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文档简介

1、课程设计说明书减压手柄冲压模具设计学 院材料与能源学院专 业材料成型及控制工程专业(模具方向)年级班别20班 级(1)班学 号 3103006627学生姓名 马独指导教师程永奇、章争荣2015年07月05日29一、课程设计的内容根据给定的冲压零件图进行产品的冲压工艺分析和比较,制定合理的冲压 艺方案,进行有关工艺计算,确定冲压模具的类型和结构,选择冲压设备,绘制 模具的装配图及零件图,编制冲压工艺卡,并撰写设计说明书。、课程设计的要求与数据1 .课程设计时间共2周,按时独立完成课程设计任务,符合学校对课程设 计的规范化要求;2 .绘制所设计模具的装配图和非标件零件图:图纸整洁,布局合理,图样

2、和标注符合国家标准;3 .编制冲压工艺卡,撰写设计计算说明书(约20页):要求公式使用准确, 计算正确,语言流畅,书写工整,插图清晰整齐;4 .设计说明书与图纸按学校规定装订成册。三、课程设计应完成的工作1 .冲压工艺设计:包括分析零件的冲压工艺性,拟订冲压件的工艺方案, 确定合理的排样形式、裁板方法,并计算材料的利用率;确定模具结构 及尺寸等;2 .根据总冲压力及考虑模具的结构尺寸选择成形设备的型号;3 .模具结构及其零部件设计:设计一道工序的冲模,绘制冲模总装配图及 主要零件图;4 .冲压工艺过程卡片;5 .设计计算说明书。目录一、引言 5二、工艺分析 62.1 材料分析62.2 经济性分

3、析62.3 零件结构分析6三、冲裁工艺方案的确定 73.1 冲压方案7.3.2 工艺方案分析7.3.3 工艺方案确定8.四、必要的尺寸计算 84.1 计算毛胚尺寸84.2 排样设计与计算84.3 计算冲压力94.4 确定压力中心104.5 冲模刃口尺寸计算 114.6 其它计算144.7 选择冲压设备15五、弯曲模工作部分的设计 155.1 凸凹模圆角半径和凹模深度 175.2 图凹模间隙和制造公差 18六、模架及辅助机构零件的选择 176.1 模架的类型196.2 模架导柱导套的选择 196.3 其他零件的选择20七、模具材料的选择 21八、设计总结 21十、参考文献 22、引言引言零件冲压

4、工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工 艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废, 冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依 据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全 可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到 最佳的技术效果和经济效益。设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图入手,分析零件图包括技术 和经济两个方面:(1)冲压加工方法的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工工艺方法,因其生产率高,材料利 用率高,操作简单等一系列优点而广泛使用,由于模具费用高,生产 批量的大小

5、对冲压加工的经济性起着决定性作用。批量越大,冲压加 工的单件成本就越低,批量小时,冲压加工的优越性就不明显,这时 采用其他方法制作该零件可能会更有效果。(2)冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度,在技术方 面,主要分析该零件的形状特点,尺寸大小,精度要求和材料性能等 因素是否符合冲压工艺的要求,良好的工艺性应保证材料消耗少,工 序数目少,模具结构简单,而且寿命长产品质量稳定,操作简单,方 便等。不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何,其生产过程一般都是从 原材料剪切下料开始,经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序加工 出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的

6、冲压件, 还需要经过切削焊接或怫接等加工才能完成。一、工乙分析零件名称:减压手柄材料厚:2mm批:b3 (即新标准中的q235b,普通碳素钢。)料量:大批量零件图如图1所示:图1工件图2.1、 材料分析本设计采用的材料是b3, b3即新标准中的q235b, b3有一定的伸长 率、强度,良好的韧性和铸造性,含碳量为 0.12%0.20% ,抗剪切强度 310mpa ,屈服强度约为 235mpa ,抗拉强度为 375460mpa ,其屈强比 和屈弹性比较小,该材料适合弯曲成形,且材料性质有利于工件质量的提 高。2.2、 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法,因其生产率高,材料利用率

