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多工位级进模大设计说明书


开口卡圈级进模及自动送料系统设计

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1 前言
1.1 研究背景 模具是用来成型各种工业产品的一种重要工艺装备, 是机械制造工业成型毛坯或零 件的一种手段。现代工业产品的发展和技术水平的提高,在很大程度上取决于模具工业 的发展水平,模具工业对国民经济和社会的发展将会起越来越大的作用,因而我们对模 具的要求也在不断提高。 为冲压

工艺服务的冲模约占模具总量的 40%。以冲压方法为主制造的零件,比较有 代表性且与人们日常生活密切相关的有汽车覆盖件、搪瓷与不锈钢器皿、各种家用电器 的外壳(罩)等,它们带来了产品层出不穷的外观变化。 从经济合理性方面看,通过合理设计、优化排样,冲压工艺可以获得很高的材料利 用率。一般的冲压工艺,生产效率为几件/分至几十件/分,自动化生产可达千件/分以 上。 从技术先进性方面看,冲压是通过模具对板材施加压力或拉力,使板材塑性成型, 从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法。由于冲压加工经常在材料冷状态 下进行,因此成为冷冲压。冲压加工作为一个行业,在国民经济的加工工业中占有重要 的地位。根据统计,冲压件在各个行业中均占有相当大的比重,尤其在汽车、电机、仪 表、军工、家用电器等方面所占比重更大。冲压加工的应用范围极广,从精细的电子元 件、仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁、高压容器封头以及航空航天器的机身等均需 冲压加工。 我国模具行业从起步到飞跃发展,经历了半个多世纪,近代以来,我国模具技术有 了很大的发展,模具水平有了较大的提高,模具国产化取得了可喜的成就。大型、精密、 复杂、高效和长寿模具又上了一个新的台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表, 有了长足的进步。模具 CAD/CAM/CAE 技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版 权的模具 CAD/CAE 软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。 我国已成为使用各类模具的大国,目前,国内已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进 模,工位数最多已达 160 个,寿命 1~2 亿次。在大型塑料模具方面,现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5Kg大容量洗衣机的塑料模具,以及汽车保险杠、整体仪表板 等模具。在精密塑料模具方面,国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具 及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面,国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及 汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面,现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。虽然 中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展, 但许多方面与工业发达国家相比 仍有较大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低, CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高,许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在

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大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距,这些类型模具的生产能力也不能 满足国内需求,因而需要大量从国外进口。因此,学习外国模具工业建设和模具设计生 产的经验,结合我国的具体情况,推行合理化的模具生产过程,是我国模具工业中的重 要任务。主要有一下几个发展方向:提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水 平、在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术、大力发展快速制造成形和快速 制造模具技术、提高模具标准化水平和模具标准件的使用率等[1]。 1.2 课题内容及意义 本课题主要的内容如下: ① 拟定开口卡圈级进模设计成型工艺。 ② 合理选择模具结构,正确选用成型设备。 ③ 拟定自动送料系统结构,完成 CAD 设计。 近年来我国模具工业飞速发展,冲裁模和塑料成型模的需求量越来越大。这就需要 一大批专业的模具人才。高等院校作为向社会输入高质量人才的机构,必须加强这类技 能的培养。 综上所述,开口卡圈级进模及自动送料系统设计这一课题的目的和意义是: ①综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材 料及热处理、模具制造工艺等先修课程的知识,分析和解决塑料模具设计问题,进一步 巩固、加深和拓展所学的知识。 ②通过设计实践,掌握注塑模具 CAD-CAE-CAM 过程,增强创新意识和竞争意识,基 本掌握塑料模具设计的一般规律,培养分析问题和解决问题的能力。 ③通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料,进行塑料模 具设计全面的基本技能训练,为从事模具设计打下一个良好的实践基础。

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2 文献综述
2.1 冲裁模的分类 冲裁模分类的方法很多,常用的见表 2.1。
表 2.1 冲裁模分类

分类方法

模具名 称 落料模 冲孔模

板料分离状态及模具特点 沿封闭轮廓将冲件与板料分离,冲下来的部分为冲件 沿封闭轮廓将冲件与板料分离,冲下来的部分为废料 将冲件多余的边缘切掉 沿敞开的轮廓将冲件冲出切口,但冲件不完全分离 切除冲裁件的粗糙边缘,获得光洁垂直的工件断面 利用带齿的压料板,在工作时强行压入材料,造成材 料的径向压力,通过将冲件与条料分离的冲压行程获 得精度高、断面质量好的冲件的模具

按工序性质分 切边模 类 切口模 整修模 精冲模

单 工 序 在一副模具中只完成一个工序的冲模 按工序组合分 模 类 级进模 复合模 在一副模具中的不同位置上完成两个或两个以上工 序,最后将冲件与条料分离的冲模 在一副模具中的同一位置上,完成几个不同工序的冲 模

2.2 级进模 同一副模具上具有按一定次序排列的多个等距离工位,在压机的一次行程中,不同 工位完成各自的冲压工序, 然后坯料按固定步距向同一方向移动并依次经历模具上所有 工位的冲制,最后得到成型的零件或半成品,这种模具习惯上称为级进模,或连续模、 跳步模。当工序较多时,就叫“多工位级进模” 。 与复合模相比,级进模的优势是一副模具可以安排多个工序,便于实现自动化,但 由于工作时存在定位误差,不同工位加工的零件的相对位置精度不易保证;复合模的优 势是一次复合加工出的各尺寸的相对精度高,但复合模一次复合的工序数有限,一般只 能 2~3 个工序。 归纳起来,多工位级进模的冲压具有以下特点。 ① 生产效率高。在一副模具中可完成冲裁、弯曲、拉深、成型等多道次和多种类

