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2844 活门冲压件的模具设计

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2844 活门冲压件的模具设计 活门 冲压 模具设计
资源描述:
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内容简介:
活门冲压件的模具设计1 绪 论 近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具设计与制造水平有了较大提高,大型、精密、复杂高效和长寿命模具的需求量大幅度增加,模具质量、模具寿命明显提高,模具交货期较前缩短,模具CAD/CAM技术也得到了相当广泛的应用。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。由于冲压工艺具有生产率高,能成形复杂零件,适合大批量生产等优点,在某些领域已经取代机械加工,并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测到本世纪中,机械零部件中60%的粗加工,80%的精加工要由模具来完成。因此冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。经调查,全国模具行业从业人员的岗位分布情况大致如下:从事模具设计,模具工艺过程实施,产品质量检验和监督工作的人员占总数的42%;其次是具体生产设备的操作,模具的制造、调试和维修,从事这类工作的是智能型操作人员,占总数的26%;三是从事生产组织,技术指导和技术管理工作的人员,占总数的14%;四是从事模具营销工作和售后技术服务的人员,占总数的9%;五是个体、行政管理人员,占总数的9%。从20世纪80年代初开始,工业发达国家的模具工业,已从机床工业中分离出来,并发展成为一个独立的工业部门,而且其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来,中国的模具工业发展十分迅速;近年来,一直以每年15%左右的增长速度快速发展。目前,中国约有17000多个模具制造厂点,从业人数60多万;2001年中国模具工业总产值达320亿元人民币,中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多且越来越高的要求巨大的市场需求推动着中国模具工业更快地发展。2001年中国大陆制造业对模具的市场需求量约为430亿元人民币;今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂高效和长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。虽然说我国模具业发展迅速,但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一,体制不顺,基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用,私营企业近年来发展较快,国企改革也在进行之中,但总体来看,体制和机制尚不适应市场经济,再加上国内模具工业基础薄弱,因此,行业发展还不尽如人意,特别是总体水平和高新技术方面。 第二,开发能力较差,经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低,水平较低,且不重视产品开发,在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元,国外模具工业发达国家大多是1520万美元,有的高达2530万美元,与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理,真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三,工艺装备水平低,且配套性不好,利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备,但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多,特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因,引进设备不配套,设备与附配件不配套现象十分普遍,设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低,带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四,专业化、标准化、商品化的程度低、协作差。由于长期以来受“大而全”“小而全”影响,许多模具企业观念落后,模具企业专业化生产水平低,专业化分工不细,商品化程度也低。目前国内每年生产的模具,商品模具只占45%左右,其馀为自产自用。