ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計
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附件二：
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
趙天星同學(xué)
（專業(yè) / 班級：09 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（4）班
）
現(xiàn)下達(dá)畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書，望能保質(zhì)保量地認(rèn)真按時完成。
1課題名稱
汽車剎車片模具設(shè)計
主要任務(wù)
與
目標(biāo)
1）汽車剎車片成形方案設(shè)計分析汽車剎車片的結(jié)構(gòu)特點、尺寸精度，利用 CAD 和 Pro/E
繪制二維圖、三維圖，最終確定汽車剎車片的工藝成型方案和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計；
2)根據(jù)汽車剎車片的工藝方案，結(jié)合汽車剎車片的公差等級、制
作模具的成本、精度要求和生產(chǎn)效率等因素，確定模具總體結(jié)構(gòu)形式，完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)
計。
3）零件設(shè)計和相關(guān)計算；
目標(biāo)：
得出相關(guān)二維零件圖，裝配圖，三維零件，裝配圖，仿真相關(guān)動畫及相關(guān)分析圖，寫出設(shè)
計論文。
主要內(nèi)容
與基本要
求
主要設(shè)計內(nèi)容有：
1）測繪模型零件，并繪制零件的二維圖和三維造型；
2）用 pro/e 軟件對制件進(jìn)行成形工藝性分析，確定最佳成形工藝方案；
3）沖壓模具設(shè)計，完成三維、二維圖紙；
基本要求：
零件三維造型結(jié)構(gòu)合理，連接位置的形狀和尺寸正確，能夠進(jìn)行裝配，完成注塑模具
的總體結(jié)構(gòu)方案，完成三維、二維裝配圖和零件圖，總計不少于 5 張圖紙；
完成畢業(yè)設(shè)計要求的各種文檔，包括文獻(xiàn)綜述、開題報告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計論文
等。
嚴(yán)格按照進(jìn)度安排，保質(zhì)保量完成所承擔(dān)的任務(wù)；遵守實驗室規(guī)定。
[1] 牟紅霞．模具材料的發(fā)展與動向現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006，4：83—84
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主要參考
資料及文
獻(xiàn)閱讀任
務(wù)
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外文
翻譯任務(wù)
閱讀 10000 字符以上的外文文獻(xiàn)，并至少翻譯 5000 漢字的兩篇外文文獻(xiàn)，若一篇篇幅較長，
則另一篇只需翻譯開頭部分。
計劃進(jìn)度：
起止時間
內(nèi)容
2013.2.1~2013.2.25
前期資料準(zhǔn)備、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯布置。
2013.2.25~2013.3.3
查閱資料(包括外文資料)，撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報告及外文資料翻譯。
2013.3.3~2013.3.8
完成開題報告。開題報告答辯。
2013.3.9~2013.4.5
總體方案設(shè)計，分析計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2013.4.5~2013.4.12
方案設(shè)計，分析計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計，圖紙繪制，撰寫說明書。
2013.4.13~2013.4.18
畢業(yè)設(shè)計中期檢查完成情況及表格與記錄的填寫。
2013.4.18~2013.5.10
完成圖紙繪制，說明書撰寫。提交畢業(yè)設(shè)計（論文）。
2013.5.11~2013.5.18
畢業(yè)設(shè)計（論文）的審閱；評議小組分組審閱。
2013.5.19~2013.5.30
畢業(yè)設(shè)計答辯。
實習(xí)地
點
指導(dǎo)教師
簽 名
年 月 日
系 意
見
系主任簽名：
年 月 日
學(xué)院
蓋章
主管院長簽名：
年 月 日
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
1班 級
機(jī)械與自動控制學(xué)院 09 機(jī)械類（4）班
姓 名
趙天星
課題名稱
汽車剎車片模具設(shè)計
開題報告（包括選題意義、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析，預(yù)
期研究成果、研究工作計劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類不少于 3000 字）
目 錄
1 選題的背景與意義
1.1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢
1.1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.1.4 技術(shù)的發(fā)展方向
2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題
2.1 基本內(nèi)容
2.2 擬解決的主要問題
3 總體研究思路及預(yù)期研究成果
3.1 總體研究思路
3.2 可行性分析
3.3 預(yù)期研究成果
4 研究工作計劃
參考文獻(xiàn)
（開題報告全文附后）
成績：
（從選題、任務(wù)工作量、質(zhì)量預(yù)期、可行性等