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工序,适合批量很大而厚度较薄的中、小型冲压件加工。 ② 自动化程度高。一般采用自动送料机构。特别是一些超小冲压件的大批量生产, 还要配合高速冲床及各种辅助设备,可实现 4000 次/min 的高速冲压。 ③ 操作安全。自动送料时,操作人员的手不必进入危险区域。同时,模具内还装 有安全检测装置,可防止加工时发生误送进或意外。 ④ 模具寿命长。多工位级进模冲压的零件,一般尺寸较小且材料薄;另外工序不 必集中在一个工位,不存在“最小壁厚”问题,凸、凹模受力条件好。 ④ 可减少半制品运输、仓库及厂房的面积。采用多工位级进模冲压,一台冲床可 完成坯料到成品的各种冲压过程,免去用单工序模时制件的周转和储存环节[2]。 2.3 冲压生产的自动化与自动模 冲压生产的自动化, 按照自动化范围和自动化程度不同, 可分为冲压全过程自动化、 自动压力机和冲压自动生产线、自动模。 从冲压自动化技术发展的情况来看, 目前冲压加工自动化主要是把加工材料自动送 到冲模的作业点(工作位置)上,并把冲压件自动取出为主的自动化。这里包括三种情 况: (1)采用自动压力机; (2)在普通压力机上安装通用的自动送料装置、自动卸件、 自动出件装置以及检测装置; (3)冲模本身带有自动送料、卸件、出件、检测等装置的 自动模。 随着近代工业的发展, 以冲模为中心的电子计算机控制全自动冲压加工系统的研制 十分重要。现在已经出现了全自动冲压加工生产线、冲压加工中心、全自动落料冲床、 自己备有薄板上料和卸料的电子计算机数控转塔式冲床以及其它自动冲压系统。 而这些 系统必须配备高质量、高效率的冲模,这便要求我们提高制模能力。 现今市场竞争激烈,客观要求产品的生产周期要越短越好。在现代化的机械加工过 程中,消耗于送料的时间损失是组成零件单件加工时间的一部分,它属于辅助时间。要 想提高效率,减少生产中的辅助时间将是非常重要的一个环节。而要想减少辅助时间, 就必须提高生产的自动化程度。 自动送料机构就是为了实现生产中送料工序自动化而设 计的一种专用机构。 自动送料机适用于轴承行业、小五金行业、标准件行业的冲压加工,用机械代替人 工送料,将工件送至模具中心,自动装料和卸料,提高了生产效率,保证了产品质量, 改善了工人的劳动强度, 使操作工人双手脱离冲床的冲切区、 保证操作工人的人身安全, 同时提高送料质量,改善了劳动条件,使操作工人从紧张的劳动中解放出来,生产率比 人工操作提高 2~3 倍以上。 自动送料机构可将冲压料或冲压件经过定向机构,实现定向排列,然后顺序地送到 机床或工作地点。这在自动化成批大量的生产中显然是实用的,不但可以把操作人员从 复杂而繁重的劳动中解脱出来,而且对保证安全生产也是一种行之有效的方法。目前,

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国内拥有大量的冲压机床,如果能把它们改造成半自动或自动机床,将会充分发挥机床 的潜在能力,这是一个具有重大意义的事情,而在机床上安装自动送料机构便是其中的 一个主要方向。 通过这些资料的整合分析, 对我完成冲裁件的工艺分析与设计的方案确定提供了很 大的理论支持和帮助,使我可以顺利的完成该课题的开头工作。

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3 总体方案选择及结构设计
该设计可分为三个部分:一、冲孔-落料级进模设计;二、自动送料机构设计;三、 分别完成独立的部件设计后,在所选用的压力机上进行模具及自动送料系统的设计。 3.1 零件结构工艺性分析 3.1.1 零件结构分析 本设计是要做一个开口卡圈级进模及自动送料系统,开口卡圈是由 08 钢生产,热 处理,表面光亮。其立体图如图 3-1 所示。 该开口卡圈外径定为 40mm,内径 24mm,厚度为 1mm。没有任何窄槽和其余小孔 结构。整体形状、结构相对简单,料薄、尺寸小。整个工艺过程只有冲孔、落料两道工 序。

图 3-1 开口卡圈立体图

图 3-2 开口卡圈平面图

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3.1.2 零件工艺性分析 冲裁件的工艺性,是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下,对冲裁件工艺性 影响最大的是制件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。冲裁件的工艺性合 理与否,影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率等,设计中应尽可能提高 其工艺性[3]。 冲裁件的形状应尽可能简单、对称、避免复杂形状的曲线,在许可的情况下,把冲 裁件设计成少、无废料排样的形状,以减少废料。矩形孔两端宜用圆弧连接,以利于模 具加工。 冲裁件各直线或曲线的连接处,尽量避免锐角,严禁尖角。除在少、无废料排样或 采用镶拼模结构时,都应用适当的圆角相连。冲裁件凸出或凹入部分不能太窄,尽可能 避免过长的悬臂和窄槽。冲裁件的孔径因受冲孔凸模强度和刚度的限制,不宜太小,否 则容易折断或压弯, 冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能、 凸模强度和模具结构。 冲孔件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不能过小,以避免工件变形、模壁过薄或因材料 易被拉入凹模而影响模具寿命。 此工件只有落料和冲孔两个工序。 材料为 08 钢, 具有良好的冲压性能, 适合冲裁。 工件结构相对简单, ,工件的尺寸为自由公差,可看作 IT14 级,尺寸精度较低,普通冲 裁完全能满足要求。 3.2 模具方案选择 3.2.1 模具结构形式的选择 冲压模按工序的组合程度可分为单工序模、复合模、和级进模。复合模是在压力机 的一次行程中,在同一位置同时完成两个或两个以上的工序的模具;级进模是把一个冲 压件的几个工序,排列成一定顺序,在压力机的一次行程中,在不同位置同时完成两个 或两个以上的工序的模具。选择何种模具,要根据冲压件的生产批量、尺寸精度、形状 复杂程度、模具成本等多方面的因素来考虑。 由于模具费用在制件成本中占很大的比例,所以,冲裁件的生产批量在很大程度上 决定了冲裁工序的组合程度,即决定所用的模具结构。一般说来,新产品试制与小批量 生产,模具结构简单,力求制造快,成本低,采用单工序冲裁,对于中批和大批量生产, 模具结构力求完善,要求效率高、寿命长,采用复合冲裁或级进模冲裁。 复合冲裁所得工件公差等级高,内、外形同轴度一般可达±0.02~±0.04mm,因为 它避免了多次冲压的定位误差, 并且在冲裁过程中可以进行压料, 工件较平整, 不翘曲。 级进冲裁所得工件得尺寸公差等级较复合冲裁低,工件由拱弯、不够平整,单工序冲裁 的工件精度最低。 复合冲裁可用于各种尺寸的工件。材料厚度一般在 3mm 以下。但工件上孔与孔之间 和孔与边缘之间的距离不能太小。孔边距小于最小合理值时,若采用复合冲裁,则该部

