前 言
近年来，由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为一个行业越来越引起人们的重视，其成形产品具有诸多优点，被许多产品领域所利用。冷冲压模具又在整个模具领域内占有举足轻重的地位，自然而然地得到了广泛的应用。
要使模具能更好地为产品生产服务，达到产品质量稳定、生产效率高、成本低以及使用方便、安全、使用寿命长的目的，模具设计、制作、使用都会对其产生很大的影响。
冷冲压模具作为模具的重要组成部分，是用于大批量生产的专用工艺装置。保证能过快速安全地获得质量稳定、成本低的产品，是对模具最基本的要求。因此，通常要求模具设计必须在保证冲件能满足设计要求的基础上，有良好的加工工艺性、操作安全，便于维修更换，
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使用寿命长。
《冲压工艺与模具设计》课程设计，是检验我们学生所学理论知识的有力工具，也是我们运用理论知识进行实战的平台。它不仅能够强化我们的理论知识，而且能够加强我们的实际操作能力，提高我们的综合运用能力，对我们来说，是一个很好的舞台。
目 录
一、冲裁件工艺分析------------------------------------5
1、冲裁件的结构工艺性----------------------------------------------5 （1）冲裁件的结构形状--------------------------------------------5 （2）冲切成形后孔与孔以及外缘之间的最小实体宽度--------- 5 2、冲裁件的尺寸精度------------------------------------------------------5 3、普通冲裁时的间隙及毛刺----------------------------------------------5
（1）普通冲裁的间隙---------------------------------------------------5
（2）普通冲裁时的毛刺------------------------------------------------5
二、模具类型的选择--------------------------------------------------6 1、送料方向选择------------------------------------------------------------6 2、导料和定位方式选择---------------------------------------------------6
3、卸料脱模方式选择-------------------------------------------------------6
三、模具类型的选择--------------------------------------------------6
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1、排样方式的确定---------------------------------------------------------6 2、搭边值的确定------------------------------------------------------------6四、条料宽度的决定--------------------------------------------------7 1、条料宽度的基本尺寸----------------------------------------------------7 2、条料宽度的偏差----------------------------------------------------------7 五、材料利用率计算--------------------------------------------------8 六、冲裁力计算--------------------------------------------------------8 七、冲压力计算及冲压设备公称力的选择-----------------------9
1、冲压力计算-----------------------------------------------------------------9
2、冲压设备公称力选择----------------------------------------------------9
八、压力中心计算----------------------------------------------------10 九、凸、凹模及凸凹模刃口尺寸的确定-------------------------11
