前地板后縱梁加強板沖壓模具設計-復合模含NX三維及21張CAD圖
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摘 要
本次設計是對前地板后縱梁加強板零件進行沖壓模的工藝設計。在設計過程中采用的是復合模加工,設計步驟是對前地板后縱梁加強板零件的加工流程進行全面的分析和整理,確定其沖壓加工的各項參數(shù)和注意事項。
首先,確定該制品采用沖壓模具加工的可行性,以及加工過程中的相關內容及注意事項。
通過對制品的零件圖進行分許,確定制品的加工各項參數(shù)、加工材料以及加工方式,最終確定沖壓加工的流程為落料→沖孔;彎曲→成型。再對模具加工過程中的各項參數(shù)進行計算、各項沖壓流程進行設計、確定模具的沖壓機。在此基礎上采用CAD、UG等軟件對該模具的裝配圖進行設計繪制。
通過本次前地板后縱梁加強板零件沖壓模具的設計對大學所學的只是進行回顧,對模具設計中的各項軟件使用可以更加熟練,為之后的工作和學習打下了堅實的基礎。
關鍵詞:沖壓模設計;前地板后縱梁加強板零件;復合模;
Abstract
This design is the stamping die process design for the front floor and rear longitudinal beam reinforcement plate parts. In the design process, the compound die processing is used. The design step is to comprehensively analyze and sort out the processing flow of the front floor and rear longitudinal beam reinforcement plate parts, and determine the parameters and precautions of the stamping processing.
First of all, the feasibility of stamping die processing, as well as the related contents and precautions in the process of processing are determined.
According to the parts drawings of products, the processing parameters, processing materials and processing methods of products are determined. Finally, the stamping process is determined as blanking → punching; bending → forming. Then the parameters of the die processing process are calculated, the stamping process is designed, and the stamping machine of the die is determined. On this basis, CAD, UG and other software are used to design and draw the assembly drawing of the die.
Through the design of the stamping die for the front floor and rear longitudinal stiffener, what we have learned in the university is only a review. We can be more skilled in the use of various software in the die design, which lays a solid foundation for the work and study after that.
Keywords: stamping die design; front floor and rear longitudinal stiffener parts; compound die;
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 沖壓模發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 沖壓模具行業(yè)的發(fā)展趨勢 2
1.2.1 CAD等相關繪圖技術的全面推廣 2
1.2.2 模具相關標準和檢測設備的完善 2
1.2.3 模具加工設備的發(fā)展進步 2
1.2.4 模具相關專用技術發(fā)展 3
1.3 國內沖壓模具的現(xiàn)狀 3
1.4 國外模具工業(yè)的發(fā)展情況 4
1.5 模具行業(yè)的發(fā)展前景 4
1.6 我國沖壓模具存在問題 5
1.6.1 人才缺失 5
1.6.2 供給不匹配 6
1.6.3 配套設備較差加工精度不足 6
1.7 課題來源與意義 6
2 沖壓工藝分析 7
2.1 材料分析 7
2.2 零件工藝分析 8
2.3 毛坯的尺寸計算 8
2.4 排樣設計 9
2.4.1 排樣原則 9
2.4.3 送料步距 11
3.4.2條料寬度 11
2.4.4 材料利用率的計算 11
3 工藝計算 13
3.1 落料沖孔力計算 13
3.1.1 沖裁力的計算 13
3.1.1 模具總沖壓力 14
3.2 壓力中心計算 14
3.3 沖床選用 15
3.3 彎曲工藝的工藝力 16
3.3.1 彎曲力 16
3.3.2 成型力的計算 17
3.3.3 彎曲模具總沖壓力 17
3.3.4 壓力中心計算 17
3.3 沖床選用 17
4 模具零件尺寸計算 18
4.1 模具沖裁間隙 18
4.2 計算凸凹模工作部分尺寸: 19
4.3彎曲部分刃口尺寸計算 21
第五章 復合模的設計 24
5.1 凹、凸模板尺寸 24
5.1.2凸模固定板的尺寸設計 25
5.1.3 凸凹模固定板的尺寸設計 26
5.1.4 凸模設計 27
5.1.5 落料沖孔凸凹模 28
5.2墊板選用 29
5.3卸料機構 30
5.4定位零件設計 30
5.5 緊固件 31
5.6 模架及模座確定 31
第六章 彎曲模具零部件設計與選擇 32
6.1 凹模設計 32
6.1.1凹模設計 32
6.1.2 凸模設計 32
6.1.3 凸模固定板設計 32
6.1.4 凹模固定板設計 33
6.2 定位零件 34
6.3 緊固件 34
6.4 上下模座的選用 34
結 論 35
致 謝 36
參考文獻 37
V
第一章 緒論
