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XXXX大學
畢業(yè)設計說明書(論文)
題目:汽車玻璃升降器外殼落料拉深模具設計
專 業(yè) 模具設計與制造
班 級
姓 名
學 號
指導老師
設計時間
審 閱
XXXX學校
機械工程系
目 錄
摘 要 4
引 言 6
第一章、沖裁件的工藝性分析 9
1.1.沖裁件的結構工藝性 10
1.1.1.沖裁件的形狀 10
第二章、制件沖壓工藝方案的確定 11
2.1.沖壓工序的組合 11
2.2.沖壓順序的安排 12
第三章、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算 12
3.1.展開尺寸的計算 12
3.2.制件排樣圖的設計 14
3.2.1.搭邊與料寬 14
3.3.材料利用率的計算 16
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心 16
4.1.拉深模 16
4.2.沖孔翻孔模壓力的計算 18
4.3.壓力中心的計算 19
4.4.壓力機的選用 19
第五章、凸、凹模刃口尺寸計算 20
5.1.落料尺寸的計算 20
5.2.拉伸模 21
5.3.翻孔模尺寸計算方法 23
第六章、模具整體結構形式設計 24
6.1.模具類型 24
6.2.操作與定位方式 24
6.3.卸料與出件方式 24
6.4.模架類型及精度 25
6.5.落料拉伸模結構形式 25
6.6.沖孔翻孔模具結構 27
第七章、模具零件的結構設計 28
7.1.拉深凸模的設計 28
7.2.落料凹模的設計 29
7.3.凸凹模固定板的設計 31
7.4.翻邊凸凹模的設計 32
7.5.翻邊凹模的設計 32
7.6.沖孔凸模的設計 33
7.7.選擇堅固件及定位零件 33
7.8.設計和選用卸料與出件零件 33
7.9.選擇模架及其它模具零件 34
7.10.壓力機的校核 34
7.10.1.公稱壓力 34
7.10.2.工作臺面的尺寸 34
第八章、沖壓模具零件加工工藝的編制 35
8.1.凹模加工工藝過程 35
8.2.凸模加工工藝過程 35
8.3.卸料板加工工藝過程 36
8.4.凸模固定板加工工藝過程 36
8.5.凹模加工工藝過程 37
8.6.沖孔沖頭加工工藝過程 37
8.7.卸料板加工工藝過程 38
8.8.凸凹模固定板加工工藝過程 38
8.9.翻孔凸凹模加工工藝過程 39
第九章、模具的總裝配 40
設計小結 41
參考文獻 42
摘 要
沖壓加工作為一個行業(yè),在國民經濟的加工業(yè)中占有重要的地位。根據(jù)統(tǒng)計,沖壓件在各個行業(yè)中均占相當大的比重,尤其在汽車、電機、儀表、軍工、家用電器等方面所占的比重更大。沖壓加工的應用范圍極廣,從精細的電子元件、儀表指針到重型汽車的覆蓋件和大梁、高壓容器封頭以及航天器的蒙皮、機身等均需沖壓加工。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好,一般情況下,可以直接滿足裝配和使用要求。此外,在沖壓過程中由于材料經過塑性變形,金屬內部組織得到改善,機械強度有所提高,所以,沖壓件具有質量輕、剛度好、精度高和外表光滑、美觀等特點。
沖壓加工是一種套高生產率的加工方法,如汽車等大型零件每分鐘可生產幾件,而小零件的高速沖壓則每分鐘可生產千件以上。由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材,一般又在冷狀態(tài)下加工,因此輕易實現(xiàn)機械化和自動化,比較適宜配置機械人而實現(xiàn)無人化生產。特別是適用于定型產品的中大批生產?!皼_壓要發(fā)展,模具是關鍵”,提高模具的效率需從沖模設計和制造開始。
當然,沖壓加工與其他加工方法一樣,也有其自身的局限性,例如,沖模的結構比較復雜,模具價格偏高。因此,對小批量、多品種生產時采用昂貴的沖模,經濟上不合算,目前為了解決這方面的問題,正在努力發(fā)展某些簡易沖模,如聚氨脂橡膠沖模、低合金沖模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等,同時也在進行沖壓加工中心等新型設備與工藝的研究。
本次畢業(yè)設計內容是:汽車玻璃升降器外殼沖壓工藝及模具設計。畢業(yè)設計的目的不僅是對大學所學知識的一個鞏固和總結,而且是大學期間重要的實踐環(huán)節(jié),它能綜合培養(yǎng)查資料的能力、畫圖能力、獨立分析能力、向老師、同學學習的能力。畢業(yè)設計作為對所學專業(yè)知識的一次綜合檢測,為以后參加工作也將奠定堅實基礎。
本次重點設計的是一副落料拉深復合模,一副沖孔翻孔復合模。這次設計是在老師認真、耐心的指導下進行的,是在對模具的經濟性、模具的壽命、生產周期及生產成本等因素進行了全面的仔細的分析下而進行設計的。因我個人經驗和水平有限,因此很難避免在設計的過程中存在不合理之處,望各位老師多多批評指正。
本論文是在老師的精心指導和嚴格要求下完成的。老師那嚴謹求實的治學態(tài)度,淵博的知識為我們樹立了榜樣,在此向她表示衷心的感謝!
