冲压模具设计教学课件

冲压模具设计教学课件欢迎参加冲压模具设计课程本课程将全面介绍冲压模具设计的理论与实践，帮助您掌握现代冲压工艺技术与模具开发方法课程基于2025版最新教材，结合丰富的工业案例，旨在培养具备实际工程能力的模具设计人才通过理论与案例相结合的教学方式，您将系统学习从基础概念到高级应用的全部知识体系，为未来在汽车、家电等制造业领域的职业发展奠定坚实基础冲压工艺与模具概述冲压是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里产生分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的成形加工方法作为一种高效、经济的生产方式，冲压技术在现代制造业中占据重要地位冲压技术广泛应用于汽车制造、家电产品、电子设备、航空航天等行业例如，一辆普通轿车约有60-70%的零部件采用冲压工艺生产，包括车身外板、内板、底盘结构件等现代冲压制造装备已实现高度自动化，智能冲压生产线配备先进的送料系统、机器人上下料装置和在线检测设备，生产效率和精度大幅提高行业领先企业的冲压生产线每分钟可达15-20次冲压，单条生产线日产量超过10000件冲压模具的分类单工序模具复合模具连续模具每副模具只完成一道工序，如冲裁模、弯曲模、拉在一副模具中同时完成两道或两道以上工序，如冲材料以带料形式连续进给，在一付模具中完成多道深模等结构简单，设计制造较容易，但生产效率裁与弯曲复合模提高生产效率，降低工装成本，工序，实现高效自动化生产适用于大批量生产，较低，适合小批量、工艺要求较高的零件生产但结构复杂，设计难度大，维护成本高精度高，效率高，但设计复杂度最高不同类型模具在结构设计、加工精度和应用场景上存在显著差异，设计师需根据产品特点和生产要求选择合适的模具类型冲压生产工艺流程原材料准备根据产品要求选择合适的板材材质和厚度，进行开卷、校平、剪切等准备工作，确保材料平整度和尺寸精度下料与成形根据工艺要求进行冲裁、弯曲、拉深等工序，按设计图纸要求逐步将板材加工成所需形状表面处理与检验对成形后的冲压件进行去毛刺、清洗、涂装等表面处理，并进行尺寸检测和外观质量检验包装与入库合格产品进行适当防护包装，按批次编号入库，完成全流程生产工艺优化对提高生产效率和产品质量至关重要通过合理安排工序顺序、优化工艺参数和改进模具结构，可有效减少材料浪费，降低生产成本，提高产品一致性和合格率冲压件的类型与特征冲裁件主要通过剪切分离获得，如汽车车身支架、电气设备面板等特点是轮廓形状复杂，但厚度方向无变形，适用于需要精确外形的零件弯曲件通过板材弯折成形，如汽车加强件、电器外壳等特点是保持材料厚度基本不变，仅在弯曲区域有轻微变薄，适合制作结构支撑件拉深件通过材料塑性流动形成三维空间形状，如汽车车身覆盖件、油箱等特点是形状复杂，可形成各种容器状构件，但壁厚分布不均匀冲压件按成形工艺可分为冲裁件、弯曲件和拉深件三大类，每类产品具有独特的结构特征和应用场景冲裁工艺原理冲裁是利用模具的冲头和凹模剪切板材，使之沿预定轮廓线分离的冲压工序冲冲裁游隙的选择原则裁过程包括四个阶段弹性变形、塑性变形、局部剪切和断裂分离•游隙过小会导致双重剪切，增加冲裁力和模具磨损冲裁件的断面质量直接影响后续加工和产品性能高质量的冲裁断面应具有光滑•游隙过大会产生过大的毛刺和断面变形的剪切区和较小的断裂区，断面垂直度好，无明显毛刺•一般选择为板材厚度的5%-10%，视材料类型而定•软材料（如铝合金）选用较大游隙•硬材料（如硬钢）选用较小游隙正确选择冲裁游隙不仅能提高产品质量，还能延长模具寿命，减少能耗现代冲压车间通常采用精密测量设备监控游隙变化，确保工艺稳定弯曲工艺原理弯曲回弹与补偿弯曲回弹是指板材在弯曲成形后，由于弹性恢复而导致弯曲角度变小、弯曲半径变大的现象回弹量受材料弹性模量、屈服强度、板厚和弯曲半径等因素影响回弹补偿的常用方法包括过度弯曲、压凸筋、弯曲保压、二次校形等对于高强度材料，回弹量更大，补偿设计尤为重要其中K为回弹系数，α为弯曲角度，r为弯曲半径，t为板材厚度拉深工艺原理材料流动分析拉深比计算拉深过程中，板材各部位流动状态不同凸模下拉深比β=D/d，其中D为坯料直径，d为拉深件直方材料受拉伸变薄，法兰区受压缩变厚并向中心径一次拉深极限比βmax通常为

