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第1章


模具制造技术

模具制造技术
机电工程系

第1章 模具机加工技术
1

模具制造技术
概述
模 具 零 件 加 工 方 法 的 分 类
机械切削加工 成形磨削加工 模具特种加工 ?电火花成形加工 ?电火花线切割加工 ?电化学加工 ?超声波加工 ?激光加工 ?冷挤压加工

?快速成型加工 ?陶瓷型铸造
2

?普通机床加工 ?仿形机床加工 ?坐标机床加工 ?数控机床加工

模具成型表面无 屑加工

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2.1
1、设备

车削加工
(1)车床

一、普通车削

作用: 加工各种回转表面(内外圆柱面、圆锥面及成 型回转表面)和回转体的端面,有些车床还能 加工螺纹面。 运动: 主运动:工件的旋转运动 进给运动:刀具的直线移动 CA6140卧式车床是最典型的普通车床,如下图所示:
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2.1 车削加工
用以加工外圆、内孔、端面、螺纹以及 车槽和车齿等,其主要类型如图所示:

(2)车刀

图 车刀主要类型 1-端面车刀;2-仿形车刀;3-车槽刀;4-外圆车刀;5-螺纹车刀

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2.1 车削加工
(3)装夹工具 1)三爪卡盘:自动定心,装卸方便,装夹 规则形状零件 2)四爪单动卡盘:夹紧力大,装卸较麻烦, 装夹大且形状不规则零件 3)花盘:夹紧力大,装卸很麻烦,装夹形 状复杂和不规则零件
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车削加工的精度

尺寸精度IT6~IT8 表面粗糙度Ra0.8~ Ra1.6

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2.1 车削加工
3、车削工艺特点
1)易于保证工件各加工面的位置精度 ﹡例如易于保证同轴度要求 利用卡盘安装工件,回转轴线是车床主轴回转轴线 利用前后顶尖安装工件,回转轴线是两顶尖的中心 连线 ﹡易于保证端面与轴线垂直度要求 由横溜板导轨,与工件回转轴线的垂直度
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2.1 车削加工
3、车削工艺特点 2)切削过程较平稳 避免了惯性力与冲击力,允许 采用较大的切削用量.高速切削,利于生产率提高。

3)适于有色金属零件的精加工 有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时,不宜 采用磨削加工,需要用车削或铣削等。 用金刚石车刀进行精细车时,可达较高质量。
4)刀具简单 车刀制造、刃磨和安装均较方便。
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2.2 铣削加工
铣削是平面的主要加工方法之一。铣削加工公差 等级可达IT10—IT8,表面粗糙度Ra值可达1.6— 0.4um。 立式铣床:结构表面外形、非回转曲面 型腔、规则型面的加工 铣 卧式铣床:模具外形表面的加工 床 的 龙门铣床:大型零件表面的加工 种 工具铣床:螺旋、圆 弧 、齿条、齿轮、 类 花键等类零件的加工。 仿形铣床:复杂成形表面
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2.2 铣削加工

(2)铣刀 (3)铣床附件:平口钳、万能分度头、回转工作台、 万能铣头

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2.2 铣削加工

2、铣削工艺特点
(1)生产率较高,应用范围广 (2)切削过程不平稳容易产生振动,Ra增加,如图 (3)刀齿散热条件较好,但切入和切出有热和力的 冲击,加速刀具的磨损,甚至引起硬质合金刀片的 碎裂。
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2.2 铣削加工

3、铣削方式
平面铣削有周铣和端铣两种方式。周铣又 分为逆铣和顺铣。 在切削部位刀齿的旋转方向和工件的进给 方向相反时,为逆铣;相同时,为顺铣。
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2.3
仿形加工 —根据预先加工好的样板或模型(靠模)为仿形 依据,加工时触头在样板上移动,刀具做同步运 动,在工件上加工出与靠模一致的模型。