模具企业之间协作不好,难以完成较大规模的模具成套任务,与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低,标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响,对模具制造周期影响尤甚。 第五,模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本,国产模具钢与国外进口钢相比,无论是质量还是品种规格,都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差,也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1) 模具日趋大型化; 2) 在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术; 3) 模具扫描及数字化系统; 4) 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术; 5) 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率;6) 发展优质模具材料和先进的表面处理技术;7) 模具的精度将越来越高; 8) 模具研磨抛光将自动化、智能化; 9) 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程;10)开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上;国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中(VDMA)会员模具企业有90家,这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%,可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右,而国外模具工业发达国家大多1520万美元,有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上,而我国才达到45冲压技术的发展主要反映在以下5个方面:(1)模具的计算机辅助能力设计和辅助制造技术采用该技术,模具设计和制造效率一般可提高2-3倍,模具生产周期可缩短1/2-1/3。目前,已达到CAD/CAM一体化,模具图纸只是作为检验模具之用。(2)工艺分析中的板料成形模拟仿真技术 (冲压CAE)(3)快速模具制造技术的发展将快速成形(RPM)技术与各种常规的铸造、粉末烧结工艺相结合而发展起来的快速模具制造技术以及低熔点合金模具,树脂模具都可用于冷冲压成形。(4)采用冲压新工艺 精密冲裁、液压成形、冲压焊接复合工艺等特种冲压工艺的采用,使冲压工艺的应用范围进一步扩大,冲压制件的质量和效率大大提高,从而使生产成本进一步降低。(5)冷冲压生产的机械化和自动化为了满足大批量生产的需要,冲压设备已由单工位的低速压力机发展到多工位的高速压力机;在高速压力机上采用多工位的级进模进行冲压加工,使冷冲压生产达到高度自动化;汽车覆盖件可采用自动送料、自动取件、自动传送的流水线生产。1.3 冲压加工特点 冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点.如:冲压在少,无切屑加工方法之一,是一种省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本较低。 冲压件的尺寸公差由模具保证,具有一模一样的特征,所以产品质量稳定,冲压可以壁薄,重量轻,形状复杂,表面质量好,刚性好的工件。冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程,其生产效率高,操作方便,易于机械化与自动化,用普通压力机进行冲压加工,每分钟可达几十件,用高速压力机生产,每分钟可达数百件或千件以上。1.4 冲压加工和冲模在生产中的地位由于冷冲压加工具有上述突出的优点,因此在批量生产中得到广泛的应用,在汽车,拖拉机,电机,电器仪表和日用品的生产中,已占据十分重要的地位,特别是在电子工业产品生产中,已成为不可缺少的,主要加工方法之一,冲模在实现冷冲压加工是必不可少的工艺设备,没有先进的模具技术,先进的冲压工艺就无法实现,众所周知,产品要具有况争能力,除了应具有的先进模具技术,稳定的使用性能,结构新颖,更新换代快等特点外,还必须具有价格竞争优势,这就需要采用先进,高效的生产手段,不断降低成本,要达到上述目的,途径是多方面的,模具就是其中的重要因素之一,它的重要性早已为国内外所重视,并为工业发达国家的发展过程所证实,在美国,日本等工业发达国家,模具工业年产值,早已超过了机床工业,在模具工业中冲模占的比例很大,由此可以看出冷冲压与冲模在国内外生产中的重要地位.