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位的凸凹模的壁厚因小于最小极限值,易因强度不足而破裂。此时也不宜采用单工序冲 裁,因孔边距过小,落料后冲孔时,这些部位会发生外胀和歪扭变形,得不到合格的产 品,这时宜采用级进冲裁,这样可避免这些缺陷。级进模冲裁可以加工形状复杂、宽度 很小的异形零件,而可冲裁的材料厚度比复合冲裁要大。但级进冲裁受压力机台面尺寸 的限制,冲裁工件一般为中、小型件。为提高生产效率与材料利用率,常采用多排冲压。 级进冲裁时广泛采用多排冲压,但复合冲裁则很少采用。 对复杂形状的工件, 采用复合冲裁与采用连续冲裁相比, 模具制造, 安装调整较易, 成本较低。尺寸中等的工件,由于制造多副单工序模的费用比复合模昂贵,也宜采用复 合冲裁。对简单形状、精度不高的零件,采用级进模冲裁,模具结构较之复合模简单, 易于制造。 复合冲裁工件不能漏下,出件或清除废料较困难,工作安全性较差,级进冲裁较安 全 。 本设计中, 该工件包括落料、 冲孔两个基本工序, 综上所述可得以下三种工艺方案: 方案一:采用单工序模生产。 方案二:落料-冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三:冲孔-落料级进冲压。采用级进模生产。 方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中 批量生产要求。方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚 较小,模具强度较差,制造难度大,并且冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物 料时会影响冲压速度,操作不方便。方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便, 工件精度也能满足要求。通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采用方案三 为佳。即对于所给零件,采用冲孔落料级进模加工,因为工件料厚为 1mm,相对较薄, 卸料力也比较小,故可采用弹性卸料,又因为是级进模生产,所以采用下出件比较便于 操作与提高生产效率。 3.2.2 工艺顺序的选择 级进冲裁时的工序顺序安排可参考以下原则: (1)先冲孔(缺口或零件的结构废料) ,最后落料或切断,将工件与条料分离。首先 冲出的孔一般作后续工序定位用。若定位要求较高,要冲出专供定位用的工艺孔(一般 为两个,见图 4-1) 。 (2)采用定距侧刃时,侧刃切边工序一般安排在前,与首次冲孔同时进行,以便控 制送料进距,采用两个定距侧刃时,也可安排成一前一后。 (3)套料级进冲裁按由里向外的顺序,先冲内轮廓,后冲外轮廓。 各冲压工序的先后顺序,主要根据冲压件的形状、工序性质、材料的变形规律及冲 压件的精度和定位要求来安排。安排的一般原则为: ①所有的孔, 只要其形状和尺寸不受后续工序的变形影响, 都应在平板坯料上冲出。
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因为在立体冲压件上冲孔时操作不方便,定位困难,模具结构复杂。另外,先冲的孔还 可以作为后续工序的定位孔。 ②对于带孔(缺)的平板冲裁件,如果采用单工序模,一般先落料再冲孔(缺) ; 若选用级进工序,则先冲孔(缺)后落料[5]。 对于如图所示的开口卡圈,结合以上的两条原则,我们采用先冲孔后落料的方案。 3.3 自动送料机构的方案选择 参考《使用机械图册》相关内容,可得以下六种送料机构方案可供选择: ①由杠杆传动的钩式送料机构; ②由杠杆斜面传动的送料机构; ③凸轮钳式送料机构; ④杠杆送料机构; ⑤夹持送料机构; ⑥辊轴送料机构。 前四种方案所适用的板料厚度分别为:5mm 以上、10mm 以上、0.3mm 以下和较厚的 板料,而本设计中所用的毛坯件厚度为 1mm,不在前面四种送料方案所适用的材料厚度 范围内,所以只有第五种和第六种适用。因此将第五种和第六种方案进行比较,前者需 要由冲头带动斜楔运动,从而使加料爪和滑板运动,完成送料过程,此过程中振动可能 会比较大,从而影响送料精度;而后者是使用辊轴送料,过程更为平稳,因此,送料精 度得到保障。所以,采用辊轴送料机构。 3.4 辊轴自动送料机构的方案选择 辊轴自动送料机构的驱动方案有两种:一、由压力机的滑块驱动,二、由压力机的 轴带动完成送料过程。若采用前一个驱动方案,一般采用滑块摇杆机构传动;若采用后 者,则通常采用曲柄摇杆机构传动。 以下是两种可行的辊轴送料机构的简图:

图 3-3 摇杆滑块式送料机构

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图 3-4 曲柄摇杆式送料机构

两种方案优缺点的比较: 滑块摇杆机构:结构简单,送料周期调节比较容易,但是滑动摩擦损失较大,而且 在送料传动过程中因为是压力机滑块直接带动,冲击会比较大,从 而影响送料精度。 曲柄摇杆机构:结构较复杂,需要调节曲柄、连杆、摇杆以及曲柄与压力机联接的 偏心盘上的偏心距,以使送料周期和布局满足冲压生产的要求,但 是由于是由压力机的轴带动送料机构运动,所以冲击比较小,送料 精度比较高。 比较以后,本设计采用图 3-4 中所示的曲柄摇杆机构。 3.5 辊轴自动送料机构工作过程描述 辊轴自动送料装置是通过一对辊轴定向间歇转动而进行间歇送料的。在送料之前, 先用手柄抬起工件,以便在上下辊轴之间形成空隙,将薄板料从间隙穿过,然后按下手 柄压紧入料,通过摇杆带动旋转,从而带动主动辊和从动辊同时旋转完成送料工作。当 下行时,对坯料完成冲孔落料工作,辊轴停止不动。当再次上行,又重复上述动作,照 此循环动作,达到间歇送料的目的。 需要注意的是,将模具装配到压力机上:上模座用模柄装入压力机滑块,下模座用 T 型槽和螺栓螺母压紧。压力机工作台的中心线与模具的中心线要保证同心度。 在压力机的送料侧安装一个三角架,表面低于工作台面以下,以放置辊轴自动送料 机构,用螺钉固定。送料机构的送料中心线要与模具的中心线保证直线度。