1、确定凸凹模刃口尺寸的原则-----------------------------------------11
2、凸、凹模及凸凹模分别加工时的工作部分尺寸-----------------12 ⑴落料----------------------------------------------------------------------13 ⑵冲孔-----------------------------------------------------------------------14
十、凹模设计----------------------------------------------------------15 十一、凸模设计-------------------------------------------------------16
1、凸模最小断面的校核--------------------------------------------------17
2、凸模最大自由长度的校核--------------------------------------------18
十二、凸凹模设计----------------------------------------------------19 十三、凸模固定板与垫板厚度确定------------------------------20
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十四、橡胶垫板的选用------------------------------- --------------------22 十五、小结------------------------------------------------------------23
参考文献------------------------------------------24
落料冲孔正装复合模课程设计说明书
设计任务：
工件名称：冲孔落料件
工件简图：如下图 生产批量：大批量 材料：铝L2 材料厚度：0.5mm
要求：1.完成模具总装图草图；
2.完成总装配图（CAD图），图纸符合国家制图标准； 3.完成零件图（CAD图），与装配图加起来够一张A0图图量； 4．编写设计说明书。（A4纸打印）
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图1 冲裁件
一、 冲裁件工艺分析
1、冲裁件的结构工艺性 （1）冲裁件的结构形状
冲裁件的外形为一个带有圆弧的矩形，中间还有两个孔，用复合模进行冲切比较合适。
（2）冲切成形后孔与孔以及外缘之间的最小实体宽度
冲裁件冲切成形后，孔与孔之间，孔与外缘之间实体距离最小的部位，直线距离或宽度不宜过小。否则将会影响模具成形工作零件的强度、冲件的质量、增加模具的复杂程度，降低模具的使用寿命。一般情况:C≥2t,而且C不得小于3-4mm。特殊情况，如冲裁件材料比较软，孔为圆形，或虽为平行的两直角边，但长度不太大时，可取C=(1.5﹣2)t。当t﹤1mm时，仍按t=1mm计算。但是，在这种极限状态下，模具的使用寿命为最低，模具结构的复杂程度和制件难度也会有所上升。
2、冲裁件的尺寸精度
产品冲裁成形的尺寸精度，受多种因素的影响。如：模具的结构形式选择、导料及定位方式、模具制作质量、操作及磨损等，不可能获得极高的精度。当冲裁件的尺寸精度采用普通的冲切成形方式不能满足尺寸精度要求时，可以选择整修，或者精密冲裁的方式，或者改用精密机械加工的方式来获得。但生产效率和
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产品成本将会受到不同程度的影响。
本冲裁件的尺寸精度可以用普通冲裁获得，其精度比较经济实用，加工也比较简单。
3、普通冲裁时的间隙及毛刺
（1）普通冲裁的间隙
冲裁时的间隙，就是凸模小于凹模型孔的尺寸差。首先，普通冲裁时间隙是必要的，不但是形成剪切的需要，还可以防止凸模和凹模发生直接碰撞而损坏模具。
普通冲裁时，凸、凹模之间的间隙还会对冲裁力大小、模具的正常使用寿命有一定程度的影响。尤其对冲裁件质量会产生比较大的影响。所以，根据不同情况，合理选择凸、凹模之间的间隙是必要的。而影响和决定间隙的因素主要是冲件材料的种类及软硬程度和材料的厚度。 查表，可得铝L2的间隙如下：（材料厚度t=0.5mm） 平均间隙：s=6%；
单面间隙：Zmin=0.030mm； Zmax=0.040mm。
（2）普通冲裁时的毛刺
普通冲裁受多种因素的影响，毛刺是不可避免的。冲裁件材料在凸、凹模形成剪切的作用下，从弹性变形到塑性变形，再经撕裂后，材料就会产生分离，受多种因素的综合影响，就会出现塌角、撕裂毛面、斜度及毛刺等缺陷。但正常的缺陷是允许的，非正常毛刺则应该避免。一旦出现，则应查明原因，采取有效的改正措施。当冲裁件连正常的毛刺都不允许的时候，则应安排专门的去毛刺工序，如剃刮、锉修或光饰等。