從我國的工業(yè)化發(fā)展以來,國內的模具相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展得十分的迅速,無論是對國內經(jīng)濟的發(fā)展還是人民生活水平和物質水平的提高都有著十分重大的意義,給國內的經(jīng)濟提供了十分龐大的動力,在我國的模具制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是相當迅速的,這對社會的影響也是十分巨大的,同時近幾年的時間里面,隨著計算機信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與壯大,對我國模具制造行業(yè)也產(chǎn)生了非常大的積極促進作用,其中以沖壓模具相關產(chǎn)業(yè)技術領先的相關機械行業(yè)的生產(chǎn)技術的發(fā)展,能夠有效的對我國社會的發(fā)展起到正面的促進作用。
在國內的制造業(yè)的發(fā)展和壯大的歷程里,模具的生產(chǎn)技術和工藝水平的發(fā)展對其起到了十分重要的作用,其中沖壓模具生產(chǎn)加工技術,是目前行業(yè)內模具生產(chǎn)的最為重要的生產(chǎn)技術。
模具作為生產(chǎn)加工過程中十分普遍的基礎性加工設備,是國家經(jīng)濟的根本。在目前的生產(chǎn)工業(yè)中,生產(chǎn)中的各種零部件基本都是采取沖壓、注塑等加工方法完成的。大部分的加工生產(chǎn)行業(yè)(如日用品、機械、列車、飛機、電子電器等)的進步都與模具產(chǎn)業(yè)的進步和發(fā)展有著不可分割的關系。模具在目前的工業(yè)生產(chǎn)中起著十分重要的作用。
根據(jù)不完全的統(tǒng)計表明,國內的模具年生產(chǎn)量僅僅能滿足市場需求的60%-70%,還有絕大部分的加工難度很大的零部件和產(chǎn)品都是需要通過國外進口的方式滿足市場的需求。所以,未來還是存在非常大的發(fā)展空間。
1.1 沖壓模發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年來,隨著社會工業(yè)的不斷發(fā)展,我國的沖壓模具無論是產(chǎn)品的產(chǎn)量上還是類型上以及制品的品質上都有了極大的提升。這極大的豐富了我國社會產(chǎn)品類型,處境了社會工業(yè)的發(fā)展,尤其在以下幾個方面有變現(xiàn)尤為突出[3-5]:
1.產(chǎn)品的品質和質量越來越好
2.產(chǎn)品的類型豐富多彩
3.加工技術越來越先進
4.與模具相關的行業(yè)如檢測、材料等有了十分顯著的提升。
最近幾年的時間里,我國雖然在沖壓模具的行業(yè)上有了顯著的提升,然而與國外時相比還有的大的差別[6]:
1.模具使用壽命
2.模具的精密度
3.大型精密儀器技術欠缺
4.模具加工材料性能
5.加工行業(yè)的標準化水平
1.2 沖壓模具行業(yè)的發(fā)展趨勢
1.2.1 CAD等相關繪圖技術的全面推廣
目前,在國外一些發(fā)達國家里面,沖壓模具加工和制造很早以前就對CAD等繪圖技術進行了普及。然后,由于我國先進的模具生產(chǎn)過來說存在起步晚的、技術優(yōu)勢較低的特點,所以相對來說我過在軟件應用和開發(fā)的方面與發(fā)達國家還是有較大的差距,還有很多先進的技術沒有普遍的應用大模具工業(yè)中。然而,國內的發(fā)展腳步相對來說也是十分迅速的,已經(jīng)逐漸的推廣和普及相關的CAD等繪圖技術。目前就國內的模具行業(yè)來說,在汽車加工制造行業(yè)中使用的普遍,CAD等技術也會使用在這其中,會使得行業(yè)的發(fā)展更加的先進化,同時生產(chǎn)加工的產(chǎn)品精密度也會更高。
1.2.2 模具相關標準和檢測設備的完善
隨著模具含量的不斷發(fā)展,行業(yè)的規(guī)范性也會更加的,相關零件的指標也會越來越要求嚴格,這不斷完善的過程必不可少的是相應的檢測設備的配套。隨著我國模具行的也不斷發(fā)展,同時對產(chǎn)品質量要求的不斷提高,此外模具產(chǎn)品的精密及復雜度的不斷升高,所以相對來說模具的檢測設備也隨之有了更大的需求。目前在其他的一些發(fā)達國家里面都采用了比較高精密度的三坐標測量機,可以對生產(chǎn)出來的模具進行非常高緊密的檢測,可以很好的保證模具的性能和品質。這能夠很好的保證模具的品質,促進行業(yè)的發(fā)展。隨著我國模具行業(yè)的不斷發(fā)展和壯大,該類型的檢測設備不就的將來也會在我國得到普遍的應用
1.2.3 模具加工設備的發(fā)展進步
在模具行業(yè)的進步過程當中,模具生產(chǎn)加工設備的進步是必不可少的一個發(fā)展過程,就目前的情況來說,我國的模具行業(yè)的生產(chǎn)零部件大部分還是存在著精密度不足的情況,伴隨我國經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展,國內的模具相關的生產(chǎn)設備也會不斷的進步,特別實在高速化、自動化方面會有很大的進步。
1.2.4 模具相關專用技術發(fā)展
在模具生產(chǎn)加工過程中,其中有兩方面的技術如材料的處理水平和表面的加工水平是十分重要的,在材料方面,我國目前對于材料的加工方式還是非常的單一,這使得我過我的模具性能很難有很大的突破。另一方面是表面的處理水平,相關的技術在我國發(fā)展還是相對比較慢的,需要我們不斷的投入人力和財力進行改進。
從國內開始進入工業(yè)化的發(fā)展到至今,模具在國內的地位就已是非常的高,一直以來就受到了行業(yè)的關注。而模具的加工制造水平一直以來就與人們的生活生產(chǎn)息息相關,具有十分重要的地位。同時未來也會有很大的空間,所以我們必須要強化沖壓相關的技術的研發(fā)和實踐,促進模具在國內的發(fā)展,通過模具來推動我國的經(jīng)濟社會發(fā)展。
1.3 國內沖壓模具的現(xiàn)狀
從改革開發(fā)以來,模具工業(yè)早就已經(jīng)成為了判斷一個國家工業(yè)發(fā)展能力的一個必不可少的指標,在各行各業(yè)中都有了非常廣泛的使用,對人們生活水平的提高也具有十分重要的意義。目前,隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人們的生活水平的提高,對于模具產(chǎn)品的需求也在不斷的前進的過程中,所以,為了能夠很好的配合社會的發(fā)展,模具相關行業(yè)也要不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。國內的模具行業(yè)在醉經(jīng)幾年中取得了非常大的進步,也朝著自動化、智能化在進步,其主要表現(xiàn)在以下幾點:
(1)相關軟件的應用
模具產(chǎn)品,從產(chǎn)品思路的建立,到最后得到完整的產(chǎn)品的過程是非常復雜的,需要各個不同的相關技術進行配合。隨著社會的不斷進步,國內在沖壓模具設計領域投入的也越來越大,其主要表現(xiàn)在CAD等相關軟件技術的引入和普及。該技術的引入能夠大大的提高模具產(chǎn)品的精密度,并且讓模具想著復雜化和自動化進行邁進。
(2) 適用性更強的材料更新
隨著模具行業(yè)的不斷發(fā)展,行業(yè)相關從業(yè)企業(yè)也發(fā)現(xiàn)材料的選擇在模具行業(yè)中的重要性,隨著需求的不斷增加,材料行業(yè)也不斷的發(fā)展,不斷的有新的材料的涌現(xiàn),選擇適用性更改的材料一方面能夠提高生產(chǎn)過程中的加工性能和加工效率,另一方面也可以很好的提高加工得到零部件的使用性能,所以對材料的有和升級是未來的模具行業(yè)發(fā)展的一個重要的方向。