1.8-

2.2，超过流动，圆角区为应力集中区，容易产生开裂此值需采用多次拉深增大圆角半径、优化压边力和润滑条件可提高极限拉深比工艺参数优化拉深筋设计拉深工艺参数包括凸模半径rm、凹模圆角半径拉深筋是控制材料流动的关键结构，通过增加局rd、压边力F和润滑条件rd一般取6-部阻力防止起皱和撕裂拉深筋的高度、位置和10t，rm取4-8t，t为板厚合适的压边力可数量直接影响拉深质量，应根据材料流动规律科防止起皱同时允许材料流动学设计校正、成形、翻边工艺成形工艺成形是指通过局部变形使板材获得特定形状的工序，如鼓包、筋槽成形等成形过程中需控制变形程度，防止材料过薄或起皱翻边工艺翻边是在冲压件边缘形成向上或向下弯折的工序，用于增强刚性或连接其他零件翻边高度一般不超过3倍板厚，过高易产生开裂典型翻边模具结构包括固定式和浮动式两种，后者适用于要求较高的翻边质量校正工艺校正是纠正冲压件变形的工序，常用方法包括压平校正、拉伸校正和反向变形校正校正模具需要精确控制变形量，防止过度矫正导致新的变形12变形控制原则典型失效模式分步变形、控制变形速度、优化模具接触面积，避免应力集中，确保材料流动均匀成形和翻边过程常见失效包括开裂、起皱和回弹过大，需通过工艺参数优化和模具结构改进来解决冲压模具结构基本构成上模部分包括上模座、冲头（凸模）、上模板、弹性元件等上模座与压力机滑块连接，传递动力；冲头执行具体成形操作；弹性元件提供退料或压料力下模部分包括下模座、凹模、垫板、托料板等下模座固定在压力机工作台上；凹模与冲头配合完成冲压工序；垫板支撑凹模并分散冲压力导向机构包括导柱、导套、导向板等，确保上下模精确对中，提高模具工作精度和使用寿命通常采用四柱导向，对角线布置提高稳定性卸料与废料处理包括顶出装置、废料切断机构等顶出装置使工件与模具分离；废料处理机构确保废料顺利排出，防止卡料模座与模架的选择标准件与非标设计对比比较项目标准模座非标模座设计周期短，直接选用长，需专门设计制造成本低，批量生产高，定制加工适用范围常规尺寸产品特殊结构需求互换性好，标准化接口差，专用设计模座是模具的基础框架，用于安装和支撑工作部件合理选择模座能提高模具设计效率，降低制造成本，保证模具性能冲头与凹模结构材料与热处理要求常用模具材料冲头和凹模通常采用Cr12MoV、T10A、SKD11等工具钢制造高精度或大批量生产模具可选用粉末高速钢、硬质合金或陶瓷材料热处理工艺冲头和凹模需经过调质、淬火和回火处理，硬度要求通常为HRC58-62关键工作表面需进行表面处理，如氮化、碳氮共渗等，提高耐磨性和使用寿命常见失效模式分析•磨损工作表面逐渐磨损，导致尺寸变化和精度下降导向及定位结构导柱导套系统主要实现上下模的准确对中，常用材料为45钢或GCr15，导柱硬度HRC60-62，导套硬度HRC55-58精密导向系统滚珠导套可减小摩擦，提高导向精度工件定位系统确保工件在模具中位置准确，常见有定位销、定位块、V形块等定位原则遵循六点定位法，防止工件任何方向的移动和转动自动定心装置用于精密模具，通过弹性元件或楔块机构实现工件自动对中，补偿材料和加工误差，提高产品精度精度保障措施导向精度直接影响产品质量，关键配合面需采用精密磨削，保证垂直度误差小于

0.01mm/100mm，配合间隙控制在

0.01-

0.03mm卸料与顶件装置弹簧卸料装置利用弹簧弹力实现卸料，结构简单，维护方便常用弹簧包括普通螺旋弹簧、碟形弹簧和聚氨酯弹簧优点是成本低，适应性强；缺点是弹力不易精确控制，长期使用后弹性减弱橡胶卸料装置利用橡胶块的弹性变形提供卸料力，结构紧凑，冲击力小优点是减震效果好，噪音小；缺点是耐温性差，易老化，卸料力不稳定气动或液压卸料装置利用气缸或液压缸提供卸料力，适用于大型模具优点是力量大，可精确控制；缺点是结构复杂，成本高，需配备外部动力源卸料与顶件装置是冲压模具中不可或缺的功能部件，用于将成形后的工件从模具中分离出来，确保生产连续进行根据工作原理和结构特点，常见的卸料与顶件装置可分为多种类型单工序模具设计要点设计实例分解以一个典型圆形冲裁件为例，设计步骤包括

1.根据产品图确定冲头、凹模尺寸和公差

2.计算所需冲压力和选择压力机吨位

3.设计冲头结构，考虑安装方式和强度校核

4.设计凹模结构，考虑废料排出和寿命要求

5.选择标准模架和导向件

6.设计退料机构和安全装置

7.完成总装设计并进行干涉检查设计中应注意冲头底部倒角设计、凹模进入深度控制和材料选择等细节，确保模具使用寿命和产品质量复合模设计实例复合模是在一副模具中同时完成两种或两种以上工序的模具，如冲裁与弯曲复合、冲裁与拉深复合等复合模能有效提高生产效率，降低工装成本，但结构复杂，设计难度大工艺分析确定工序组合可行性，分析各工序力和变形特点，检查是否存在干涉或冲突关键是合理安排各工序的空间位置和时序关系模腔布局合理布置各功能区域，保证工艺流程顺畅，力平衡合理工作部件之间预留足够安装和调整空间，便于维护和修理结构设计设计冲裁、弯曲等工作部件，考虑其相互配合和同步工作关键结构如悬浮式刀口设计、弹性压紧机构等需特别注意验证优化通过仿真分析验证设计合理性，进行必要的结构优化和强度校核制作样件验证实际效果，必要时进行调整连续模设计流程工序拆分与步距计算连续模设计首先需要将产品加工过程分解为若干连续工序，每个工步在带料上完成一个加工内容工序拆分遵循先冲孔，后成形，最后分离的原则步距计算需考虑工件尺寸、模具强度和保留边的宽度一般步距D计算公式其中L为工件在送料方向的最大尺寸，t为板厚保留边宽度一般取板厚的1-3倍带料排样及示例分析带料排样需遵循材料利用率最高和工艺可行性原则，常见排样方式有直列式、交错式和复合式对于复杂零件，需精心设计每个工步的加工内容和位置以一个五金配件生产为例，完整的带料设计包括以下工序