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4 级进模设计
4.1 主要设计计算 (1)排样方式的确定及其计算 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法称为排样。排样设计工作的主要内容包括 选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度及步距、画出排样图[6]。 对于开口卡圈这样几何形状简单的制件(圆形) ,我们采用直排排样法。 由于板料厚度为 1mm,查表得搭边 a1 值取 2mm,a 值取 2.5mm。 再由步距 A 的计算式: A=D+ a1=42mm 条料宽度 B 的计算式: B=D+2a=40+5=45mm 结合以上计算结果, 我们绘出排样图如图 4-1 所示, 先冲的工艺孔的直径设为 2mm。

落料

冲孔
图 4-1 级进冲裁排样

定位孔

(2)冲压力的计算 冲压过程中, 冲裁力是不断变化的。 而由于冲裁加工的复杂性和变形过程的瞬间性, 使得建立十分精确的冲裁力理论计算公式相当困难。 通常所说到的冲裁力是指作用于凸 模上的最大抗力。如果视冲裁为纯剪切变形,冲裁力可按下式计算: 冲裁力可按下式计算: P=Ltσ1 =πRtσ1=π× 40× 1×55≈6.91 吨 其中:P—冲裁力 L—冲裁件周边长度

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t—板料厚度 σ1—不锈钢的强度极限(查表,为 55kg/mm2) 该模具采用级进模,选择弹性卸料、下出件。 卸料力 P 卸=K 卸 P=0.02× 6.91=0.14 吨 推件力 P 推=P 推 P=0.045× 6.91=0.31 吨 所以总冲压力 P 总=P+P 卸+P 推=7.36 吨 根据计算结果,冲压设备拟选 J23-10 型开式可倾压力机,其具体参数如下表。
表 4.1 J23-10 型开式可倾压力机的相关参数

滑块公称力(KN) 滑块行程(mm) 行程次数(次/min) 封闭高度(mm) 连杆调节量(mm) 滑块中心线至机身距离(mm) 滑块底面尺寸(mm) 模柄孔尺寸(mm) 工作台板厚度(mm) 最大倾斜角度(°) 工作台离地面高度(mm) 前后 外形尺寸(mm) 左右 高 地脚螺栓距离(mm) 电动机功率(kW) 机床重量(kg) (3)工作部分尺寸计算 前后 左右 左右 前后 直径 深度

100 50 145 150 40 130 170 150 30 50 65 30 800 1345 950 2180 920 600 3 2040

在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前, 首先要考虑工作零件的加工方法及模具装 配方法。结合该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采用线切割机床分别加

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工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法可以保证这些零件各个孔的 同轴度,使装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按分别加工的方法来计算,具 体计算如下: 查表得,冲裁双面间隙 Zmax=0.140mm ,Zmin=0.100mm 模具按 IT8 级制造。Zmax-Zmin=(0.140-0.100)mm=0.04mm 冲两个工艺孔时: 查表得 δ 凸=-0.020 故能满足分别加工法的要求 查表得 X=0.5
d凸 ? ?d min ? X? ???凸 ? ?2 ? 0.5 ? 0.3??0.02 mm ? 2.15 0 ? 0.02
0 0

δ 凹=+0.020

d凹 ? ?d凸 ? Z min ?0
落料时: 查表得

? ?凹

? ?2.15 ? 0.100?0

?0.02

?0.02 mm ? 2.250

δ 凸=-0.020mm δ 凹=+0.030mm 查表得 X=0.5

D落凹 ? ?Dmax - x??0 凹 ? ?40 - 0.5 ? 0.8?0
? δ
0 0


?0.030

?0。 030 mm ? 39.600

D落凸 ? ?D落凹 - Z min ?-δ ? ?39.6 - 0.100 ?-0.020 mm ? 39.50 0 -0.020

冲大孔时: 查表得 X=0.5 以半径 R=15mm处计算 查表得 δ 凸=-0.020mm δ 凹=+0.025mm
d凸 ? ?d min ? X? ???凸 ? ?30 ? 0.5 ? 0.6??0.02 mm ? 30.30 0 ? 0.02
0 0

d凹 ? ?d凸 ? Z min ?0
以半径 R=20mm处计算 查表得

??凹

? ?30.30 ? 0.100?0

?0.025

?0.025 mm ? 30.400

δ 凸=-0.020mm δ 凹=+0.030mm
d凸 ? ?d min ? X? ???凸 ? ?40 ? 0.5 ? 0.6??0.02 mm ? 40.30 0 ? 0.02
0 0

d凹 ? ?d凸 ? Z min ?0

? ?凹

? ?40.30 ? 0.100?0

?0.030

?0.030 mm ? 40.400

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(4)卸料装置设计 卸料装置是用于将条料、废料从凸模上卸下的装置,一般分为刚性和弹性两种。刚 性卸料板固定在凹模上面,卸料力大,但无压料作用,多用于厚料冲裁模,凸模与卸料 板单面有 0.2~0.5mm 的间隙。弹性卸料板是利用弹簧或橡皮的弹压力进行卸料,另外 还对毛坯有压料作用,适用于薄料冲裁,卸料板型孔与凸模的单面间隙一般为 0.05~ 0.1mm。刚性和弹性相结合的卸料装置,用于卸料力要求较大且又要求卸料板与凹模之 间有较大的空间位置的模具结构[7]。 此次设计中,采用弹性卸料板。 平面外形尺寸与凹模相同, 单边间隙值取 0.1~0.5mm。 直径为¢220mm, 厚度为 15mm。