查表可得普通冲裁时允许的毛刺高度如下：（料厚t=0.5mm） 生产时允许的毛刺高度小于等于0.10mm； 试新模时允许的毛刺高度小于等于0.03mm。
二、模具类型的选择 1、送料方向选择
（1）冲切成形内容沿条料长度方向呈细长分布的采用横向送料。
（2）冲切成形内容沿条料长度方向小于宽度方向分布的，采用纵向送料。 本冲裁件采用横向送料。
2、导料和定位方式选择
因规定为正装落料冲孔复合模，故采用常见的导料与定位方式，即采用导
料销与挡料销。
3、卸料脱模方式选择
因冲裁件比较薄，而且采用软金属材料，故宜选用弹压卸料方式。同时，
复合模的上模（即凸凹模）设有推杆卸料装置。
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三、模具类型的选择
1、排样方式的确定
为确保冲裁件的完整性和较高的材料利用率以及提高生产效率，使冲压设备的能力得到充分的发挥。同时，结合冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度及材料种类、厚度、相关技术要求等，采用有废料的单行直排。这种排样方式具有磨具结构简单紧凑的优点。
2、搭边值的确定
为确保冲裁件的完整性，保证冲切后的余料有足够的刚度，方便送料操作，
以及保证正常的冲切条件和压料效果，防止太窄的边缘被拉入凸、凹模间隙形成不正常毛刺等。因此，在冲裁件与冲裁件之间，以及冲裁件和条料边缘之间需留有一定的搭边。
搭边数值的大小，主要与板材厚度、材料种类、制件形状的复杂程度、冲模结构和送料形式有关。搭边值过大，会降低材料的利用率；过小会引起毛刺的增大，降低模具寿命，影响冲压工作的连续进行。
软质或脆性材料搭边宽度宜偏大，硬质材料可略偏小。搭边宽度一般和冲裁件材料厚度成正比，约为材料厚度的1-1.5倍，但最小不少于1mm，厚度5mm以上材料可取下限。
查表，可得搭边的宽度：（料厚t=0.5mm） 冲裁件间的搭边：a=1.0mm；
条料外缘的搭边：b=1.8mm。在此，取b=2mm。
图2 排样图
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四、条料宽度的决定
1、条料宽度的基本尺寸
排样方案和搭边数值确定后，即可决定条料或带料的宽度。不带侧压装置时，其计算公式如下：
B=D+2×b 式中 B——条料或带料宽度；
D——冲件与条料送料方向垂直的最大尺寸； b——制件与条料侧边的搭边值； 所以 B=28+2×2=32mm
2、条料宽度的偏差
①用于落料模时，薄材料应该偏小，厚材料应该偏大，公差值应小于搭边宽度的三分之一。
②条料宽度直接用于导料的，偏差应该偏小，至多不应该超过冲裁件允许偏差的四分之一。
条料或带料的宽度公差可查表，得其值为0.4mm
五、材料利用率计算
在冲压生产中，材料利用率是指在一个进料距离内制件面积与板料毛坯面积之比，用百分比表示。这是衡量材料利用率情况的指标，与制件形状和排样方式有关。
一个进料距离内材料利用率的公式如下：
nA100% BS式中 A——冲裁件面积；
n——一个进距内的冲件数目； B——条料宽度； h——进距。
其中 A = 28×10-（73.74×3.14×15^2）/360+18×12/2
= 243.21 mm^2 B = 28+2×2
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= 32 mm h = 10+1 = 11 mm n = 1
所以 ŋ = 69.1%
六、冲裁力计算
冲裁力是冲裁类冷冲压模具完成冲切成形所需的基本压力，冲裁力的大小与冲裁件材料的力学性能、材料厚度以及冲切周边长度有关。也是计算冲压力、选择冲压设备的重要参数。其计算公式如下： F = 1.25×τb×t×L 式中 F——冲裁力；
τb——材料的抗剪强度： t——冲件材料厚度；
L——模具冲切周边长度总和；
1.25——冲裁力修正系数，主要是考虑到材料厚度及力学性能的不稳定，周边长度计算尺寸和最终的实际尺寸可能的误差，凸、凹模长期使用过程中变化，材料的冷作硬化等对冲裁力的影响，而给予的一个安全系数，确保冲压设备的安全。
其中 τb = 80MPa t = 0.5 mm
L = 28+10×2+2×3.14×4×2+5×2+(73.74×3.14×15)/180
= 127.58 mm
所以 F = 1.25×80×0.5×127.58 = 6.38 KN
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七、冲压力计算及冲压设备公称力的选择
1、冲压力计算
冲压力为冲压裁力、卸料力、推件力与顶件力之和。其（冲压力）计算公式为：
F总=F+F卸+F推+F顶
但由于卸料力，推件力，顶件力的大小受多种因素的影响，难以获得一个比较准确可靠地数据，而且需要和实际存在也会有较大差距。为计算方便，通常用一个系数来代替，即用冲裁力的0.2~0..3代替卸料力 推件力与顶件力的总和。即