在論文的設計和寫作過程中,得到同學的大力支持和協(xié)助,在此一并感謝!
我相信:在老師的耐心指導和同學們的大力支持下,我一定能順利完成本次設計。
關鍵詞:沖壓,沖壓加工,模具結構,模具加工,加工中心,工藝,工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計算、加工設備選定、制造工藝、收集和查閱設計資料,繪圖及編寫設計技術文件等。
引 言
模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應求,市場需求量維持在700億至850億美元,同時,我國的模具產業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機遇。近幾年,我國模具產業(yè)總產值保持15%的年增長率(據(jù)不完全統(tǒng)計,2005年國內模具進口總值達到700多億,同時,有近250個億的出口),到2007年模具產值預計為700億元,模具及模具標準件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產業(yè)而言,一個型號的汽車所需模具達幾千副,價值上億元,而當汽車更換車型時約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產銷量均突破550萬輛,預計2007年產銷量各突破700萬輛,轎車產量將達到300萬輛。另外,電子和通訊產品對模具的需求也非常大,在發(fā)達國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前,中國17000多個模具生產廠點,從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產值已達245億元人民幣。工業(yè)總產值中企業(yè)自產自用的約占三分之二,作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產值中,沖壓模具約占50%,塑料模具約占33%,壓鑄模具約占6%,其它各類模具約占11%。
模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標志,就我國而言,經過了這幾十年曲折的發(fā)展,模具行業(yè)也初具規(guī)模,從當初只能靠進口到現(xiàn)在部分進口已經跨了一大步,但還有一些精密的沖模自己還不能生產只能通過進口來滿足生產需要。隨著各種加工工藝和多種設計軟件的應用使的模具的應用和設計更為方便。隨著信息產業(yè)的不斷發(fā)展,模具的設計和制造也越來越趨近于國際化?,F(xiàn)在模具的計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)技術的研究和應用。大大提搞了模具設計和制造的效率。減短了生產周期。采用模具CAD/CAM技術,還可提高模具質量,大大減少設計和制造人員的重復勞動,使設計者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應用更進一步推動了模具產業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進于自動化。電火花和線切割技術的廣泛應用也對模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標準化程度在國內外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對一些通用件的使用應用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強了各個地區(qū)的合作。對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。
我國考古發(fā)現(xiàn),早在2000多年前,我國已有沖壓模具被用于制造銅器,證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。1953年,長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間,該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產精沖模具。在走過了漫長的發(fā)展道路之后,目前我國已形成了300多億元(未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字,下同。)各類沖壓模具生產能力。
改革開放以來,隨著國民經濟的高速發(fā)展,市場對模具的需求量不斷增長。近年來,模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展,模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化,除了國有專業(yè)模具廠外,集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”;廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè),科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心;中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度,將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD,并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件,個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件,并成功應用于沖壓模的設計中。
例如,吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件,華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件,上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內模具行業(yè)擁有不少的用戶。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展,但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如,精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低;CAD/CAE/CAM技術的普及率不高;許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等,致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。
近年來,我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內也能生產了。精度達到1~2μm,壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模,大尺寸(φ≧300mm)精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。
第一章、沖裁件的工藝性分析
沖裁件的工藝性,是指沖裁件對沖裁工藝的適應性,即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下,對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求,從而顯著降低沖裁件的制造成本。
材料分析
沖裁材料為08鋼,查文獻:屬于碳素結構鋼(GB699-88摘錄),該鋼種是碳素結構鋼,碳的質量百分數(shù)是0.07%~0.14%,屬于低炭鋼,延伸率不小于32%,塑性好,焊接性好,適合沖裁。厚度1.5mm,年產量10萬件。抗剪強度260-360MPa,抗拉強度,330-450MPa。
1.1.沖裁件的結構工藝性
1.1.1.沖裁件的形狀
圖1.零件及尺寸
此制件的形狀較簡單,且對稱,有圓角過渡,便于模具的加工和減少沖壓時在尖角處開裂的現(xiàn)象,同時也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。
第二章、制件沖壓工藝方案的確定
2.1.沖壓工序的組合
該工件包括落料、拉深、切邊、沖孔等基本工序,可以采用以下三種工藝方案:
方案一:先落料,拉深,切邊,沖孔,翻孔,沖小孔,采用單工序模生產。
方案二:落料拉深,沖底孔,翻孔,切邊沖孔,采用復合模生產。
方案三:拉深2次,切邊級進沖壓;采用級進模生產。
各方案之間的比較
方案一、單工序模沖裁:模具結構簡單,但成本高而生產效率低,不適合大批量生產;
方案二、復合模沖裁:模具結構簡單,適于生產精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件,適合該鋁產品。
方案三、連續(xù)模沖裁:又稱級進沖裁,屬于多工序沖壓模,其主要優(yōu)點是生產效率高,容易實現(xiàn)生產機械化和自動化.