h=h 导-t-kt=3-1+0.3?1=2.3mm
弹簧:采用四个弹簧,与卸料螺钉配套使用,中径取 16mm。 卸料螺钉:四个螺钉均布,规格为 M10?120(GB2867.6-81) (5)导向装置设计 导向装置用于冲裁模上、下模之间的定位连接和运动导向。导向零件可以消除压力 机滑块运动误差对模具运动精度的影响,保证凸、凹模间隙分布均匀,同时便于模具安 装和调整,因而提高模具的使用寿命和冲裁件精度。因此,在实际生产中对设计大批大 量生产的冲裁件的冲模时,一般均采用导向装置,以保证上、下模的精确导向。 常用的导向装置有导柱导套式、滚柱导套式。 滑动式导柱导套,结构简单,加工方便,是模具设计中应用最广泛的一种。该种导 向元件,导柱尺寸一般在 16~60mm 之间,长度在 100~320mm 之间;选择导柱长度 2, 应考虑模具闭合高度的要求。即使模具在最低工作位置时,导柱的上端面与模具上模板 的上表面不小于 10~15mm。 当导柱导套分别压入下模板与上模板中,一般采用过盈配合,其配合 H7/r6。 导柱导套一般用 20 钢或 20Cr 制造, 要求表面有足够的硬度, 芯部要有足够的韧性。 热处理方法为:表面渗碳处理,渗碳层 0.8~1.2mm,淬硬 58~62HRC。 滚珠导向装置是一种无间隙导向,它具有精度高、使用寿命长等优点。常用于高速 冲裁的硬质合金冲模和精密冲裁场合。 此次设计,我们采用滑动式导柱导套,导柱尺寸为 40mm,长度为 150mm。 4.2 级进模模具设计计算 级进模的装配图见图 4-2。 (1)模架选择 根据冲压模标准模架,我们采用后侧导柱模架形式,查表得以下规格参数: L=400mm,B=100mm; H=260mm,h1=50mm,h2=60mm;

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S=380mm,R=55mm,L1=440mm,A2=140mm。

1-限位柱;2-下模座;3-凹模固定板;4-凹模;5-板料;6-卸料板;7-导柱;8-导套;9-上模座; 10-弹簧;11-卸料螺钉;12-垫板;13-落料凸模;14-内六角螺钉;15-模柄;16-冲孔凸模; 17-螺钉;18-凸模固定板;19-冲孔凸模;20-螺钉;21-圆柱销;22-圆柱销 图 4-2 开口卡圈级进模装配图

(2)凹模高度及壁厚 凹模采用整体凹模,各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工,安排凹模在模架上的 位置时,要依据计算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。 查表,取 h=40mm,壁厚 c=14mm (3)凸模高度 具体高度随固定板、卸料板高度而定,另外加上附加值 10~20mm。此次设计中,凸 模高度 H=100mm。 (4)定位零件 由于该模具结构中无测压装置,条料宽度 B 为 45mm。查表知,导料尺与条料宽度件 的送料最小间隙 C 为 1mm。 导料板:间距 B0=B+C=45+2=47mm

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高度 h 导=3mm (5)固定与紧固零件 固定板:固定板主要用于固定凸模、凹模和凸凹模,固定板的总体尺寸应与相应的 整体凹模一致,固定板得厚度一般为凸模长度的 40%左右,凹模固定板的厚度由凹模厚 度确定。此处我们确定厚度 H=40mm,长度 L=284mm,宽度 B=70mm。 凸模与凹模镶块与固定板的配合一般选用 H7/m6,装配时压入后尾部磨平。固定板 制造的材料选用 45 号钢,表面粗糙度 Ra=1.6~3.2μ m[8]。 模柄:采用 A 型凸缘式模柄,Q235A 号钢,d 取 30mm,D 取 70mm;h 为 16mm,H 为 76mm。 螺钉、圆柱销:参照 GB70-85,GB119-86 选取,具体见装配图。 4.3 主要零件的材料选择 目前,用于模具工作零件的材料有普通碳素钢、工具钢、硬质合金、钢结硬质合金 以及铸铁、铸钢、锌基合金、低熔点合金、聚氨酯、合成树脂等。其中各种工具钢是模 具工作零件的主要材料。材料的种类繁多,使用性能又各有所异,在所选用工作零件的 材料时,则应根据材料的基本特性和冲件的具体要求和模具的结构特点来作不同的选 择。 模具工作部分材料对模具寿命及冲件的质量影响都非常大。对于材料的选用,应根 据不同的使用要求,考虑其经济性。并充分利用材料的特性,选择相应的模具材料。有 关模具材料的选择,可按不同情况来分别考虑。 本设计,我们做出选择如下: 凸模、凹模:选用 T10A 钢,其特点是含碳量较高,有过剩的二次渗碳体,经淬火、 回火后硬度较高, 耐磨性较好, 但用于小截面零件韧性不足, 常规淬火型腔收缩较明显; 模柄:45 号钢; 螺母、垫片:Q235; 固定板、卸料板等:45 钢; 顶杆、打杆:45 钢,43-48HRC; 销、螺钉、螺栓:45 钢,43-48HRC; 上、下模座:HT200,时效处理 28-32HRC; 导柱、导套:20 钢,渗碳淬火,提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度,并保持原来材 料的高塑性和韧性; 弹簧:60Si2Mn,热轧弹簧钢,有较高的疲劳强度,广泛用于各种机械、交通工具 等。

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5 自动送料机构的设计
5.1 工作原理及结构特性 5.1.1 工作原理 自动送料机构与压力机之间采用曲柄摇杆机构联接, 摇杆通过定向离合器驱动主动 辊,以实现间歇运动。曲柄摇杆机构中,杆的长度均为可调,另外曲柄联接处有偏心调 剂盘可调偏心距。杆的联接处用万向联轴联接。送料机构的运动极限位置与一般位置的 图解大致如图 5-1 所示[9]。

图 5-1 送进步距与辊轴直径及其转角的关系

送进步距大小按下式计算
S?