模具的仿形加工

仿形加工的应用:外型加工、型腔加工、花纹图案 雕刻、自由曲面构成的成型零件。
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1、仿形加工的主要特点
可切削加工较为复杂的曲面
需要靠模作为仿形加工的依据

只适用于少许余量的精加工或半精加工
仿形车削 ? 仿形铣削 ? 仿形刨削 ? 仿形磨削
?
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2、仿形加工的种类

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二、仿形加工的优缺点
?以样板、模型、靠模作为依据加工模具形面,跳过 了复杂曲面的数学建模问题,简化了复杂曲面的加 工工工艺。 ? 靠模、模型可用木材、石膏、树脂等已成形的材 料制作,扩大了靠模的选取范围。 ? 仿形有误差,加工过程中产生的热收缩、刀补问 题较难处理。 ? 加工效率高,为电火花的40~50倍,常做为电火 花前的粗加工。
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二、加工方式 ①平面轮廓仿形 铣削时靠模销沿着靠模外形运动,不作轴向运动, 铣刀也只沿工件的轮廓铣削,不作轴向运动,如图 8a所示。可用于加工复杂轮廓形状,但需深度不变 的型腔。

a)平面轮廓仿形 b)立体轮廓水平分行仿形 c)立体轮廓垂直分行仿形

图8 仿形加工方式
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二、加工方式 ②立体轮廓水平分行仿形 如图8b所示,工作台水平移动,铣刀进行切削,切 削到型腔端头时主轴箱在垂直方向作一进给运动, 然后工作台再作反向水平进给,如此反复直至加工 出所需的形腔表面。 ③立体轮廓垂直分行仿形 如图8c所示,切削时主轴作连续的垂直进给,到型 腔端头时工作台在水平方向作依次横向进给,然后 主轴再作反向进给。
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三、仿形加工工艺
在仿形铣床上加工型腔的效率高,其粗加工效率 为电火花加工的40~50倍,尺寸精度可达 0.05mm,表面粗糙度为Ra3.2~6.3μm。由于铣 刀强度的限制,不能加工出内清角和较深的窄槽 等,因此,对于要求较高的模具来说,仿形铣削 一般只作为粗加工工序,加工时留一定的余量, 供电火花精加工用。仿形铣削之前,必须先做好 准备工作,包括制作靠模、选择适当的仿形触头 和铣刀等,然后才着手进行仿形加工。
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模具制造技术 2.3 模具的仿形加工

三、仿形加工工艺
仿形加工工艺三要素:靠模、触头、铣刀 1、靠模:仿形加工的主要装置

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模具制造技术 2.3 模具的仿形加工
三、仿形加工工艺

2、仿形触头
触头的头部与靠模的表面形状相适应 1)具体要求:①触头倾角α<靠模工作面最小倾角β ②触头头部半径R<靠模工作面最小半径r 2)触头与铣刀的关系:D=d+(a+e) D—触头直径,d—铣刀直径,a—钳工修正量,e—触 头偏移量
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b) d) 图 仿形触头选择示意图 a)α<β正确 b)α>β不正确 c)R<r正确 d)R >r不正确
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模具制造技术 2.3
3、铣刀 铣刀端部的圆弧半径必 须小于被加工表面凹入 部分的最小半径 a)

模具的仿形加工

三、仿形加工工艺

b)
图11 铣刀端部圆角 a) R>r不正确 b) r>R正确
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仿形刨削
?划线先粗加工外 形,当单边余量 0.2~0.3mm。 ?仿形刨削加工, 当单边余量 0.01~0.02mm研 磨余量。
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刨削加工
刨床的刨削加工内容 模具零件外形加工 局部圆弧面加工