7、高,操作简单等一系列优点而广泛使用。但由于模具费用高,生产批量的大小 对冲压加工的经济性起着决定性作用,批量越大,冲压加工的单件成本就 越低,批量小时,冲压加工的优越性就不明显,这时采用其他方法制作该 零件可能有更好的经济效果。根据本零件的生产纲领,零件为大批量生产,且尺寸精度要求不高, 原料为b3的板料且壁厚适宜。因此,采用冲压方法不仅可行而且经济。2.3、 零件结构形状分析该零件为弯角件,厚度t = 2较薄,据工件相关尺寸结构可知零件需要 进行冲孔、落料和底部弯曲和侧边弯曲四道工序。除此之外,零件外形比 较规整,无尖角、凹陷或其他形状突变,属于典型的板料冲压件。零件外形尺寸无公差要求,底部

8、和两侧均需弯曲。其中,底部的圆角 半径为r3,相对圆角半径r/t=2,大于材料的最小弯曲半径;两侧的圆角 半径为r%10.5,相对圆角半径r/t=7,大于材料的最小弯曲半径。因此, 均可以实现弯曲成形。另外,零件上有两个孔顺序分布在零件两侧。为保证弯曲时,孔的形 状不发生畸变,据参考文献1可知,当厚度t1.5 ,故满足要求。最后,零件底部弯曲时,两侧边有尺寸突变,为防止弯曲时尺寸突变 的尖角处出现撕裂,据参考文献1可知,应保证尺寸突变处到弯曲半径的 中心距离s之r ;从零件图上可知s =20-12.5-3-1.5 = 3= r ,故满足要求。三、冲裁工艺方案 的确定通过上述分析,可以看出该零件

9、为普通的板料弯曲件,尺寸精度要求 不高,主要是轮廓成形问题,又属大量生产,因此用冲压方法生产是完全 可行的。3.1 冲压方案结合零件图可知,完成此零件需要进行冲孔、落料、弯曲三道工序。由此,方案可分为如下几种:(1)方案一:先落料,再冲孔,然后弯曲采用单工序模生产。(2)方案二:落料,冲孔复合冲压,然后弯曲,由两套模具完成。(3)方案三:先采用冲孔落料级进模,然后弯曲,两套模具完成。(4)方案四:采用多工位级进模,冲裁和弯曲在一套模具上完成。3.2 各工艺方案分析方案一为单工序模生产,模具制造简单,维修方便,但是模具数量较 多,大批量生产时,模具更换频繁,生产效率低,生产成本较高,工件精 度低

10、,不适合大批量生产。方案二的冲孔落料采用复合模,可以节省一道工序,并且内、外形的 位置尺寸精度高,工件的平整性好,明显提高生产效率;方案三由于是先冲孔后落料,内外形的位置尺寸精度不如方案二高,四、必要的尺寸计算工件易弯曲,平整性也比不上方案二,但操作安全、方便。方案四的落料、冲孔和底部弯曲采用复合膜,侧边弯曲采用单工序模。 制造成本高,不划算。方案和方案三相比,工序集中,劳动生产率高,可知选方案二。3.3工艺方案的确定生产的经济性采用方案二是比较合理的。具生产效率高、模具制造成 本合理、材料利用率高、制件精度高、模具制造和调整维修相对简单。复合模是在压力机的一次行程中,在一副模具的同一位置上完

11、成数道 冲压工序的模具。复合模具有生产效率较高、冲模轮廓尺寸较小等优点, 适合生产批量大、精度要求高的冲压件。复合模按工作零件的安装位置不 同,可分为正装式和倒装式两种形式。该复合模要实现两个弯曲工序,不会有废料的产生,同时考虑到弯曲 时冲件平直度的要求及材料的厚度,并结合两种复合模的特点,本模具采 用倒装式复合模。4.1 计算毛坯尺寸本工件后落料冲孔和弯曲二道工序。 落料冲孔在前,因此毛胚尺寸以 弯曲前工件尺寸为基准计算。考虑搭边等毛胚可采用宽度大于 62.5mm的 板料。4.2 排样设计与计算排样方法的确定根据工件的形状,确定采用无废料排样的方法是/、可能做到的, 但能 采用有废料和少废料

