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离合器罩盖冲压工艺与模具设计摘要:本文的课题是汽车离合器罩盖的冲压分析及模具设计。文中简要概述了选题的目的、意义、冲压件国内外现状和模具市场发展趋势,结合罩盖形状复杂的特点,详细地分析了该零件的冲压工艺并提出了合理的新成型生产工序。同时,按照冲压模具设计的一般步骤,对工序进行了分析和改进,设计出了落料拉伸冲孔复合模和斜楔式侧冲孔模两套模具,并对模具结构型式进行了论证设计,通过工艺计算确定了主要零部件的结构,根据模具的安装及工作情况,选定了合适的模架和冲压设备,绘制出了装配图和非标零件图。关键词:离合器罩盖,落料拉伸冲孔复合模,侧向冲孔模IThepunchingprocessanddiedesignofclutchAbstract:Thisissueisthestampingdiedesignandanalysisofautomobileclutchcover.Thispaperbrieflyoutlinedthetopicsofthepurpose,significance,stampingdiesathomeandabroadstatusandmarkettrend,combinedwiththecharacteristicsofthecomplexshape,adetailedanalysisofthestampingprocessofthepartandputforwardanewformingreasonableproductionprocesses.Atthesametime,inaccordancewiththegeneralstepsofthestampingdiedesign,theprocessanalysisandimprovement,designoftheblankingdrawingcompounddiepunchingandwedgesidepunchingdietwosetsofmoulds,andthediestructureweredemonstrateddesign,determinethestructureofthemainpartsthroughtheprocess,accordingtotheinstallationandoperatingdiethesituation,selectthesuitablemouldandstampingequipment,drawingtheassemblyandnon-standardpartsdiagram.Keywords:clutchcover;theblankingdrawingandpiercingcompounddie;lateralChongKongmo目录1.前言.11.1概述.11.2论文研究目的及意义.22工艺方案的制定.32.1冲压件的工艺分析.42.2确定工艺方案.42.2.1计算毛坯尺寸.42.2.2确定排样方式和计算材料利用率.52.2.3工序组合及其方案比较.62.3计算工序冲压力和选择冲压设备.82.4制定工艺卡片.123落料拉深冲孔复合模具结构与设计.143.1模架设计.143.2模柄的选用.143.3模具压力中心的计算.143.4模具刃口尺寸计算.153.5凸模的结构设计.183.5.1落料凸模的设计.183.5.2冲大孔孔凸模的设计.193.5.3冲小孔凸模的设计.203.6凹模的结构设计.223.6.1落料凹模的设计.223.6.2冲孔凹模.233.7弹簧的设计计算.243.8零部件的选用.243.8.1卸料板.243.8.2导向零件的设计.243.8.3定位装置.253.8.4推件装置.253.9模具闭合高度的确定.253.10模具的润滑.263.11确定装配基准.263.12模具的最终结构.264斜楔式侧向冲孔模具结构与设计.284.1模架设计.284.1.1模座的外形尺寸.284.1.2模座的材料.284.2模柄、导柱和导套的选用.284.3模具压力中心的计算.284.4冲孔刃口尺寸的计算.294.5计算工序冲压力和选择冲压设备.294.6冲压设备的选择.304.7冲孔凹模.314.8冲孔凸模.314.9模具的润滑.324.10压料板.334.11模具闭合高度的确定.334.12模具的最终结构.33结论.35参考文献.36致谢.3701.