(3) 智能化、自動化水平的進步
隨著計算機信息行業(yè)的不斷進步和發(fā)展,對整個社會的改變都是非常巨大的,這其中也包括模具行業(yè),模具行業(yè)的自動化升級能夠有效的提高行業(yè)的生產(chǎn)加工效率,減少人力資源的投入,另一方面也可以很好的控制由于人工誤差帶倆的產(chǎn)品個體之間的差異,在模具的研磨拋光階段,由于模具的外觀越來越受到人們的看重,該步驟在我國目前的行業(yè)中主要是采用的人工的方法進行拋光的,這種方式的加工具有效率相對低下,質量也比較差的特點,自動拋光的引入就能夠非常好的解決這一問題。
(4) 標準化
隨著一些新的產(chǎn)業(yè)加工技能在行業(yè)中的采用,很多國外的現(xiàn)將生產(chǎn)加工國家的標準間已經(jīng)能夠達到80%以上,我國的標準才才40%左右,這是未來我國的一種重要的發(fā)展方向
此外,從模具增各行業(yè)來看,未來在加工精度、中高檔模具方面都會有很大的發(fā)展,同時模具的壽命也是一個非常重要的方向,總而言之,未來的模具會朝著更搞下哦、更加綠的、更加經(jīng)濟的大方向進步。
1.4 國外模具工業(yè)的發(fā)展情況
國外的發(fā)達國家里面,相對國內來說具有起步早、技術先進的特點,所以相對來說發(fā)展的很快。尤其是在設計水平和材料選擇的控制上。淬火而后身高至中溫或低溫在進行回火,這個國外模具中非常常見的處理手段,改加工的方法相比較來說,其方法簡單,如果加工的材料懸著合適的話,能夠滿足使用性能的要。國外沖壓模具行業(yè)的腳步相對靠前,所以相對來來說材料選擇已經(jīng)形成了體系,可是我國目前還沒有研究出適合的專門的材料,各企業(yè)的材料選擇不統(tǒng)一,沒有形成體系,這大大的影響了模具的壽命[21-23]。
1.5 模具行業(yè)的發(fā)展前景
現(xiàn)階段,隨著社會需求的不斷復雜,因此相較于傳統(tǒng)的模具行業(yè)來說,現(xiàn)代的模具加工生產(chǎn)上對形態(tài)和結構的需要會相對較為復雜,此外其對加工生產(chǎn)的技術要求相對較高,因此采用常規(guī)的加工生產(chǎn)方式并不能很好的滿足市場的需求,必須要通過現(xiàn)代的相機計算機水平與模具相結合之后,才能滿足社會的發(fā)展。此外,市場對于模具的需求特點也體現(xiàn)在產(chǎn)品的更新?lián)Q代快,競爭十分激烈。所以必須提高生產(chǎn)加工周期,才能很好的滿足市場需求。其中模具的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1、精度要求更高
模具的精度對產(chǎn)品的品質有十分重要的影響,目前市面上對于模具的精度不斷增強,因此,在加工生產(chǎn)中要采用相關的技術手段來提升其加工的精密度。
2、大型化
隨著模具加工技術的不斷提升,因此其使用反而也不斷的拓寬,因此,其加工的制品業(yè)逐步向著大型化在發(fā)展進步。
3、 多功能復合模的發(fā)展
在傳統(tǒng)的模具加工過程中,需要多個不同的加工生產(chǎn)步驟才能完成模具的加工全部過程,但是就目前的發(fā)展技術來看,一幅多功可以對制品的全流程進行加工,可以包括沖壓、疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等相關加工流程,因此該類型的復合模具可以很好的縮短加工的成本以及加工周期,同時也更加便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)
4、 對高檔次模具的需求不斷增加
其主要體現(xiàn)在兩部方面,一方面是汽車飛機等大型精密機械化零件中,另一方面是電子電器的元器件中。這兩類的需求在不斷的增強。
5、 標準件的需求不斷增強
在模具設計和生產(chǎn)加工過程中,標準化零部件的設計和使用可以極大地減少設計周期和加工設計成本,同時也可以很好的確保制品加工品質。目前來說標準件的應用已經(jīng)有了一定的起色,在之后也會不斷的發(fā)展。
6、快速制造模具普遍應用
在目前的模具行業(yè)中,由于社會發(fā)展自迅速,因此,模具行業(yè)也越來越朝著小批量快速化的加工生產(chǎn)時代,因此要求必須要縮短模具的加工設計周期,減少加工成本投入。
1.6 我國沖壓模具存在問題
1.6.1 人才缺失
任何行業(yè)想要不斷的發(fā)展和進步,都需要在人力和無聊上不斷的投入,隨著世界科學技術的不斷發(fā)展進步,然而因為我國在制造業(yè)上相對較為落后,因此培養(yǎng)的高端人才相對較少,此外,也存在大批人才的外流現(xiàn)象[13]。
同時,目前國內的大部分企業(yè)對研發(fā)的投入不夠,也是導致人才流失和行業(yè)進步較慢的一個重要因素。
1.6.2 供給不匹配
就目前國內的生產(chǎn)加工現(xiàn)狀來看,很大一部分的企業(yè)加工生產(chǎn)的只是一些較為低端的產(chǎn)品,這類的產(chǎn)品在技術上較為簡單,同時這類企業(yè)對研發(fā)高端加工裝備能力方面略顯不足,此外也無心在高端產(chǎn)品方面做大量的投入,導致高端的產(chǎn)品在我國的市場較為空白[14]。
此外,因為在新的沖壓模具設計、開發(fā)、生產(chǎn)、調試整個流程的時間投入和成本投入都非常大,大部分企業(yè)沒有能力和資本做到,這也是導致我國沖壓模具水平和國外存在差距的原因。
1.6.3 配套設備較差加工精度不足
沖壓模具無論是在設計還是在加工上面都與非常多的學科有一定的聯(lián)系,就現(xiàn)階段還說,我國相關方面的配套設備相對來說較少,難以滿足模具集成制造的要求[15]。
1.7 課題來源與意義
在這次的畢業(yè)設計中,我選取的論文題目為前地板后縱梁加強板零件的復合模具設計,在完成本次設計的過程之,不僅是對知識水平的檢驗,同時也可以對我?guī)啄甑拇髮W學習過程的一次全面的回顧。
在本次設計中,在全面對該前地板后縱梁加強板沖壓件進行細致的分析之后,可以明確相關的加工技術規(guī)則,在此之后,通過相應的計算以及分析之后,可以得到本次前地板后縱梁加強板模具的結構,通過CAD等相關繪圖軟件,可以對該模具的二維圖紙進行繪制。
此外在對前地板后縱梁加強板模具進行設計的過程中,可以讓我對大學幾年所學的理論知識進行更加深刻的理解,提供能后很好的提升個人的設計能力。將大學幾年中算學的理論知識進行實踐。通過本次獨立完成該模具設計之后,讓我對沖壓模具有了更加深刻的理解和認識,無論在經(jīng)驗上還是在操作技能上都有了顯著的提高,能夠更好的完成相關工作。
2 沖壓工藝分析
2.1 材料分析
表2-1 零件相關信息
項目
參數(shù)
名稱
前地板后縱梁加強板
材料
08F
厚度
1.0 mm
本次零部件的設計選取的08F材料,其本身具有以下特定:1、塑形好;2、韌性強;針對該模具生產(chǎn)過程中采取的冷沖壓加工工藝具有非常輕松成型的特點[16]。該08F材料能夠普遍的適用于各種不同的加工工藝,如彎曲、冷沖壓、拉伸等,適用于用來加工各類的零部件,特別實在拉桿、墊片等相關類似的零部件上面應用的非常普遍,該前地板后縱梁加強板的零件如見下圖2-1.