?d 1
360

?

式中,S d1

送进步距; 主动辊直径; 主动辊转角。

?

由上式可知,当送进步距一定时,就要协调主动辊直径 d1 和转角 ? ,以满足送进

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步距的需要。设计时主动辊直径不宜取太大,以免送料机构尺寸过大。这样,如果送进 步距较大时,就要增大 ? 角,但对于曲柄摇杆机构,摇杆摆角一般不宜超过 100 度,最 好在 45 度以内。因此,设计时应全面考虑和正确选择传动方式和机构的几何参数。对 于曲柄摇杆机构可调节杆的长度和偏心盘上偏心轴销的位置来达到需要的步距。 图 5-3 所示为辊轴自动送料机构,坯料通过辊子送进。为了传送不同厚度的坯料, 下辊轴的位置可以在垂直方向小量调节。辊子旁设有相互啮合的齿轮,下辊轴旋转时同 时带动上辊轴反方向转动。 冲压与送料过程时间上的配合关系可由工作周期图来表示,如图 5-2 所示。

图 5-2 冲压与送料过程中的工作周期图

5.1.2 结构 辊轴送料机构装配图如图 5-3 所示:

1-底座;2-下辊;3-轴;4-滚动轴承;5-毡圈油封;6-定向离合器;7-螺母;8-键;9-齿轮;10-毡圈油封; 11-铜套;12-轴;13-弹簧;14-导柱;15-盖板;16-上辊;17-起吊螺钉;18-滚动轴承;19-螺钉;20-毡圈油封; 21-紧定螺钉;22-键;23-撞柄;24-轴端挡盖;25-压板;26-连杆;27-摇杆;28-螺钉;29-圆柱销 图 5-3 辊轴送料机构装配图

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5.1.3 工作过程 辊轴自动送料装置是通过一对辊轴定向间歇转动而进行间歇送料的 ,其工作过程如 下:开始使用时,先将偏心手柄抬起,通过吊杆把上辊轴抬起,使上、下辊轴之间形成 空隙,将条料从间隙穿过,然后按下偏心手柄,在弹簧的作用下,上辊轴将材料压紧。 拉杆上端与偏心调节盘连接。当上模回程时,在偏心调节盘的作用下,拉杆向上运动, 通过摇杆带动定向离合器反时针旋转,从而带动下辊轴(主动辊)和上辊轴(从动辊) 同时旋转完成送料工作。 当上模下行时, 辊轴停止不动, 到了一定位置 (冲压工作之前) , 调节螺杆撞击横梁,通过翘板将铜套提起,使上辊轴松开材料,以便让模具中的导正销 导正材料后再冲压。当上模再次回程时,又重复上述动作。依次循环动作,达到自动间 歇送料的目的。 5.1.4 主要结构特性 (1)辊子 辊子是辊轴送料机构的主要工作零件。在送料过程中,辊子直接与配料接触,其表 面应具有较高的耐磨性和良好的几何形状及尺寸精度。另外,根据送进步距,计算得出 的辊轴直径大于 本设计的主动辊为下辊,其直径 d1 ? S――送料进距(mm) ) ,即摇杆摆角,一般 ? <100° 。 ? ――下辊转角(°
从动辊直径d2可设计的稍小些。 从推荐的中心距系列中暂选a=160m

360 ?S

??

?

360 ? ? 42 =163mm ? ? 29.5?

d ? 163? ? ? d 2 ? ? a ? 1 ? ? 2 ? ?160 ? ? ? 2 =157mm 2? 2 ? ? ?
i?
n1――下辊转速(r/min) ; n2――上辊转速(r/min) ; Z1――下辊传动齿轮齿数; Z2――上辊传动齿轮齿数。 辊子长度一般取 L ? B ? (10 ~ 20) ? 208mm (2)压紧装置 辊式送料借助于辊子和坯料之间的摩擦力实现, 为了防止在送料过程中辊子于坯料 产生相对滑动,影响送料精度,应设置压紧装置。可采用的压紧装置有螺旋弹簧式、板

d 2 n1 Z 2 157 ? ? ? ? 0.96 d1 n2 Z1 163

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簧式和弹簧杠杆式,本设计采用弹簧式,如图 5-4 所示。

图 5-4 弹簧式压紧装置

(3)抬辊装置 辊轴送料装置在使用过程中需要两种抬辊动作: 一种是开始装料时临时抬辊, 使上、 下辊间有一间隙,以便材料通过;第二种抬辊动作是每次送进结束后,冲压工作前,是 材料处于自由状态,以便导正。实现第一种抬辊动作可以用手动;参考《锻压手册》 , 实现第二种抬辊动作,常见的方式有五种:撞杆式、气动式、偏心式、斜楔式和凸轮式、 本设计采用撞杆式,原理如图 5-5 所示。

图 5-5 撞杆式抬辊装置

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(4)驱动机构 本设计采用的驱动方式为压力机曲轴驱动,驱动机构用曲柄摇杆传动。其他常用的 驱动机构有拉杆杠杆传动、斜楔传动、齿轮齿条传动、螺旋齿轮传动、链条传动及气动 液压传动。 根据压力机尺寸,暂取曲柄摇杆机构的长度尺寸如下: 曲柄 l1 ? 100mm 连杆 l 2 ? 1500 mm 摇杆 l3 ? 150mm 计算得,曲柄转动中心与下辊中心距 l4 ? 1615 mm
2 2 2 l12 ? l4 ? l2 ? l3

∴该机构满足传动条件。

(5)送料进距调节装置 前面已经提到过,自动送料机构与压力机之间所用的曲柄摇杆机构,杆的长度均为 可调,另外曲柄联接处有偏心调剂盘可调偏心距。偏心距 e 与辊子转角 ? 的关系如下:

e?