結論:通過以上工藝比較,結合實際,宜采用方案二為佳。
2.2.沖壓順序的安排
該沖裁件包括落料和沖孔,拉深,翻孔四個基本工序,可采用的沖裁方案有單工序沖裁,復合沖裁和級進沖裁三種.零件屬于中批量生產,因此采用單工序須要模具數(shù)量較多,生產率低,所用費用也高,不合理;若采用復合沖,可以得出沖件的精度和平直度較好,生產率較高,模具強度也能保證;用級進模沖裁時,生產率高,操作方便,但模具加工成本高,維修不方便,通過以上比較,選擇復合模的沖裁工藝方案。本次課題拉深次數(shù)的確定,至于具體幾次拉深,需要經過拉深系數(shù)的計算,確定拉深工序,然后最終確定幾副模具完成整個產品。
第三章、制件排樣圖的設計及材料利用率的計算
3.1.展開尺寸的計算
由于產品在拉伸過程中,凸緣部分材料的小單元面積由扇形變?yōu)榫匦危溥^程可以想象為扇形毛坯被拉著通過一個契形槽,在切線方向被壓縮,在半徑方向被拉長。即在變形過程中,小單元在半徑方向受拉應力的作用,在切向受壓應力的作用。
計算坯料前要確定翻邊前的工序件尺寸.翻邊前是否需拉成階梯零件?這要核算翻邊的變形程度,16.5mm處的高度尺寸為
H=13.5-8=5.5(mm)
根據(jù)翻邊公式,翻邊的高度h為
H=(1-K)+0.42r+0.72δ
經變形后
K=1-(H-0.42r-0.72δ)
=1-×(5.5-0.43×1-0.72×1.5)
=0.604
即翻邊高度H=5.5mm,翻邊系數(shù)K=0.61,由此可得翻邊前孔徑,即
d=D×K=18mm×0.604=10.87mm,d/=10.87/1.5=7.25
查表6-5[1],當采用圓柱形凸模,用沖孔模沖孔時,[K](極限翻邊系數(shù))=0.50
a所示.
dF/d=50mm/23.8mm=2.10.查表5-3,取修邊余量ΔR=1.8mm,則實際凸緣直徑為
=dF+2ΔR=50+3.6=53.6mm,取=54mm.
坯料直徑按圖<3>b計算,則
D=
=
=59.1mm
圖<3> 沖孔翻邊前工序件形狀和尺寸
拉伸次數(shù)的確定
dF/d=54mm/23.8mm=2.26>1.4,屬寬凸緣筒形件
×100=×100=2.54,查表5-13,
得 h1/d1=0.36~0.42
而h/d=8/23.8=0.336<0.36,故一次可以拉深。
3.2.制件排樣圖的設計
排樣時需考慮如下原則:
1) 提高材料利用率(不影響沖件使用性能前提下,還可適當改變沖件的形狀)
2) 合理排樣方法使操作方便,勞動強度低且安全。
3) 模具結構簡單、壽命長。
4) 保證沖件的質量和沖件對板料纖維方向的要求。
3.2.1.搭邊與料寬
排樣中相鄰兩個零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭搭邊的作用是補償補償定位誤差,保持條料有一定的剛度,以保證零件質量和送料方便。
搭邊值要合理確定,值過大,材料利用率低;值過小,搭邊的強度與剛度不夠,沖裁時容易翹曲或被拉斷,不僅會增大沖裁件毛刺,有時甚至單邊拉入模具間隙,造成沖裁力不均,損壞模具刃口。因此,搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度,一般可取等于材料的厚度。
根據(jù)經驗確定,根據(jù)所給材料厚度δ=1.5mm,確定搭邊工作間a1為1.5mm, a為2.0mm。具體可見排樣圖2。
送料步距和條料寬度的確定
送料步距 條料在模具上每次送進的距離成為送料步距。每次只沖一個零件的步距S的計算公式為
S=D+a1
S=59+1.5=60.5mm
式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度;
a1——沖裁之間的搭邊值。
條料寬度 條料寬度的確定原則:最小條料寬度要保證沖裁時零件周邊有足夠的搭邊值,最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進,并與導料板之間有一定的間隙。
當用孔定距時,可按下式計算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(59+2×2.0) -0.5 =63-0.5 mm
式中 B——條料的寬度(mm);
Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸(mm);
a——側搭邊值;
Δ——條料寬度的單向(負向)公差;
剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=63-0.5 。
3.3.材料利用率的計算
一個步距內的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×3.14×29.5×29.5/63×61.5×100%=70.53%
式中 F——一個步距內沖裁件面積(包括沖出的小孔在內);
n——一個步距內沖裁件數(shù)目;
B——條料寬度(mm);
s——步距;
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機及計算壓力中心
4.1.拉深模
拉深力計算
拉伸力用理論計算很復雜,一般采用經驗計算方法,經驗公式建立的基點是,拉伸力的數(shù)值略小于拉伸件危險斷面的斷裂力;斷裂與拉伸力的比值用系數(shù)K表示;K值的大小取決于拉伸件的形狀及變形方式。其數(shù)值由實驗確定。
拉伸力可按下式計算
P=3.14Kd1tδ
P=3.14×0.72×25.5×1.5×450=38914.02N
=38.914KN
式中 F——拉伸力(N);
d1——拉伸直徑(mm);
τ——材料抗拉強度(MPa);330-450
t——材料厚度;(mm)
K——修正系數(shù)(查表可得),K=1.3;
壓料力的計算,F(xiàn)=0.08P=38.914×0.08=3.11
用普通平刃口模具沖裁時,其沖裁力F一般按下式計算:
F=KLtτb
=1.3×3.14×59×1.5×360
=130052.52N
=130.05KN
式中 F-------沖裁力
L-------沖裁周邊長度
t-----材料厚度