12、的排样方法。应为是有规则的圆形件,所以采用单排 方案。如图1 3所示,由冲压工艺与模具设计表 213确定搭边值, 根据零件形状,两,件间按圆件取搭边值 a 2.0mm侧边取搭边值a1 = 2.5mm。图1 3查冲压工艺与模具设计表 3-4和35可取条料宽度公差 =1.0mm。条料与导板之间的间隙c = 0.5mm。则板料的宽度为:eb0 = d 2a 0_yrri0 0 _,_=57.5+ 2*2,5 】年-0.6=62.500.6 mm进距:h = b a = 15 2.0 = 17mm因此,一个进距内的材料利用率为:na;=、100%bh1 779.2417 62.5100%=73.34%

13、4.3计算冲压力该模具采用弹性卸料和下出料方式。(1)落料力查冲压模具手册得 q235钢的抗剪切强度310mpab=62.5mmh = 17mmy =73.34%fn = klit0i= 1.3*138.6*2*310= 111.7kn(2)冲孔力fnn = kl2tot=1.3父22.9 父2m310= 18.5kn(3)冲裁时的推件力查冲bxz与模具设计表22得。0.05,k推0.055,夹 凹模刃口的冲孔废料块数n=1。推件力和卸料力分别为f1 =nknfm = 2x 0.055 父 18.5 = 2.058 knf2 =0.05*111.7 =5.59kn4.4确定模具的压力中心模具压

14、力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大的 磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。冲模的压力中心,可按下述原则来确定:1 .对称形状的单个冲裁件,冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。2 .工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件的对称 中心相重合。3 .形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。解析法的计算依据是:各分力对某坐标轴的力矩之 代数和 等于诸力的 合力对该轴的力矩。求出合力作用点的座标

15、位置o0(x0,y0),即为所求模具的压力中心。f落=111.7knf冲=18.5knf 推=2.058knf 卸=5.59kn对于本零件,在ug模拟,以工件左下角为原点,长15mm段为x轴, 则得出压力中心为(7.5, 30.15)。4.5零件弯曲前的毛胚尺寸的计算经计算可得底部和侧边弯曲均满足r 0.5t ,此类弯曲变性区材料变薄 不严重,且断面畸变较小,可按应变中心层长度等于毛胚长度的原则来计 算毛胚尺寸。其毛胚长度可按参考文献1公式计算:l =11 +l2 +10 =11 +12 +0f (r + kt)式中l一毛胚展开长度,mm;11 i2一工件直边长度,mm;k 一应变中性层位移系

16、数,查参考文献1表4-3 ,为0.38 ;a 一弯曲中心角;r弯曲件内弯曲半径,mm;t一板厚,mm(1)零件在宽度方向上值的计算::=30 =:/6考虑到弯曲时板料纤维的伸长,实际毛坯尺寸取28.5mm。(2)零件在长度方向上值的计算:由零件侧边的相关尺寸及侧边弯曲外径 r12可在制图软件中推出侧边弯曲中心角为0(=301 = 71/6,具体图形如下:3.14则12 =30 210.5 0.38 1.5二:41.6mm6考虑到弯曲时板料纤维的伸长,实际毛坯尺寸取41.5mm。综上数据可得工件弯曲前的毛坯图如图3所示:图34.6冲压力的计算(1)底部弯曲力的计算:该工序冲压力,包括自由弯曲力,

17、校正弯曲力和压料力(或推件力)2自由弯曲力fnn=07竺女r t式中k一系数,一般取11.3。此处取k=1.2;b一弯曲件宽度,15mm;t材料厚度,2mm;”一材料的抗拉强度,375460mpa,取430mpa;r一弯曲件内弯曲半径,3mm;带入数据可得自由弯曲力为:f:.:20.7 1.2 15 22 4303 2= 4.33n校正弯曲力冲压件在行程终了时受到的校正弯曲力,可按参考文献1公式计算:f校=a p式中a一校正部分投影面积,mm2p一单位面积上的校正力,查1表,其值为4060mpa,取50mpa;据参考零件图可知校正部分投影面积为:a =15父35 / 2 = 262.5mm2f