?P

2

? R2 ? l 2 ? 2

?

l 2 ? cos

?
2

(l 2 ? P 2 sin 2 sin 2

?
2

)(l 2 ? R 2 sin 2

?
2

)

?
2

其中 P ? l 4 , R ? l3 , l ? l1 ? l 2 (6)间歇运动机构 辊式送料机构由压力机的曲轴驱动,间歇运动机构设在二者之间,起的作用是将曲 轴的连续转动转化为送料辊轴的间歇运动。本设计采用普通定向离合器来实现间歇运 动,与下辊即主动辊联接。其他常用的间歇运动机构有棘轮机构和蜗杆凸轮机构等[10]。 (7)其它 辊轴送料装置与其他送料装置一样,必须保证冲压工作与送料动作有节奏的配合。 当冲压工作行程开始时,送料装置已完成送料工作,料停在冲压区等待冲压。冲压工作 完成后,上模回到一定高度,即上、下模工作零件脱离时才能送料。这种配合关系可用 送料周期图表示。抬辊的开始点和结束点对称于滑块的下止点,而且抬辊的开始点稍大 于压力机的公称压力角,但不宜过早抬辊,以免引起板料位移而产生废品。如果不设抬 辊装置,送料开始点也不一定从 270°附近开始,只要避开冲压区,就可以实现送料。

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以上送料周期是通过正确设计和调节传动机构来实现的。 (8)冲压与送料动作的协调 轴承、紧固零件等其他零件,均按手册选取标准件,详见装配图。 需要说明的是,因为本设计所选用的压力机滑块行程次数为 50 次/min,为低速冲 压,所以不采用制动装置。但是在高速送料的情况下,由于辊子、材料、传动系统的惯 性,会使材料在送料行程终点处的定位精度收到很大的影响,故应在辊轴端部装设制动 器。制动器的机构形式以闸瓦式应用较为普遍,其结构简单,容易加工装配。缺点是长 期处于制动状态,摩擦损失较大。常用的摩擦材料有石棉或铸铁,其他的制动器有带式 和气动式[11]。 5.2 辊轴送料的特点及应用场合 辊轴送料装置通用性强,适用范围广,宽度为 10~1300mm、厚度为 0.1~8mm 的条 料、带料、卷料一般都能适用。送进距误差较小,一般的方法可达±0.05mm。凸轮驱动 辊轴送料,即使是高速送料,误差也可以很小。允许的压力机每分钟行程数和送进速度 视驱动辊轴间歇运动的机构而定,对于棘轮机构传动,压力机转速不宜太高;而对于凸 轮传动,压力机转速则可以很高。 5.3 离合器的选用 自动送料装置中使用定向离合器,分为普通定向离合器和异型滚子定向离合器。 本设计选用普通定向离合器。其基本结构及原理是,当外轮向一个方向转动时,由 于摩擦力的作用使滚柱楔紧,从而驱动星轮一起转动,而星轮转动带动送料装置的工作 零件转动。当外轮反向转动时,带动滚柱克服弹簧力而滚到楔形空间的宽敞处,离合器 处于分离状态,星轮停止不动。外轮的反复转动是由摇杆来带动的[14]。 普通定向离合器常用于驱动辊轴送料机构的辊轴,使之产生间歇运动,以达到按一 定规律自动送料的目的。一般来说,它允许的压力机滑块行程数小于 200 次/min,送料 速度小于 30m/min。本设计选用的压力机滑块行程数为 50 次/min,送料速度 V=50? 127.8=6.39m/min,满足要求。 查手册得,选用 D=100mm 的超越离合器,滚柱数 Z=3,许用转矩 T=70N?m,允许总 接合次数为 5?106,允许最高接合次数为 80 次/min,极限转速为 1000r/min,接合式的 最大空转角度为 1°。 对于该离合器来说,同一离合器的滚柱直径尺寸差允差为 0.008;顶销在孔中不应 有咬柱现象,应保证顶销和滚柱在任何位置上都能始终接触;用手轻微沿轴向推动离合 器星轮时,应感觉到滚柱和盖板,盖板和外环间有少量的间隙[12]。

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5.4 轴与键的设计及校核 5.4.1 轴的设计及校核 本设计的自动送料机构中共有两根轴,主动轴(下轴)和从动轴(上轴) 。设计的 结构尺寸和公差等见轴的零件图。这两根轴之中,从动轴长度较短,且载荷较轻,所以 只对主动轴做校核[13]。

图 5-6 主动轴的结构图

图 5-7 轴的受力图

a)水平面

b)垂直面

c)合成图 图 5-8 弯矩图

图 5-9 扭矩图

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图 5-10 合成弯矩图

轴的材料选用 45 号钢调质, ? B ? 650MPa , ? S ? 360MPa 计算与辊子联接处受力: d1=163mm T=70000N?mm ∴ Ft ?
2T 2 ? 70000 ? ? 854N ? m m d1 163

∴ Fr ? Fr tg? ? 854? tg 20? ? 311N 计算支反力: 水平面

?1 ? FR ?2 ? Fr , FR ?1 ? (230? 75.5) ? Fr ? 75.5 ∵ FR ?1 ? 77N , FR ?2 ? 234N ∴ FR
垂直面

??1 ? FR ??2 ? Ft , FR ??1 ? (230? 75.5) ? Ft ? 75.5 ∵ FR
??1 ? 211N , FR ??2 ? 643N ∴ FR
应力校正系数α : 用插入法查表,得: [? 0b ] ? 102.5MPa , [? ?1b ] ? 60MPa ∴? ?