幾個方面）
系
主
任
審
答
意
辯
見
答辯組長簽名：
核
意
見
簽名：
年
月
日
年
月
日
汽車剎車片模具設(shè)計
趙天星
機(jī)械與自動控制學(xué)院 09 機(jī)械類（4）班
B09300426
1 選題的背景與意義
汽車剎車片是汽車制動的一個重要零件，對汽車的安全性能和質(zhì)量都有重要
影響，通過對生產(chǎn)實際中鈑金件零部件的設(shè)計，可以掌握工程設(shè)計的一般程序規(guī)
范和方法，培養(yǎng)綜合分析和解決專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨立工作能力，對于
了解掌握沖壓成形技術(shù)和設(shè)計制造沖壓模具有很大的幫助。
目前隨著汽車模具行業(yè)的快速發(fā)展，沖壓成形技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車覆蓋件、
汽車側(cè)圍等方面，同時也被廣泛應(yīng)用于能源、機(jī)械、信息、航空航天、國防工業(yè)
[1]
要方法，與切削加工相比，具有材料利用率高、能耗低、產(chǎn)品性能好、生產(chǎn)效率
高和成本低等顯著特點。所以熟練掌握沖壓成形技術(shù)對于個人以后發(fā)展和從事機(jī)
械制造業(yè)至關(guān)重要，為以后順利的走向工作崗位做準(zhǔn)備。
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1.1 沖壓成形技術(shù)介紹
沖壓，是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生
分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具，是在冷沖
2和日常生活的生產(chǎn)之中。采用模具生產(chǎn)毛坯或產(chǎn)品零件，是材料成型的一種重
壓加工中，將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備，
稱為冷沖壓模具(俗稱冷沖模)。一般冷沖壓的基本工序分為兩大類分離工序：沖
壓工件與板料沿要求的輪廓線相互分離。如切斷、中裁、切舌、切邊、剖切、整
修、精中。成形工序毛坯在不被壞的條件下發(fā)生塑性變形，獲得防需形狀，尺寸
和精度的 30T 方法。如彎曲、卷邊、拉彎、扭彎、拉深、變薄拉深、翻邊、翻孔、
卷緣、脹形、起伏、擴(kuò)口、縮口、縮徑、旋壓、校平整形，冷擠壓、冷鐓、壓花。
沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量
生產(chǎn)成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒有符合要求的沖模，批
量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行,沒有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工
藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能
得出沖壓件。
1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢
沖壓工藝是一種成形加工方法，通常依靠外在壓力和模具對相關(guān)的板料施加
力，使其板料發(fā)生分離或塑性變形，從而實現(xiàn)所需形狀和尺寸的沖壓件的有效獲
取。與其他的機(jī)械、塑性等加工方法比較而言，沖壓加工工藝在其技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)
上具備了諸多的獨特優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
1)沖壓加工工藝的操作便利，易于實現(xiàn)工藝的機(jī)械自動化。由于沖壓加工工藝
的實現(xiàn)是通過沖壓模具、沖壓設(shè)備而完成的，而普通壓力機(jī)每分鐘的行程量可達(dá)
到幾十次，若是高速的壓力機(jī)每分鐘的行程量則可為上百至千次，并且壓力機(jī)的
每次行程都有可能獲取一個沖件，從而使其加工工藝的生產(chǎn)效率得到了大大的提
高。
2)沖壓工藝的質(zhì)量穩(wěn)定，具有良好的互換性。這是因為在進(jìn)行沖壓加工時，沖
壓模具使其沖壓件的形狀尺寸的精度得到了良好的保證，沖壓件的表面質(zhì)量通常
都會受到較好的保護(hù)，再加之所使用的沖壓模具的使用壽命較長，從而使得同一
沖壓模具制成的沖壓件具有一模一樣的特點。
3)小到秒表大到汽車覆蓋，沖壓加工工藝可加工出形狀復(fù)雜、尺寸跨度大的零
件，再加上板料在沖壓加工工藝過程中的冷變形硬化效應(yīng)，使其所得沖壓件的剛
強(qiáng)度較高。
4)沖壓加工工藝是一種省料、節(jié)能的加工方法，在其沖壓加工過程中幾乎沒有
碎料的產(chǎn)生，使得材料的利用率較高，并且在此過程中無需外來其他的加熱設(shè)備，
3
因而所得沖壓件的成本也較低。
由于沖壓加工工藝中所用的模具具有一定的專業(yè)性，沖壓模具是一種制造精
度、技術(shù)要求都較高的技術(shù)密集型產(chǎn)品，而加工成形一個復(fù)雜零件時所需要的模
具也較多，因此， 沖壓工藝的優(yōu)越性只有在沖壓件大量生產(chǎn)的情況下也會得到
充分的體現(xiàn)，其所獲取的經(jīng)濟(jì)效益也會隨之體現(xiàn)的更為突出。
1.1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識
到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基
礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)
志。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影
響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了
新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小