τb----材料抗剪強度(τb=260-360MPa)
K-----系數(shù)(一般取K=1.3)
卸料力 Fx=KxF
退件力 Ft=nKtF
式中 Kx、Kt、 -----卸料力、退件力、如表2.3所示
n-----同時卡在凹模內的工件數(shù)量
式中 h-----凹模內的直刃壁高度
t-----板料厚度
表2.3卸料力、推件力及頂件力系數(shù)
沖裁材料
Kx
Kt
Kd
純銅、黃銅
0.02~0.06
0.03~0.09
鋁、鋁合金
0.025~0.08
0.03~0.07
鋼
材料厚度
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02~0.03
0.025
0.03
查表2.3 Kx=0.05 Kd=0.06
總沖壓力Fz 總沖壓力是各種沖壓工藝的總和,根據(jù)不同的模具結構計算,由于本模具采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模,則:
Fz=F+ Fx+ Fd
=38.914+130.052+0.05×130.052+0.06×130.052
=183.272KN
所以落料拉深模的總的沖壓力為F總=183.272KN
4.2.沖孔翻孔模壓力的計算
用普通平刃口模具沖裁時,其沖孔力F一般按下式計算:
F=KLtτb
=1.3×3.14×10.8×1.5×360
=23806.224N
=23.81KN
式中 F-------沖裁力
L-------沖裁周邊長度
t-----材料厚度
τb----材料抗剪強度(τb=260-360MPa)
K-----系數(shù)(一般取K=1.3)
翻邊力一般不大,可按以下公式近似計算
P=1.1×3.14(D-d)tσ
其中
P——翻孔力(N);
D——翻孔后的孔徑(mm);
d——翻孔預孔的孔徑(mm);
t——材料厚度(mm);
σ——材料屈服極限;(MPa)
計算P=1.1×3.14×(16.5-10.8)×1.5×450=13289.265N=13.29KN
卸料力F=0.06P=0.06×(13.29+23.81)=2.23
綜上所述,總的翻邊力F總=F+F卸=13.29+23.81+2.23=39.33KN
4.3.壓力中心的計算
采用解析法求壓力中心,
該產品兩副模具中,尺寸都是沿X軸Y軸對稱
所以力到X軸和到Y軸的力臂都是0
根據(jù)合力距定理:
YG=(Y1F1+Y2F2+Y3F3)/(F1+F2+F3)
XG=(X1F1+X2F2+X3F3)/(F1+F2+F3)
所以沖壓力到X軸的力臂;YG=0,到Y軸的力臂;XG=0,
所以兩副模具的壓力中心為(0,0),
4.4.壓力機的選用
初步確定壓力機的型號:
F公稱≥F總
因此選擇壓力機的型號為:
落料拉深模:JG23—63開式壓力機
型號為JG23—63壓力機的基本參數(shù)如:(表一)
公稱壓力/KN
630
墊板尺寸/mm
滑塊行程/mm
120
厚度100
滑塊行程次數(shù)/(次/min)
80
模柄孔尺寸/mm
直徑60
深度80
最大封閉高度/mm
400
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調節(jié)量
80
滑塊中心線至床身距離/mm
床身最大可傾角
30°
立柱距離/mm
300
工作臺尺寸/mm
前后560
左右810
第五章、凸、凹模刃口尺寸計算
5.1.落料尺寸的計算
設計落料模先確定凹模刃口尺寸,以凹模為基準,間隙取在凸模上;設計沖孔模先確定凸模刃口尺寸,以凸模為基準,間隙取在凹模上。
間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個。沖裁過程中,凸模與被沖的孔之間,凹模與落料件之間的均有磨檫,而且間隙越小,磨檫越嚴重。在實際生產中受到制造誤差和裝配精度的限制,凸模不可能絕對垂直于凹模平面,而且間隙也不會絕對均勻分布,合理的間隙均可使凸模、凹模側面與材料間的磨檫減小,并緩減間隙不均勻的不利影響,從而提高模具的使用壽命。
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計算:
沖孔時 dp=(dmin+XΔ)- δp
落料時 Dp=(Dmax-XΔ-Zmin)- δp
孔心距 Lp=L±δp’
式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸(mm);
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸(mm);
dmin——為沖孔件的最小極限尺寸(mm);
Δ——工件公差;
Δp——凸模制造公差,通常取δp=Δ/4;
δp’——刃口中心距對稱偏差,通常取δp’=Δ/8;
Lp——凸模中心距尺寸(mm);
L——沖件中心距基本尺寸(mm);
Zmin——最小沖壓間隙(mm);
落料凹模尺寸:Aj1=(Amax-XΔ)+ Δ
=59-0.5×0=59+0.02;
落料凸模尺寸:Ah1=(Aj1-2Z)+ Δ
=59-2×0.05=58.9+0.02;
沖孔沖頭尺寸:Bj1=(Amin+XΔ)- Δ/4
=10.8+0.5×0=3.2-0.02
沖孔凹模尺寸:Bh1=(Aj1+2Z)- Δ/4
=10.8+2×0.05=10.9-0.02
5.2.拉伸模
凸凹模圓角半徑對拉伸工作影響很大。毛坯經凹模圓角進入凹模時,受彎曲和摩擦作用,若凹模圓角半徑過小,因徑向拉力增大,易使拉伸件表面劃傷或產生斷裂;若過大,則壓邊面積小,由于懸空增大,易起內皺。因此,合理的選擇凹模圓角半徑很重要。具體數(shù)值查表可得。
拉伸的凸凹模之間的間隙對拉伸力、制件質量、模具壽命等都有影響。間隙過大,容易起皺,制件有錐度,精度差;間隙過小,增加摩擦,導致之間邊薄嚴重,甚至拉裂。因此,正確地確定凸模和凹模之間的間隙是很重要的。
拉伸模間隙是單面間隙,即凹模和凸模直徑之差的一半。
本次設計的模具結構為有壓邊圈的,卸料板和凹模芯起到上下壓料的作用,在選擇間隙時可以直接查表,拉伸一次成型,所以查表可知間隙為(1-1.2t),t為材料厚度。本設計中選1.1t。.