[? ?1b ] 60 ? ? 0.59 [? 0b ] 102.50

计算当量弯矩: ∵当量转矩 ?T ? 0.59 ? 70000 ? 41300 N ? mm ∴当量弯矩 M ? ? M 2 ? (?T ) 2
2 2 ? 51660 ? 41300

? 66140 N ? mm

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校核轴径:

d ?3

M? 66140 ?3 ? 22.26m m ? 40m m 0.1[? ?1b ] 0.1 ? 60

∴该轴安全。 5.4.2 键的校核 选用普通 A 型平键,材料 45 号钢 d1=26, b1=8, h1=7, l1=28, l'1=l1-b1=20 d2=40, b2=12, h2=8, l2=62, l'2=l2-b2=50 查表,许用挤压应力 [? P ] ? 110MPa 联接所能传递转矩: 1 1 T1 ? h1l1?d 1[? P ] ? ? 7 ? 20 ? 26 ? 110 ? 100 .1N ? m ? 70 N ? m 4 4 1 1 ? d 2 [? P ] ? ? 8 ? 50 ? 40 ? 110 ? 440 N ? m ? 70 N ? m T2 ? h2 l 2 4 4 [14] 键的强度足够 。 5.5 主要零件的材料选择 辊子:45 钢,调质后表面淬火,心部保持较高的综合机械性能,而表面则具有较高 的硬度(>HRC50)和耐磨性; 齿轮:选用 45 号钢,调质处理; 轴:45 钢,调质处理,具有较高的综合机械性能; 底座和顶盖:HT200; 键、销、螺钉等:45 钢; 螺母、轴端挡盖:Q235; 撞柄、压板:20 钢; 弹簧:60Si2Mn,热轧弹簧钢,有较高的疲劳强度,广泛用于各种机械、交通工具 等[15]。 5.6 密封与润滑 轴承的摩擦状态分为以下三种: ① 干摩擦,两表面直接接触; ② 边界摩擦,极限状态、边界膜作用; ③ 液体摩擦,两表面完全隔开; ④ 非液体摩擦(混合摩擦) ,部分固体凸峰接触。

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查表,荐用润滑油粘度 v40?C ? 500mm2 / s 据 GB5903-86,选用 N460 润滑油,倾点 ? ?8?C ,闪点 ? 200 ?C 滚动轴承采用圈密封,轴径φ 30mm,据 FZ/T92010-91 选用,密封处速度 v<5m/s, 满足要求。

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6 设备安装与调试
在压力机上安装和调试模具,是一件很重要的工作,它将直接影响控件质量和安全 生产。因此,安装和调试冲模不但要熟悉压力机和模具的结构性能,而且要严格执行安 全操作制度。 模具安装的一般注意事项有: 检查压力机上的打料装置, 将其暂时调整到最高位置, 以免在调整压力机闭合高度时被折弯; 检查模具的闭合高度与压力机的闭合高度是否合 理;检查下模顶杆和上模打料杆是否符合压力机打料装置的要求;模具安装前应将上下 模板和滑块底面的油污揩拭干净, 并检查有无遗物, 防止影响正确安装和发生以外事故。 模具安装的一般次序如下: ① 根据冲模的闭合高度调整压力机滑块的高度,使滑块在下死点时其底平面与工 作台面之间的距离大于冲模的闭合高度。 ② 先将滑块上升到上死点,冲模放在压力机工作台面规定位置,再将滑块停在下 死点,然后调节滑块的高度,使其底平面与冲模上模座上平面接触。使模柄进 入模柄孔,并通过滑块上的压块和螺钉将模柄固定住。 ③ 将压力机滑块上调 3-5mm,开动压力机,空行程 1-2 次,将滑块停于下死点, 固定住下模座。 ④ 进行试冲,并逐步调整滑块到所需的高度。 模具安装调试完毕后,再安装自动送料机构。在压力机的进料侧安装一个三角架, 其高度要使送料机构中的辊子接触面离地面高度与模具的冲压面的高度相平为佳。 之后 用螺钉和圆柱销将送料机构定位于三角架上,保证送料中心线与模具的中心线相对齐。 然后进行试冲,调节曲柄、连杆、摇杆的长度以及偏心距,使摇杆的摆动角度在 90°左 右,以保证送料步距。同时,还要调节撞针的长度,使辊子抬起的时间满足送料冲压周 期的要求[16]。

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7 讨论
这是大学学习的最后一个总结性的环节,也是一次综合性的技术练兵。此次毕业设 计的写作过程跨度近四个月。这段时间是对四年学习的检验和考察,在此收获的时刻, 我想对自己的设计过程做一点总结。 本次设计由傅老师给出课题,设计过程中与老师和同学相互交流意见,通过网上查 阅资料,参考相关专业书籍、复习以前所学过的相关专业知识来完成。 这次设计过程中让我接触到了一个较为全新的领域, 初步了解到自动送料系统的设 计步骤、运动原理、在经济领域中的重要作用以及冷冲压模具的设计步骤和基本原理, 拓宽了自己的知识面,提高了自己的专业水平,使自己的能力适应更为广阔的领域。而 自动送料系统中定向离合器的设计与认识是本次课题的一大重点。 巩固了工程制图中所 学的知识,如公差的选择和标注,轴和齿轮的设计较核等。 同时,让我更加熟悉掌握 CAD,并运用 CAD 来绘制工程图,提高了自己在计算机 绘图的水平,使自己成为一名更为合格的模具设计专业毕业生。

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参考文献
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致谢
在傅琴老师和同学的悉心指导及帮助下,另外也通过自己的努力,历时近一个学期 的毕业设计顺利完成了。 四年的本科学习使我在平时就打好一定的专业基础。这次设计。使我更为我所学的 专业而骄傲,因为我终于顺利的完成了本次设计。因为这次设计更使得我把以往所学的 专业知识加以提高,巩固。即使有关似是而非的知识点也在本次工作学习中加以掌握。 我觉得毕业设计这一环节就是让一个同学能把四年中所学的知识加以融会贯通, 也是一 个让同学表现的机会。 当然, 这四年的学习上的不足之处也在本次设计过程中体现出来, 且问题不少,由于通过老师及同学们的帮助、包括个人的努力,能对此加以纠正、改进、 提高,从而更深一步的掌握,另外这次设计的准备阶段也渗透了老师及同学的努力。 通过这次设计,我首先要说的是:感谢我们的指导老师,因为他们为我们能顺利完 成此次设计任务, 曾付出辛勤劳动! 我们感谢你们! 其次我也希望同学们在以后的工作, 学习中能再现光辉。


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