两次正拉深模设计

摘 要

摘要：本论文通过拉深工件的正确分析，设计了一副两次正拉深模。本设计详细叙述了

模具成型零件包括凸模，凹模及其他零件如压边圈、上模座、下模座等的设计与加工工艺过程，并对相关参数进行了必要的计算。主要的模具的设计部分作了详细介绍。

关键词： 凹模 凸模 拉深模

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Abstract:: In this paper, drawing the workpiece through the correct analysis, design of the two is a drawing die. Described in detail the design of molding die parts including punch, die and other components, such as blank holder, the mold base, mold base, such as under the Design and Manufacture of process, and the relevant parameters for the necessary calculations. The main part of the mold design detail.

Key words:

matrix punch daawing dies

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目 录

1.引言...................................................................5 2.对拉深件的参数分析.....................................................6 2.1拉深件的工艺分析....................................................6 2.2拉深工艺方案的确定..................................................6 2.3旋转体拉深毛坯尺寸的计算原则........................................7 2.4压力中心的计算......................................................7 3.第一次拉深时模具的部分工作参数..........................................8 3.1拉深凸模尺寸的确定..................................................8 3.2凸模、凹模圆角半径的确定............................................9 3.3凸模、凹模之间间隙的确定............................................9 3.4凸模、凹模工作部分尺寸的确定.......................................10 3.5压边力、拉深力的计算...............................................11 4.第二次拉深时模具的部分工作参数.........................................13 4.1拉深凸模尺寸的确定.................................................13 4.2底角顶件块高度的确定...............................................13 4.3凸模、凹模工作部分尺寸的确定.......................................15 4.4拉深力的计算.......................................................17 4.5拉深压力机的选用...................................................17 5.模具其他零件的设计....................................................18 5.1模具的组成.........................................................18 5.2模具的特点.........................................................18 5.3弹性元件的选择.....................................................18 5.4定位方式的选择.....................................................18 5.5固定板的设计.......................................................18 5.6拉深模闭合高度的设计和计算.........................................19 5.7模具的固定与连接零件...............................................19 5.8拉深模在压力机上的安装.............................................19 5.9模具总体结构草图...................................................19 6.拉深工艺的辅助工序.....................................................20 6.1润滑................................................................20 6.2热处理..............................................................21 6.3酸洗................................................................21 7.心得与体会.............................................................22 8.参考文献...............................................................23

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1.引言

随着我国经济的发展，模具对于现代工业来说是十分重要的，尤其是冲压技术的应用。在国民经济各部门中，几乎都有冲压加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与认民的生活息息相关。

冲压工艺与冲压设备正在不断地发展，特别是精密冲压。高速冲压、多工位自动冲压以及液压成形、超塑性冲压等各种冲压工艺的迅速发展，把冲压技术水平提高到了一个新高度新型模具材料的采用和钢结合金、硬质合金模具的推广，把各种表面处理技术的发展，冲压设备和模具结构的改善及精度的提高，显著的延长了模具的寿命和扩大了冲压加工的的工艺范围。

模具是制造业的重要工艺基础。由于在国外，特别是工业发达国家，起步早，底子厚，科研水平发达，生产能力强，处于成熟稳定的发展状态。在我国，虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，我国除了引进国外的先进技术外，自主研发与制造能力也在突飞猛进地发展，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业，乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速。

随着近代工业的发展，对冲压提出了越来越高的要求，因而也促进了冲压技术的发展。冲模是实现冲压生产的基本条件，在冲模的设计和制造上，目前正朝着以下两个方面发展：一方面，为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代化生产的需要，冲模正向高效率、高精度、高寿命、自动化方向发展。另一方面，为了产品更新换代和试制或小批量生产的需要，锌基合金模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造工艺也得到迅速发展。

由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在机械、汽车、轻工、国防、电机电器、家用电器，以及日常生活用品等行业应用非常广泛，占有十分重要的地位。

应用信息技术将先进的设计理论、方法与制造技术加以系统的集成创新，是全面推动中国由模具制造大国走向模具制造强国的重要措施。实现模具设计、制造信息化与智能化，是21世纪中国模具制造业光荣而艰巨的任务。