圖2-1 前地板后縱梁加強板零件圖
圖2-2 零件二維圖
2.2 零件工藝分析
本次論文中給到的零部件名稱可知零件作為一個U形零件,所以對該零部件的精密度的要求并不是太高。從該零部件的圖紙中可以看出均是基本的尺寸,在零部件的公差上面未做特別的規(guī)定,所以本次設計中按照IT14進行選取。
通過對該零部件的形狀進行分析,從中可以看出該零部件要通過落料、沖孔以及彎曲、成型四個基本的沖裁工序組成,因此,可以得出該零部件可以通過以下三種不同的方式來進行加工生產(chǎn)[17-18]。
一、沖孔→彎曲→成型→落料連續(xù)沖壓,采用連續(xù)模生產(chǎn)的方式對零件進行加工。
二、采取先落料、再沖孔、再彎曲最后成型的加工方式,該方式為單工序模具生產(chǎn)。
三、先進行落料沖孔復合沖壓,最后通彎曲成型復合沖壓,該方法為復合模具加工的方式。
第二種方案將加工分為了四個彼此獨立的步驟,這樣會造成在模具設計上一定要每個步驟有一套模具才能實現(xiàn),即落料、沖孔、彎曲、成型都需要一套獨立的模具來完成。這種情況下就會造成模具產(chǎn)品的加工過程中效率和成本均大打折扣。
方案一雖然只要一套模具但是零件的長度為200mm零件額加工需要幾個工位,這樣模具的尺寸會很大,加工成本高。
方案三為復合模具的加工方案,該方案模具結構簡單,加工效率相比方案二也會高一點,綜合考慮選擇方案三作為零件的加工方案。
2.3 毛坯的尺寸計算
在尺寸計算過程中,通常采用的方法是將該零部件存在彎曲的位置進行空間上的展開,這樣能夠得出該坯料的外部形態(tài),通常情況下,我們采用的展開方式是通過UG軟件對零件的胚料進行展開,見下方圖2-2:
圖2-3 零件展開
圖2-4 零件展開圖
2.4 排樣設計
2.4.1 排樣原則
模具設計過程中必須要提前做好排樣設計,零部件的加工在排樣階段相對來說比較簡單,然而,排樣過程中也存在一定的注意事項,其主要有以下3點:
① 盡可能的增大材料的使用率
據(jù)統(tǒng)計,在模具生產(chǎn)加工企業(yè)中材料的使用成本占總的生產(chǎn)生的的百分之六十左右,因此考慮材料的使用效率是模具企業(yè)中起決定性作用的一個參數(shù),要想減小材料的浪費率,必須控制加工過程中廢料的多少,通常該指標是由工藝廢料的多少來決定的,而工藝廢料又是通過排樣方式來決定的。
② 排樣方式的選擇
通常,采用此種加工方式的模具,再排樣根據(jù)廢料的多少有以下三種排樣方式:
A、有廢料排樣法
該類型的排樣方法通常是在兩個相近的沖壓件和側邊上均留出足夠的空間,這種方法的優(yōu)勢是能夠有效的增加模具的使用時長,其劣勢就是材料上面存在很大的浪費。
B、少廢料排樣法
該類型的排樣方法是通常是在沖壓零部件和沖壓零部件兩者相互間留出一定的搭邊,沖壓件和條料的側邊則不留,該類型的排樣方式在材料的使用率上可以達到百分之七十以上,然而它的不足之處是在于其僅可以對沖壓件的部分輪廓沖裁。
C、無廢料排樣法
該類型的排樣方法從名字上可以判斷即不存在廢料,兩個沖壓件相互間無搭邊,可以采用切斷條料的加工方法來得到?jīng)_裁件,該類型的加工方式在材料使用率上面能夠有百分之八十五甚至更多。采取該類型的加工方式有效的增加了材料的使用率,但是這種加工方式在模具的精密度上會大打折扣,因此我們在選擇排樣方式的時候要綜合多方權衡。
③ 搭邊情況
搭邊值一般情況下都是通過經(jīng)驗來進行決定的,表2-3中列明的搭邊值均是普通沖裁過程中的經(jīng)驗值。
表2-3 搭邊a與a1數(shù)值
材料厚度
圓件及r>2t的工件
矩形工件邊長L<50mm
矩形工件邊長L>50mm
或r<2t的工件
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
工件間a1
沿邊a
<0.25
0.25~0.5
0.5~0.8
0.8~1.2
1.2~1.6
1.6~2.0
2.0~2.5
2.5~3.0
3.0~3.5
3.5~4.0
4.0~5.0
5.0~12
1.8
1.2
1.0
0.8
1.0
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0.6t
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2.5
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4.5
0.9t
搭邊值通過上表2-3查詢可以得到:該模具零部件的工件間搭邊值為:,側面搭邊。
2.4.3 送料步距
沖壓模具的進給步距(S)指的是材料加工過程中的兩個胚料之間需要移動的距離,此結果和下料構件大小與加工件邊緣值a之和的結果是一樣的,其計算公式詳見下方所示:
3.4.2條料寬度
沖壓模具的條料寬度可以通過下列公式進行計算:
根據(jù)上述計算分析后,可以得出該沖壓模具的排樣二維圖,詳見下圖所示:
圖2-4 排樣圖
2.4.4 材料利用率的計算
模具加工過程中的材料使用率的計算,我們可以通過對一個步距內的零件材料使用率計算得到:
其中一個步距內的材料利用率可以通過公式2-2計算:
(2-2)
式中:
所以條料的材料的利用率為:
3 工藝計算
3.1 落料沖孔力計算
3.1.1 沖裁力的計算