随着科学技术的不断发展进步和工业生产的迅速发展,冲压及模具技术也在为断革新与发展,主要表现以下方面:工艺分析计算方法现代化,近几年来,国外开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对复杂成形件的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟,以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题,将结果显示在图形终端上,供设计人员进行修改和选择,这样,不但可以节省模具试用制费用,缩短新产品的试制周期,而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法,既促进了冲压工艺的发展,也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用。修改和选择,这样,不但可以节省模具试用制费用,缩短新产品的试制周期,而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法,既促进了冲压工艺的发展,也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用.在校学生设计是对手工设计的一种练习,也是为自己以后独立设计的一种演练,在这个基础阶段,必须把一些基本的方法、步骤、公式、表格查法的掌握,才能为以后的设计服务。本次设计的任务是使同学们了解冲压成型的基本原理;熟悉冲压用材料、模具用材料以及冲压用设备等;掌握各种冲压工艺的成型方法,并具有初步解决生产中常出现的工艺问题的能力;掌握各种冲压模具的设计方法,并具有设计中等复杂程度冲压模具能力。1.5 冲裁模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间20天;2.确定加工方案,所用时间5天;3.模具的设计,所用时间30天;4模具的调试所用时间5天 2 活门冲压件工艺的分析2.1活门冲压件工艺分析 工件名称:活门冲压件生产批量:大批量材 料:45厚 度:3mm工件简图如图所示: 2.2 冲裁工艺计算和工艺方案冲裁模的结构形式多种多样,如果按工序的组合分类,可分为单工序模、级进模、复合模等。各种冲裁模的构成大体相同,主要由工作零件、定位零件、卸料与推料零件、导向零件、联接与固定零件等组成。该零件形状简单、基本对称,是有圆弧和直线组成的。冲裁件内外形状所能达到经济精度为IT11IT14,孔中心与边缘距离尺寸公差为0.2。将以上精度与零件的精度要求相比较,可认为该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其他尺寸标注、生产批量等情况,也均符合冲裁的工艺要求,故决定采用冲压方式进行加工。模具整体结构设计简单。2.2.1 工艺方案的确定手柄零件所需的基本冲压工序为冲孔和落料,可拟订出以下三种工艺方案。方案一:单工序模,即先落料后冲孔.方案二:冲孔落料复合模。方案三:冲孔落料级进模。 采用方案一,生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为大批量生产,方案二和方案三更具有优越性。压圈零件的孔之间的距离为12mm,大于此零件要求的最小壁厚(4.9mm)(1),可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、落料连续模。复合模模具能易保证冲裁精度,由于压料冲裁的同时得到了较平,冲件平直且有较好的剪切断面.制造成本比级近模低。正装复合模较适用于冲制材料质较软的或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件,由于A3属于较硬一些的材料益采用倒装复合模较好.倒装复合模结构简单,又可以直接利用压力机的打杆装置进行推件,卸料可靠,操作方便,并为机械化出件提供了有利条件,正适合我们此处的大批量生产.我们采用倒装复合模。2.2.2 必要的工艺计算(1)排样设计 设计复合模时,首先要设计条料排样图。该零件具有矩形的特点,所以采用直排的排列方式。如下图所示:排列方式示意图查表2.9取搭边值为3mm和5mm。计算调料宽度:B=(90+2*5)mm=100mm步距:S=(130+3)mm=133mm材料利用率的计算:根据市场的供应情况,原材料选用1000mmX2000mmX3mm的冷轧薄钢板,每块剪切成2000mmX100mm规格的条料10条,材料的剪切利用率可以达到99.5%。计算冲压件毛坯的面积:A=11251.48 一个步距的材料利用率n=s1/s总*100%=11251.48/(133X100)*100%=84.6%(2)计算凸、凹模刃口尺寸查表2.4得间隙值Zmin=0.48mm Zmax=0.66mm. 冲孔凸、凹模刃口尺寸的计算。由于制件结构比较简单,精度要求不高,所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸计算如下:查表得凸、凹模制造公差:校核:查表2.6得:IT14级时磨损系数x=0.75按式 . 外形落料凸、凹模刃口尺寸的计算。