拉伸模具设计说明
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书
1 绪 论
目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形
工艺
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。 1.1 国内模具的现状和发展趋势
1.1.1国内模具的现状
我国模具近年来发展很快,据不完全统计,2003年我国模具生产厂点约有2万多家,从业人员约50多万人,2004年模具行业的发展保持良好势头,模具企业总体上订单充足,任务饱满,2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿 美元,出口模具4.91亿美元,分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1,进出口相抵后的进净口达13.2亿美元,为净进口量较大的国家。
在2万多家生产厂点中,有一半以上是自产自用的。在模具企业中,产值过亿元的模具企业只有20多家,中型企业几十家,其余都是小型企业。 近年来, 模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品;专业模具厂数量增加,能力提高较快;"三资"及私营企业发展迅速;国企股份制改造步伐加快等。
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。
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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15,20万美元,有的高达25,30万美元,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;
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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,60,,80,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600,650亿美元左右。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15,20万美元,有的达到 25,30万美元。
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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,( 1.3 深圆筒拉深件模具设计与制造方面
1.3.1 深圆筒拉深模具设计的设计思路
拉深是冲压基本工序之一,它是利用拉深模在压力机作用下,将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工旋转体零件,还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,但是,加工出来的制件的精度都很底。一般情况下,拉深件的尺寸精度应在IT13级以下,不宜高于IT11级。
只有加强拉深变形基础理论的研究,才能提供更加准确、实用、方便的计算方法,才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸,解决拉深变形中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。
圆筒件是最典型的拉深件,其工作过程很简单就一个拉深,根据计算确定它不能一次拉深成功.因此,需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高,根据计算的结果和选用的标准模架,判断此次拉深不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件,模具必须有足够高度。要改变模具的高度,只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定(设计时可能高度出现误差,应当边试冲边修改高度。
1.3.2深圆筒拉深模具设计的进度
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
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
,所用时间5天;
3.模具的设计,所用时间30天;
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2 气瓶落料拉深模具的设计 2.1 工件的工艺性分析
如图所示:
工件名称:气瓶
生产批量:中批量
材料:08钢
料厚:1.5mm
图表 2-1气瓶原件
气瓶为带底的筒形缩口工件,可采用拉深工艺制成圆筒形件,再进行缩口成形。缩口时底部不变。由于在拉深时须知道缩口件的毛胚尺寸,根据图样计算出拉深件的毛坯尺寸如图所示:
此工件为无凸缘圆筒形工件,要求外形尺
寸,没有厚度不变的要求。此工件的形状满足
拉深的工艺要求,可采用拉深工序加工。
工件底部圆角半径r=1mm,外形尺寸为
,35mm由于没有公差等级标注,所以可以按
,未标公差等级处理。35mm的公差等级满足
拉深工序对工件公差等级的要求。工件的总体
高度到最后可由修边达到要求。
图表 2-2深件毛坯
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2.1.1 计算毛坯尺寸
因为t=1.5mm>1mm,所以应按中线尺寸计算。