1.第一站冲定位孔，确保后续工序精度

2.第二站冲功能孔和轮廓预切

3.第三站弯折成形

4.第四站侧面整形自动化与智能制造冲压线机器人上下料技术现代冲压生产线广泛采用多关节机器人实现板料上下料自动化，具备视觉识别、精确定位和柔性抓取功能先进系统可实现多种产品混线生产，自动识别和切换夹具自动传输系统板料在压力机之间通过同步传输装置实现自动化传递，采用真空吸盘、磁性夹具或机械抓手等方式，确保高速、稳定的物料流转，传输速度可达8-12件/分钟智能控制系统基于PLC和工业计算机的控制系统实现全线联动控制，集成生产参数监控、质量检测和设备状态诊断功能，支持远程监控和预测性维护在线检测技术采用高速相机、激光测量和红外检测等技术实现在线100%检测，可检测尺寸精度、表面缺陷和材料属性，不合格品自动剔除，确保产品质量以汽车侧围外板冲压线为例，完整的智能冲压线包括上料系统、清洗机、四台液压压力机2500-3200吨和下料系统，全线长度约80-100米，可实现全自动化生产，人工仅需监控和维护材料及其选用原则材料选用要点材料类型主要特点典型应用普通钢板价格低，成形性好一般结构件，内板件SPCC/Q235高强钢强度高，减薄潜力大车身骨架，安全件DP590/HSLA铝合金5052/6061轻量化，耐腐蚀外观件，热交换器不锈钢304/316耐腐蚀，表面美观装饰件，食品设备板材是冲压成形的基础原材料，材料特性直接影响成形工艺和模具设计常用冲压板材包括普通碳素钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金、铜合金等选材原则应综合考虑产品功能要求、成形难度、模具寿命和成本因素近年来，高强钢和铝合金在汽车领域应用迅速增长，以满足轻量化和安全性需求同时，新型涂层钢板如锌铝镁合金涂层钢板也因其优异的耐腐蚀性能获得广泛应用冲裁力、弯曲力的计算冲裁力计算弯曲力计算冲裁力是选择设备和设计模具的重要依据，其理论计算公式为常见的V形弯曲力计算公式其中其中•F-冲裁力N•b-工件宽度mm•L-冲裁周长mm•t-板厚mm•t-板厚mm•σs-材料屈服强度MPa•τb-材料的剪切强度，约为抗拉强度的

0.8倍MPa•W-V形槽宽度mm•K-安全系数，一般取

1.2-

1.3•K-工艺系数，一般取

1.3-

1.5实际工程应用中，常采用经验公式F=

0.7×L×t×σb，其中σb为材料抗拉强度典型冲压件工艺分析工件展开与下料优化冲压件的工艺分析首先需要进行展开计算，确定坯料形状和尺寸弯曲件的展开长度计算需考虑中性层位置，通常可用以下公式其中r为弯曲内半径，t为板厚，K为中性层系数

0.25-

0.5，α为弯曲角度下料优化应考虑材料利用率和工艺可行性，通过合理嵌套和排样，可将材料利用率提高到70%-85%制造成本计算实例以一个汽车支架零件为例，成本构成包括模具设计三维建模主流软件应用案例•CATIA擅长复杂曲面设计，汽车覆盖件模具设计首选•UG NX集成CAD/CAM功能，工程分析能力强•SolidWorks界面友好，参数化设计能力好•Pro/E Creo历史悠久，功能全面•国产软件中望3D、浩辰3D等逐步成熟高级建模技术包括参数化设计、关联装配和知识工程应用，可大幅提高设计效率和模型质量行业领先企业已实现标准结构模块化设计和自动生成，设计周期缩短40%-60%CAD建模基本流程产品数据导入将客户提供的产品3D模型或2D图纸导入CAD系统，检查模型完整性和精度工艺规划确定工序安排和带料布局，建立工序展开模型关键工作部件设计设计冲头、凹模等核心功能部件，确定几何形状和尺寸标准件选型与布置选择标准模架和功能组件，确定装配位置模具二维工程图输出图纸标准与标注规范模具工程图应遵循国家标准GB/T4458和行业标准JB/T5443的规定冲压模具图纸通常包括总装图、零件图、部件装配图和工序排样图关键尺寸应标注公差，如工作部件的形状和位置公差通常为

0.01-

0.05mm，配合面的表面粗糙度一般要求Ra

0.8-

1.6μm视图布置与明细表总装图通常包括主视图、俯视图和侧视图，必要时增加剖视图和局部放大图标准件可采用简化表示，非标准件需详细绘制明细表应包含零件号、名称、材料、数量、重量等信息对于特殊要求部件，应在图纸上注明热处理、表面处理和装配要求PDM图档管理现代企业普遍采用产品数据管理PDM系统进行图档管理，实现图纸版本控制、权限管理和变更记录PDM系统能够建立产品结构树，关联3D模型与2D图纸，便于工程变更和数据追溯，提高协同设计效率模具制造工艺简介精度控制与装配工艺模具制造中的精度控制措施包括•基准统一全过程采用同一基准面，减少累积误差•工序安排粗加工→热处理→半精加工→精加工，合理释放应力•温度控制精密部件加工环境温度控制在20±2℃•测量校验采用三坐标测量机和精密量具进行全尺寸检验模具装配工艺要点先装配标准部件，再安装工作部件；采用分段装配法；调整关键间隙；保证导向精度；确认动作顺序试模过程应记录各参数，分析不合格原因并及时调整加工工序分解模具制造通常包括以下主要工序

1.毛料准备下料、锯切、预加工

2.粗加工铣削、车削、钻孔

3.热处理调质、淬火、回火

4.精加工磨削、线切割、电火花

5.装配组合、调整、试模热处理与表面处理模具热处理工艺冲压模具的热处理对提高硬度、强度和耐磨性至关重要常用热处理工艺包括调质、淬火、回火和时效处理不同功能部件要求不同硬度冲头和凹模通常为HRC58-62，导向件为HRC45-50，模座为HRC28-32表面强化处理表面处理能进一步提高工作部件的耐磨性和使用寿命常用技术包括氮化提高表面硬度至HV900-