批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可
減少沖壓生產(chǎn)；隹備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓
技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。模具制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品
“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務(wù)。為滿足這一要求，
模具制造沖壓成型技術(shù)的發(fā)展趨勢 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)展，
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格
低”的要求服務(wù)。沖壓成型技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化。注重產(chǎn)品制造
全過程，最大程度的實現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化，優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成型環(huán)節(jié)向
產(chǎn)品制造全過程及生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展，汽車模具行業(yè)的發(fā)展，沖壓成型工藝
在汽車覆蓋件、側(cè)圍等方面應(yīng)用越來越多。隨著模具 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展，
作為改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，模具 CAD/CAM 技術(shù)將會越來越多的應(yīng)用
于沖壓成型工藝。
1.1.4 技術(shù)的發(fā)展方向
沖壓模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)
沖壓模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)是國際公認(rèn)的提高模具整體水平的有效手段。該
技術(shù)包括模具優(yōu)化設(shè)計與CAD／CAM／CAE一體化技術(shù)，尤其是三維技術(shù)和計算機(jī)
4
仿真模擬分析技術(shù)、模具模塊化、集成化、協(xié)同化設(shè)計技術(shù)；模具企業(yè)ERP、PDM、
PLM 、MES等信息化管理技術(shù)；快速成型與快速制模技術(shù)：虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及公共
服務(wù)平臺的建立等。
沖壓模具大型化和精密化制造技術(shù)沖壓模具大型化和精密化一直是模具的重
要發(fā)展趨勢。該技術(shù)包括汽車大型覆蓋件模具生產(chǎn)技術(shù)；汽車零部件大型多工位
級進(jìn)模生產(chǎn)技術(shù)；高強(qiáng)度板及不等厚焊接板冷沖模生產(chǎn)技術(shù)；高強(qiáng)度板熱壓成形
及模具生產(chǎn)技術(shù)；厚板精沖模具生產(chǎn)技術(shù)等。
沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件制造技術(shù)模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具的重要組成部分，是模具基礎(chǔ)。模
具標(biāo)準(zhǔn)化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標(biāo)志。該技術(shù)包括：球鎖式
快換凸模及固定板、固體潤滑導(dǎo)板和導(dǎo)套、斜楔機(jī)構(gòu)及其零部件，氨氣主彈簧等
技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能優(yōu)異、質(zhì)量上乘、更換便捷的具有個性化的產(chǎn)品。
2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題
2.1 基本內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計中主要完成的內(nèi)容包括：
1）汽車剎車片成形方案設(shè)計；
分析汽車剎車片的結(jié)構(gòu)特點、尺寸精度，利用 CAD 和 Pro/E 繪制二維圖、三
維圖，最終確定汽車剎車片的工藝成型方案。
2）模具結(jié)構(gòu)設(shè)計；
根據(jù)汽車剎車片的工藝方案，結(jié)合汽車剎車片的公差等級、制作模具的成本、
精度要求和生產(chǎn)效率等因素，確定模具總體結(jié)構(gòu)形式，完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3）零件設(shè)計和相關(guān)計算；
2.2 擬解決的主要問題
1) 汽車剎車片尺寸結(jié)構(gòu)的解決分析
2)汽車剎車片模具的設(shè)計
3)該模具的制作剎車片工藝過程過程
2.3 解決方案
1）根據(jù)已知的剎車片背板的圖紙，仔細(xì)研究剎車片的工作原理，配合公差尺寸
等，設(shè)計出相對應(yīng)的剎車片，確定相應(yīng)的尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn)。
5
2）畫出摩擦片的三維圖并加以修正。
3）根據(jù)所確定的剎車片模具的尺寸。
4）確定模具所用的材料為常用的模具鋼，使用的模具為壓制模。
5）設(shè)計出剎車片模具的三維圖。
6）對所設(shè)計的模具進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核與計算。
3 總體研究思路及預(yù)期研究成果