牛头刨床 :中小型零件
龙门刨床:大型零件 刨削加工的精度 尺寸精度 IT10

表面粗糙度 Ra1.6

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牛头刨床应用:平面与斜面
1、平面的加工 对于较小的工件,通常用平口钳装夹;对于较大的 工件,可直接安装在牛头刨床的工作台上。 2、斜面的加工 刨削斜面时,可在工件底部垫入斜垫块使之倾斜, 并用撑板夹紧工件(图4-6)。斜垫块是预选制成的一 批不同角度的垫块,并可用两块以上组成其他不同 角度的斜垫块。

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插削加工
插床的结构与牛头刨床相似,插床的滑枕沿垂直 方向作往复运动
应用:成形内孔的粗加工,大工件的外形加工 缺点:加工时有冲击,宜采用较小的切削用量 插削加工的精度 尺寸精度 IT10

表面粗糙度 Ra1.6
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模具制造技术 2.4 磨削加工
用砂轮或其他磨具加工工件,称为磨削。磨削加 工的机床为磨床,磨床的种类很多,较常见的有: 外圆磨床、内圆磨床和平面磨床等。

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磨削加工的特点 ?是零件淬火后的主要加工方法之一 ?精度高、表面质量好 磨削加工的基本方法 : 内孔磨削、外圆磨削 、锥孔磨削 、平面磨削 、 侧磨 、 磨削加工的精度 尺寸精度 IT5~ IT7

表面粗糙度 Ra0.8~ Ra0.2
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平面磨削的特点 磨削时发热量少,冷却和排屑条件好,加工精度达 IT6,表面粗糙度达Ra0.8~0.2um 1)平行平面磨削 注意:两平面的平行度要求,上下反复交替磨削。 2)垂直平面磨削 注意:装夹工件时垂直度要求。 装夹工具:精密平口钳 角铁和平行夹头:尺寸较大的垂直面 精密V形铁和夹爪:圆形工件端面磨削
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垂直平面磨削 1.用精密平口钳装夹工件,磨削垂直面 2.磨削较大尺寸平面工件的侧垂直面: 用精密角铁2和平行夹头装夹工件1。 3.磨削比较狭长的工件: 用导磁角铁1和垫铁3装夹工 件2磨垂直面。 4.磨削端面: 用精密V形铁1和夹紧爪2装夹台肩或不带 台肩的圆柱形工件3

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2.4

磨削加工

一、普通磨削加工 2、外圆磨削 外圆磨削一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进 行,精度达IT6~IT5。

在外圆磨床上磨外圆的方法有 a.纵磨法 b. 横磨法 c.综合磨法 d.深磨法
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外圆磨削工件装夹方法
1.前后顶尖装夹,具有装夹方便、加工精度高的特点, 适用于装夹长径比大的工件 2.用三爪自定心或四爪单动卡盘装夹,适用于装夹长 径比小的工件,如凸模、顶块、型芯等 3.用卡盘和顶尖装夹较长的工件 4.用反顶尖装夹,磨削细长小尺寸轴夹工件,如小型 芯、小凸模等 5.配用芯轴装夹,磨削有内外圆同轴度要求的薄壁套 类工件,如凹模镶件、凸凹模等
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1.纵向磨削法 工件与砂轮同向转动,工件相对砂轮作纵向运动。 当一次纵行程后,砂轮横向进给一次磨削深度。磨削 深度小,切削力小,容易保证加工精度,适于磨削长 而细的工件 2.横向磨削法(切入法) 工件与砂轮同向转动,并作横向进给连续切除余量。 磨削效率高,但磨削热大,容易烧伤工件,适于磨较 短的外圆面和短台阶轴,如凸模、圆型芯等 3.综合磨法 是横磨法与纵向磨法的综合应用,先用横磨法去除大 部分余量,留有0.01~0.03mm作为纵磨余量,适于磨 削余量大、刚度高的工件 33