前言1.1概述随着近代工业的发展,各个行业的产品中60至80的零部件都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的优点是其他加工制造方法所无法比拟的。经历了金融危机之后,模具工业呈现新发展特点与趋势,结构调整等方面取得了不少成绩,信息社会经济全球化不断发展进程,模具行业发展趋势主要模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量不断提高,模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。当今世界正进行着新一轮的产业调整一些模具制造逐渐向发展中国家转移,中国正成为世界模具大国。近年来,外资对我国模具行业投入量增大,工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。但与国民经济需求和世界先进水平相比,我国模具差距仍很大,一些大型、精密、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竞争激烈,所以我国一般技术水平的模具消费已经相对饱和。一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竞争力,因此其在国际市场的前景看好。这决定了我国模具行业还是大有可为的。从起步到现在,我国模具工业已经走过了半个多世纪。从20世纪以来,我国就开始重视模具行业的发展,提出政府要支持模具行业的发展。从产品水平上来说,为B级及以下档次轿车及其他乘用车商用车等配套全套汽车模具,为电子行业配套精度达2m,寿命达2亿次以上精密高速多工位级进模,单套模具重量超过100吨巨型模具,长达6米大型多工位级进模具,表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模,大尺寸(300mm)精冲模及中厚板精冲模,导光板模具、光盘模具、生物芯片模具等许多高水平模具己都能生产。1计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用,是模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。目前最为突出的是模具CAD/CAE/CAM。这些技术显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。在这方面,国际上有许多应用成熟的计算机软件,我国不但能消化、应用国外的有关软件,少数单位还能自行开发或正在开发模具CAD/CAE/CAM软件。在一些行业,如汽车行业的主要模具行业,实现了模具CAD/CAE/CAM一体化。尽管其总体水平与国际上的还有差距,但它代表了我国模具技术行业的发展成果与发展方向。为了提高冲压模具的寿命,模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案,提供模具开发与工程服务,全面提高企业水平和模具质量,这更是冲压模具技术发展的重点。经过“十一五”努力,我国模具水平以达到进入亚洲先进水平的行列,再经过两个五年计划,2020年时基本达到国际水平,使我国不但成为模具生产大国,而且进入世界模具生产制造强国之列。1.2论文研究目的及意义背景:汽车工业是国民经济的支柱产业,汽车的更新换代主要取决于车身的开发周期。随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高,对汽车有更大的需求了,人们要求它自重轻,行驶速度高,加速性能好,适用于各种路面上甚至在无路地区行驶。为了满足汽车各种行驶需求,在汽车上要有一套复杂的传动系统。其中离合器作为一个独立的部件而存在,他对汽车性能起着至关重要的作用。所以随着汽车高速发展对离合器的要求也越来越高,因此离合器要在原有的基础上不断的改进和提高,以适应新的使用条件,而离合器盖是离合器上的重要零件,该零件采用冲压加工而成,尺度精确度要求较高。