零件的沖裁力的計算主要是通過零件的沖裁刃口的長度以及零件所選擇的材料的抗剪強度,材料厚度等相關參數(shù)進行計算,通過查詢表7-4(《沖壓工藝與模具設計》P272),可得材料剪切強度極限t =250Mpa,板料厚度t=1mm,零件沖裁刃口的長度可以通過CAD圖進行測量:
通過排樣圖測量該零件沖裁位置的長度:
通過公式?jīng)_裁力(3-1)、卸料力(3-2)、推件力(3-3)的計算公式,可以對沖裁力、卸料力、推件力進行計算,相見下方:
1.落料沖孔力:
............................................(3-1)
代入計算得:
2. 卸料力:
............................................(3-2)
代入計算得:
3. 推件力:
............................................(3-3)
代入計算得:
4. 頂件力:
............................................(3-3)
代入計算得:
上訴3式中:
式中:
、
其中卸料力、推件力、頂件力系數(shù)可以通過表3-1得到:
表3-1 卸料力、推件力、頂件力系數(shù)
材料
08
材料厚度/mm
>0.1~0.5
0.045~0.055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.045
0.05
3.1.1 模具總沖壓力
通常情況下,加工過程中的總沖壓力沖裁部分的沖壓力之和,見公式3-4:
(3-4)
將各個壓力值代入公式中可以得到:
3.2 壓力中心計算
該模具的壓力中心的坐標值選定在所有工位中心位置,其x,y軸的計算公式見3-5、3-6:
(3-5) (3-6)
模具加工過程中,因為加工是處于一個動態(tài)過程中的,每一個工位上的閉合時間存在差異,所以模具的壓力中心是處于動態(tài)變化的。所以為了能夠更加方便計算,通常情況下我們是通過刃口加工過程中的極限位置來計算壓力重心的。由于前地板后縱梁加強板零件為基本對稱零件,所以零件的壓力中心為零件的對稱中心。
3.3 沖床選用
在模具的設計和加工過程中,各項模具設備的選取是非常重要的,特別是在壓力機的選擇上面。壓力機決定了加工過程中的模具能夠達到最好的狀態(tài),同時也決定了模具在加工過程中的使用壽命[19]。
通過對該沖壓力的分析,結合各類型的沖壓機的參數(shù),我們可以選擇沖壓機的型號為:J23-40 。壓力機參數(shù)如下:
表3-2 J23-40壓力機參數(shù)
型 號
J23-40
公稱力
KN
400
滑塊行程
mm
100
行程次數(shù)
min-1
54
最大封閉高度
mm
270
封閉高度調節(jié)量
mm
70
滑塊中心至機身距離
mm
200
工作臺板厚度
mm
65
立柱間距離
mm
280
工作臺至導軌間距離
mm
305
工作臺尺寸
前后
mm
390
左右
mm
630
工作臺孔尺寸
前后
mm
180
左右
mm
270
直徑
mm
215
滑塊底面尺寸
前后
mm
180
左右
mm
255
模柄孔尺寸
直徑
mm
50
深度
mm
75
3.3 彎曲工藝的工藝力
3.3.1 彎曲力
1)通常,沖壓模具加工中的制品彎曲有兩種不同的方式:U形彎曲及V形彎曲,其中:
V形彎曲制品的彎曲力計算可以通過下列公式進行:
(3-7)
U形彎曲制品的彎曲力計算可以通過下列公式進行:
(3-8)
上式中:
;
;
2)校正彎曲力的計算公式詳見下方:
(3-9)
上式中:
該制品的沖壓模具采用是兩件同時彎曲,所以彎曲為U形其中08鋼的抗拉強度,各項參數(shù)代入公式中,可以得到:
通過查詢相關資料可以確定
軟件中測量面,得到
A=4529.3
所以最終確定該沖壓模具的校正彎曲力大小為:
在沖壓模具自由彎曲過程中的彎曲力和校正彎曲力之和的大小為:
3.3.2 成型力的計算
零件成型位置的沖壓力按照近似計算,壓印力的計算公式為:
(3-10)
式中:
所以零件的起伏力
3.3.3 彎曲模具總沖壓力
通常情況下,加工過程中的總沖壓力為彎曲成型部分的沖壓力之和
將各個壓力值代入公式中可以得到:
3.3.4 壓力中心計算
模具加工過程中,因為加工是處于一個動態(tài)過程中的,每一個工位上的閉合時間存在差異,所以模具的壓力中心是處于動態(tài)變化的。所以為了能夠更加方便計算,通常情況下我們是通過刃口加工過程中的極限位置來計算壓力重心的。由于前地板后縱梁加強板零件彎曲成型為基本對稱零件,所以零件的壓力中心為零件的對稱中心。
3.3 沖床選用
在模具的設計和加工過程中,各項模具設備的選取是非常重要的,特別是在壓力機的選擇上面。壓力機決定了加工過程中的模具能夠達到最好的狀態(tài),同時也決定了模具在加工過程中的使用壽命[19]。
通過對該沖壓力的分析,結合各類型的沖壓機的參數(shù),我們可以選擇沖壓機的型號為:J23-40 。
4 模具零件尺寸計算
4.1 模具沖裁間隙
考慮到該模具的外形相對來說還是很復雜,所以在加工過程中必須要通過多個加工工序來完成,設計過程中需要根據(jù)凸模和凹模來計算刃口的尺寸,加工過程中加工完成一個后再以該標準來進行后續(xù)的加工[20]。