则d=35-1.5=33.5(mm) h=52.7(mm) r=1(mm)所以h/d=52.7/33.5=1.57,
[1]查表4.1得修边余量?h=3.8mm,则H=52.7+3.8=56.5(mm)。
根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径D。可按下面的公式计算:
22 D,,,,dHdrdr41.720.56
2 = 33.5,4,56.5,33.5,1.72,1,33.5,0.56,1
=93(mm)
2.1.2条料的排样
[1]由于落料为圆形制件,采用有废料排样。查表2.9 选取搭边值为工件间a=1.0,侧面a=1.2 如下图所示:
图表 2.3 排样图
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.1.3 确定是否用压边圈
[1]相对厚度t/D×100=1.5/93×100=1.61,查表4.7得,不需要采用压边圈。
2.1.4 拉深次数的确定
采用查表法。根据
[1]t/D×100=1.5/93×100=1.61和d/D=33.5/93=0.36,查表4.4 须多次拉深。
2.1.5 各次拉深直径
[1]查表4.4得,各次拉深的极限系数为:
m,0.75m,0.8m,0.84m,0.87 „„ 2345
则各次拉深直径为:
d,mD,0.6,93,55.8 (调整为58) 11
d,md,0.75,55.8,41.85(调整为45) 221
d,md,0.80,41.85,33.48(调整为33.5) 332
计算结果表明,2次拉深不出来,而3次多一些,故取三次拉深。对
m,0.62,m,0.78,m,0.74拉深系数进行调整后,取: 。 123
2.1.6 选取凸模与凹模的圆角半径
考虑到实际采用的拉深系数均接近其极限值,故首次拉深凹模圆角半
rd1径应大些,可按公式和计算,,r(0.6~1)(d-d)0.8tr凹凸r凹n-1n
各工序筒底处的圆角半径(对应工序中的凸模圆角半径):
r,5.8mm1
r,3.5mm2
r,3.3mm3
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2.1.7 计算各次拉深高度
222,,h,D,d,2,rd,8r/4d根据公式 11011011
222,,h,D,d,2,rd,8r/4d nnnnnn00计算各次拉深的高度:
d,d,2r,58,2,5.8,46.4 1011
d,d,2r,45,2,3.5,38 代入数据得: 2022
222h,93,46.4,2,3.14,5.8,8,5.8/4,58,19.6mm1,,
222,,h,93,38,2,3.14,3.5,8,3.5/4,45,34.8mm2
同时各次工序的总高度也可求得:
1=19.6+5.8+0.75=26.15(mm) Hhrt,,,1112
1=34.8+3.5+0.75=39.05(mm) Hhrt,,,2222
2.1.8 画出拉深工序图
如图所示:
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图2.4拉深件的工序图
2.2工艺方案的确定
根据制件的工艺分析,知道制件是多工序复杂的制件,它的大致方案如下:
方案一:设计落料模,拉深模,缩口模各一套,对毛坯进行落料,拉深,再缩口,制成工件。
方案二:设计落料拉深复合模,缩口模各一套,对毛坯进行落料拉深,再缩口,制成工件。
方案三:设计一套落料拉深缩口模,对毛坯进行落料拉深缩口,制成工件。
这三种方案都能完成所要目的,但方案一设计模具三套,造价太高,方案三集三套模具于一体增加了模具的复杂性,这反而增加了模具的成本,考虑到成本和制作的复杂性我采用第二种方案。制件的工序为落料,首次拉深,再次拉深,三次拉深,最后缩口。
2.3必要的工艺计算
2.3.1 压力计算
本制件各次拉深都不采用压边圈。其拉深力的计算公式应该以生产中常用的经验公式进行计算。
Fddt,,1.3(),, (n=2,3,4„„,i) nnnb,1
式中 F——拉深力
, ——材料的抗拉强度(MPa) b
t——材料厚度(mm)
D——毛坯直径(mm)
dd,„„,——后工序件中径(mm) 1n
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k,k——修正系数 12
[1],由表4.6查得:修正系数k=1, 又08钢的抗拉强度=450MPa则: b1
,F 首次拉深 =1.33.14×(93-58)×2×450×1 1
=12.9(KN)
F 第二次拉深 =1.3×3.14×(58-45)×2×450 2
=4.8(KN)
F 第三次拉深 =1.3×3.14×(45-33.5)×2×450 3
=4.2(KN)
由于在实际生产中,深拉深所需要的拉深力较大些,所以在选取压力机的公称压力时,按下面的公式计算:
F,2 F,25.8KN 1z1
F,2 F,9.6KN 2z2
F,2F,8.4KN 3z3
F,KLt,Lt, 落料时各个冲裁力= bb
F,r=2×450=13.1KN
2.3.2 压力机的首次选用
压力机的工作行程需要考虑工件的成形和方便取件,因此,工作行程
[1]根据拉深力的计算结果和工件的高度,选择压力机:由落料力查表5.2
[1]选用J23-3.15。拉深力查表7.3,得首次拉深: JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深:J23-6.3、第三次拉深:J323-6.3。
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.3.3 拉深模的间隙
深间隙对拉深过程有较大的影响。它不仅影响拉深件的质量与尺寸精度,而且影响拉深模的寿命以及拉深是否能够顺利进行。因此,应该综合考虑各种影响因素,选取适当的拉深间隙值,既可保证工件的要求,又能使拉深顺利进行。