本畢業(yè)設(shè)計擬采用理論分析與三維建模與仿真實驗的方法，在前人的基礎(chǔ)
上，通過三維 Pro/E 環(huán)境完成汽車剎車片的三維成型，并對其進(jìn)行初步的沖壓模
具設(shè)計。
3.1 總體研究思路
3.1.1 成形方法的選用
根基零件的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求，選擇使用沖壓模，考慮到人工成本、生產(chǎn)效
率等因素，可以選用壓制模。
3.1.2 設(shè)計的思路及步驟
1)設(shè)計沖壓件。拉深毛坯展開計算：為了減少鈑金件變形程度及方便定位，
應(yīng)根據(jù)汽車剎車片的形狀及尺寸，選用與汽車剎車片毛坯展開后相同的尺寸，其
具體數(shù)據(jù)可通過軟件計算得到。
2)確定毛坯形狀及兩孔尺寸距離。毛坯形狀及尺寸對沖壓件的充填性能和模
具壽命影響很大。根據(jù)汽車剎車片的形狀特點，計算孔間距離和汽車剎車片的外
形尺寸。
3)驗算許可變形程度。沖壓變形時，必須要進(jìn)行材料的許可變形程度，否則，
將得到破碎外形的制件。同時，根據(jù)汽車剎車片外形對板材的沖壓次數(shù)進(jìn)行預(yù)算。
4)計算沖壓變形力。沖壓的變形力是設(shè)計模具的基礎(chǔ)，選擇設(shè)備的依據(jù)，并
可借以衡量擠壓變形的難易程度，分別對所許拉深力和沖裁力以及相關(guān)的其它力
進(jìn)行計算。在考慮應(yīng)變力的情況下，同時要考慮半成品件的回彈變形，因此要對
沖壓變形力進(jìn)行綜合考慮。
5)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)汽車剎車片的形狀、尺寸及加工工藝的要求，設(shè)計出
完成其相關(guān)功能的模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上選用的成型方法，要設(shè)計級進(jìn)模具結(jié)構(gòu)來
完成其主要功能，這需要借助軟件對其模具進(jìn)行實體造型。
6
6)對設(shè)計出來的模具的經(jīng)濟(jì)和使用性進(jìn)行分析探討，考慮其可否用于工業(yè)生
產(chǎn)。
3.2 可行性分析
汽車剎車片是 汽車制動中的一個重要零件，對汽車安全性、質(zhì)量都有重要
影響，是使用沖壓模具加工生產(chǎn)出的一種零件。經(jīng)過國內(nèi)外的研究與發(fā)展，沖壓
成形技術(shù)取得很大的進(jìn)展且日漸成熟，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、
航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計論
文進(jìn)行汽車剎車片模具設(shè)計，在基本原理上是可行的。
指導(dǎo)老師曾教學(xué)我們沖壓成形工藝，并在沖壓成形技術(shù)相關(guān)研究方面具有很
多成功的經(jīng)驗，本設(shè)計的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮，切實可行，能夠確保畢業(yè)
設(shè)計的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。
3.3 預(yù)期研究成果
設(shè)計出汽車剎車片的沖壓模具，完成三維建模。通過 pro/E 鈑金件設(shè)計分析，
保證設(shè)計能較好的滿足設(shè)計要求。
4 研究工作計劃
參考文獻(xiàn)
7
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9
1班 級
09 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（4）班
姓 名
趙天星
課題名稱
汽車摩擦片模具設(shè)計
目錄
1.前言
2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力
3.覆蓋件模具設(shè)計及技術(shù)
3．1 軟件環(huán)境
3．2 修正回彈的對策
3．3 新斜楔機(jī)構(gòu)在外覆蓋件模具上的應(yīng)用
3..4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)
4.總結(jié)
參考文獻(xiàn)
指導(dǎo)教師
審批意見
簽名：
年
月
日
汽車摩擦片沖壓模具設(shè)計
趙天星
(機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 09(4)班 B09300426)
1.前言
近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛，2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛的基
礎(chǔ)上，2003 年則向 200 萬輛大關(guān)邁進(jìn)，達(dá)到了 197 萬輛。然而，在轎車熱迅速升溫
的同時，不得不尷尬地面對這樣的現(xiàn)實——市場上熱銷的絕大多數(shù)車型是直接從國
外引進(jìn)的。由手國內(nèi)轎車覆蓋件模具設(shè)計制造能力從總體上看還比較薄弱，為了生
產(chǎn)這些車型，各大汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外大汽
車公司相比，由于生產(chǎn)規(guī)模比較小，這就造成單車均攤的模具成本遠(yuǎn)高于國外車，
這也是造成國產(chǎn)車整車制造成本居高不下的主要原因之一[1]。
2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力
國內(nèi)主要的轎車模具制造商有：一汽模具制造有限公司、東風(fēng)汽車模具廠、天
津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海
千緣汽車車身模具有限公司等等。作為國內(nèi)最大轎車生產(chǎn)銷售商——上海大眾汽車
有限公司，也有自己的模具設(shè)計制造部門(TMM部)。目前，雖然國內(nèi)模具商在轎車內(nèi)