零件原采用单工序模生产,一副模具只完成一道冲压工序。目的:对原离合器罩盖原冲压工艺方案与模具结构进行改进,将落料拉深、冲孔整形等冲压工序整合到一副复合模中,并设计一副可以消除工序件定位误差的斜楔式侧向冲孔模。意义:而离合器盖是离合器上的重要零件,改进后的冲压工艺与模具结构更加2合理,提高了材料利用率和加工效率,降低了模具制造成本,使离合器性能更好对汽车发展起一定作用。2工艺方案的制定图2.1为汽车离合器罩盖的零件的冲压件,材料为spcc钢板,厚度1mm,属于大量生产,要求编制冲压工艺方案。图2.1零件实体图及各部分尺寸32.1冲压件的工艺分析该零件为汽车离合器罩盖,材料较薄。零件外形对称,无尖角、凹陷或其他形状突变,表面不允许有折皱及折痕等缺陷,系典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求,壁部圆角半径r0.5。通过上述工艺分析,可以看出该零件为普通的拉深冲孔件,毛坯料为圆形,先拉深后冲孔,尺寸精度要求不高,主要是轮廓成形和侧向一次性冲孔问题,有属于大量生产,一次可以用冲压方法生产。2.2确定工艺方案2.2.1计算毛坯尺寸工件的主要成形工序有落料、拉深、冲孔,旋转体零件采用圆形毛坯,其直径按面积相等的原则计算(不考虑板料的厚度变化),计算毛坯尺寸时,现将零件划分为若干便于计算的简单几何体,分别求出面积后相加。得零件总面积,则毛坯A直径为:AD/4即D=21256.07.rdhd式中D平面毛坯直径(mm);d拉深后的圆筒直径(mm),d=85mm;r圆角半径(mm),r=0.5mm;h拉深高度(mm),h=h+h;11毛坯尺寸为:D=21256.07.4rdd=25.08854=106(mm)所以,该汽车离合器配件的毛坯直径为106mm。2.2.2确定排样方式和计算材料利用率图2.2毛坯形状和尺寸较大,为便于手工送料,选用单排冲压。查表2-16搭边值a=1.5=1.51a条料宽b=D+2a=106+2*1.5=109条料进距h=D+=106+1.5=107.51排样图如图2.2所示图2.2排样图一个进距的材料利用率%10bhnA式中A冲裁件的面积,A=r2;n一个进距内冲裁件数目;b条料宽度;5h进距;所以%105.7932=78.18%复合模中工件所用材料为板料,查p207选用长*宽=1000*500的国家标准板料。将每一块板料切割成长*宽=1000*106的条料规格,这样材料整体利用率*53*9*4/4*1000*500=63.5%这样一块钢板可以落料成36个所需要的圆形毛坯。图2.32.2.3工序组合及其方案比较冲压该零件,需要的基本工序和次数有落料拉深和冲孔根据以上这些工序,可以作出下列各种组合方案。方案一:按照基本工序顺序:落料拉深冲大孔冲小孔冲侧孔底部整形方案二:将落料、拉深冲大孔冲小孔等复合,再冲侧孔对以上两种方案进行比较,可以看出:方案一:按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用简单模具,结构简单,制造周期短,价格较低,适合中小批量生产;从生产效率、模具结构和寿命方面考虑,6将落料、拉深和冲孔在三套模具上冲压,有利于降低冲裁力和提高模具寿命。但是由于工序较多,操作不方便,零件的尺寸不易控制,又增加了模具数量,依照零件的批量要求来看,单工序模不合适。方案二:将落料、拉深冲大孔冲小孔等复合,实现多道工序在一副模具上完成,而且由于罩盖底部圆角半径较小,需增加整形余量和切边工序,而作为复合工序不存在明显定位误差,减少了工序数和模具数,降低模具的费用和零件的生产费用,提高了经济效益,降低了生产成本。通过上述对两种方案的分析,最终选用方案二:落料、拉深冲孔等复合冲侧孔。其基本工序为:(1)第一步工序:落料、拉深冲孔复合,工件如图2.4,2.5,2.6所示图2.4落料拉深图2.5冲大孔7图2.6冲小孔(2)第二步工序:冲侧孔,工件图如2.7图2.7冲侧孔2.3计算工序冲压力和选择冲压设备计算冲裁力的目的是为了合理地选用压力机和设计模具。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力,以适应于冲裁要求。