F
总=×[1+(0.2~0.3)]
F
所以 F总=1.25F=1.25×6.38=7.98KN
2、冲压设备公称力选择
F
公=×1.3=1.3×6.38=8.29KN
F
按照冲压设备宁大勿小的基本原则选择，可以选择10KN的冲压设备来完成冲压成型作业，满足要求。
八、压力中心计算
冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。冲模压力中心应尽可能和模柄轴线以及压力机滑块中心线重合，以使冲模平稳地工作，减少导向件的磨损，提高模具及压力机寿命。
冲模压力中心的求法,采用求平行力系合力作用点的方法。由于绝大部分冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体方法如下： 1、按比例画出冲裁轮廓线，选定直角坐标系x-y；
2、把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分长度L1、L2、···、Ln，并求出各部分重心位置的坐标值（x1,y1）、（x2,y2）、···、（xn,yn）；
3、按下式求冲模压力中心的坐标值（x0,y0）(参看下图) x0 = (L1×x1+L2×x2+···+Ln×xn) / (L1+L2+···+L3) y0 = (L1×y1+L2×y2+···+Ln×yn) / (L1+L2+···+L3) 冲裁件轮廓大多是由线段与圆弧构成，线段的重心就是线段的中心。圆弧的重心可按下式求出：
yr =(180× R×sinα) / (Π×α) 式中 R——圆弧半径； α——圆弧中心角；
yr——圆弧重心与圆心的距离。
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图3 冲模压力中心
有几何关系，易知
x0 = 0；
两个圆的弧长为：
L1 = 2×2×Π×r
= 4×3.14×4 =50.26 mm
圆弧的弧长为：
L2 = (n×Π×r)／180
= (73.74×3.14×15) ／180 = 19.31 mm
圆弧的重心为
yr = （180×3.14×sin73.74）／(3.14×73.74) = 11.16 mm
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所以
y0 = (28×2+10×7×2+5×12×2+50.26×7+19.31×
11.19) ／(28＋10×2＋5×2＋50.26＋19.31) = 6.93 mm
九、凸、凹模及凸凹模刃口尺寸的确定
1、确定凸凹模刃口尺寸的原则
①考虑到落料和冲孔的区别，落料件的尺寸取决于凹模，因此落料模应先决定凹模尺寸，用减小凸模尺寸来保证合理间隙；冲孔件的尺寸取决于凸模，因此冲孔模应先决定凸模尺寸，用增大凹模尺寸来保证合理间隙。
②考虑刃口的磨损对冲件的影响：刃口磨损后尺寸变大，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺寸；刃口磨损后尺寸变小，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限尺寸。
③考虑冲件精度与模具精度间的关系，在选择模具制造公差时，既要保证冲件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般情况下，要求冲模精度比冲件精度高2-3级。
2、凸、凹模及凸凹模分别加工时的工作部分尺寸
由于零件用于大批生产，形状也比较简单，因此，采用凸、凹模分开加工，使凸、凹模具有很好的互换性。
图4 制件公差图
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此制件外形属落料，中间有2个φ3mm的冲孔，故应分别计算。 查表，可得单边间隙如下： C min = 0.06 mm
C max = 0.10 mm
由双边间隙公式：
Z min = 2×C min×t
Z max = 2×C max×t
可得
Z min = 2×0.06×0.5
= 0.06 mm
Z max = 2×0.10×0.5 = 0.10 mm
⑴落料
取凹模作为基准件，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最小极限尺
寸。计算公式如下：
①对于
D凹 =
：
（28-0.5×0.52）
= 27.74 mm
D凸 =
（28-0.5×0.52-0.06）
= 27.68 mm
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②对于：
D凹 = （7-0.5×0.36）
= 6.82 mm
D凸 =
（7-0.5×0.36-0.06）