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2.4

磨削加工

3、内圆磨削

内圆磨削可以在内圆磨床上进 行,也可以在万能外圆磨床上 进行。与外圆磨削类似,内圆 磨削也可以分为纵磨法和横磨 法。磨削精度IT7~IT6,粗糙 度Ra1.6~0.4um 。 装夹工具:三爪卡盘、四爪单动卡盘
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内圆磨削工件装夹方法
1.三爪自定心卡盘一般用于装夹较短的套筒类工件, 如凹模套、凹模等 2.四爪单动卡盘适宜于装夹矩形凹模孔和动、定模 板型孔 3.用卡盘和中心架装夹工件,适宜于较长轴孔的磨 削加工 4.以工件端面定位,在法兰盘上用压板装夹工件, 适用于磨削大型模板上的型孔、导柱、导套孔等
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二、成形磨削
成形磨削——是一种精加工成型表面的方法,即把复 杂的成型表面分解成若干个平面、圆弧面等形状,然 后分段磨削,并使其光滑,圆整达到图样要求。
在模具制造中,成形磨削主要用于精加工凸模、拼块 凹模及电火花加工用的电极等零件。 优点:高效率、高精度,精度达IT6,Ra1.6~0.4um 成形磨削在成形磨床上进行。 主要适用于淬火件及硬质合金件的精加工
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1、设备:成形磨床 运动:1)砂轮(装在磨头架上):电动机带动 高速旋转;纵向导轨的纵向往复运动,X向;垂 直导轨的垂直进给运动,Z向

2)万能夹具:在夹具工作台上,能纵横向移动, 有测量装置; 磨削时,工件装在万能夹具上,夹 具调节不同的位置,能加工平面、斜面和圆柱面。

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二、成形磨削
2、成形磨削的方法
1)成形砂轮磨削法:利用修整砂轮工具,将砂 轮修整成与工件型面完全吻合的相反型面,然后 用此砂轮磨削,以获所需要的成形表面,

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2)夹具磨削法:将工件按一定条件装夹在专用夹具上, 在加工过程中通过夹具调整工件位置,移动或转动夹具 进行磨削,从而获得所需的形状。夹具有:精密平口钳、 正弦磁力台、正弦分中夹具、万能夹具;
3)仿形磨削法:采用薄片或蝶形砂轮,磨削时控制砂轮 架或工作台的纵横拖板运动,使砂轮按照工件成型表面 的轮廓进行轨迹运动,从而逐段完成成型表面的磨削, 不需专用成型砂轮,也不使用专用磨具。 在模具制造中,一般以夹具磨削法为主,以成形砂轮磨 削法为辅,为了高效、降低成本,两种方法同时使用。
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1、成形砂轮磨削法
1)砂轮的选择

砂轮的磨性随组成砂轮的磨料粒度、硬度、组织和 结合剂等参数不同而异
2)砂轮的修整 1)角度修整(0~1000) 2 )圆弧修整 角度、圆弧修整均使用金刚石笔 注:

3)用挤压轮修整

4)数控机床修整法 5)电镀法

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2、夹具成形磨削法
核心问题:根据成形面的复杂程度正确选用合适 的夹具, 使工件相对高速旋转的砂轮移动,从而 加工出所需形面。 夹 具 种 类 正弦精密平口钳 正弦精密磁力台 正弦分中夹具 万能夹具 加工平面或斜面 具有一个回转中心的工件 具有多个回转中心的工件
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(1)正弦精密平口钳 —磨斜面 工件装夹在平口钳上,在正弦圆柱与定位 面之间垫入块规,可使工件倾斜一定角度。

垫入块规值:H ? L sin ? H—垫入的块规高度; L—两正弦圆柱之间的中心距; α —工件所需倾角;

? max ? 45

0

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(2)正弦磁力台- 磨斜面

用电磁吸盘代替平口钳, 磨削工件斜面
以上两种夹具配合成形砂 轮,可磨削直线与圆弧组 成的复杂几何形状。

? max ? 45

0

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(3)正弦分中夹具
运用:磨削同一回转中心的圆弧面、平面和斜面