沖裁單面間隙表示的是模具在合模時凸模、凹模刃口相互間的最小長度,通常用字母Z表示,在沖裁的時候,沖裁單面間隙是一個十分重要的指標。能夠直接影響沖裁件質量、精密度、沖裁力、推件力等。還對模具產(chǎn)品的使用壽命存在較大的影響。此外該值同樣對對斷面質量有著一定的決定作用,當Z的取值比較大時,斷面會有裂紋存在,同時也會出現(xiàn)粗糙、毛刺等現(xiàn)象;當Z的取值較小則會有剪切現(xiàn)象,生產(chǎn)出來的零部件的品質會比較好,然而在零部件的中間位置會出現(xiàn)夾層產(chǎn)生的現(xiàn)象,只有當Z的取值適當時,這樣凸模與凹模兩者之間的裂紋會重疊起來,這樣的零部件的品質會比較好,同時斷面會光滑切毛刺少。所以在加工過程中一定要選取是定的間隙值,這樣才能得到相對理想的產(chǎn)品。
模具加工過程中,能夠對凸模以及凹模刃口間隙產(chǎn)生影響的因素會有很多。
此外計算刃口間隙值的公式也有很多。所以,在計算過程中先用的方法不同,其結果也會存在一定的差異。
采取凸模、凹模分開制作的方法,它的雙面間隙必須要符合:
(4-1)
沖裁間隙Z需要通過查詢下表4-1:
表4-1 機電行業(yè)用沖裁模初始雙面間隙
材料厚度/mm
08F、10、15、H62、T1、T2、T3
1
0.1
0.14
在模具的不斷的加工生產(chǎn)過程中,它的刃口也會隨著加工的進行而存在或多或少的磨損現(xiàn)象。隨著磨損不斷的發(fā)生,會導致模具的沖孔減小。而且在落料過程中也會產(chǎn)出現(xiàn)毛刺。
凹模在交給你個過程中,它的刃口同樣會有磨損,這會導致其孔的直徑增加,同樣也會產(chǎn)生一定的毛刺,所以在設計模具的落料的時候,在模具公差許可的范圍內,凹模齒輪的選擇上需要選取最小的齒輪。在模具的沖孔的選擇上,在該模具公差可接受的范圍內,凸模的刃口尺寸應該選取最大的尺寸,通過這種方式才可以確保零部件的精密度,此外也能夠有效的增加模具的使用試時長。在這種情況下,即便凸模和凹模刃口出現(xiàn)了一定的磨損,同樣能夠確保該模具能夠正常的運營。
表4-2 規(guī)則形狀凸、凹模的制造偏差
基本尺寸
凸模偏差
凹模偏差
~18
0.020
0.020
18~30
0.020
0.025
30~80
0.020
0.030
80~120
0.025
0.035
120~180
0.030
0.040
180~160
0.030
0.045
160~360
0.035
0.050
360~500
0.040
0.060
500~3000
0.050
0.070
通過上表4-2,可以確定、取值分別為:0.025; 0.035。
所以:
由上述結果可以得知不滿足+≤的要求,需要對零件的加工公差進行調整,調整后?。?
4.2 計算凸凹模工作部分尺寸:
通過凸模尺寸的計算公式,對凸模尺寸進行計算:
(4-2)
通過凹模尺寸的計算公式,對凹模尺寸進行計算:
(4-3)
式中:;
;
;
;
;
。
將上述數(shù)據(jù)代入公式進行計算:
通過查表可以知道:=0.43mm;X=0.5
通過查表可以知道:=0.3mm;X=0.5
通過查表可以知道:=0.2mm;X=0.5
對該模具的落料位置的刃口尺寸計算:
在選取凹模作為基準件時,凹模在加工過程中發(fā)生磨損之后刃口位置的尺寸均會變大,所以這種情況都是隸屬A類尺寸第一類尺寸的范圍。它的基本尺寸及制造公差的計算公式按下列進行:
(4-4)
(4-5)
式中:;
;
;
;
;
。
落料尺寸:
通過查表可以知道:=1.15mm;X=0.5
落料尺寸:
通過查表可以知道:=0.87mm;X=0.5
4.3彎曲部分刃口尺寸計算
V形模具零部件在彎曲過程中,凸、凹模兩者之間的間隙是通過調節(jié)壓力機的閉合高度進行把握的。此外在模具的繪圖和設計過程中,一定要確保模具閉合時,模具可以與零部件之間貼合完整,這樣才能確保彎曲的品質。
U形模具零部件在彎曲時一定要準確的確定凸、凹模之間的間隙,如果出現(xiàn)間隙太大的情況,會出現(xiàn)回彈大的現(xiàn)象,這很容易導致模具零部件的在尺寸出現(xiàn)誤差變大。當間隙出現(xiàn)過小的情況,則會導致彎曲力變大,造成模具零部件在厚度變薄,增加加工過程中的摩擦力,很容易導致模具工件損壞,同時縮短模具的使用壽命。
U形零部件凸、凹模的單面間隙值通常情況下能夠根據(jù)以下公式進行計算:
式中:
其中C的結果可以通過表4-3對應查詢得到,詳見下方:
表4-3 間隙系數(shù)C取值對應表(單位mm)
當我們對產(chǎn)品的零部件精密度要求比較高時候,可以適當?shù)慕档烷g隙值,因此,該結果的取值可以為:
通過查詢相關資料,板料厚度的正偏差。
將該值代入公式后可以得到:
凸、凹模的工作部分尺寸通常情況下說的是彎曲件的凸、凹模的橫向尺寸。通常加工的零部件標明的是外形尺寸的時候,需要把凹模作為基準件,間隙取在凸模上;而加工的零部件標表明的是內形尺寸的時候,需要吧凸模為基準件,間隙取在凹模上。并且凸、凹模的尺寸和公差必須要通過工件尺寸、公差、回彈等相關數(shù)值的大小來決定,同時與磨損規(guī)律也存在一定的聯(lián)系。
(1)彎曲件標注外形尺寸
凹模外尺寸的計算公式為:
凸模外尺寸的計算公式為:
(凸模尺寸根據(jù)凹模的實際的尺寸配制,保重單面間隙Z/2)
(2)彎曲件標注內形尺寸
凸模內尺寸計算公式為:
凹模內尺寸計算公式為:
(凹模尺寸根據(jù)凸模實際尺寸配制,保重單面間隙Z/2)
其中:
根據(jù)彎曲件的圖紙,我們能夠從中得到該彎曲件標注的外形尺寸,此外改彎曲件并沒有標注尺寸公差,所以我們可以按公差IT14級別進行處理。通過查詢相關技術表格可以得出彎曲件公差值,凹模制造公差,凸模制造公差。將上訴結果代入公式中可以得到:
凹模尺寸為:
凸模尺寸為:
第五章 復合模的設計
5.1 凹、凸模板尺寸
5.1.1凹模板尺寸計算
在通常我們所說的對凹模板的尺寸計算實際上就是對它的厚度計算,其原因是模板的長度以及寬度我們能通過該零部件的尺寸得到。厚度的另一種說法也被叫做強度,通常凹模板的厚度我們是采用經(jīng)驗公式來進行計算的,其公式如下:
凹模厚度:
(5-1)
凹模壁厚:
(5-2)
式中:
其中,系數(shù)k可以通過查詢下表4-1得到,并且k的大小和加工零部件的簡單或者復雜的程度有一定的聯(lián)系。如果該模具的零部件比較簡單,則可以取相對小一點的值,如果該模具相對比較復雜,則可以去相對大一點的結果。
表5-1 系數(shù)k的數(shù)值
板料厚度t/mm
外形尺寸b/mm
0.5
1
2
3
>3
<50
0.30
0.35
0.42
0.50
0.60
50~100
0.20
0.22
0.30
0.35
0.42
100~200
0.15
0.18
0.20
0.24
0.30
200~400
0.10
0.12
0.15
0.18
0.22
>400
0.05
0.06
0.1
0.12
0.15
本次零部件的設計中k取值為0.12。將該取值代入公式中可以得到
凹模厚度:
考慮到凹模內設置推件塊因此本設計中H取值為30mm。
凹模壁厚:
通過該零部件的尺寸,我們可以估算凹模的外形尺寸,取相近的凹模標準尺寸;
長度×寬度為200mm×315mm。
圖5-1 凹模
5.1.2凸模固定板的尺寸設計
本次設計零部件的凸模固定板厚度我們可以根據(jù)上述公式來進行計算,將數(shù)值代工公式中的[19]:
(5-3)
因此該前地板后縱梁加強板零件的凸模固定板厚度值為25mm
對于前地板后縱梁加強板零件的凸模固定板的在材料上我們可以采用45剛,其設計圖見5-2所下圖所示:
圖5-2 凸模固定板尺寸設計圖
5.1.3 凸凹模固定板的尺寸設計
本次設計零部件的凸凹模固定板厚度我們可以根據(jù)上述公式來進行計算,將數(shù)值代工公式中的[19]:
(5-3)
因此該前地板后縱梁加強板零件的凸凹模固定板厚度值為25mm
對于前地板后縱梁加強板零件的凸凹模固定板的在材料上我們可以采用45剛,其設計圖見5-3所下圖所示:
圖5-3 凸凹模固定板
5.1.4 凸模設計
本次模具設計中采取的凸模加固方法為固定板。凸模和固定板兩者之間的配合方法為過渡配合(或)[21]。同時,為確??梢愿油昝赖墓潭>?,加大模具之間的穩(wěn)定性,最大直徑為形式臺肩。讓凸模不會被拉出,材料選取,熱處理硬度為。
通過對改制品的結構進行分析,可以得到?jīng)_孔的形狀為圓形,并且該圓形凸模已趨近乎標準化??傞L度的計算可以通過下列公式進行:
(5-4)
上式中:
其中,=25mm, =30mm, =0 mm
將上述參數(shù)代入公式中,得到:
=25+30+0=55mm
根據(jù)相關參數(shù),繪制其二維圖紙,詳見下圖所示:
圖5-4 沖孔凸模
5.1.5 落料沖孔凸凹模
在沖壓模具設計的時候,通常以凹模的落料尺寸作為基準,來對凸模尺寸進行確定,他的尺寸和形狀詳見下圖5-5。
圖5-5 落料沖孔凸凹模
結合該零部件對性能的要求,確定落料凸模加工的材料為Cr12,淬火硬度為55~60。
5.2墊板選用
由于該模具為凸模,其加工的工位相對來說比較多,因此凸模的數(shù)量也會相應的增加。這種情況下會導致模具的上模位置所需承受的力變的更大,所以為了確保模具的承受能力,我們在凸模的后面增加一個墊板,墊板在厚度選擇上與沖壓力的大小存在直接關系,沖壓力越大,墊板厚度越大。
圖5-6 上墊板
圖5-7 下墊板
5.3卸料機構
卸載機構其在模具加工過程中的最重要的作用是用來去除沖頭上的條料,此外卸料機構也能時間壓料的目的,能夠有效的避免模具材料在沖壓的時候發(fā)生沖裁變形,此外模具卸料板也能夠起到引導材料以及保護沖頭的效果。通常情況下模具的卸料裝置有兩種不同的類型:剛性卸載及彈性卸料[21-22]。
在本次的前地板后縱梁加強板復合模設計中,選取的是彈性卸料方式,通常這種方式使用在加工的材料相對比較薄的情況下。它能夠有效的去報零部件的平整性[23]。而零件的上模部分的推件采用彈性推件的方式對加工好的零件進行推出。
通過上述分析,繪制出該模具的卸料機構見下圖4-8所示:
圖5-8 模具卸料機構
圖5-9 模具推件機構
5.4定位零件設計
在模具加工生產(chǎn)過程中,一定要去確保該模具的加工材料在條料上運送過程是能夠達到進度和平穩(wěn)度的要求的。因此我們需要設計一定的定位零件來對運送過程起到定位和導向作用。在一個完整的沖壓模具中它的定位零件通常情況下都是由導料板、導料銷、擋料銷、側刃和定位板等部分組成的。
通過對該前地板后縱梁加強板的加工過程進行分析,我們可以得到該前地板后縱梁加強板零件的定位零件采用的是導料銷導向,以及擋料銷定位。
圖5-10 導料銷
5.5 緊固件