1200、碳氮共渗形成硬度高达HV1200的复合层、物理气相沉积PVD涂层如TiN、TiCN、CrN等寿命提升效果合理的热处理和表面处理可使模具寿命提升3-10倍例如，对冲头应用TiAlN涂层可将寿命从50万次提高到300万次；DLC涂层对轻金属冲压效果尤佳，能有效防止铝粘附失效案例分析热处理不当导致的失效案例包括过热引起晶粒粗大，导致韧性下降和开裂；淬火不足导致硬度不够，加速磨损；变形控制不良造成装配困难和精度下降；回火不当引起应力集中和疲劳断裂典型模具失效与寿命提升寿命提升方案材料改进采用高性能模具材料，如粉末高速钢ASP系列、高铬高碳合金工具钢SKD11或硬质合金，基体强度和韧性更佳根据实际应用情况，选择合适的材料组合，如高强度钢冲压可选用8%Cr工具钢结构优化优化冲头和凹模的结构设计，采用合理的支撑和加强结构，避免应力集中例如，在细长冲头设计中增加导套支撑，采用分体式结构减小修复成本，冲头根部设计过渡圆角减少应力集中工艺改进改进加工工艺和热处理工艺，采用精密磨削、电火花加工和线切割工艺提高加工精度精确控制热处理参数，采用真空热处理、低温等温淬火和深冷处理等先进工艺，提高材料性能稳定性润滑与维护选用高性能润滑剂，建立科学的维护保养制度，定期检查和更换易损件实施预防性维修策略，根据使用状况进行及时修整，防患于未然常见失效模式失效类型典型表现主要原因磨损尺寸变化，表面粗糙摩擦，硬度不足崩刃工作边缘局部破损过载，硬度过高断裂冲头整体断裂设计不合理，疲劳汽车冲压模具结构实例汽车冲压模具是冲压模具中的高端产品，其设计和制造水平代表了行业技术水平以汽车侧围外板模具为例，该类模具属于大型覆盖件模具，结构复杂，精度要求高，生产成本高侧围外板模具特点侧围外板模具通常为多工位级进模，包括拉深、修边、冲孔、整形等工序模具尺寸巨大，长度可达4-5米，重量30-50吨模具结构采用整体式铸造模架，保证高刚性和稳定性拉深工序采用多点控制压边系统，精确控制材料流动底板模具结构汽车底板模具需要处理大量复杂的几何特征，如加强筋、安装孔和凸台等模具通常采用组合式结构，便于维修和调整为保证产品精度，模具采用多点支撑和液压缓冲系统，减少变形材料通常选用高强度球墨铸铁或钢焊接结构制造技术细节大型模具制造采用数控加工中心，单件加工时间可达100-200小时关键曲面采用五轴联动加工，表面粗糙度控制在Ra

0.8μm以内模具调试周期长，需要多次试冲和修改，直到产品各项指标达标完整的模具设计和制造周期通常为3-6个月家电零件冲压模具实例小型、多工位典型产品以洗衣机底座支架为例，典型结构为多工位连续模，在一副模具中完成从下料到成形的全部工序，模具包含8-12个工位，每分钟可生产30-50件产品空调散热片模具则采用高速精密多工位模具，每分钟冲次可达800-1000次，要求模具结构紧凑、精度稳定、寿命长为满足生产要求，模具材料通常选用韧性好的合金工具钢，工作部件采用硬质合金生产自动化布局•高速送料系统采用气动或伺服送料器，送料精度±

0.02mm•自动收料装置成品自动分类和堆垛•在线检测系统光电感应器监测产品完整性•自动润滑系统延长模具寿命，减少停机维护家电行业冲压件普遍具有小型化、多样化特点，产品更新换代快，要求模具设计灵活高效家电冲压模具相比汽车模具尺寸小，精度要求适中，但对生产效率和自动化要求更高工艺改进与成本优化少废料设计通过优化产品设计和排样方案，提高材料利用率例如，采用共边设计原则，相邻零件共用一条分割线；优化冲裁件排列方式，减少废料；采用异形带料和多排并进，提高利用率实际案例中，洗衣机面板通过排样优化，材料利用率从68%提升至82%模具标准化推行模具结构标准化和模块化设计，减少设计时间和制造成本建立企业内部零部件库，提高零部件复用率；统一接口标准，实现模块互换；制定工艺标准文件，减少重复设计某家电企业通过标准化改造，模具设计周期缩短40%，制造成本降低25%生产效率提升实施精益生产理念，优化生产流程，提高设备综合效率OEE采用快速换模技术SMED，将换模时间从传统的60分钟减少到10分钟以内；实施全面预防性维护TPM，减少非计划停机；建立生产节拍和标准作业，平衡生产线负荷能耗与物料管理优化能源使用和物料管理，降低运营成本使用变频控制技术，根据生产需求调整设备功率；改进板料存储和运输方式，减少损伤和浪费；建立废料回收再利用系统，提高资源循环利用率某汽车零部件企业通过这些措施，年节约成本超过200万元冲压模具标准件的选用标准件分类及选用要点类别主要部件选用要点连接件螺栓、螺母、定位销强度等级、防松设计定位件导柱、导套、限位块精度等级、材质硬度弹性件弹簧、气弹簧、聚氨酯件载荷能力、疲劳寿命紧固件卡簧、挡圈、楔块安装便捷性、可靠性功能件浮动元件、快速接头功能特性、使用环境选择标准件时应考虑实际工况、载荷条件、装配关系和经济性，优先选择通用性强、供应稳定的品牌产品国标、行标分类冲压模具标准件是按国家标准GB或行业标准JB批量生产的模具零部件，使用标准件可显著提高模具设计和制造效率主要标准包括•GB/T12618系列冲压模具导向标准件•GB/T12619系列冲压模具弹性元件•JB/T5443系列冲压模具通用技术条件•JB/T10357系列冲压模具标准件技术条件典型模架结构对比铸造整体式模架钢板焊接式模架组合式标准模架采用铸铁或铸钢一次成型，具有整体刚性好、稳定由钢板和型材焊接而成，结构灵活，重量轻，成本由标准化模块组装而成，拆装方便，通用性强，维性高的特点适用于大型覆盖件模具，抗变形能力低，适合中小型模具缺点是刚性较差，需要焊后修简单适合批量生产的中小型模具，特别是多品强，但重量大，不易修改，成本较高常用于汽车热处理消除应力，精度控制难度大常用于家电、种、小批量生产精度稳定，交货周期短，但成本覆盖件模具，如车门、车顶等大型覆盖件模具电子产品等中小型冲压模具较高广泛应用于电子、五金等行业采购与非标加工优劣分析采购标准模架优势在于交货周期短、质量稳定、精度保证；劣势是成本较高，规格有限非标加工优势是可根据特定需求设计，成本可控；劣势是加工周期长，质量波动大企业通常根据产品特点、生产批量和交期要求综合考虑选择方案测量与检验技术三坐标仪实际演示三坐标测量机是现代模具制造中不可或缺的精密检测设备测量流程包括