(1)落料力的计算8参考课本P23式tLF落式中L冲裁件周长(mm),L=;Dt材料的厚度(mm),t=1mm;材料抗剪强度(MPa)。选择设备吨位时,考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能波动等因素,实际冲裁力可能增大,所以应取LtF3.1落b式中材料抗拉强度,(Mpa);spcc=370420Mpa,取;bMpab40所以落bt4016133.20(KN)(2)拉深力的计算首先确定工件的拉伸次数:工件总的拉深系数:Dd总m式中d拉深后圆筒直径,(mm);D毛坯直径,(mm);所以10685总m=0.80毛坯的相对厚度:94.0%1610Dt由相对厚度查极限拉深系数,查表2.1得极限拉深系数为。5.1m因为1060.55=58.358.318300.0200.02530800.0200.030801200.0250.0351201800.0300.040为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙:(mm)06.35.02.dp(mm)414minaxZ因为所以采用凸摸与凹摸单配加工方法minaxZdp则取(mm)025.p(mm)3d由于零件为圆形且比较简单,所以凸凹模可以分开加工,且零件的公差等级为IT12级,公差为0.1mm,即。1.0落料凹模的尺寸:ddxD410)(式中D落料件外径的基本尺寸,(mm);凹模的制造公差,(mm);d工件的制造公差,(mm);磨损系数,其值在0.51之间;取系数x=0.75。x所以35.041)7.106(dD=105.25(mm)9落料凸模的尺寸:0min41)(pZxp式中D落料件外径的基本尺寸,(mm);凹模的制造公差,(mm);p工件的制造公差,(mm);磨损系数,其值在0.51之间;取系数x=0.75;xZ最小合理间隙,(mm)。min16所以025.41).75016(pD=105.83(mm)6.(2)拉深凸、凹模刃口尺寸根据凸、凹模制造公差表,查得表3.3拉深凸、凹模的制造公差:凸模:(mm)03.p凹模:(mm)5d表3.3凸、凹模的制造公差拉深直径/mm20100材料厚度/mmdp0.51.50.050.03零件的公差等级为IT12级,制造公差为0.1mm,即=0.1mm。拉深凸模的刃口尺寸:0max)75.(pZDp式中D拉深件的最大外形尺寸,(mm);max工件的制造公差,(mm);Z拉深模的双面间隙,(mm);Z=2c;凸、凹模间隙c:c=tmax+kt,系数K=0.12所以)24.1075.8(pD03.=82.61(mm)03.凸模的圆角半径过大或过小对防止起皱和拉裂及降低极限拉深系数不利。取=0.5mm,与工件圆角相等。pr拉深凹模的刃口尺寸:dd0max)75.(所以05.18D=84.85(mm)5.0(3)冲孔刃口尺寸计算根据落料、冲孔模刃口使用间隙,查表3.1得冲裁初始双边间隙值Z=0.10mm,Z=0.140mm。因为+1单边间隙c/mm0.050.100.15根据模具的尺寸等综合因素考虑,取卸料板宽度B=200mm;根据卸料板宽度尺寸查表得出卸料板的厚度h=14mm。3.8.2导向零件的设计导向零件可保证模具冲压时上、下模有一精确的位置关系,在中小型模具中采用最广泛的导向零件是导柱和导套。参考资料表2-1可知,冲裁间隙值大于0.03,因此在本设计中,复合模与翻边模均采用二级精度(H7/h6-IT78级)的滑动导柱、导套。导柱安装在下模座,导套安装在上模座,分别采用过盈配合H7/r6,材料采用20钢,热处理硬度为5862HRC,淬硬深度0.81,具体尺寸见参考资料P41表(2-30)。复合模导向零件:25导柱35230导套3512548,其中,导柱选用A型,导套选用A型,具体尺寸和形状见参考资料P41表3.8.3定位装置为了限定被冲材料的进给步距,并准确地将工件安放在冲模上设定的位置,保证下一步工序的顺利进行,必须采用各种形式的定位装置。设计模具结构时,采用挡料销进行定位。3.8.4推件装置把制件从装于上模座的凸凹模中推出的零件称为推件装置,若从裝与下模座的凸模上从下往上顶出制件则为顶件装置。