覆蓋件模具設(shè)計制造方面已小有能力，并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項目，但對
于有很高型面精度和表面質(zhì)量要求的外覆蓋件，特別是中高檔轎車的外覆蓋件，整
車廠很少會將這類模具交由國內(nèi)開發(fā)。
上海大眾汽車有限公司為了降低整車生產(chǎn)成本，同時也為了提高公司的核心
技術(shù)能力，從2001年開始，涉足轎車沖壓模具設(shè)計制造領(lǐng)域。2001年～2002年完成
2
了POL0轎車在手動壓機(jī)線上生產(chǎn)的10只簡單零件的模具，通過了公司質(zhì)保部門驗收
并投產(chǎn)。2002年開始向大型化、復(fù)雜化、自動化發(fā)展，設(shè)計制造了6000kN自動線上
生產(chǎn)的POLO轎車備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復(fù)雜)。2003年，
為進(jìn)一步提高模具設(shè)計制造的能力和水平， 他們涉足20000kN多工位壓力機(jī)和
10000kN自動線生產(chǎn)使用的模具設(shè)計。過去上海大眾在20000kN多工位壓力機(jī)上使用
的模具，全部需進(jìn)口，國內(nèi)模具商還沒有能力設(shè)計制造這樣的模具。為此，他們選
擇了POLO轎車中柱內(nèi)板的模具進(jìn)行設(shè)計。10000kN多工位壓力機(jī)是世界上最先進(jìn)的壓
力機(jī)之一，集成化自動化程度非常高，當(dāng)然這對模具設(shè)計的要求也相應(yīng)地提高。零
件的送料高度、步距、機(jī)械手的位置有嚴(yán)格的要求，還要保證機(jī)械手在運動過程中
與模具無干涉，這樣給予模具設(shè)計的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后，他們
最終完成了整套模具的設(shè)計。另外，他們還完成了PoLo轎車在10000kN自動線上生產(chǎn)
的后輪罩的模具設(shè)計，在去年的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。這些工作的順利完成，標(biāo)志著上
海大眾模具設(shè)計能力已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，從而為今后上海大眾汽車模具國產(chǎn)
化 打 下 了 堅 實 的 基 礎(chǔ) 。 盡 管 如 此 ， 與 國 際 先 進(jìn) 水 平 比 較 ，
圖1 內(nèi)板模具裝配示意圖
仍有較大差距，比如在轎車外覆蓋件具設(shè)計方面還是空白。 POLO轎車中柱內(nèi)板模
具裝配示意圖(a)上模裝配示意圖(b)下模裝配示意圖在轎車沖模中，難度最大的是外
覆蓋件模具設(shè)計，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：
（1)克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的
3
主要缺陷。
由于轎車外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低，一般不易拉裂，
因而回彈就成為該類零件制造過程中的主要問題，它將嚴(yán)重影響零件間的相互配合
關(guān)系。有限元模擬軟件在沖壓模具設(shè)計中得到普遍應(yīng)用，已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測
破裂和起皺，從而有助于設(shè)計合適的工藝補(bǔ)充面來改善拉深過程中材料的流動狀況，
提高零件的成形性。然而，迄今為止，大多數(shù)有限元軟件還不能精確地預(yù)測沖壓件
從模具當(dāng)中取出后的回彈變形。因此，對外覆蓋件回彈問題的處理，主要還是依靠
經(jīng)驗來修改模具型面，使沖壓件過正成形，來抵消由于回彈導(dǎo)致的變形[2]。
(2)沖壓件的取件
由于外覆蓋件(如前蓋外板、車頂、翼子板)都需進(jìn)行復(fù)雜的翻邊整形或預(yù)卷邊
工藝，這就使得在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮沖壓件成形后的取件問題，目前，大
都依靠復(fù)雜的多斜楔機(jī)構(gòu)聯(lián)動來實現(xiàn)模具工作部分對零件讓位，以實現(xiàn)方便取件，
由此造成整個模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜[3]。
3.覆蓋件模具設(shè)計及技術(shù)
目前，國外大汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本，縮短生產(chǎn)周期，將除
轎車外覆蓋件之外的大部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司 (如Fontana
Pietro、Kuka、Laepple、Schuler Cartec、Ogi—hala、Fuji Techniaca等等)設(shè)計
和制造，這些公司都有很強(qiáng)的開發(fā)能力，并在某些零件的模具制造方面擁有獨到的
優(yōu)勢。但作為整車廠，考慮到新車型開發(fā)過程中的保密，對諸如翼子板、行李箱蓋、
車門、側(cè)圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具，則都由自己的模具制造部門來設(shè)計
和制造[4]。
3．1軟件環(huán)境
沖壓模具設(shè)計，除了必要的CAD軟件之外，還大量應(yīng)用了有限元模擬軟件，如
AutoForm、PamStamp、DynaForm、Indeed等，來輔助沖壓工藝設(shè)計。下面，以AutoForm
為例，說明如何利用CAE軟件來設(shè)計拉深I(lǐng)序工藝補(bǔ)充面。AutoForm是一款由瑞士開
發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件，可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等