未來能夠更好的固定模具,增加模具的強度和穩(wěn)定性,所以在設計中必須考慮該模具所要應用到的緊固件,通常情況下銷釘和螺釘是模具加工中非常普遍的兩類緊固件。
通常,模具加工行業(yè)中使用的最為普遍的螺釘是內六角型。本次模具選取的螺釘其型號是:,旋轉深度為,最小的鎖入深度為
5.6 模架及模座確定
沖壓模具的模座的組成部分有上模座、下模座、導柱以及導套。在設計的時候,必須要結合模板的材料,來進行導柱的分布。通常導柱的分布形式有幾種不同形式的,例如中間導柱模板、斜對角模板、后側導柱模板等[22-23]。
通常情況下,導柱分布通過進給、制品尺寸、制品精度等相關參數(shù)決定的。根據(jù)模座使用的材料進行分類,模座可以分為鑄鐵模座和鋼模座。根據(jù)材料的特性來說,鋼模板相對于鑄鐵模板來說更加適用于大型鑄件以及大型壓力機。該設計中的模具是復合模和單工序模具,在對模架進行確定的時候,其考慮的因素主要是配合精度和復雜程度等。此外,因為該模具沖裁間隙小于0.1,因此選取中間導柱模架。
第六章 彎曲模具零部件設計與選擇
6.1 凹模設計
6.1.1凹模設計
在通常我們所說的對凹模板的尺寸計算實際上就是對它的厚度計算,其原因是模板的長度以及寬度我們能通過該零部件的尺寸得到。本次設計的模具為一個彎曲模,零件的凹模部分設計為嵌入式的結構,凹模如圖6-1所示:
圖6-1 凹模的尺寸形狀設計圖
6.1.2 凸模設計
零件的凸模部分設計為鑲拼式的結構,凸模鑲塊固定在凸模固定板上,凸模鑲塊如圖6-2所示:
圖6-2 彎曲凸模
6.1.3 凸模固定板設計
該前地板后縱梁加強板零件的凸模固定板主要用于固定凸模,對于前地板后縱梁加強板零件的凸模固定板的在材料上我們可以采用45剛,其設計圖見6-4所下圖所示:
圖6-3 凸模固定板
6.1.4 凹模固定板設計
該前地板后縱梁加強板零件的凹模固定板主要用于固定凹模,對于前地板后縱梁加強板零件的凹模固定板的在材料上我們可以采用45剛,其設計圖見6-4所下圖所示:
圖6-4 凹模固定板
6.2 定位零件
在零件的彎曲的時候需要對零件的彎曲前的胚料進行定位,本次設計的的定位方式采用零件外形定位。
6.3 緊固件
未來能夠更好的固定模具,增加模具的強度和穩(wěn)定性,所以在設計中必須考慮該模具所要應用到的緊固件,通常情況下銷釘和螺釘是模具加工中非常普遍的兩類緊固件。
通常,模具加工行業(yè)中使用的最為普遍的螺釘是內六角型。本次模具選取的螺釘其型號是:,旋轉深度為,最小的旋轉深度為。
6.4 上下模座的選用
模架的形式多種多樣,常見的結構形式分為后側導柱模架,中間導柱模架,四角導柱模架,對角導柱模架等等,并且通過材料的不同還分為鑄鐵模架和鋼板模架,一般來說,鋼板模架不管是性能還是壽命都會高于鑄鐵模架,但是價格較貴,一般適用于大型的模架以及緊密的模具。對于模架形式的分類,一般來說,后側導柱模架可以實現(xiàn)前后左右皆可送料,而中間導柱模架只能實現(xiàn)前后送料,但是中間導柱模架因為受力平均,所以中間導柱模架的壽命會高于后側導柱模架,所以在選擇模架的時候需要權衡各自的優(yōu)缺點,在本次設計中,因為設計工件的類型為級進模,并且尺寸稍大,所以為了保證模具的強度以及剛度,保證模具的工作壽命,所以在設計中采用了中間導柱模架。
模座的的尺寸L/mm×B/mm=200mm×315mm,上模座的厚度與下模座厚度查標準分別為45mm、50mm。
結 論
本次前地板后縱梁加強板零件的沖壓模具設計,通過對改制品的零件圖的分析確定加工工藝、材料選擇。同時對沖壓過程中的參數(shù)進行計算,主要包括各沖裁力的大小。在此基礎上選定沖壓機,確定沖壓機的型號為:JC23-40。此外通過一些列的過程如刃口尺寸計算、凹凸模的設計、零件選取等流程最終設計完成該沖壓模具。
本次二維零件圖、裝配圖的繪制、三維建模通過CAD、UG等相關軟件完成的,通過本次的設計讓更加熟練的掌握了相關軟件的操作流程和注意事項,對軟件的各部分功能都有了更加深刻的了解,能夠獨立的完成模具軟件的設計。
在本次的設計中,對個人的能力有了很大的提升,同時也會四年的知識是一次很好的回顧,同時,設計中相關文獻的內容對我提供了很多思路。綜合來說,本次設計讓我對沖壓模具的設計流程和注意事項有了更加深刻的認識,對以后的工作和學習打下了堅實的基礎。
通過該前地板后縱梁加強板沖壓模具的設計可以得知,與傳統(tǒng)設計比較起來,計算機軟件和模具設計的結合能夠有效的提高設計效率,縮短設計中期,同時對模具設計中的相關問題可以及時的進行糾錯。有效的減少了模具設計過程中的前期失誤,是一種行之有效的設計方式。
致 謝
本次畢業(yè)設計的完成我大學生活也快結束,即將跨入社會的大門,在這幾年大學生活和學習中學到了很多也逐漸的成長,在完成畢業(yè)設計的這段時間中才發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足之處,通過向老師同學詢問已及去圖書館查找相關資料把以前沒有搞懂的知識點和漏掉的地方都重新學習了一遍,才能順利完成此次設計。通過此次畢業(yè)設計,我專業(yè)知識和能力有了進一步提升。本次畢業(yè)設計能夠順利完成離不開家人學習以及朋友的關懷與幫助,此刻要向他們表達我誠
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