本模具的各次拉深为无压边装置的拉深,其凸凹模的间隙可以按下式计算:
t Z/2=(1,1.1) (4.29) max
则可以计算出拉深模各次凸凹模的单边间隙如下:
,Z/2=2.4mm Z/2=Z/2=Z/2=1.12=2.2(mm) 1234
2.3.4 拉深模的圆角半径
拉深凸凹模的圆角半径已有前面计算得出结果:
r,r,5.8mm 凸1凹1
r,r,3.5mm 凸2凹2
r,r,3.3mm 凸3凹3
2.3.5 拉深凸凹模工作部分的尺寸和公差
因为零件没有内、外形的尺寸及公差要求,所以可以以凹模为基准计算,模具的制造公差按IT10级选取。根据磨损规律,凹模的基本尺寸为:
,,凹 (4.35) =(D-0.75),Dd0
[1][2],,由表4.3查得:零件的制造公差=0.11mm,=0.07mm;由表3-2凹凸
,查得:=0.1mm。
计算出各次凹模的尺寸为:
+0.11+0.11 =mm =(49+2-0.750.1),50.925 0D凹1 0
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+0.11+0.11 = D2=(39.2+2-0.750.1),41.135凹 0 0
+0.11+0.11 =mm =(32.93+2-0.750.1),34.855D凹3 0 0
根据公式
0 (4.36) =(D-0.75),,ZD凸,,凸
,且已经求得: Z/2=2.4mm Z/2=Z/2=Z/2=1.12=2.2(mm)。 1234计算出各次凸模的尺寸为:
00 =48.725=38.935DD凸1凸2,,0.070.07
0 =32.655D凸3,0.07
2.3.6 落料凸,凹模刃口尺寸的计算
落料时,应该以凹模为基准配作凸模,根据公式:
,,凹D,D,x,凹,,max0 0,,D,D,Z凸凹,,min凸
[1][2],,Z, 查表2.4 0.132 查表 2.5 ==0.035,=0.025。查表2.6 凹凸min
x=0.75,0.2 ,,,,凹0.035D,D,x,,92.985凹max00,, 带入数据得: 00,,D,D,Z,92.853凸凹,,,凸min0.025
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.4 模具的结构设计
2.4.1送料方式
条料从右向左送进,有两个导正销和一个挡料销限制条料的送进位置,上模下行进行冲裁。
2.4.2落料方式
上模下行进行一次冲裁,落料被卡入落料凹模里,为接下来的拉深左准备,条料紧箍在落料凸模上,上模上行,弹性卸料板复位,迫使条料从落料凸模卸下。
2.4.3选用模架、确定闭合高度及总体尺寸
由于拉深凹模外形尺寸不大,为了工作过程方便,选用后侧导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。
表2-1 模架规格选用
名称 尺寸 材料 热处理 上模座 250×500×65 HT200 下模座 250×500×80 HT200 导柱 50×300、55×300 20 渗碳58,62 导套 50×160×63、55×16020 渗碳58,62
×63
Hmin=460mm,Hmax=485mm
H 模具的闭合高度H=H+H+ +H=50+100+270+60=480mm 闭上凹下凸
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式中:H—凹模厚度,H=100mm; 凹凹
H—凸模的厚度,H,270mm; 凸凸
2.5 压力机的校核
[1] 选择压力机:由落料力查表5.2选用J23-3.15。行程为25mm,最大闭合高度为120mm,不能满足工作要求,改用J23-16F,滑块行程120mm,
[1]最大闭合高度为205,能满足使用要求,可以选用。拉深力查表7.3,得首次拉深: JH2-25.同样,选择第二次拉深、第三次拉深拉深所用压力机,分别为第二次拉深:J23-6.3、第三次拉深:J323-6.3。拉深所选压力机最大装模高度均在490mm以上,且行程都大于165mm。都能满足使用要求。
2.6 模具零件的结构设计
2.6.1 拉深凹模
内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定;拉深凹模需要有三个以上的螺钉与上模座固定,还需要两个与上模座同时加工的销钉孔。 2.6.2 拉深凸模
拉深凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的计算确定。它需要三个以上的螺纹孔,以便与下模座固定。拉深凸模上一般开有出气孔,这样会使卸件容易些,否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。查表,本凸模出气孔的直径为φ10mm
2.6.3 落料凸模
落料凸模的外形尺寸〔工作尺寸〕由前面的计算确定。它需要三个以上的螺纹孔,以便与上模座固定。
2.6.4 落料凹模
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落料凹模内、外形尺寸和厚度已由前面的计算确定;落料凹模需要有三个以上的螺钉与上模座固定,还需要两个与上模座同时加工的销钉孔。
2.6.5 打料块
一般与打料杆联合使用,属于刚性卸件装置,靠两者的自重把工件打出来。打料块与拉深凹模间隙配合。
图2-5 打料块
2.6.6 导柱、导套
对于生产批量大、要求模具寿命高的模具,一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同,其配合间隙也稍微不同。因为本制件的厚度为1.5mm,所以采用H7/f7。
2.6.7 其他零件
模具其他零件的选用见表2-2(
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表2-2 模具其他零件的选用