凸、凹模工作部分尺寸的確定,主要考慮模具的磨損和拉伸件的回彈。
1)、制件標注外形尺寸
凹模尺寸為
L d=(Lmax –0.75Δ)
凸模尺寸為
L p=(Ld–0.75Δ–Z)
(2)、制件標注內尺寸
凸模尺寸為
L p=(Lmin +0.5Δ)
凹模尺寸為
L d=(Lp+0.5Δ+Z)
其中 L—拉伸件的外形或內尺寸
Δ—拉伸件的尺寸偏差
L d—拉伸凹模的基本尺寸
L p—拉伸凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計算如下,制件標注內尺寸,按此公式計算
凸模尺寸為
L p=(Lmin +0.5Δ)=22.37
凹模尺寸為
L d=(Lp+0.5Δ+Z)=25.6
拉深臺階高度保證一致,8-8.1
凸、凹模工作表面粗造度要求:凹模工作表面和型腔表面粗造度應達到0.8;圓角處的表面粗造度一般要求0.4;凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
5.3.翻孔模尺寸計算方法
利用模具把板料上的孔緣或者是外緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫做翻孔和翻邊,這是沖壓加工常用的加工方法。使用比較廣泛。
本次設計為內孔翻邊設計,也叫翻孔,主要的變形是坯料受切向和徑向拉伸,越接近預孔邊緣變形越大。因此,圓孔翻邊的失敗往往是邊緣拉裂,拉裂與否取決于拉伸變形的大小,圓孔拉伸的變形程度用翻孔前預孔直徑d與翻孔后的平均直徑D的比值K表示。
K=d /D
K為翻邊系數(shù),顯然,K值越小,變形程度越大,圓孔翻邊時孔邊瀕臨破壞的翻邊系數(shù),稱為最小翻邊系數(shù)。(也叫極限翻邊系數(shù))
最小翻邊系數(shù)的大小,主要取決于材料的塑性,預孔的表面質量和硬化程度,材料的相對厚度、凸模工作部分的形狀等因素。
本次設計的材料是08鋼,厚度為1.5,屬于軟鋼,查表得極限翻邊系數(shù)為0.60-0.63,而實際計算K=10.8/16.5=0.6545,由于0.6545>0.63,所以能一次翻孔。
在設計模具時,可以采用拉深的外形做定位。
翻邊部分,制件標注內尺寸,設計模具時,以內孔為基準,間隙放在凹模上,計算如下:
凸模尺寸為
L p=(Lmin +0.5Δ)=16.56
凹模尺寸為
L d=(Lp+Z)=19.7
第六章、模具整體結構形式設計
6.1.模具類型
根據(jù)零件的沖裁工藝方案,采用復合沖壓沖裁模,工序為落料拉深,沖孔翻孔。
6.2.操作與定位方式
零件中批量生產,安排生產可采用手工送料方式能夠達到批量生產,且能降低模具成本,因此采用手工送料方式.零件尺寸較小,厚度較小,保證孔的精度及較好的定位,宜采用導料板導向,定位銷導正。
6.3.卸料與出件方式
考慮零件尺寸較小,厚度較薄,采用彈壓卸料方式,為了便于操作,提高生產率,沖件采用打料的方法從凹模中脫出,廢料直接從凸凹模洞口推下的下出件方式。
6.4.模架類型及精度
由于零件材料較厚,尺寸較小,沖裁間隙較大,采用復合模加工,可以選擇后側兩導柱的標準模架,考慮零件精度要求不是很高,沖裁間隙較小,因此采用Ⅰ級模架精度。
6.5.落料拉伸模結構形式
為方便操作,提高生產效率,可以采用正裝結構,下模采用彈簧頂料裝置,上模采用彈簧卸料結構,如圖:
圖5-1 落料拉深復合??傃b圖
1.下模板;2.內六角螺釘;3.圓柱銷;4.下墊板;5.彈簧;6.拉深凸模固定板;7.拉深凸模;8.頂料板;9.落料凹模;10.定位銷;11.卸料板;12.凸凹模;13.凸凹模固定板;14.上墊板;15.上模板;16.內六角螺釘板;17.圓柱銷;18.退料板;19.模柄;20.打料桿;21.防轉銷;22.卸料螺釘;23.彈簧
技術要求:
1、上模采用打料裝置,下模采用彈簧卸料裝置,頂出產品;
2、安裝模具之前檢查模具零件是否符合圖紙;
3、根據(jù)凹模周屆直徑160和模具閉合高度,選用18#后側導柱模架;螺釘,銷釘均選用標準件
4、嚴格按照模具結構安裝模具,保證模具間隙均勻;
5、選用JG23-63沖床調試模具;
6.6.沖孔翻孔模具結構
圖5-1 沖孔翻孔復合??傃b圖
1.下模板;2.內六角螺釘;3.下墊板;4.沖孔凸模;5.翻孔凹模;6.凸凹模;7.卸料板;8.彈簧;9.凸凹模固定板;10.上墊板;11.上模板;12.卸料螺釘;13.模柄;14.打料桿;15.內六角螺釘;16.圓柱銷;17.內六角螺釘;18.圓柱銷
技術要求:
1、上模采用打料裝置,下模采用彈簧卸料裝置,頂出產品;
2、安裝模具之前檢查模具零件是否符合圖紙;
3、根據(jù)凹模周屆直徑120和模具閉合高度,選用14#后側導柱模架;螺釘,銷釘均選用標準件
4、嚴格按照模具結構安裝模具,保證模具間隙均勻;
5、選用JG23-63沖床調試模具;
第七章、模具零件的結構設計
7.1.拉深凸模的設計
拉伸凸模與下模板采用固定板螺釘和銷釘固定。
材料:Cr12Mov
硬度:58~62HRC,(如圖)
7.2.落料凹模的設計
落料凹模與下模板固定,
材料:Cr12Mov
硬度:58~62HRC,(如圖)
凹模采用圓形板狀結構和直接通過螺釘,圓柱銷與下模座固定的固定方式.考慮凹模的磨損和保證沖件的質量根據(jù)表3-28,凹模刃口采用直筒形刃口壁結構,刃口高度根據(jù)前面“4.2”計算沖裁力時所取h=3mm,漏料部分刃口輪廓適當擴大,可以擴大0.5~1mm,取1mm,(為便于加工,落料凹模漏料孔可設計成近似于刃口輪廓的簡化形狀,如圖所示),凹模輪廓尺寸計算如下:
模輪廓尺寸的確定,凹模輪廓輪廓尺寸包括凹模板的平面尺寸LXB(長X寬)或者直徑及厚度尺寸H.從凹模外邊緣的最短距離稱為凹模壁厚C.對于簡單對稱形狀刃口凹模,由于壓力中心即對稱中心,所以凹模和平面尺寸即可沿刃口型孔向四周擴大一個凹模壁厚來確定。
凹模周界 由《冷沖壓工藝與模具設計》得出凹模周界的計算公式
厚度H=Kb(≥15mm)
式中:b——沖裁件的最大外形尺寸,b=59
K——系數(shù),查表得K=0.58
則 H=0.58×59=34.22mm
凹模壁厚c=(1.0~1.5)H(≥30~40mm)=34.22~51.33mm
D=160mm
由《模具設計指導》表5-43圓形凹模標準可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ160mm
確定其他零件的尺寸參數(shù)
由《模具設計指導》表5-4,方便的確定其他沖模零件的數(shù)量、尺寸及主要參數(shù)。
其零件參數(shù)如下表所示:
凹模周界
凸模長度
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
S
S1
S2
S3
φ160
63
零件名稱及標準編號
凹模墊板
凸模
凹模
卸料板
上墊板
φ160×10
φ45×63
φ160×40
φ160×18
φ160×8
螺釘
圓柱銷
卸料螺釘
樹脂
螺釘
圓柱銷
圓柱銷
M8×60
φ8×50
M8×60
M10×90
φ10×90
φ10×60
選擇標準模架
由凹模周界尺寸及模架閉合高度在160~190mm之間,查《模具設計指導》表5-7選用模架:18#后側導柱標準模架GB/T2851.1—1990,上模座厚度30,下模座厚度25,導柱25×160,42×140。
7.3.凸凹模固定板的設計
固定板與上下模板固定,螺釘和銷釘固定。
材料:Cr12Mov
硬度:58~62HRC,(如圖)
凸模刃口部分為異形,又在它里面開孔,裝配導正銷,為便于凸模和固定板的加工,可通這設計成鉚接方式與固定板固定.沖孔凸模采用階梯結構,設計成鉚接方式.凸模的尺寸根據(jù)導料板尺寸、卸料板尺寸和安裝固定要求尺寸h,取h15~20,因為這里的凹模刃口尺寸為4 mm,在范圍之內取18mm所以凸模的尺寸為L=18+15+15+2=50mm.
凸模材料:參照沖壓模具設計與制造選用Cr12MoV.
考慮沖孔凸模的直徑很大,故無需對該零件強度和鋼度校核
具體零件圖如后面所附零件圖為準,
7.4.翻邊凸凹模的設計
材料:Cr12Mov
硬度:58~62HRC,(如圖),與固定板過盈配合,過盈量0.02-0.03。
7.5.翻邊凹模的設計
材料:Cr12Mov
硬度:55~58HRC,形狀結構:(如圖),與下模板采用螺釘和銷釘固定。
7.6.沖孔凸模的設計
材料:Cr12Mov
硬度:55~58HRC,形狀結構:(如圖),與翻孔凹模過度配合,用M6的螺釘與下模板連接。
7.7.選擇堅固件及定位零件
螺釘規(guī)格的選用:
由凹模板的厚度可選用M8,在根據(jù)實際要求,查標準選用GB 70-85 M8X60,這里要4個,卸料板的螺釘選用GB 70-85 M6X60,這里要4個。
銷釘規(guī)格的選用:
銷釘?shù)墓Q直徑可取與螺釘大徑相同或小一個規(guī)格,因此根據(jù)標準選用GB 119-86 φ8X80, 選取材料為45鋼.根據(jù)定位方式及坯料的形狀與尺寸,選用合適的標準定位零件.