1.工件安装与找正确保工件稳固放置并建立测量坐标系

2.测头校准使用标准球校准测头，确保测量精度

3.编制测量程序设定测量路径和点位，可离线编程

4.自动测量设备按程序自动执行测量任务

5.数据分析生成测量报告，与CAD模型比对分析现代化检测中心配备温度恒定在20±

0.5℃的环境，大理石平台隔振处理，确保测量精度先进工厂实现检测数据与工艺参数的关联分析，建立数字孪生模型指导工艺改进制件尺寸检测方法接触式测量采用传统量具如卡尺、千分尺、百分表等进行点对点测量优点是成本低，操作简单；缺点是效率低，依赖操作人员技能适用于简单几何特征和小批量检测三坐标测量使用三坐标测量机CMM进行高精度三维测量，精度可达

0.001mm能够测量复杂形状和位置公差，生成详细测量报告适用于复杂零件和批量检测，但设备成本高，测量速度较慢安全与环保模具生产安全规范设备安全冲压设备必须配备双手操作按钮、光电保护装置和紧急停止开关大型设备需安装安全栅栏，防止人员误入危险区域设备定期检查维护，确保安全防护装置有效严格执行锁定/挂牌程序LOTO，防止维修过程中意外启动操作安全操作人员必须经过专业培训和安全认证，熟悉设备操作规程和应急处理佩戴必要的个人防护装备，如安全眼镜、防护手套、防噪音耳塞等禁止穿戴宽松衣物和饰品，防止卷入设备建立清晰的安全操作流程和标准作业指导书工艺安全模具安装前必须检查完整性和安全装置严格控制模具开合间隙，防止夹伤大型模具吊装需使用专用工具和设备，确保平稳安全建立安全事故报告和分析制度，从经验中持续改进安全措施废料回收与处理冲压生产中的废料主要包括废金属、废油和包装材料现代冲压企业普遍采用以下环保措施•废金属分类收集，按材质分区存放，定期送专业回收企业•废油集中收集，防止泄漏污染，委托资质单位处理•包装材料分类回收，减少环境负担•噪声控制，采用隔音材料和减振措施•粉尘收集，安装除尘系统，改善工作环境先进企业建立完整的环境管理体系，获取ISO14001认证，实施清洁生产审核，持续改进环保绩效通过废料循环利用，每年可降低5%-10%的原材料成本质量管理与异常处理毛刺与崩边起皱与折痕开裂与撕裂回弹与变形表现为工件边缘存在表现为工件表面不平表现为工件边缘或转表现为工件尺寸或角锐利突起或材料断整，有波浪状或折线角处出现裂纹主要度与设计不符主要裂主要原因包括模状变形主要原因包原因包括拉深比过原因包括材料弹性回具磨损、间隙不当或括压边力不足、拉深大、圆角半径过小或弹、模具刚性不足或材料问题解决方比过大或材料流动不压边力过大解决方定位不准确解决方法调整冲裁间隙一均匀解决方法增法增大圆角半径；法设计补偿角度；般为板厚的5%-加压边力；优化拉深减小拉深比；调整压增加模具刚性；采用8%；检查并修复模筋布置；调整润滑条边力；改善润滑条整形工序；必要时调具刃口；选择适当的件；必要时分次拉件；必要时增加退火整材料性能冲裁速度；必要时增深工序加修边工序过程改进方法采用PDCA循环和6Sigma方法进行持续改进，建立标准化作业和防错机制实施统计过程控制SPC，监控关键质量特性，及时发现并纠正异常应用故障模式与影响分析FMEA，预防潜在问题建立质量信息系统，实现数据收集、分析和追溯数字化冲压工艺PLM/PDM系统应用产品生命周期管理PLM和产品数据管理PDM系统在冲压领域的应用主要体现在•建立完整的产品数据结构，从设计图纸到工艺文件•实现设计、工艺、制造各环节的协同工作•管理模具设计变更，确保版本一致性•建立模具知识库，沉淀设计经验和标准化方案•实现BOM管理，准确控制成本和物料过程数据追溯数字化技术已成为现代冲压工艺发展的核心驱动力，通过全面集成的数字系数字化冲压工艺采用以下技术实现全流程数据追溯统，实现产品设计、工艺规划、模具开发和生产制造的无缝连接，大幅提升效•二维码或RFID标识每批材料和产品率和质量•实时采集设备运行参数和产品质量数据•构建数据仓库，分析工艺过程与质量关联•建立预测模型，实现质量提前预警•通过大数据分析，持续优化工艺参数新型高强钢与模具适应性高强钢特性模具材料升级高强钢AHSS抗拉强度超过600MPa，包括双传统模具材料难以满足高强钢冲压需求，需采用相钢DP、相变诱导塑性钢TRIP和马氏体钢高性能材料如粉末高速钢、高铬高钒合金工具钢MS等具有强度高、重量轻的特点，但弹性模或陶瓷复合材料工作部件硬度提高到HRC62-量大、回弹严重、变形抗力大，给冲压成形带来65，并采用PVD硬质涂层如TiAlN提高耐磨性挑战温控成形技术结构设计改进针对超高强钢，开发温控成形技术，如热冲压高强钢冲压模具结构需加强刚性，增大导向精700-900℃或温冲压200-450℃工艺模度，优化冲裁间隙一般为板厚的6%-12%弯具需配备加热/冷却系统，材料采用特殊涂层防止曲模具需考虑更大的回弹补偿，拉深模具需采用氧化该技术可显著提高材料成形性，减少回可变压边力控制系统，精确控制材料流动弹案例分析某汽车B柱采用1500MPa级热成形钢，传统冲压工艺出现严重开裂通过采用热冲压工艺，设计带冷却水道的模具，实现快速冷却定型工艺改进后，产品成形良好，强度提高30%，重量减轻15%，满足碰撞安全要求精密冲压与微型模具电子零部件冲压特点微型模设计要点电子行业精密冲压件具有以下特点材料选择•尺寸小典型产品尺寸在