過程的模擬，配合不同的功能模塊，還可以進(jìn)行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工
序工藝補(bǔ)充面(Addendum)的設(shè)計。轎車沖壓件中，約有2／3可以利用AutoForm的
Diedesigner Module模塊設(shè)計Addendum，該模塊根據(jù)由設(shè)計者指定的或由軟件自動
4
產(chǎn)生的壓邊圈型面，以及工藝補(bǔ)充面的多條截面線(Profile)，能夠快速地生成工藝
補(bǔ)充面，用于拉深工序的模擬，如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進(jìn)行參數(shù)化
式的調(diào)整。這種快速設(shè)計是建立在對Addendum曲面的粗略構(gòu)造上的，即曲面面片本
身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順，盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面
的機(jī)械加工，但是對于模擬精度的影響卻不是很大。根據(jù)模擬結(jié)果，設(shè)計者可以很
方便地對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，直到模擬結(jié)果滿足設(shè)計要求。最后，將壓邊圈、
Addendum曲面和Profile以中性數(shù)據(jù)格式IGS或VDA輸出，在CAD軟件中進(jìn)行曲面重構(gòu)，
并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模，就能夠得到機(jī)加工可以使用的拉深工序模具數(shù)模[5]。
圖2 AutoForm設(shè)計工藝補(bǔ)充面示意
沖壓工藝傳統(tǒng)設(shè)計方法：首先，在經(jīng)驗基礎(chǔ)上，利用CAD設(shè)計工藝補(bǔ)充面；其次，
將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進(jìn)行拉深過程模擬；根據(jù)模擬結(jié)果，在CAD中對
工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，并將新的CAD數(shù)模傳遞給CAE，開始新的模擬，直到滿足要求
為止。這是一個從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復(fù)的過程。由于每次在CAD中構(gòu)造曲
5
面都遠(yuǎn)較在AutoForm中復(fù)雜，因此，整個過程所花費的時間就多得多。而新方法在
沖壓工藝設(shè)計初期，就用Diedesigner Module在AutoForm軟件中設(shè)計并調(diào)整拉深工
藝補(bǔ)充面，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，就能夠大大提高設(shè)計效率[6]。
由于AutoForm是一款快速模擬軟件，為了在較短的時間內(nèi)對復(fù)雜沖壓件的成
形過程進(jìn)行評價，采用了膜單元來離散幾何模型，必然要降低模擬精度，因此，有
些汽車公司在模具設(shè)計開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件，如德國大眾就采用
了Indeed軟件，對拉深工序進(jìn)行再次模擬(Indeed軟件的計算是基于帶厚度的殼單元
的，能夠得到更為準(zhǔn)確的計算結(jié)果，但是其計算所花費的時間通常是AutoForm的幾
到十幾倍，該軟件比較適用于最終驗證 [7]，所有拉深工藝必須通過Indeed模擬并驗
證為是可行的，才可用于模具設(shè)計。
模具設(shè)計完備，應(yīng)通過圖紙結(jié)合泡沫模型進(jìn)行驗收(圖3)，各道工序用不同顏
色的線條標(biāo)記在泡沫模型上，這樣做直觀而清晰。還應(yīng)組織包括工藝設(shè)計者、項目
規(guī)劃員、模具調(diào)試人員、模具操作者等相關(guān)人員進(jìn)行討論驗收。對于在沖壓工藝上
難以解決的成形問題，還應(yīng)邀請產(chǎn)品開發(fā)人員一同討論，尋求對產(chǎn)品進(jìn)行更改設(shè)計
的n-I能性[8]。
圖 3 沖壓工藝泡沫模型
3．2 修正回彈的對策
由前已知，回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題，現(xiàn)以前蓋外板為例，
對此進(jìn)行詳細(xì)分析。
通常外覆蓋件的回彈有以下兩類：
6
①大片平坦曲面由彈性回復(fù)造成的拱起或塌陷，如圖 4 中 C 部放大所示，虛線
表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題，工藝設(shè)計時通常不加以考
慮，工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來自于產(chǎn)品開發(fā)部門的數(shù)據(jù)相一致，并用于
模具制造。待試模之后，將試件與檢具進(jìn)行對比測量，根據(jù)偏差對拉深模型面進(jìn)行
修正。如果設(shè)計人員對于這類問題的控制擁有非常豐富經(jīng)驗的話，也可以事先估計
出曲面彈性回復(fù)的方向以及偏移量，并將其反向疊加到產(chǎn)品數(shù)模上去，求得考慮回
彈變形的拉深工藝曲面，這個計算過程需要由專門的計算機(jī)軟件來完成，在德國大
眾，采用的是 ICEM。
②翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉(zhuǎn)
圖 4 平坦曲面由彈性示意圖
角變化，如圖 4 中 B 部放大所示。對于這類問題，該處除拉深和剪邊外，還包括翻
邊和斜楔整形，整形工藝需過正成形 2°——3°，以抵消彎曲回彈。該工藝由工藝
設(shè)計完成，并體現(xiàn)在工藝方案的數(shù)模中[9]。
3.3 新斜楔機(jī)構(gòu)在外覆蓋件模具上的應(yīng)用
目前，新車型的很多外覆蓋件，如翼子板前蓋外板、車頂?shù)鹊姆呎喂ば?