7.8.設計和選用卸料與出件零件
卸料以卸料板卸料,出件是以凸模往下沖即可,因此不用設計出件零件.固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同,其厚度可取凹模厚度的0.5~1倍,所以卸料板的LXBXH=φ160X/0.5X30=φ160X15,卸料板在此僅起卸料作用,凸模與卸料板間的雙邊間隙一般取0.05~0.1mm,這里取0.1mm,材料為45#.由以上根據(jù)凸模和凹模可設計出卸料板。
7.9.選擇模架及其它模具零件
選擇模架:
根據(jù)GB/T 2851.5-90,由凹模周界φ160,選擇標準模架。
模柄:
由壓力機的型號J23-63.可查得模柄孔的直徑為40,深度為70,由裝配要求,模柄與模柄孔配合為H7/m6并加銷釘防轉,模柄長度比模柄孔深度小5~10mm,由于采用彈壓卸料,上模座回程時受力較大,因此選用旋入式模柄較合理。
7.10.壓力機的校核
7.10.1.公稱壓力
根據(jù)公稱壓力的選取壓力機型號為J23-63,它的壓力為630>186.272,630>39.33,所以壓力不需要校核;
7.10.2.工作臺面的尺寸
根據(jù)下模座LXB=250X208,且每邊留出60~100,即L1XB1=450X408,而壓力機的工作臺面L2XB2=630X420,沖壓件和廢料從下模漏出,而壓力機的孔尺寸為φ120,故符合要求。
第八章、沖壓模具零件加工工藝的編制
8.1.凹模加工工藝過程
表8-1 落料凹模加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ170mm×45mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
銑床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
鉗工
加工好凸模,配作沖孔凹模達要求
7
銑
銑漏料孔達要求
銑床
8
鉗工
鉆鉸2×φ8,鉆攻3XM8
鉆床
9
熱處理
淬火,回火,保證HRC60~62
10
平磨
磨厚度及基面達到要求
平面磨床
11
線切割
按圖切割各型孔,留0.005~0.01單邊研量
線切割機床
12
鉗工
研光各型孔達要求
13
檢驗
8.2.凸模加工工藝過程
表8-2 凸凹模加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
備料φ70mm×60mm
2
熱處理
退火
3
車外圓
車外圓達配合尺寸
車床
4
車工作尺寸
車工作尺寸達要求
車床
5
倒角
倒角達要求
車床
6
鉗工
拋光達表面要求
7
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
8
鉗工
磨平上下表面達要求
9
檢驗
8.3.卸料板加工工藝過程
表8-3 卸料板加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ170mm×20mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm,
車床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
線切割
按圖切割各型孔,保證雙面間隙0.5mm
線切割機床
7
鉗工
鉆沉,攻絲,3-M8
鉆床
8
平磨
磨厚度及基面見光
平面磨床
9
鉗工
研光各型孔達要求
10
檢驗
8.4.凸模固定板加工工藝過程
表8-4 凸模固定板加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ170mm×20mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm,
車床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
線切割
按圖切割各型孔,保證配合尺寸
線切割機床
7
鉗工
鉆鉸2×φ8,鉆攻3×M8
鉆床
8
鉗工
鉚接處倒角
9
平磨
磨厚度及基面見光
平面磨床
10
鉗工
研光各型孔達要求
11
檢驗
8.5.凹模加工工藝過程
表8-5 翻孔凹模加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ130mm×40mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm
銑床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
鉗工
加工好凸模,配作沖孔凹模達要求
7
銑
銑表面臺階孔達要求
銑床
8
鉗工
鉆鉸2×φ10,鉆攻3XM10
鉆床
9
熱處理
淬火,回火,保證HRC60~62
10
平磨
磨厚度及基面達到要求
平面磨床
11
線切割
按圖切割各型孔,留0.005~0.01單邊研量
線切割機床
12
鉗工
研光各型孔達要求
13
檢驗
8.6.沖孔沖頭加工工藝過程
表8-6 沖頭加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
備料φ30mm×50mm
2
熱處理
退火
3
車外圓
車外圓達配合尺寸
車床
4
車工作尺寸
車工作尺寸達要求
車床
5
倒角
倒角達要求
車床
6
鉗工
拋光達表面要求,鉆孔,M6
7