0.2-10mm范围微型模具工作部件通常采用高精度硬质合金钨钢、高速钢或粉末冶金•精度高公差要求通常为±

0.01mm甚至更高材料，硬度要求HRC60-65，表面粗糙度Ra

0.2μm以下模架采用高•材料薄板厚多在

0.05-

0.5mm之间精度模具钢如SKD11，确保长期稳定性•形状复杂具有微小孔、细长臂等特征结构设计•批量大通常为百万级以上的生产量常见的电子冲压件包括手机内部屏蔽罩、连接器接触片、开关弹片、电池接触采用精密导向系统，导向间隙控制在

0.002-

0.005mm；冲裁间隙精片等这些零件对模具设计和制造提出了极高要求确控制，通常为板厚的3%-5%；设计专用微细冲头安装结构，防止偏斜和断裂；采用高精度分块结构，便于维修和更换加工工艺采用精密线切割、微孔电火花和超精密磨削等加工方法，部分关键尺寸需经过光学测量设备100%检验装配过程在无尘环境下进行，防止微小颗粒干扰新一代智能模具发展模具健康管理实例数据采集高速采集系统每秒钟采集上千个数据点，记录模具工作状态和性能参数边缘计算设备进行初步处理，筛选关键信息状态监测基于机器学习算法的监测系统实时分析传感器数据，与历史基线比较，识别异常模式监测界面直观显示模具健康状态和关键参数预测维护利用累积数据建立故障预测模型，提前3-7天预警潜在故障系统自动生成维护建议，指导技术人员精准维修传感器与自监测技术智能模具通过内置多种传感器实现实时监测和自诊断性能优化•压力传感器监测冲压力分布，检测过载情况分析历史数据与产品质量关系，自动调整工艺参数，持续优化生产效率和产品•温度传感器监控工作温度，防止过热质量实现模具寿命延长30%-50%，停机时间减少40%•加速度传感器监测振动状态，识别异常•位移传感器监测关键部位的运动精度•声发射传感器检测微小裂纹和早期失效行业典型案例一解析项目背景挑战分析某汽车制造商开发新款SUV车型，车门外板采用复杂曲面设计，材料为590MPa级高强度钢，厚度高强度钢回弹严重，复杂曲面成形难度大；局部区域变形集中，易产生皱纹或开裂；表面质量要求高，不

0.7mm，年产量10万件产品特点包括复杂的型面轮廓、多个局部凹凸区域和严格的表面质量要求允许有明显痕迹；工艺窗口窄，稳定性难以保证传统设计方法难以同时满足所有要求创新方案成果总结采用数字化仿真技术，建立精确材料模型；设计可变压边力系统，实现局部压力精确控制；开发双动拉深成功开发五工位级进模具，实现高质量批量生产；产品合格率从初始的85%提升至

99.5%；模具寿命超工艺，优化材料流动；采用表面处理新工艺，提高模具表面质量；设计模块化结构，便于调整和维护过100万次，大幅超出预期；节省材料成本8%，减少调试时间40%；获得客户高度认可，赢得后续项目过程优化点总结该项目成功的关键在于数字化技术的全面应用和跨部门协作前期通过20多次迭代仿真，优化了工艺参数；制造阶段采用五轴联动加工，保证复杂曲面精度；试模阶段建立数据采集系统，精确分析问题原因整个项目建立了完整的知识库，为后续类似项目提供了宝贵经验行业典型案例二解析问题整改措施1工艺优化重新评估材料特性，调整成形工序布局；增加整形工序，补偿回弹；优化工序间距，改善废料排出；降低冲压速度，从原来的120次/分钟降至80次/分钟2材料升级更换关键工作部件材料，采用高铬工具钢；提高热处理硬度标准，确保HRC60-62；对工作表面进行特殊处理，应用DLC涂层防止铝粘附3结构改进重新设计冲头结构，增强强度和韧性；改进废料排出通道，增加斜楔装置；增设防错机构，避免误操作；增加在线监测装置，实时监控模具状态4管理提升建立完整的设计评审流程，多部门参与决策；加强供应商管理，提高材料和零部件质量；完善操作规程，强化员工培训；建立定期维护制度，预防故障发生失败案例及原因分析某电器制造商开发新型空调面板冲压模具，项目要求高效率生产，成本控制严格模具为8工位连续模，产品材料为铝合金板，厚度