= 6.76 mm
③对于
：
D凹 = （10-0.5×0.43）
= 9.79 mm
D凸 =
（10-0.5×0.43-0.06）
= 9.73 mm
④对于：
D凹 = （5-0.75×0.30）
= 4.78 mm
D凸 =
（5-0.75×0.30-0.06）
= 4.72 mm
⑤对于:
D凹 = （15-0.5×0.43）
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= 14.79 mm
D凸 =
（10-0.5×0.43-0.06）
= 14.72 mm
⑵冲孔
取凸模作为基准件，其刃口的基本尺寸应接近或等于冲件的最大极限
尺寸。计算公式如下：
对于：
D凸 = （4+0.5×0.3）
= 4.25 mm
D凹 = （4+0.5×0.3+0.06）
= 4.21 mm
十、凹模设计
凹模的外形尺寸是指凹模的高度、长度与宽度（矩形凹模）或高度与外径（圆形凹模）。凹模板的高度直接影响到模具的使用，高度过小，影响凹模的强度和刚度；高度过大，会使模具的体积和闭合高度增大，从而增大了模具的重量。长度与宽度的选择直接与高度有关，同时也是选择模架外形尺寸的依据。
工作时，凹模刃口周边承受冲裁力和弯曲力矩的作用，刃壁上承受分布不均匀的挤压力作用。所以，凹模实际受力情况十分复杂，生产中按照经验公式确定凹模的外形尺寸。
通常是根据制件的厚度和排样图所确定的凹模型孔孔壁间最大距离为依据，计算凹模的外形尺寸。其公式如下：
H = K·b (不小于8 mm)
式中：
H——凹模板高度；
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K——系数，边界型孔为圆弧时取
或有尖角时取4。
2.5；为直线段时取3；为复杂形状
b ——垂直于送料方向凹模孔壁间最大距离。 所以
H = 4×2 = 8 mm
由于上式并没有考虑材料力学性能，具有明显的针对性和局限性，而凹模的高度与模具强度有直接关系，故常根据冲裁力大小按下式的经验公式进行校核计算：
H = F冲/10
式中：
F冲——冲裁力。
所以
H = 10×10 ³／10
=10 mm
。
终上所述，取凹模板厚度H = 10 mm
采用直筒式刃口凹模（如下图），刃口强度高，制造方便，刃磨后洞口尺寸基本不变，对冲裁间隙无明显影响，适用于冲裁形状复杂、精度要求较高的零件。但由于洞口内易聚集零件或废料，因而推件力比较大。
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图5 凹模图
十一、凸模设计
冲裁中小型零件使用的凸模，一般都设计成整体式。基本结构形式分为阶梯式和直通式两类。本冲裁件采用阶梯式凸模，整体形状为圆形，以便于凸模固定板的型孔加工。
根据模具结构，长度取L = 26 mm。其结构如下图：
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图6 凸模图
凸模工作时，受交变载荷作用，冲裁时受轴向压缩，卸料时受轴向拉伸，其轴向压力远大于轴向拉力。当用小凸模冲裁较硬或较厚的材料时，有可能因压应力超过模具材料的许用压应力而损坏。较长的凸模还可能受压失稳而折断。因此，在设计或选用细长凸模时，必须对其抗压强度与抗剪强度进行校核。
1、凸模最小断面的校核
要使凸模正常工作，必须使凸模最小断面的压应力不超过凸模材料的许用压应力，即
σ= PΣ/S min≤[σ]
故有 S min≥ PΣ／[σ]
对于圆形凸模（推料力为零时），即
d min ≥ (4×t×τ) ／[σ]
式中
σ——凸模最小断面的压应力；
PΣ ——凸模纵向总压力； S min——凸模最小断面积； d min——凸模最小直径；
t——冲裁材料厚度；
τ——冲裁材料抗剪强度；
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[σ] ——凸模材料的许用压应力，凸模材料选用T8A， []压（1000～1600）MPa。
d min = （4×0.5×80）／1000 = 0.16 mm
所以凸模强度校核符合要求。
2、凸模最大自由长度的校核
凸模在冲裁过程中，可视为压杆，因此，可根据欧拉公式校核其最大自由
长度。
为使凸模冲裁时不发生失稳弯曲，凸模纵向总压力P压力Pc，即
孔应小于或等于临界
P孔≤Pc
代入欧拉公式，即可得
式中
Pc——凸模临界压力； L max——凸模最大自由长度；
P孔——凸模总压力；
J min——凸模最小断面惯性矩； E——凸模材料弹性系数；
μ——支撑系数；无导向装置，可视为一端固定，另一端自由的支撑，取μ= 2
；直通式凸模，由导板与卸料板导向时，可视为一端固定，另一端铰
。
支，可取μ=0.7
将μ=0.7，P孔 = 10×10 ³ N ，E = 220×10 ³MPa，J min =（∏×d ³）/ ,其中d = 4 mm.