18、自=2438.1 n贝uf校=50m262.5 = 13125n 定 13.1knf 校=13.1kn压料力对于设有顶件装置或压料装置的弯曲模,顶件力或压料力可近似取自 由弯曲力的60%80%。f压=(0.6 0.8 f自取系数0.7,则f压=1.7knfn=0.7fn%3.03kn。4.7冲模刃口尺寸及公差的计算(1)加工方法的确定模具制造有凸模和凹模分开加工和凸模和凹模配合加工两种方法,凸 模和凹模分开加工是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸,此种方法适用 于圆形和简单的工件;凸模和凹模配合加工可使凸模和凹模具有互换性, 便于模具成批制造,但需要较高的公差等级才能保证合理间隙,模具制造 困难

19、,加工成本高。所以此方法是与加工形状复杂或薄板制件的模具。结合模具制造及工件的形状特点,选用凸模和凹模分开加工的方法。(2)落料部分由于零件有平面度要求,这里选用2类冲裁间隙,由冲压工艺与模具 设计表3-20查的:c=(37)%t 即cmin=0.03 2mm=0.06mmcmax=0.07x 2mm=0.14mmcmax-cmin=0.14mm-0.06mm=0.14mm工作零件刃口计算零件尺寸磨损系数制造公差基准刃口尺寸落料凹模冲孔凸模150.750.02014.7100.750.0179.58500.50.02049.867.50.750.0177.2920.16-0.0122.0326

20、0.75-0.0126.2180.75-0.0122.814.7有关模具的设计计算(1)确定冲孔凸模的允许最大自由长度: 落料冲孔时的冲压力f:;=ff-ft = 130.2kn 2.058kn5.59knw37.8kn(2)确定冲孔凹模的高度和壁厚查冲压工艺与模具设计表81,取系数k=0.25,则冲孔凹模的高 度为:h =klb=025 57.5f 冲压=137.8kn二15mm由于要求h至15mm,因此凹模高度至少取15mm,才能满足强度要求,根 据实际可加大凹模的高度,可取 h =28mm。冲压设备的选择考虑到两个弯曲工序是在压力机的一次行程中完成的,故应将两次校正弯曲力叠加之后再根据总

21、的校正弯曲力来选择压力机,fn=137.8kn。实际选用公称压力为160kn的压力机,型号为jc23-160o其具体参数如下表:公称压力160kn取大封闭同度220mm滑块行程60mm70mm对回!度口同|j ju行程次数115 次/min立柱中间距离150mm模柄孔尺寸930m 50 mm工作台板厚度50mm工作台尺寸左 右450mm工作台孔尺寸左右220mm刖后300mm前后110mm倾斜角30直径160mm滑块中心到床身距 离160mm垫板厚度40mmh=28mmf压力机=160kn考虑到本设计中,弯曲是在压力机的一次行程中完成的,且弯曲属于 90。的v形弯曲,可考虑在底部v形弯曲时采用

22、带定料销的弯曲模,其大 致结构如下图:图45.1 凸凹模圆角半径和凹模深度(1)凸模圆角半径底部弯曲部分的弯曲半径较小为r3 ,稍大于最小弯曲半径,且为v形 弯曲,弯曲角度为90 ,该部分的凸模圆角半径可取弯曲件的弯曲半径, 即 = r3o p i侧边弯曲部分的弯曲半径为r10.5 ,凸模的圆角半径rp2=u0.5。(2)凹模圆角半径凹模圆角半径对弯曲力和工件质量均有影响。凹模圆角半径过小,胚 料弯曲时进入凹模的阻力增大,工件表面产生擦伤甚至压痕。凹模圆角半 径过大,影响胚料定位的准确性。在生产中,凸模圆角半径一般取决于弯 曲件材料的厚度:当 t 42mm 时,r凹=(36)t;底部弯曲时,凹