工件装在前后顶尖之间,后顶尖装在支架内,支架 可在底座移动,移动后顶尖调节工件与顶尖的松紧程 度,工件可绕主轴回转,回转角度在分度盘上读出, 可利用分度盘上的四根正弦圆柱下面垫块规的方法来 控制回转角度。

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(2) 磨削加工尺寸测量法

图 测量调整器 1-三角架 2-块规座

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2)工件安装方法 ⑴心轴装夹法 工件上有孔,孔的中心是成形表面 的回转中心,在孔内装入心轴,若工件上无孔,可 开工艺孔,利用心轴两端的中心孔将心轴和工件夹 持在夹具两顶尖之间,夹具主轴回转时,工件跟着 回转。

图 心轴装夹 1-心轴 2-工件 3-螺母 4-鸡心夹头 5-夹具主轴
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⑵双顶尖装夹 工件上无内孔且不许开工艺孔,工件上有一对主中 心孔,一个副中心孔,作为拨动工件用,装夹时,要 求副顶尖与中心孔配合良好并顶紧才能保证精度。但 副顶尖对工件的推力不能过大,否则工件发生扭弯。

图4-33 双顶尖装夹 1-加长顶尖 2-副顶尖 3-叉形滑板 4-螺母
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万 能 夹 具 主要结构: 装夹部分、 十字滑快、 回转部分、 分度部分
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(4)万能夹具 工件装夹方法: ⑴螺钉装夹法:利用工件端面上的螺孔或工艺螺孔, 将工件紧固在转盘上;工件一次装夹便能把整个轮 廓磨削出来。

图 螺钉装夹 1-转盘 2-垫柱 3、5-螺 钉 4-滚花螺母 6-工件

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⑵精密平口钳装夹:用螺钉和垫柱将精密平口钳 安装在转盘上,利用平口钳夹持工件,此方法装 夹方便,但一次只能磨削工件的一部分;为了保 证安装精度,工件上装夹与定位的面(a、b、c面) 应事先经过磨削。



精密平口钳装夹
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⑶磁力平台装夹:将磁力平台安装在转盘上, 利用电磁吸盘吸牢工件,此方法方便迅速,适 于扁平工件,一次装夹只能磨削工件的上部分 表面;

图 磁力平台装夹
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(5)成形磨削工艺尺寸换算 由于设计基准与加工基准不一致,在磨削前,必须将 设计尺寸换算成工艺尺寸,并绘制磨削工艺图。 1、确定磨削工艺中心:工艺中心应尽量少,工艺中 心增加将增加万能夹具十字拖板的调整次数,加工误 差大,一般有几个圆弧中心,就有几个工艺中心; 2、确定计算工艺尺寸的坐标系:为计算方便,一般 选择设计尺寸坐标系作为工艺尺寸坐标系,并选择主 要工艺中心作为坐标轴原点; 3、根据成形磨削工艺要求,计算下列工艺尺寸:
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三、数控磨床成形磨削法 数控成形磨床:与平面磨床相似,区别是砂轮的垂直 进给运动和工作台的横向进给运动采用的数控装置 数控成形磨削的三种方式: 1、用成形砂轮磨削 利用数控装置控制安装在 工作台上的砂轮修整装置, 修整出需要的成形砂轮, 用此砂轮磨削工件,磨削 过程和一般的成形砂轮磨 削法相同。适用于加工面 窄、批量大的工件