1.2mm，年产量30万件模具投产后出现严重问题产品尺寸稳定性差，变形量超差；冲头频繁断裂，平均使用3万次就需更换；废料排出不畅，导致频繁停机；产品表面出现明显划痕，影响外观质量经过系统分析，确定了主要失败原因•材料特性评估不足，未考虑铝合金回弹特性•为降低成本，模具材料选择不当，硬度不足•工序布局不合理，废料通道设计不足•表面处理工艺缺陷，导致铝材粘附冲压模具设计课程实训介绍1基础知识巩固阶段第1-2周通过习题和小测验，巩固冲压工艺原理和模具结构知识内容包括材料性能分析、成形力计算、工艺参数选择等基础训练学生需独立完成20道综合题目，熟练掌握计算方法和理论应用2CAD建模训练阶段第3-5周使用主流三维设计软件进行模具构件建模练习从简单零件到复杂组件，逐步提高建模能力完成标准模架、冲头、凹模等常用部件的参数化建模，并进行装配练习每周提交一个模块作业，导师逐一点评3工艺方案设计阶段第6-8周基于实际冲压件，进行完整工艺规划和方案设计内容包括工序分解、带料排样、冲裁分离设计、成形工艺规划等学生需提交工艺卡片、带料展开图和工序说明文档，进行小组讨论和评估4综合设计项目阶段第9-12周分组完成一个完整的模具设计项目，从需求分析到出图每组4-5人，分工协作完成设计任务项目包括方案论证、3D建模、工程图纸、工艺文件和成本估算最终进行项目答辩和评比，模拟企业评审流程项目制教学案例本课程采用项目驱动教学模式，精选行业实际案例作为教学载体典型项目包括汽车支架连续模、家电面板复合模和电子接插件精密模等每个项目都有明确的技术要求和评价标准，学生需在指导下完成全部设计工作，培养实际工程能力和团队协作精神技能竞赛与职业认证行业岗位能力要求模具设计师要求精通冲压工艺原理，熟练掌握三维设计软件，能独立完成模具结构设计和工程图纸职业发展路径为助理设计师→设计师→高级设计师→技术主管→技术总监工艺工程师负责工艺规划和优化，要求深入理解材料特性和成形机理，能解决生产中的技术难题需具备材料科学、力学和生产管理知识，职业成长空间大全国技能大赛介绍全国模具技能大赛是检验模具设计和制造水平的重要平台，每年举办一次，分为学生组和职工组模具制造技师竞赛内容包括理论知识测试占20%、计算机辅助设计占40%和实际操作技能占40%理论测试涵盖材料、工艺、结构、标准等各方面知识；设计环节要求在规定时间内完成指定模具的3D建模和2D工程图；实操环节包专注模具加工和装配，要求精通精密加工技术，熟练操作各类设备，具备较强的空间想象力和问题解决能力高括模具装配、调试和故障诊断级技师是企业的宝贵财富历年优胜选手多被知名企业争相聘用，部分选手代表国家参加世界技能大赛，为国争光质量检验员负责模具和产品质量控制，要求熟练使用各类测量设备，了解质量标准和检测方法，具备数据分析能力是保证产品质量的关键岗位未来发展趋势展望智能化技术轻量化设计智能模具将整合传感、通信和控制技术，实现自随着汽车、航空等行业对轻量化需求增加，冲压监测、自诊断和自适应控制边缘计算设备将直模具设计将更多采用拓扑优化和仿生结构设计，接集成到模具中，实时处理数据并作出响应人减轻模具重量15%-30%，同时保持足够刚性工智能算法将应用于模具设计和工艺优化，自动新型复合材料模具部件将逐步替代传统金属材生成最优方案，设计效率提高50%以上料，提供更好的强重比和抗疲劳性能绿色制造增材制造应用环保理念将深入模具设计和制造全过程，采用无3D打印技术将广泛应用于模具制造，尤其是内部污染加工工艺和可回收材料干式冲压技术将减冷却通道和复杂结构部件金属增材制造技术成少润滑剂使用，降低环境影响能源高效利用和熟后，将实现模具整体打印，大幅缩短制造周废料循环系统将成为标准配置，实现近零排放生期混合制造技术将结合传统加工和增材制造优产势，创造更高性能的模具构件产业升级新技术模具行业正经历数字化转型，虚拟现实VR和增强现实AR技术将应用于设计评审和装配指导数字孪生技术将创建模具的虚拟映射，实现全生命周期管理云设计平台将促进资源共享和协同创新，形成新的商业模式模具即服务DaaS将成为未来趋势，制造商不再购买模具，而是购买加工服务常见问题答疑模具设计中如何确定合理的工序分解？工序分解应遵循先冲孔、后成形、最后分离的基本原则具体方法是先进行产品结构分析，识别关键成形特征；然后根据材料特性和设备能力，确定单工序变形量；最后考虑定位基准的连续性，保证加工精度复杂产品可借助成形仿真软件验证不同工序方案的可行性，选择最优解决方案高强钢冲压中回弹问题如何解决？高强钢回弹问题的解决方案包括过度弯曲补偿，根据材料特性和工件形状预先设计超过目标角度5°-15°；增加压边力和保压时间，提高材料塑性变形程度；优化模具结构，增加凸凹模接触面积；采用可变曲率设计，针对不同区域设计不同补偿量；必要时采用多次成形或热成形工艺，降低回弹量如何有效延长模具使用寿命？延长模具寿命的关键措施包括选用高性能模具材料和先进热处理工艺；优化模具结构设计，避免应力集中；采用高质量表面处理和涂层技术；制定科学的维护保养计划，定期检查和维修；优化工艺参数，避免过载和异常冲击；改进润滑条件，减少摩擦和磨损；采用模块化设计，便于更换磨损部件连续模设计中如何确保带料顺利传送？确保带料顺利传送的措施包括精确计算步距和保留边宽度，通常为材料厚度的