序号 名称 数量 材料 规格/ mm 标准 热处理 1 上模座 1 HT200 250×210×
50
2 销钉 2 40Cr φ25×90 3 螺钉 4 45 M24×70 4 打料块 1 40 φ220×40 40,
45HRC 5 凹模 1 Cr12 58×50×80 60,
62HRC 6 导套 2 20 41×63×75 渗碳
58,
62HRC 7 导柱 2 20 28×180 渗碳
58,
62HRC 8 下模座 1 HT200 250×210×
50
9 凸模 1 Cr12 φ58×65 60,
62HRC 10 螺钉 3 45 M24×60 11 顶杆 3 T8A M20×80 40,
45HRC
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书 2.7 模具总装图
由以上设计,可得到模具的总装图,其工作过程是:模具在工作时,上模下行,凸凹模5与落料凹模10先冲出毛坯的落料外形,上模继续下行,拉深凸模7将毛坯拉入凸凹模5成形。上模回程后,由顶板8和推板6将拉深件推出。该模具结构合理,制造和调整方便。(后附图)
7
18
2
310
411
258512
613
14
159
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3 缩口模的设计 3.1 缩口的工艺计算
(1)计算缩口系数
d=15mm D=35-1.5=33.5mm~则缩口系数m=d/D=15/33.5=0.45。
因为该工件是有底的缩口件,所以只能采用外支承方式的缩口模具,查表
[1]所以需要多次缩口。各次缩口系数为K=0.63,K=0.71 5.9知n
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3.14.螺栓 4.10.销钉 5.下固定板 6.垫板 7.外支承套 8.缩口凹模 9.上模板 11.顶出器 12.打料板 13.模柄 15.导柱 16.导套
图表 3-2 缩口模
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4 结束语
气瓶的工艺制作过程是先落料,再拉深,再缩口的过程,其中需要多次拉深成形,然后再缩口,根据所给气瓶的尺寸需要两次缩口。
深圆筒件属于简单拉深件,分析其工艺性,并确定工艺方案。根据计算确定本制件是多次拉深成的,然后相应选取各次拉深时的压力机。本设计主要是最后一次拉深模具设计,需要计算拉深时的间隙、工作零件的圆角半径、尺寸和公差,并且还需要确定模具的总体尺寸和模具零件的结构,然后根据上面的设计绘出模具的总装图。
由于在零件制造前进行了预测,分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷,采取了相应的工艺措施。因此,模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。
深圆筒件的形状结构较为简单,但是高度太高不适合选用标准模架。要保证零件的顺利加工和取件,必须有足够的高度,因此需要改变导柱、导套的长度,以达到要求。模具工作零件的结构也较为简单,它可以相应的简化了模具结构。便以以后的操作、调整和维护。
气瓶模具的设计,是理论知识与实践有机的结合,更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。也使我认识到,要想做为一名合理的模具设计人员,必须要有扎实的专业基础,并不断学习新知识新技术,树立终身学习的观念,把理论知识应用到实践中去,并坚持科学、严谨、求实的精神,大胆创新,突破新技术,为国民经济的腾飞做出应有的贡献。
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致 谢
在论文完成之际,我的心情万分激动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中,我得到了许多的热情帮助。
我首先要感谢韩艳艳老师,是她将我领入了信息安全的大门,并对我的设计提出了很多宝贵的意见,使我的设计有了目标和方向。在这近二月的时间里,她对我进行了悉心的指导和教育。,使我能够不断地学习提高,而且这些课题的研究成果也成为了本论文的主要素材。同时,韩老师渊博的学识、严谨的治学态度也令我十分敬佩,是我以后学习和工作的榜样。还要再次感谢韩老师对我的关心和照顾, 在此表示最诚挚的谢意。
感谢在模具061班一起学习工作生活的老师们,同学们,杨占尧教授,于汇永老师,程芳老师,苏光老师,原红岭老师,及牛利平,李伟红,杨琼洁,张鹤,张虎,李炎明,李严伟,由于你们,生活过得精彩而又充实。
感谢在大学三年里一起度过美好时光的同学们。
最后,感谢所有关心我、帮助过我的老师、同学和朋友~
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河南机电高等专科学校毕业设计说明书
参考文献
[1]原红玲主编.冲压工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社,2008 [2]王秀凤、万良辉主编.冷冲压模具设计与制造[M].北京航空航天大学出版社,2005
[3]薛启翔主编.冲压模具与制造 [M].北京:化学工业出版社,2005 [4]杨占尧主编.冲压模具图册[M]. 北京:高等教育出版社,2008 [5]朱旭霞主编.冲压工艺与模具设计[M]. 北京:机械工业出版社,2008 [6]李双义主编.冷冲压模具设计[M]. 北京:清华大学出版社,2002 [7]沈兴东、韩森和主编.冲压工艺与模具设计[M]. 济南:山东科学技术出版社,2005
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