本次设计的是拉深件，拉深件形状应尽量简单、对称。轴对称零件在圆周方向上的变形是均匀的，模具加工也容易，其工艺性最好。其他形状的拉深件，应尽量避免急剧的轮廓变化。

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2.对拉深件的参数分析

2.1拉深件的工艺分析

该工件是类圆筒型件，共进行两次拉深。材料是08F，属于低碳钢，强度和硬度低，塑性和韧性好。08F也属于沸腾钢，成本低，用于制造冲压件和焊接件，该工件厚度较薄（0.4mm）。本次设计第一次将毛坯拉深成不带凸缘的圆筒形件，第二次拉深成带凸缘的圆筒形件，底部被顶件块顶成一个小梯形槽（该工件左右对称）。本设计工件的尺寸精度取IT13。

2.2拉深工艺方案的确定

此工件是一般的拉深件，属于典型的圆筒形拉深。由于工件不需要落料，故只需设

计拉深工序即可。

（1） 此拉深模可采用两种方案 方案一：采用无压边圈的简单拉深模 方案二：采用有压边圈的简单拉深模

（2） 分析论证

压边圈是主要在拉深模或成形模中，为了调节材料流动的阻力，防止起皱而压紧毛坯边缘的零件。当拉深较薄的板料时，毛坯的边缘会出现轻微的起皱现象，故采用有压边圈的拉深模符合要求，选择方案二。 （3） 压边圈的种类及其选择 压边圈主要有两种类型：刚性压边圈和弹性压边圈。刚性压边圈的适用范围有限，而弹性压边圈适应性很强，可用于落料拉深模等复合模。对于曲面形零件和大型覆盖件的拉深，需要较大的压边力。多采用带拉深筋的压边圈，以增加毛坯进入凹模的阻力，其防皱效果明显。对于许多中、小型零件的拉深，压边圈还起卸料作用，因此，压边圈与凸模的间隙不能太大。根据材料厚度不同，一般压边圈与凸模的单面间隙在

0.20.5mm0.20.5mm范围内。拉深薄材料时，间隙取小值，反之取大值。

本设计选择使用弹性压边圈，材料选用45。 以下是安装示意草图：

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2.3旋转体拉深毛坯尺寸的计算原则

（1）以工件最后一次拉深后的尺寸为计算基础；

（2）按体积不变条件，对于不变薄拉深，拉深件与毛坯表面积相等；

（3）当板料厚度t1mm时，按工件中线尺寸计算；当t<1mm可按内形或外形尺寸计算； （4）计算毛坯尺寸时要加上修边余量。

2.4压力中心的计算

模具的压力中心应该通过压力机滑块的中心线。对于有模柄的冲模来说，须使压力中心通过模柄的中心线，否则，冲压时滑块就会承受偏心载荷，导致滑块导轨和模具导向部分不正常的磨损，还会使合理间隙得不到保证，从而影响工件质量和降低模具寿命甚至损坏模具。在实际生产中，可能出现冲模压力中心在冲压过程中发生变化的情况，或者由于冲件的形状特殊，从模具机构考虑，不宜于使压力中心与模柄中心相重合的情况，这时应注意使压力中心的偏离不致超出所选用压力机允许的范围。

根据工件图形分析可知，工件轴是对称图形。故压力中心即为几何体的重心位置，

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且此重心位置在对称轴上。

选定坐标轴X轴和Y轴，将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度和线段的重心位置，然后按以下公式计算压力中心坐标 (x0，y0)。

x0l1x1l2x2...lnxn

l1l2...lnl1y1l2y2...lnyn

l1l2...lny0经计算 x00，y0.36。

3.第一次拉深时模具的部分工作参数

3.1拉深凸模尺寸的确定

底部有圆角的筒形件第一次拉深：h10.25(D0k1d1)0.43式中 D0—毛坯直径（mm）

r1(d10.32r1) d1 d1—第一工序拉深的工件直径(mm) k1—第一拉深工序的拉深程度（k11，m1为第一次拉深系数） m1m1d11580.583 D02712716158)0.43(1580.326)79.3mm 158158t0.41000.148 工件的相对厚度100D271h79.30.502 工件的相对高度d158查表4-4得第一次拉深无凸缘圆筒形拉深件的修边余量3

代入数据得h10.25(271凸模直径d1m1D00.583271158mm

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考虑到毛坯有厚度，故凸模的实际高度h实h1t79.30.479.7mm

3.2凸模、凹模圆角半径的确定

拉深凹模的圆角半径可按经验公式确定：r凹0.8(Dd)t 式中r凹—凹模圆角半径（mm） D—毛坯直径(mm) d—凹模内径(mm)

t—材料厚度(mm)