本复合模采用推件装置推件装置的推力可利用压力机上的打杆在打杆很横粱作用下得到,推板的形状按被推的制件形状设计。推杆的材料应有一定的刚度,一般要经过淬火处理,推杆的直径和长度以标准化,穿过模柄的孔,把压力机滑块上的打杆横梁的力传给推板的杆件,称为打杆3.9模具闭合高度的确定冲模闭合高度,是指冲模处于闭合状态(工作行程最低点)时,上模座的上平面至下模座的下平面之间的高度(不含模柄高度)。冲模的闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应。压力机的闭合高度是指滑块在下死点位置时,滑块下平面至工作台(不含垫板厚度)的距离。即:=185mmH510maxmin式中模具的闭合高度H压力机最小闭合高度;=180mm;minmin26压力机最大闭合高度;=400mm。maxHmaxH故该模具的闭合高度满足要求。3.10模具的润滑在拉深时使用润滑剂可以减少材料与模具之间的摩擦,降低变形阻力,冷却工作表面,并可以保护工件表面不被拉毛或少被拉毛,提高弓箭的表面质量。浅拉深时润滑要求较低,一般锭子油即可。深拉深时,菜油、工业猪油都是较好的润滑剂,但应尽可能是用矿物油加附加料代替。对于变薄拉深钢板可采用磷化皂化工艺。此处使用锭子油。3.11确定装配基准落料,拉深应以冲材凸凹模为装配基准件。首先确定凸凹模在模架中的位置,安装凸凹模组件,确定凸凹组件在下模座的位置,然后用平行板将凸凹模和下模座夹紧。3.12模具的最终结构模具的最后总装图如图所示。27图3.1落料拉深冲孔复合模装配工程图1弹簧2下模座3导柱4下退料筒5成形凸模(冲孔凹模)6落料凹模7卸料板8成型凹模(落料凸模)9上推料筒10小孔凸模11导套12大孔凸模板13凸模固定板14垫板15上模座16模柄17冲孔凹模固定板284斜楔式侧向冲孔模具结构与设计4.1模架设计4.1.1模座的外形尺寸选择模架尺寸主要是根据凹模的轮廓尺寸考虑。由凹模外形尺寸D=105mm,确定选用后侧式模架,选用上模座尺寸为,下模座的尺寸为。5023602534.1.2模座的材料本设计从降低模具成本考虑选用铸铁HT200。4.2模柄、导柱和导套的选用模柄对于中小型模具用于固定上模。模柄一般用Q235-A或45钢制成。其直径大小必须根据选定压力机孔直径大小相应确定。常用的有:压入式模柄、旋入式模柄、螺钉固定式模柄等。本设计采用“凸缘式模柄”,材料为Q235-A,d=50mm,D=70mm。根据标准件表,选用标准的导柱、导套,选B型的导套、导柱。型号:导柱B40h626075GB/T2861.2;导套B48H719048GB/T2861.7。4.3模具压力中心的计算对于简单形状的冲裁以及形状简单而对称的工件,如圆形、正多边形、矩形等,其冲模的压力中心即工件的几何中心。由于工件的外形是对称的,所以模具的压力中心位于工件的几何中心。确定了压力中心之后,在进行模具装配时必须是,模柄和压力中心在一条竖直线上,这样才不会产生弯矩,使模具磨损。294.4冲孔刃口尺寸的计算能够保证冲裁切断面有最好的质量,并使冲裁模寿命较高,冲裁力最小时的冲裁间隙,叫作合理的冲裁模的合理间隙。实际证明:间隙在一个合理的范围内,都会得到合格的零件制品,间隙范围的上限为最大的合理间隙Z,下限为最小合理max间隙Z。min根据落料、冲孔模刃口使用间隙,查表3.1得冲裁初始双边间隙值Z=0.10mm,Z=0.140mm。inax确定凸模刃口尺寸公式:041)d(xD凸工件的公差等级为IT12级,工件尺寸5。查表得,由上面公式得16.05.0x(mm)6.-25.4-8.5)(凸凹模刃口尺寸公式(mm)10min)d(ZD凸凹(mm)09.35.88.541凹4.5计算工序冲压力1冲孔力的计算平刃口模具冲裁时,其理论冲裁力可以按下公式计算:冲FLt冲式中L冲裁件的周长,(mm);t材料的厚度,(mm);材料的抗剪强度,(Mpa);材料抗拉强度,(Mpa);spcc,=370420Mpa,取=400Mpa;bbb选择设备吨位时,考虑到模具刃口的磨损,凸、凹模间隙的波动,材料机械性能的变化,材料厚度偏差等因素,实际所需冲裁力还要增加30%,即:bLtF3.1冲=40530=6.28(KN)2顶件力冲裁时,逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。