中，采用了一種稱之為“旋轉(zhuǎn)斜楔”的新工藝[16]。其工作原理為旋轉(zhuǎn)進(jìn)程。斜楔上
的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域，當(dāng)整形過程完成后，氣缸驅(qū)動的托架推動旋轉(zhuǎn)
斜楔繞滾筒轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到對零件讓位的目的，方便整形后的零件從模具上取出。
7
旋轉(zhuǎn)斜楔的優(yōu)點是：因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順，故零件上無
明顯壓痕；模具結(jié)構(gòu)簡單；維修保養(yǎng)簡便且費用低。
3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)
汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)方法有很多，具體用那種方法要看汽車覆蓋
件沖壓模具的難易程度和制造精度。
3.4.1 快速成型技術(shù)
快速成型技術(shù)是基于離散、堆積成形思想的新型成形技術(shù)，即由三維 CAD 模
型直接驅(qū)動的快速制造復(fù)雜形狀三維物理實體的技術(shù)，這是繼數(shù)字驅(qū)動設(shè)計（CAD）
和數(shù)字驅(qū)動制造（CAM）之后的又一項為制造業(yè)帶來巨大變革的數(shù)字化制造技術(shù)[10]。
快速成型技術(shù)中，三維形體在離散過程中被沿著一至三個方向分解，生成形體的各
個離散面、離散線和離散點，將這些離散體（面、線和點）轉(zhuǎn)換成實體，并將它們
依照原先的順序堆積還原成三維形體的實體形狀[15]。通過離散獲得材料堆積的路徑、
順序和方式，生成一系列二維層面數(shù)據(jù)，再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，加入加工參
數(shù)，生成數(shù)控代碼，在數(shù)控系統(tǒng)控制下將材料逐層“迭加”起來形成三維實體，實
現(xiàn)數(shù)字化成形，構(gòu)成三維物理實體?？焖俪尚渭夹g(shù)的特點有：
（1）高度柔性。不需要傳統(tǒng)的專用工具和生產(chǎn)裝備，而利用信息技術(shù)把生產(chǎn)加
工的重組集成到制造系統(tǒng)中；
（2）各種先進(jìn)技術(shù)的高度集成；
（3）快速性。傳統(tǒng)加工方式開發(fā)一個復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，從設(shè)計、工藝規(guī)劃到加
工完成，可能需要幾天、幾個月甚至上年的時間，而采用快速成形技術(shù)，從實體建
模到原型或零件加工完成，可以在幾十小時或幾個小時內(nèi)完成；
（4）自由成形性。因此能夠制造特別復(fù)雜的實體；
（5）材料的廣泛性。不同的工藝可制造樹脂、塑料、紙、石蠟、復(fù)合材料、金
屬材料、陶瓷等原型。采用分層實體制造工藝。分層實體制造將激光用于箔材（主
要是涂敷紙）的切割，逐層粘切完成后，清除被切割的廢料，就獲得了所需要的原
型。該技術(shù)可保證原型件精度；能制造出大型甚至超大型的設(shè)備，得到最大尺寸，
運行費用設(shè)備中為最低。
3.4.2.電磁成型技術(shù)
電磁成型技術(shù)最先起源于美國。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展，電磁
8
成型技術(shù)逐漸發(fā)展成為制造業(yè)中一種新型的金屬塑性加工方法。它是利用瞬間的高
壓脈沖磁場迫使金屬產(chǎn)生塑性變形達(dá)到成型金屬零件的目的。電磁成型加工是一種
高速能的工藝，目前，電磁成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、汽車、儀器
儀表、電子以及玩具等領(lǐng)域[11]，主要是金屬板材的沖孔、壓印或壓花以及管材的脹
形、縮頸、沖孔、翻邊等。電磁成型的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)中的電磁感應(yīng)定律，在電
場周圍會產(chǎn)生變化的磁場，而隨時間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場，所以
當(dāng)有導(dǎo)體處于此電場中時就會產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)。在電磁成形過程中，磁場力是
工件成型的動力。電磁成型是利用脈沖磁場力來使金屬坯料變形的，脈沖磁場力是
由電容器通過工作線圈瞬間放電所產(chǎn)生的。脈沖磁場里是磁場間相互排斥或相互吸
引的作用。
電磁成型加工的工藝特點：非機(jī)械接觸性加工，電磁力是工件變形的動力，它
不同于一般的機(jī)械力，工件變形時施力設(shè)備無需與工件進(jìn)行直接接觸，因此工件表
面無機(jī)械擦痕，也無需添加潤滑劑，工件表面質(zhì)量較好；工件變形源于工件內(nèi)部帶
電粒子受磁場力的作用[14]。因此，工件變形受力均勻，殘余應(yīng)力小，疲勞強(qiáng)度高，