凹模圆角半径也可查表4-43来确定 用后者方法查表得 r凹9mm 拉深凸模的圆角半径根据下述规定来取：

① 除最后一次拉深工序外，其他所有歌词拉深工序中，凸模圆角半径r凸可取与凹模圆角半径相等或略小的数值：r凸(0.61)r凹

② 在最后一次拉深工序中，凸模圆角半径应与工件的圆角半径相等。但对于厚度小于6mm的材料，其数值不得小于(23)t；对于厚度大于6mm的材料，其厚度不得小于

(1.52)t。

③ 如果工件要求的圆角半径很小，则在最后一次拉深工序以后，须进行整形。 但根据设计要求，第一次拉深后的筒形件底角半径为6mm，故 r凸6mm 验证：

r凸60.667(0.61) r凹9故模具的选择符合要求。

3.3凸模、凹模之间间隙的确定

① 拉深的凸模及凹模的单边间隙：cd凹d凸 2② 间隙值应合理选取，否则，c过小会增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表

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面，和降低模具寿命；c过大，又易使拉深起皱，且影响工件精度。

③ 在确定间隙时，须考虑到毛坯在拉深中外缘的变厚现象，材料厚度偏差及拉深件的精度要求。

查表4-46，有压边圈拉深时单边间隙值：c(11.1)t，由于材料厚度较薄，故单边间隙值取大值： c1.1t1.10.40.44mm

3.4凸模、凹模工作部分尺寸的确定

拉深模工作部分尺寸计算公式： D凹(d0.42c)凹（尺寸标注在内径的拉深件） d凸(d0.4)凸 （尺寸标注在内径的拉深件） 上式中D凹—凹模尺寸 d凸—凸模尺寸

d—拉深件内形的基本尺寸 c—凸、凹模的单边间隙 凹—凹模的制造公差 凸—凸模的制造公差 查表4-48， 凹0.04，凸0.02

0.63 查表公差配合、形状与位置、公差和表面粗糙度，尺寸精度为IT13，d=158mm时，

D凹(1580.40.6320.44)0.04159.1320.04mm d凸(1580.40.63)0.02158.2520.02mm

首次拉深后的工件图：

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3.5压边力、拉深力的计算

压边圈的压力必须适当，如果过大，就要增加拉深力，因而会使工件拉裂，而压边

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圈的压力过低就会使工件的边壁或凸缘起皱。

筒形件第一次拉深(用平毛坯)压边力的计算公式：F式中p—单位压边力 D—平毛坯直径 d1—拉深件直径 r凹—凹模圆角半径

查表4-53，在双动压床上拉深时单位压边力的数值p取3/MPa。

4拉深力的计算：在确定拉深件所需的压力机吨位时，必须先求得拉深力。如果给定F压22(D(d2r)p 1凹422271158293100005.075N

了毛坯的材质，直径D和板料厚度t，拉深模的直径d以及凹模的圆角半径r凹，等则在拉深圆筒件时，其最大拉深力可以按下式计算：Fmax3(bs)(Ddr凹)t 式中 Fmax—拉深力（N）

b—材料的抗拉强度（Mpa） s—材料的屈服极限（Mpa） d—拉深凹模直径（mm）

查表得08F得b295MPa，s175MPa。

代入得Fmax3(295175)(271159.1329)0.458017.552N 查表4-54带宽凸缘的筒形零件的拉深力FdtbK1 式中F—拉深力（N）

d—筒形件的工序直径，根据料厚中线计算（mm） t—材料厚度（mm）

K1—宽凸缘筒形件拉深时的系数值 b—材料的抗拉强度（MPa） 查表4-57得K1取0.95

拉深力F3.14(1580.4)0.42950.9555755.85N

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4.第二次拉深时模具的部分工作参数

4.1拉深凸模尺寸的确定

凸缘的相对直径

d凸1201.25 d96查表有凸缘圆筒形拉深件的修边余量4.3

凹模、凸模圆角半径的确定：由于第二次拉深后工件的凸缘半径为3，故凹模的圆角半径r凹3；底角圆角半径为12，故凸模的圆角半径r凸12。 凸模直径d2120mm

考虑到毛坯有厚度，故凸模的实际高度h实h2t1200.4120.4mm

4.2底角顶件块高度的确定

计算法：旋转体零件的毛坯应该是圆形的，其直径按面积相等的原则计算。在进行计算

时，首先应将零件划分成若干个便于计算的部分，分别求出各部分的面积并相

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加，即可得到零件的总面积F。然后根据旋转体零件的总面积，计算出圆形毛坯的的直径。 用公式表达：

