了解新材料、新工艺、新技术在模具领域的应用；加强与企业的交流，了解实际生产需求和问题推荐的学习资源包括专业书籍如《冲压模具设计》、《注塑模具设计》等，专业期刊如《模具工业》、《塑料工业》等，以及各类在线学习平台和专业论坛随着智能制造、绿色制造和新材料新工艺的发展，模具行业正面临深刻变革，为有志于从事模具设计的学生提供了广阔的发展空间和挑战期望学生能够不断学习，与时俱进，成为模具行业的专业人才。