23、模圆角半径取 3t,故凹模圆角为:5= 4.5mm; 侧边弯曲时,由于弯曲角度不大,且无直边要求,其凹模要做成凸模圆角 半径相匹配的形状,其圆角半径取 q2=12mm;与凹模匹配形式如装配图 的主视图所示。五、弯曲 模工作部 分的设计(3)凹模工作部分深度凹模工作部分深度要适当。若深度过小,则工件弯曲成形后的回弹大, 而且直边不平直。若深度过大,则浪费模具材料,而且压力机需要较大行 程。底部弯曲属v形弯曲,可取凹模深度为1520mm,结合工件尺寸,取 凹模深度lo1 =16mm0侧边弯曲虽然属u形弯曲,但弯曲高度不大,且没有直边要求,故凹 模深度即为工件侧边所需弯曲高度,取 l02 = 4mm

24、。5.2 凸凹模间隙和横向尺寸及制造公差(1)凸凹模之间的间隙生产中,弯曲金属工件时,凸凹模之间的间隙值可按下式来决定:z = t max - nt式中z弯曲凸模与凹模的单面间隙,mm;tmax 一材料厚度的最大尺寸,2mm ;n一间隙系数,查参考文献1表可取为0.10;代入数据可得:z =2 0,10 2 = 2.2mm(2)凸凹模横向尺寸及制造公差弯曲凸凹模的工作尺寸计算与零件标注形式有关。一般原则是:当工 件标注外形尺寸时,应以凹模为基准件,间隙取在凸模上;当工件标注内 形尺寸时,应以凸模为基准件,间隙取在凹模上。并用配做法制模。 底部弯曲的凸凹模尺寸计算h =130 170mm由零件图

25、可知,其标注形式是标注外形尺寸。故应以凹模为基准件, 零件无精度要求,考虑到一般弯曲件精度等级都在it13级以下,故本设计 中,按it14级精度选取。由于底部采用的是定料销定位,如图 4所示,考虑到定料销钉的直径 及未工作部分的宽度,底部弯曲时凹模应在弯曲件基本尺寸的基础上增加 17.5mm,则应为 20+17.5=37.5mm。则底部弯曲时凹模的尺寸可根据参考文献1公式计算:l凹=(l -0.75,)苫凸模的尺寸据参考文献1公式计算:l凸=(l凹-2z)式中l一弯曲件的基本尺寸,37.5mm;一弯曲件的公差,据参考文献3,表3-2可知为0.52mm;如6凸一凸凹模的制造公差,一般选取it7i

26、t9级精度,一般可取凸 模精度比凹模精度高一级,凸模取 8级精度,凹模取9级精度。据参考文 献3,可知,6凸=0.039mm, 6凹=0.062mm;z 一凸凹模单面间隙,1.65mm;代入数据可得:l 凹=(l0.75可苫=(30.750.75m 0.52)0b.062 = 37.1 10.62 mm底部弯曲时,其凸凹模示意图如4所示,只有一面有间隙,故凸模尺寸为:l 凸=(l 凹z)0 小=(37.111.65)%,。39 = 35.4600.039 mm 侧边弯曲的凸凹模尺寸计算:侧边弯曲时,则要按照工件尺寸形状需要进行综合分析。根据工件形 状工件底部水平长度必须保证为30mm,否则会在

27、底部尺寸突变处产生开裂。则凸模底部的水平长度为应为30mm,在此基础上,结合凸模圆角为rp2 = u0.5和凹模深度l02 =4mm,可计算出凸模基本直径约为 44mm。又 因为弯曲时,凸凹模的制造公差,一般选取it7it9级精度,一般可取凸模精度比凹模精度高一级,凸模取 8级精度,凹模取9级精度。据参考文 献3可知,6凸=0.039mm,加=0.062mm。综上所述,可得侧边弯曲时的凸模尺寸为:l 凸=44.039 mm;由凸模尺寸及凸凹模间隙可知,侧边弯曲时凹模的尺寸为:l凹=(l凸+2z)苫侧边弯曲时,凸凹模制件的间隙是由凸凹模所取圆角半径之差决定的, 即 z =rd2 -rp2 =10