对外轮廓的落料,由于形状较复杂,故采用配合加工法,这种方法有利于获得最小的合理间隙,放宽对模具的加工设备的精度要求,其凸、凹模刃口部分尺寸计算如下:采用配作法,计算凹模的刃口尺寸,首先是根据凹模磨损后轮廓变化情况正确判断出模具刃口各个尺寸在磨损过程中是变大还是变小,还是不变这三种情况,然后分别按不同的计算公式计算。其凸、凹模刃口尺寸计算如下:a、凸模磨损后会增大的尺寸-第一类尺寸A 第一类尺寸:A凸=(Amax-x)0+0.25 A凹=(A-x-Zmin)0-0.25b、凸模磨损后会减小的尺寸-第二类尺寸B 第二类尺寸:B凸=(Bmax+x)0-0.25 B凹=(B+x+Zmin)0+0.25 c、凸模磨损后会保持不变的尺寸- 第三类尺寸C 第三类尺寸: C凸=C凹=C+ 0.125当以凹模为基准件时,凹模磨损后,刃口部分尺寸都增大,因此均属于A类尺寸。工件图中未标注公差的尺寸,查相关资料得出其极限偏差: 。查表得磨损系数x为:当0.50时 x=0.50.50时 x=0.75按式:A=(A - x) 落料凹模的基本尺寸与凹模相同,分别是89.57mm,119.57mm,129.5mm,9.73mm,19.74mm。不必标公差,但要在技术要求条件中注明:凸模实际刃口尺寸与落料凹模配合,保证最小双面合理间隙Zmin=0.48mm(落料凹模刃口部分尺寸见下图)。落料凹模刃口部分尺寸(3) 冲压力的计算落料力F落=KLtb =Ltb=404*3*650=787.8KN 冲孔力F孔=KLtb =Ltb=141*3*650=274.95KN式子中 F冲裁力,KN; L冲裁件剪切周边长度,mm;t冲裁件材料厚度,mm; 被冲材料的抗剪强度,Mpa; K系数,系数K是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀,刃口的磨损,板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数,一般取1.3冲孔时的推件力F推= nK推F冲取直筒形刃口的凹模刃口形式,由表查的,h=9mm,则n=h/t=9mm/3=3个,查表得,K推=0.045F推= nK推F冲= 3 0.045274.95= 37.1KN式子中 F冲裁力,KN; K推推件力系数,查表2.7得K推=0.05; n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数,其中n=ht;落料时的卸料力F卸= K卸F落F卸= K卸F落=0.03787.8=23.6KN 查表取 K卸=0.020总冲压力为:F总=F落+F孔+F推+F卸=787.8+274.95+37.1+23.6 =1123.45KN 为了保证冲压力足够,一般冲裁时压力机吨位应比计算的冲压力大30%左右,即: (4)压力中心的计算用解析法求模具的压力中心的坐标。按比例画出工件尺寸,选用坐标系XOY,如图所示。压力中心制件外形基本对称,它的压力中心在A点,孔的形状也是对称的,孔的压力中心在B点,那么制件总的压力中心是C点Xc=52.8 Yc=46.33 模具总体设计根据上述分析,本零件的冲压包括冲孔和落料两个工序,且孔边距较大,可采用倒装复合模具,可直接利用压力机的打杆装置进行推件;而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽,使废料从空洞中落下。由于在该模具中压料是由落料凸模与卸料板一起配合工作来实现的,所以卸料板还应该具有呀了得作用,应选用弹性卸料板来卸下条料废料。 因是大批量生产,采用手动送料方式,从右往左送料。 应该零件制造采用的是倒装复合模,所以直接用挡料螺钉和导料螺钉即可。 为确保零件的质量及稳定性,选用导柱、导套导向、由于该零件导向尺寸较小,且精度要求不是太高,所以宜采用后侧导柱模架。3.1 模具主要零部件的结构设计3.1.1 凸模、凹模、凸凹模的结构设计a.落料凸、凹模的结构设计。在落料凹模内部,由于要设置推件板,所以凹模刃口应采用直筒刃口,并查表,取得刃口高度h=5mm。(如下图)该凹模的结构简单,宜采用整体式。查表得k=0.3即 凹模高度 凹模壁厚凹模的外型尺寸的确定:凹模外形长度L=(75+2x46.2)mm=211mm 凹模外形宽度B=(74+2x33.75)mm=171mm凹模整体尺寸标准化,取为250mmx175mmx30mmb.冲孔凸模设计。为了增加凸模的强度与刚度,凸模非工作部分直径应制成逐渐增大的多级形式,凸模固定板厚度取28mm,凸模长度根据结构上的需要来确定由于此凸模直径较大,且长度较短,刚度和强度足够,所以无需对其进行强度校核。冲裁时凸模进入凹模刃口1mm。c.凸凹模的结构设计。本模具为复合冲裁模,除了冲孔凸模和落料凹模外,还有一个凸凹模。根据整体模具的结构设计需要,凸凹模的结构简图如图所示。确定凸凹模安排在模架上的位置时,要根据计算的压力中心的数据,使压力中心与模柄中心重合。凸凹模校核凸凹模的强度:查表得凸凹模的最小壁厚为6.7mm,而实际最小壁厚为7mm。故符合强度要求。凸凹模的人口尺寸按落料凹模尺寸配制,并保证双面间隙为0.48mm0.66mm。