D024F 4A4 D0Ai1ni 式中A—拉深件的总面积（含修边余量） D0—拉深件的毛坯直径 Ai—拉深件各组成部分的面积

对工件的分析：由于该工件的毛坯直径已知，把拉深件分成4部分，根据上述公式可以

求得h0

代入各部分尺寸和：

222312083145.24.3145.22120104.3

4422221296812296h2h(962h)271 444 求得：h296.18h90.450 h0.968 取 h1 则顶件块的高度h01mm

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4.3凸模、凹模工作部分尺寸的确定

拉深的凸模及凹模的单边间隙：cd凹d凸 2不用压边圈时F1.33.14(158120)0.429518303.688N（末次拉深取最小值，中间拉深取最大值）

式中tmax—材料厚度的最大极限尺寸，tmax为mm 查表得tmax0.42mm

由于本次拉深是最后一次拉深，故取最小的系数1，则单边间隙c10.420.42mm 拉深模工作部分尺寸计算公式： D凹(d0.42c)凹（尺寸标注在内径的拉深件） d凸(d0.4)凸 （尺寸标注在内径的拉深件）

0.54 查表公差配合、形状与位置、公差和表面粗糙度，尺寸精度为IT13，d=120mm时，

查表4-48， 凹0.04，凸0.02

D凹(1200.40.5420.42)0.04121.0560.04 D凸(1200.40.54)0.02120.2160.02

第二次拉深后的工件图：

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4.4拉深力的计算

由于第二次拉深没有使用压边圈，故压边力F压0 不用压边圈拉深圆筒形零件所需的拉深力： ①首次拉深：F1.25(D0d1)tb

②以后各次拉深：F1.3(di1di)tb(i2,3,……,n) 式中F—拉深力（N）

t—毛坯厚度（mm）

b—材料抗拉强度（MPa）

拉深力F1.33.14(158120)0.429518303.688N

4.5拉深压力机的选用

拉深工序的工作行程较长。对于曲柄压力机来说，不管工作行程有多长，拉深力都

必须处于压力机滑块的许用符合曲线之内。对于拉深较浅的零件，一般情况下只要实际拉深力不超过压力机的公称压力即可。对于工作行程较长的拉深工序，在实际生产中，一般按总的拉深力小于或等于压力机公称压力的50%—60%来选用。

拉深较浅零件，对压边要求不高时，一般可选用通用型曲柄压力机。在模具设计时采用弹性压边装置。对于拉深零件较深，压边要求较高或大型零件拉深时，应选用专用的双动拉深压力机或带气垫的单动曲柄压力机。 本设计要求压边较高，拉深较深，故采用双动压力机。 对于双动压床，F1＞F拉，F2＞F压 式中，F1—内滑块公称压力 F2—外滑块公称压力 F拉—拉深力 F压—压边力

工艺总压力FF拉F压55755.8518303.688100005.0751740.613N

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根据拉深力的计算选用压力机型号为J23-40。

5.模具其他零件的设计

5.1模具的组成

上模主要有上模座、凸模1、凹模1、压边圈、定位板等组成；下模主要由凹模2、凸模2、顶件块、下模座等零件组成。

5.2模具的特点

该模具结构简单，在压力机上安装、调整方便。压边圈在第一次拉深时候将凹模将与毛坯夹紧，很好的调节了材料流动的阻力，防止了材料的起皱，使工件底部保持平整，有效的防止了工件的滑移。

5.3弹性元件的选择

本设计采用圆柱形螺旋弹簧，选用弹簧的直径为40mm，弹簧的直径为6mm，弹簧的

自由长度为110mm，弹簧的序列号为65号，材料选用65Mn。

5.4定位方式的选择

为了保证模具正常工作和拉深出合格的零件，必须保证坯料或工件对模具处于正确

的相对位置，所以必须定位。

本设计采用毛坯外形定位。

5.5固定板的设计

对于小型的凹、凸模零件，一般通过固定板固定在模座上，为使凹（凸）模固定牢

靠并有良好的垂直度，应使固定板有足够的厚度。

凸模固定板厚度: Hp(11.5)D 凹模固定板厚度:Hd(0.60.8)H0

如果凹（凸）模端面上的单位压力大于模板材料的许用抗压应力，应采用垫板减低模板承受的单位压力。

本设计选用的材料为Q235。

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5.6拉深模闭合高度的设计和计算

拉深模闭合高度是指冲床运行到下死点时到模具工作状态的高度。

经计算，模具闭合高度h380mm。

5.7模具的固定与连接零件

采用固定板将凹模和凸模固定在模座上，固定板与凹模凸模之间采用阶梯固定的形

式。固定板与上模座之间采用圆柱销和内六角螺钉来连接和定位，螺钉的尺寸和圆柱销的尺寸根据被连接的两部分零件厚度来确定。本设计除特殊说明外都使用M8的开槽圆柱头螺钉紧固，采用直径为10mm的圆柱销定位。