由经验公式计算得:FK顶顶式中F冲裁力,(KN);卸料力系数,查表2.2,得=0.06;顶K顶因为冲三个侧孔所以F=3冲FK顶顶=0.066.283=1.13(KN)3冲孔卸料力的计算冲裁时,工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力,其大小由经验公式计算:FK卸卸式中F冲裁力,(KN);卸料力系数,查表2.2,得K=0.05;卸K卸所以328.605卸F=0.94(KN)4.6冲压设备的选择压力机的吨位应当等于或大于所需要的总力。F总压力机)(总KN91.204.1328.6按公称压力F压(1.61.8)F来选择压力机,因为模架尺寸较大根据参考资料选取公称压力为400KN的开式压力机,其与模具设计的有关参数为:公称压力:400KN滑块行程:100mm最大封闭高度:300mm封闭高度调节量:80mm31滑块中心到车床距离:220mm立柱距离:300mm工作台尺寸:前后左右=630420工作台孔尺寸:前后左右直径=300150200模柄孔尺寸:直径厚度=5070床身最大可倾角:304.7冲孔凹模(1)凹模的固定方式利用销钉和螺钉固定在下模座上。(2)刃壁的形式该件的结构简单,选择刃高h0=3mm。(3)厚度H凹模的厚度可根据冲裁力大小、工件的尺寸,取H=100mm。(4)材料的选用材料选用9Mn2V4.8冲孔凸模(1)材料:根据国标(GB2863.12-81)规定,凸模材料应选用T10A、Cr6WV、9Mn2V、Cr12、Cr12MoV这几种,本设计选用9Mn2V为凸模材料。(2)热处理:HRC56-60。(3)固定方法:将凸模压入固定板内,用螺丝夹紧采用H7/m6配合。(4)冲裁模凸模长度L=h1+h2+h3+t+13mm故取L=20+14+20+1+13mm,L=54mm324.9模具的润滑在拉深时使用润滑剂可以减少材料与模具之间的摩擦,降低变形阻力,冷却工作表面,并可以保护工件表面不被拉毛或少被拉毛,提高弓箭的表面质量。浅拉深时润滑要求较低,一般锭子油即可。深拉深时,菜油、工业猪油都是较好的润滑剂,但应尽可能是用矿物油加附加料代替。对于变薄拉深钢板可采用磷化皂化工艺。此处使用锭子油。4.10压料板由螺栓固定在上模板上,压在工件上直径D=85mm,厚度h=30mm。4.11模具闭合高度的确定冲模闭合高度,是指冲模处于闭合状态(工作行程最低点)时,上模座的上平面至下模座的下平面之间的高度(不含模柄高度)。冲模的闭合高度必须与压力机的闭合高度相适应。压力机的闭合高度是指滑块在下死点位置时,滑块下平面至工作台(不含垫板厚度)的距离。即:H=250mm510maxminH式中H模具的闭合高度压力机最小闭合高度;=240mm;minmin压力机最大闭合高度;=300mm。axax故该模具的闭合高度满足要求。4.12模具的最终结构33图4.1斜楔式侧向冲孔模装配图1上模座2冲孔凹模3定位销4凹模固定板5挡板6滑块7导柱8凸模下固定板9冲孔凸模10压料板11凸模上固定板12斜楔13斜楔固定板14圆柱销15导套16上模座34结论毕业设计使我们每个即将毕业的学生必须完成的任务,也是给自己大学生涯交上一份完整的答卷!通过这次对汽车离合器零件的模具设计及工艺分析,使我综合运用所学课程的理论和专业知识,从而培养和提高我独立工作的能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程的内容,掌握了冷冲压模具设计的方法和步骤,知道了模具设计的基本模具技能。一个零件的生成可以通过很多方法来实现,可以制定很多种方案,但应选择最优方案,这样可以实现更多的经济效益,就像此次模具设计通过分析零件的工艺性,运用落料拉深复合模就节省了一套模具,缩短了周期,降低成本,提高了生产效率。冲模设计需要对冲压变形过程中所需的各种力力进行计算,选择压力机。然后就是模具零部件的结构设计,冲模的结构主要是由工作、定位、压料和卸料以及固定等五部分组成。最后还要保证冲模的闭

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