1.5-3倍；设计可靠的定位系统，如定位孔和导向销配合；优化凸凹模间隙，防止带料卡死；合理设计废料切断和排出通道；考虑带料强度，避免中间工序破坏带料连接；设置适当的润滑和支撑系统；在关键位置设计防错机构，避免带料错位参考教材与资料推荐行业网站与技术文库•中国模具工业协会官网提供行业标准、技术动态和市场信息•中国知网工程技术库收录大量模具设计相关学术论文•机械工程师网分享模具设计经验和技术讨论•国家知识产权局专利检索系统了解最新模具技术专利•世界模具看中国模具行业门户网站，提供最新资讯•Autoform官网技术中心提供冲压成形仿真技术资料•美国冲压协会PMA国际前沿技术和标准查询推荐学生定期阅读《模具工业》、《冲压技术》等专业期刊，关注行业展会信息和技术研讨会，加入专业技术社群，拓展视野和人脉软件与工具资源三维设计软件仿真分析软件加工编程软件数据管理工具CATIA擅长复杂曲面设计，汽车行AutoForm专业冲压成形仿真软Mastercam广泛应用的CAM软Teamcenter西门子PLM解决方业广泛应用；UG NX功能全面，件，结果准确；PAM-STAMP擅长件，操作简便；PowerMILL高端五案，功能全面；ENOVIA达索系统CAD/CAM一体化；SolidWorks热成形和回弹分析；Dynaform基轴加工软件，精度高；Cimatron模平台，与CATIA配套；Windchill易学易用，中小企业首选；Creo参于LS-DYNA的显式分析软件；具专用CAM软件，效率高；UG PTC公司PDM系统，易于部署；浩辰数化能力强，历史悠久；中望3D国DEFORM塑性成形分析软件，计算CAM与UG CAD无缝集成，功能强PDM国产PDM系统，适合中小企产软件，性价比高学生可申请教育效率高建议先从简化版本入手，逐大学习时注重刀路策略和切削参数业注重学习工作流程和协同设计理版免费使用步掌握高级功能优化念教学资源与课后作业课后作业与答案指引每章内容配套相应作业，形式多样•选择题和判断题检验基础知识掌握情况•计算题训练工艺参数计算能力•设计题培养工程设计思维和创新能力•案例分析提高综合分析和问题解决能力•小组项目锻炼团队协作和沟通能力作业答案指引通过以下方式提供•课程网站提供标准答案和解题思路•典型题目课堂讲解，分析常见错误实践练习题目•设计类作业提供评分标准和优秀范例•设立答疑时间，解决个性化问题为巩固课堂知识，学生需完成以下类型的实践练习•建立学习小组，鼓励互助讨论

1.工艺计算练习冲裁力计算、弯曲回弹补偿计算、拉深比分析等

2.结构设计练习标准冲头设计、组合凹模设计、弹性元件选型等

3.工程图绘制按标准绘制模具零件图和装配图，标注工艺要求

4.三维建模练习完成指定模具组件的参数化建模和虚拟装配

5.工艺分析对给定冲压件进行工序分解和带料设计

6.仿真实践使用CAE软件分析指定工件的成形过程分组设计大赛说明评比标准评分项目评分比例评分要点工艺方案25%合理性、可行性、创新性结构设计30%功能实现、强度合理、维护性图纸质量20%规范性、完整性、清晰度技术文档15%说明完整、计算正确、分析到位答辩表现10%表达清晰、回答准确、团队协作分组任务与评比标准为培养学生综合应用能力和团队协作精神，课程将组织分组设计大赛每组4-5名学生，共同完成一个完整的模具设计项目各组将从给定的三类模具项目中选择一项•汽车零部件模具连续模或复合模设计•家电产品模具多工位级进模设计•精密电子零件模具高精度冲裁模设计历届获奖优秀作品分享汽车支架连续模2024届一等奖作品，创新设计了可调式压料系统和模块化冲头结构，解决了高强钢冲压中的回弹和磨损问题模具寿命估计提高40%，材料利用率达82%，获得企业赞助实际制造空调面板模具期末考核安排考核流程与评分标准期末考试形式本课程采用多元化考核方式，全面评价学生的理论知识和实践能力总评成绩期末考试采用闭卷形式，时间为120分钟，满分100分考试内容包括由以下几部分组成•基础知识题30分选择题、判断题和填空题•计算分析题30分工艺参数计算和结构设计计算•设计应用题40分根据产品要求进行模具方案设计试题示例设计应用题示例某汽车加强板，材料为Q235钢板，厚度

1.2mm，外形尺寸为120mm×80mm，中间有两个Φ15mm的圆孔请设计一副合适的冲压模具，要求

1.确定适当的模具类型并说明理由

2.计算主要工艺参数，包括冲裁力、压边力等期末考试课程设计平时作业课堂表现出勤情况

3.绘制模具结构草图，标注关键部件

4.说明模具材料选择和热处理要求

5.分析可能出现的质量问题及预防措施课程总结与提问理论基础掌握冲压工艺原理、材料特性和力学基础，为实际应用奠定坚实基础结构设计学习模具各功能部件的结构设计方法，理解标准件选用原则和非标件设计规范计算机应用掌握三维设计软件的应用技巧，能够完成从工艺分析到图纸输出的全过程设计工程实践通过项目实训，培养工程思维和问题解决能力，为未来职业发展打下基础团队协作在分组设计中锻炼沟通与合作能力，体验工程项目的协同推进过程现场互动与答疑本节课为课程最后一课，将开放式讨论以下话题•课程内容中的难点和疑问解答•模具行业最新技术发展趋势•就业方向和职业发展路径指导•进一步学习和深造的建议•校企合作项目和实习机会介绍欢迎同学们积极提问和分享学习心得，教师将为大家解答困惑，并提供个性化的学习和职业发展建议课程虽然结束，但模具设计的学习之路才刚刚开始，希望大家在未来的工作中不断探索和创新。