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
8
鉗工
磨平上下表面達要求
9
檢驗
8.7.卸料板加工工藝過程
表8-7 卸料板加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ130mm×20mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm,
車床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
線切割
按圖切割各型孔,保證雙面間隙0.5mm
線切割機床
7
鉗工
鉆沉,攻絲,3-M8
鉆床
8
平磨
磨厚度及基面見光
平面磨床
9
鉗工
研光各型孔達要求
10
檢驗
8.8.凸凹模固定板加工工藝過程
表8-8 凸凹模固定板加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
將毛坯鍛成φ170mm×20mm
2
熱處理
退火
3
車
車外圓及端面,厚度留單邊磨量0.2~0.3mm,
車床
4
平磨
磨厚度到上限尺寸,磨側基面保證互相垂直
平面磨床
5
鉗工
劃各型孔,螺孔,銷孔位置劃漏孔輪廓線
6
線切割
按圖切割各型孔,保證配合尺寸
線切割機床
7
鉗工
鉆鉸2×φ8,鉆攻3×M8
鉆床
8
鉗工
鉚接處倒角
9
平磨
磨厚度及基面見光
平面磨床
10
鉗工
研光各型孔達要求
11
檢驗
8.9.翻孔凸凹模加工工藝過程
表8-9 凸凹模加工工藝過程
工序號
工序名稱
工序內容
設備
1
備料
備料φ35mm×70mm
2
熱處理
退火
3
車外圓
車外圓達配合尺寸
車床
4
車工作尺寸
車工作尺寸達要求
車床
5
倒角
倒角達要求
車床
6
鉗工
拋光達表面要求,鉆孔,M6
7
熱處理
淬火,回火,保證HRC58~62
8
鉗工
磨平上下表面達要求
9
檢驗
第九章、模具的總裝配
模具的質量取決于模具零件質量和裝配質量。裝配質量又與零件質量有關,也與裝配工藝有關。裝配工藝視模具結構以及零件加工工藝而有所不同,拼合結構的比整體結構的裝配工藝復雜;級進模和復合模的裝配比單工序模要求高。
關于本次設計的模具裝配,大致有以下幾個要點:
1、 裝配時先要選擇基準件,原則上按照模具主要零件加工時的依賴關系來確定。可作裝配時基準件的有:導向板、固定板、凹模和凸模。
2、 裝配次序是按照基準件裝有關零件:
以導向板作基準件進行裝配時,通過導向板將凸模裝入固定板,再裝入上模座,然后再裝凹模和下模座。
當模具零件裝入上、下模座時,先裝作為基準的零件,在裝妥檢查無誤后,鉆鉸銷釘孔,打入銷釘。后裝的在裝妥無誤后要在試沖達到要求后再鉆鉸銷釘孔及打入銷釘。
3、 控制凸模、凹模的間隙
裝配時必須控制間隙均勻。
4、 沖模試沖
沖模在裝配并檢查間隙符合要求后,可進行切紙試沖,檢查切下處是否都是光邊或毛邊。如不一致時說明間隙不夠均勻,需要校正后再切紙,直到合乎要求為止。然后將在裝配時未固定銷釘?shù)纳夏W蛳履W娩N釘固定,進行試沖,如不符合要求時再進行調整間隙,重新鉆鉸銷釘孔。
設計小結
此次設計是在學完沖壓工藝與模具設計,模具制造工藝和大部分專業(yè)課并進行了生產實習的基礎上進行的,這次設計使我能夠綜合運用沖壓工藝與模具設計中的基本理論,結合生產中所學的新知識、獨立分析和解決工藝問題,初步具備了設計一個中等復雜程度的冷沖壓模具的能力。通過分析,擬定設計方案,完成模具結構設計等一系列復雜工作,最終完成此次的設計任務。
通過這次設計使我初步具備了設計一個中等復雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運用模具設計的基本原理和方法,同時也學會了熟練運用有關參考資料,圖表等基本技能,增強了自我的讀圖和繪圖能力,從而使我在能力方面又提高了一個臺階,為今后從事的工作打下了良好的基礎。
本設計就是本著這個思想對產品模具進行分析設計,力求設計出技術水平高、經濟效益好的模具,同時也圍繞著對新產品開發(fā)、新產品投入生產這個理念展開設計。凸緣件零件形狀較為簡單,所以加工工藝也不復雜。通過對零件圖的綜合分析與實習單位的實際生產要求,設計出了最可行的加工方案。零件從坯料到完全成形,本設計共用到了一套模具,即:落料拉伸模。本模具有生產率高、精度高的特點,加工過程又不會影響制品尺寸,且下料部分與沖孔部分的毛頭方向相同,這非常符合實習公司的實際生產要求,對單位能保持全國模具行業(yè)的領先地位也有一定的促進作用。
整套模具的設計過程中使用了先進的CAD/CAM技術進行輔助設計,在保證模具高精度的同時簡化了傳統(tǒng)的繁瑣計算過程,使得設計更為便捷。由此可以看到,在大型級進模、高精密、高復雜性、高技術含量先進模具的設計中,使用先進的CAD/CAE/CAM技術進行輔助設計會是一條必經之路。
在本次設計中,我學到了許多的東西。首先對于AUTOCAD和Pro/ENGINEER的應用更加熟練;其次,通過模具設計我對于模具設計的流程基本上熟悉。這次設計是對以前所學的專業(yè)知識的一次綜合性的實踐。涉及到機械制圖、機械設計、模具設計、互換性以及CAD/CAM各個方面的內容。
設計過程中按照任務書的要求和目的,循序漸進,力求數(shù)據(jù)準確,結構合理。參考了許多文獻資料。由于經驗不足,還有許多地方沒有考慮全面,有待于完善。
總之,學海無涯,在以后的時間里,我要更加努力學習!
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