5.8拉深模在压力机上的安装

根据拉深模的闭合高度，下模座的平面尺寸及所选压力机的额定压力，确定要安装

的设备，模具安装时，先安装上模，把上模固定好，根据上模的安装位置，调整下模与上模的间隙，间隙调整好后，把下模预紧，经冲床空运行无问题，停机后，把下模紧固好，再进行试模。

5.9模具总体结构草图

本模具装在双动压力机上，一次行程中完成两次正拉深。毛坯放在定位板中，下工

作台携同下模一起上升到压边圈处，将毛坯夹紧，下工作台继续上升，凸模1进入凹模1内进行首次拉深。首次拉深完后，内滑块带动凸模2下行，进入凹模2内，完成第二次拉深。拉深完毕，内滑块上行，下工作台下降，由顶件块将工件从凹模2中顶出。

模具总体结构草图：

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6.1润滑

1. 拉深工艺的辅助工序

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由于材料与模具接触面上总是有摩擦力存在，冲压过程中产生的摩擦对于板料成形不总是有害的，也有有益的一面。例如圆筒形零件在拉深时，压料圈和凹模与板料间的摩擦力Ｆ1、凹模圆角与板料的摩擦力Ｆ2、凹模侧壁与板料间的摩擦力Ｆ3等将增大筒壁传力区的拉应力，并且会刮伤模具和零件的表面，因而对拉深成形不利，应尽量减小；而凸模侧壁和圆角与板料之间的摩擦力Ｆ４和Ｆ5会阻止板料在危险断面处的变薄，因而对拉深成形是有益的，不应减小。

在拉深成形中，需要摩擦力小的部位，除模具表面粗糙度应该小外，还必须润滑，以降低摩擦系数，减小拉应力，提高极限变形程度；而摩擦力对拉深成形是有益的部位，可不润滑，模具表面粗糙度不宜很小。

6.2热处理

为消除加工硬化而进行的热处理方法，对于一般金属材料是退火，对于奥氏体不锈钢、耐热钢则是淬火。

若需要中间热处理或最后消除应力的热处理，应尽量及时进行，以免长期存放造成冲件变形或开裂。

酸洗是为了去除热处理工序件的表面氧化皮及其它污物而采取的工艺措施。

6.3酸洗

酸洗的方法一般是将冲件置于加热的稀酸液中浸蚀，接着在冷水中漂洗，后在弱碱溶液中将残留于冲件上的酸中和，最后在热水中洗涤并经烘干即可。

退火、酸洗是延长生产周期和增加生产成本、产生环境污染的工序，应尽可能加以避免。

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7.心得与体会

经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

很感谢学校和给我这次锻炼的机会，我是认认真真的做完这次毕业设计的，由于水平有限，设计中的错误和不足在所难免，不过在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大的收获，它将使我终身受益。

最后对我的导师段武茂老师和在设计中帮助过我的朋友们表示衷心的感谢！

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8.参考文献

1 王孝培 《实用冲压技术手册》 北京 机械工业出版社

2 翁其金 徐新成 《冲压工艺及冲模设计》 北京 机械工业出版社 3 于用泗 齐民 《机械工程材料》 大连 大连理工大学出版社

4 夏巨谌 李志刚 《中国模具设计大典电子版》 北京 中国机械工程学会 5 陈于萍 周兆元 《互换性与测量技术》 第二版 机械工业出版社 6 简明冷 《简明冷冲压手册》 第三版 机械工业出版社 7 杨明忠 朱家诚 《机械设计》 武汉理工大学出版社 8 曾新志 吕明 《机械设计制造基础》 武汉理工大学出版社

9 谭建荣 张树有 陆国栋 施岳定 《图学基础教程》 高等教育出版社 10 蔡春源 《新编机械设计手册》 辽宁科学技术出版社

11 孙江宏 夏素民等 《Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版 标准教程》

清华大学出版社

12 东南大学 金工教研室编 《金属工艺学实习教材》 第二版 高等教育出版社 13 《机械设计手册》 第二版 高等教育出版社 14 《机械设计出版社》 第三版 高等教育出版社 15 刘鸿文 《材料力学1》 第四版 高等教育出版社 16 刘鸿文 《材料力学2》 第四版 高等教育出版社