凸凹模上孔中心与边缘距离尺寸15mm的公差,应比零件所标注的精度高3-4级,即定位3.1.2挡料螺钉与导料螺钉位置的确定由模具整体结构设计,导料销及导料销都应通过卸料板固定于模具的凸凹模上。且在模具闭合状态下,应高出卸料板3mm。根据分析选用废料孔后端定位时挡料销位置如图8 3.1.3导料螺钉位置的确定导料销位于条料的同一侧,采用从右向左的送料方式,送料的方向导料销应装在后侧。3.2卸料装置的设计及标准化【7】3.2.1弹性卸料板的结构形式模具采用倒装结构,选用手册图77(b)的卸料板形式。由表78查得弹性卸料板厚度为10mm。装模具时卸料板孔与凸凹模得单边间隙为0.10mm,在模具开启状态,卸料板应高出模具凸凹模工作刃口0.30.5mm,以便顺利卸料,卸料板的工作行程为3.5mm。3.2.2卸料螺钉的选用采用圆柱头卸料螺钉45钢,热处理硬度3545HRC 规格 M6*15 JB/T7650.53.2.3卸料弹簧的设计及选用根据模具结构初选6根弹簧,每根弹簧的卸料力为: 根据预压力和模具结构尺寸,查手册试选弹簧的具体参数是:D=35mm, d=8mm, H0=100mm , t=14.5mm, F许=4556N, H1=88.4mm, 并计算如下:,校核:所以所选弹簧是合适的。弹簧的规格为: 外 径:D=35mm 钢丝直径:d=8mm 自由高度:H0=120mm 装配高度:H2=H0-H0 =100mm26.04mm73.96mm3.3推件装置的设计与标准化3.3.1刚性推件装置的设计与标准化本套模具的推件装置所需推件力大,且为了推件平稳可靠,应采用刚性推件装置。其结构形式见手册【5】3.3.2推件块的设计本推件块的端面外形应跟落料凹模的刃口形状一致,整体外形应设计成台阶式以便与凹模配合完成推件,而在冲裁时不致与把推件块推出滑到模外。推件块在自由状态下应高出凹模面0.20.5mm。推件块和凹模的配合:由于外形件的相对尺寸较大,外形形状相对复杂,所以推件内形与凹模为间隙配合H8/d11,推荐外形与凹模为非配合关系,属内导向。3.3.3连接推杆的选用为了使推件装置推出平稳采用3根推杆。每根推杆所承受的力为: PT/3=37.1*1000/3=12366N由手册查取适合本装置的推杆规格为:660mm 3.3.4推板的设计由推出结构需要,推板适宜选用圆形即手册的A型。3.3.5打杆的设计 打杆选用带肩A型打杆与推板配合以起到平稳推件作用。 其材料45钢 热处理硬度4348HRC 规格: A11110mm JB/T7650.13.4支撑固定零件的设计与标准化【6】由凹模周界L250mm,B=175mm,及卸料板的外形尺寸,材料选为HT200,0I级精度的后侧导柱模架。技术要求按JB/T80701995的规定。3.4.1模架的选用上模座标记:250*200*50 GB/T2855.5下模座标记:250*200*60 GB/T2855.6模柄标记: C70 JB/T7646.33.4.2 凸模固定板的设计因凸凹模的尺寸较大所以直接用螺钉紧固在下模座上。凸模固定板的设计:为了保证安装、固定牢靠,凸模固定板必须有一定的厚度,由经验公式【6】计算凸模固定板厚度。H=(0.6 0.8 )H=(0.6 0.8 )30=(18 - 24 )mm 式中 H 为固定板的厚度 可以取28mm 。其外形尺寸应与凹模的外形尺寸一致规格为250mm175mm28mm3.4.3垫板的设计在本模具采用的弹性卸料装置中,上模座中设有推板等零件的装置和让位空间,会使的其厚度变薄,影响其抗压强度,所以应设一块垫板。其规格根据凹模外形尺寸选取250mm175mm10mm。3.5导向零件的设计与标准化本组模具采用的是后侧导柱模座只需两对相同型号的导柱导套。本模具冲裁间隙小应按H6/h5配合,材料选用20钢热处理要求渗碳深度0.81.2mm,硬度5862HRC ,技术要求按JB/T80701995的规定。导柱标记: A32h616058 GB/T2861.6导套标记: A32H711548 GB/T2861.73.6 紧固零件的设计与标准化本模具采用螺钉固定,销钉定位。其具体数据如下:内六角圆柱头螺钉标记:GB/T70.1 M14100 GB/T70.1 M1475 螺钉标记:GB/T5782 M612 销钉标记:GB/T11.21 m6115 GB/T11.21 m6603.7 模架的设计模架各零件标记如下:上模座:250mm200mm50mm下模座:250mm200mm60mm导 柱:A32h6160mm58mm导 套:A32H7115mm48mm模 柄:C70mm115mm垫 板:250mm175mm10mm卸料板:300mm175mm10mm凸模固定板:250mm175mm28mm模具的闭合高度:4 冲压设备的选用选择型号为JA21-160的开式双柱式固定台压力机能满足使用要求。其主要数据参数如下:公称压力:1600KN滑块行程:160mm最大闭合高度:450mm最大装模高度:380mm连
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