使用壽命長，加工后不影響零件的力學(xué)、物理、化學(xué)性能，也不需要熱處理；施力
元件(線圈)相對壓力機(jī)尺寸小，易在真空和氣保下進(jìn)行，將感應(yīng)加壓一次完成；由
電磁力的控制精度其誤差可在 0.5%以內(nèi)，因此加工精度高；加工效率高、時間短、
成本低，便于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化；電磁成型設(shè)備可實現(xiàn)工件的多步、多點、多工位
成型，有助于實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化；污染較輕，有利于環(huán)境的保護(hù)。電磁成型加工作
為一種新型的金屬塑性加工技術(shù)，不同于傳統(tǒng)的冷鍛、溫鍛和熱鍛等加工方法，它
以其獨特的加工特點展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿12]。
3.4.3.無模多點成形
無模多點成形就是將多點成形技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技
術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過對各基本體運動的實
時控制，自由地構(gòu)造出成形面，實現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對三維曲面扳類件
傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。實現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計、
制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成
本，提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費用，
而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時間，與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量
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好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化變形路徑：通過基本體調(diào)整，實時控制變形曲面，
隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實現(xiàn)難加工材料的塑性
變形，擴(kuò)大加工范圍。實現(xiàn)無回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的
殘余應(yīng)力，并實現(xiàn)少無回彈成形、保證工件的成形精度。小設(shè)備成形大型件：采用
分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過設(shè)備工作臺尺寸數(shù)倍的大型工件。易于實現(xiàn)自
動化：曲面造型、工藝計算。壓力機(jī)控制、工件測試等整個過程全部采用計算機(jī)技
術(shù)，實現(xiàn) cad ／ cam ／ cat 一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動強(qiáng)度小，極大地改善
勞動者作業(yè)環(huán)境[13]。
3.4.4.其它技術(shù)
采用低熔點合金澆鑄，快速制造汽車蓋件試制模具。合金的熔點低至，且凝
固時幾乎沒收縮，是其兩個明顯的特點。提出工藝路線為：根據(jù)模型制造原型，再
將翻制為具有足夠尺寸精度的陶瓷型，對陶瓷型進(jìn)特殊處理后，在接近的溫度下，
澆鑄出低熔點合金汽車覆蓋件拉延模具。此拉延模具以制造件汽車覆蓋件零件，完
全滿足試制模具的需要。主要應(yīng)注意：低熔點合金的設(shè)計；低熔點合金的澆鑄工藝；
低熔點合金模具的試模與調(diào)試。采用等離子噴涂技術(shù)，也可快速制造汽車車身試制
模具。在電弧噴涂研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的主要研究與開發(fā)技術(shù)為采用原型制造汽車
噴涂模具的工裝[8]；紙原型與工藝轉(zhuǎn)化原型的設(shè)計與制造；噴涂工藝參數(shù)的選擇；
噴涂型殼與紙原型的分離；噴涂模具背襯材料的選擇與制備；噴涂模具背襯的制造
及后處理；噴涂模具的試模與調(diào)試。
4.總結(jié)
近年來，通過不懈的努力，國內(nèi)轎車沖壓模具的設(shè)計制造能力取得了顯著的進(jìn)
步。但是，在轎車特別是中高檔轎車外覆蓋件模具的開發(fā)上，我們與國際水平仍有
較大差距。不過，這種差距并非不能縮小，只要我們多加強(qiáng)國際交流，多吸取國外
同行的設(shè)計制造經(jīng)驗，一定能夠加快轎車覆蓋件模具的國產(chǎn)化進(jìn)程。
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