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故可算得
L max ≤ 52 mm 所以凸模刚度校核符合要求。
十二、凸凹模设计
复合模中，至少有一个凸凹模。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。从强度方面考虑，壁厚受最小值。凸凹模的最小壁厚受冲模结构影响。对于正装复合模，由于凸凹模装于上模，内孔不会积存废料，胀力小，最小壁厚可小些。
凸凹模的最小壁厚值，一般由经验数据决定。对于黑色金属和硬质材料约为工件料厚的1.5倍，但不小于0.7 mm；对于有色金属及软材料约等于工件料厚，但不小于0.5 mm。
根据料厚t = 0.5 mm，可查得凸凹模的最小壁厚为1.6 mm 。其结构见下图所示：
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图7 凸凹模图
十三、凸模和凸凹模固定板厚度确定
凸模和凸凹模固定板分别将凸模与凸凹模固定在模座上，其平面轮廓尺寸应保证凸模安装孔外，还要考虑螺钉与销钉孔的设置。其形式有圆形和矩形两种。厚度一般取凹模厚度的0.6-0.8 。
本冲裁件凸模固定板厚度取8 mm，凸凹模固定板厚度取7mm。其结构分别如下图8和图9：
图7 凸模固定板图
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图8 凸模图
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十四、橡胶垫板的选用
为保证橡胶垫不过早失去弹性而损坏，其允许的最大压缩量不得超过自由高度的45%，一般取h总 = (0.35-0.45) h自由 。橡胶垫的预压缩量一般取自由高度的10%-15%，即h预 = (0.10-0.15) h自由
故工作行程： 即
h工作
h工作 = h总 — h预
= h总 —(0.10-0.15) h自由
由工作行程可计算出橡胶垫高度：
h自由 = h工作／﹙0.25-0.30﹚
式中
h自由 ——橡胶垫自由状态下的高度； h工作 ——所需工作行程。
所以
h自由 = 0.5／0.25
= 2 mm
故选用自由高度高于2 mm的橡胶垫即可。
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十五、小结
通过本次冲压模具的设计，让我对这门课程有了重新的了解。让我学到了不同与课堂的新东西，增加了自己的动手能力。
这次课程设计时间很紧，而且我的设计模具下期需要加工，容不得马虎，否则将会出现连环反应，导致无法加工，或者加工产品不符合要求，达不到理想的效果。因此，从一开始，我就在认真设计，但是遇到了很多问题。
刚开始是草图的绘制，是最难的一部，也是关键环节。由于对冷冲压模具认识比较浅，在绘制草图时，不知道怎么对凸凹模进行定位，以及凸凹模与凹模需用线切割加工，没有做成直壁的形式，还有就是模架比较小，零件尺寸安排比较紧张，画了三次草图，整整花了四天的时间才勉强符合设计及加工要求，耗费了大量的时间。接着就是CAD图的绘制，由于模架比较小，零件相应也就比较小，而设计要求一张A0的图纸量，因此需要绘制的零件图就比较多，整整绘制了十三个零件。最后就是说明书的打印，由于对word不熟练，许多公式不会输入，消耗了很多时间。
虽然我设计的模具不一定好，下期加工业不一定能符合要求，但是，我觉得通过不断努力，我从这次模具课程设计中，学到许多东西。对冷冲压模具有了更深一步的认识，也大致了解冷冲压模具的设计过程。如若今后从事模具设计，将会有莫大的帮助。
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参考文献
[1] 王芳. 冷冲压模具设计指导. 北京：机械工业出版社，2009.
[2] 周本凯. 冷冲压模具优化设计与典型案例. 北京：机械工业出版社，2010. [3] 宇海英，刘占军. 冲压工艺与模具设计. 北京：电子工业出版社，2011. [4] 周本凯. 冷冲压模具制造技术. 北京：化学工业出版社，2011. [5] 马朝兴. 冲压模具设计手册. 北京：化学工业出版社，2009.
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[7] 周开勤. 机械零件手册. 北京：高等教育出版社，2010. [8] 裘文言，瞿元赏. 机械制图. 北京：高等教育出版社，2009. [9] 周本凯. 冷冲压模具设计精要. 北京：化学工业出版社，2009.
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