28、 8.5 = 1.5mm ; l 凹=(44 2 1.5)00.062 =4700.062 mm。6.1 模架的类型模架包括上模座、下模座、导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装 在模架上,为缩短模架制造周期,降低成本,我国已制定出模架标准。选择模架结构时,要根据工件的受力变形特点、坯料定位和出件方式、 板料送进方向、导柱受力状态和操作是否方便等方面进行综合考虑。在此选用滑动导向型的后侧导柱式模架,导柱分布在模架后侧的水平 线上,两个导柱的直径相同。6.2 模架、导柱导套的选择六、模架 及辅助机 构零件的 选择选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸来考虑,一般在长度及宽度上 都应比凹模大30 -40

29、mm,模版厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择 模架时,还要考虑模架与压力机的安装关系,例如模架与压力机工作台孔 的关系,模座的宽度应比压力机工作台的孔径每边约大40-50mmo模具的闭合高度h应介于压力机的最大装模高度h max与最小装模高度 h min之间,其关系为:h min -h 110mm mh - h max - h1 15mm 式中hi为垫板厚度。由上面压力机的选择可知道 hmax=170mm , hmin = h max-40 = 130mm , 所以模具高度h与垫块高度hi之和应介于130 -170mm之间。查参考文献2选用的模架型号为160x100x(130170),闭合

30、高度h =130170mm,故可以安装在所选压力机上。上模座:160x100x35mm 下模座:160x100x40mm导柱:22m130 mm导套:22x80x28mm6.3 其他零件的选取1导柱的选取导柱尺寸为25x 150如下图8-2所示8-2导柱尺寸2导套的选取导套尺寸为25x 60x38如下图8-3所示 0 003 a7-3导套尺寸3凸模模柄选用国标为gb2862.3-81的b型模柄,标记为:直径d=30mm h= 88mm材料为q235的b型压入式模柄模柄 b30x 88 gb2862.3-81 - a3如下图 8-4 所示4凹模的设计凹模与下模座用螺钉和销钉连接在一起,经计算取凹

31、模平面尺寸为160m佛100mm厚度为28mm详见零件图 5凸模的设计凸模与上模座用螺钉和销钉连接在一起,对于厚度在0.8mm以上软材料,弯曲半径又不大时,可把凸模作成局部凸起(如下图所示),以便对弯 曲变形区进行局部整形来减小回弹。取凸模固定部分的平面尺寸为100mmx30mm高度为44mm厚度为20。详见零件图七、 模具材料的 选择6顶板的设计八、设计根据推出工件需要设计顶板:平面尺寸 42mm 30mm厚度为10mm凸凹模选材材料的选择在模具设计中有着举足轻重的地位。在模具设计中,应根据模 具制造条件、模具工作条件、模具材料的基本性能等相关因素来选择经济、 先进、适用的模具材料。通常要求

32、模具材料必须具备三种性能, 即耐磨性、 韧性和硬度,来满足模具成型需要同时又保证有比较长的寿命。由于该工件的生产为大批量生产,因此冲裁模的工作零件凸、凹模及凸凹 模的材料必须具有较高的强度和耐磨性,以提高模具的寿命。本设计的凸 凹模采用cu2mo流网制造。总结总结:冲压工艺及冲模设计是我们专业所必不可少的一门主修学科,学好并 掌握冲压模具设计的相关知识,具备单独设计基本冲压模具的能力,对于 我们以后工作和学习都具有不可替代的作用。因此,此次课程设计的重要 性就显得尤为突出了。本次课程设计的任务是弯角件的弯曲模具设计,整个模具结构较为简 单,通过这次设计,我对冲裁模的设计流程有了更深一层的了解,包括冲 裁件的工艺分析、工艺方案的确定、模具结构形式的选择、必要的工艺计 算、主要零部件的设计、压力机型号的选择、总装图及零件图的绘制。,在 这次设计中,我感觉要完成这次设计,需要有认真的态度,每一步

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