用成形砂轮磨削 a修整成形砂轮 b)磨削工件 1-砂轮 2-金刚刀 3-工件
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三、数控磨床成形磨削法
数控成形磨削的三种方式: 2、仿形磨削 利用数控装置把砂轮修整成 圆形或V形,由数控装置控 制砂轮的垂直进给运动和工 作台的横向进给运动,使砂 轮的切削刃沿工件的轮廓进 行仿形加工。 适用于加工 宽面的工件。
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三、数控磨床成形磨削法 数控成形磨削的三种方式:
3、复合磨削 前两种方法相结合。 利用数控装置修整砂 轮,然后用成型砂论 依次磨削工件。适用 磨削具有多个相同型 面的工件。
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四、光学曲线磨床成形磨削
1)原理: 是在具有放缩尺的曲面磨床或光学曲面磨床上,利用 光学投影放大系统将工件投影放大(50倍),按放大 样板或放大图对成形表面进行磨削加工。 2)被加工零件尺寸:主要用于磨削尺寸较小的凸模 和凹模拼块。 3)被加工零件精度:±0.01mm,Ra0.63~0.32μ m。

4)光学曲面磨床:如下图所示。
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模具制造技术 2.4 磨削加工

四、光学曲线磨床成形磨削

光学曲线磨床的光 学投影放大系统原 理,如图所示。

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四、光学曲线磨床成形磨削
将被磨削表面的轮廓分段,如图a所示。把每段曲 线放大50倍绘图,如图b所示。

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四、坐标磨削 1、坐标磨床的磨削运动 (1)砂轮的高速自转 速度高达9000~18000rpm (2)主轴行星公转:砂轮轴线绕磨孔中心作行星 运动,转速低 10~300rpm (3)冲程运动:砂轮轴上下往复运动, 上下往复速度可调 (4)进给运动:调节公转半径,实现加 工的径向进给,调节量很小 (5)工作台移动:其定位精度很高 如图19所示。

图19 砂轮的三种运动 59

模具制造技术
2.5 其他加工

2.5.1镗削加工 普通镗削主要用于孔径精度和孔间 距精度要求较低的孔加工 坐标镗削主要加工高精度孔及孔系
镗床类机床主要工作是用镗刀进行镗孔,也可进行铣平 面、车凸缘、切螺纹等工作。有卧式镗床、立式镗床、 落地镗床、金刚镗床和坐标镗床等多种类型。
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2.5.1镗削加工 一、坐标镗床
坐标镗床主要用于镗削高精度的孔,特别适用于加工 相互位置精度很高的孔系,如钻模、镗模和量具等零 件上的精密孔加工。 坐标镗床制造精度很高,具有良好的刚度和抗振性, 最主要特点是具有坐标位置的精密测量装置,加工时, 按直角坐标来精确定位。

孔的尺寸精度IT6~IT7 ;表面粗糙度Ra0.8um ,孔距 精度0.005~0.01㎜
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2、坐标镗床的附件 (1)万能回转台 1)转盘可绕垂直轴回转任意角度(0~3600) 2)转盘可绕水平轴0~900倾斜 转盘有360°刻线,并有刻度值为1'的刻度环和最小分 化值为10"的游标环。回转工作台具有刹紧和分度蜗杆 脱落机构。 可加工和检验互相垂直的孔、径向分布孔、斜孔及 斜面上的孔。
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(2)光学中心找正器 1)锥尾:插入主轴锥孔, 使之与机床主轴轴线重合。 2)光学系统:用于观察 基准边影象是否与十字线重 合。

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(3)镗孔夹头 由锥尾、调节机构、刀夹组 成,作用是按照被镗孔的孔 径精确的调整镗刀刀尖与主 轴线间距。 锥尾:插入主轴锥孔 调节机构:调节镗孔孔位尺寸 刀 夹:固定刀架
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2.5 其他加工

2.5.2钻削加工 钻削加工用于加工一般 孔,刀具为麻花钻,机 床为钻床;
锥柄白色麻花钻

磨制直柄麻花钻

精密孔则采用坐标镗削 或坐标磨削加工
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2.5.2钻削加工 孔的加工
(1)钻孔:钻头在实心材料上加工出孔为钻孔。一般用麻 花钻,钻孔精度一般为IT12级,表面粗糙度精度不超过 Ra6.3um,可用作精度要求不高的孔的终加工,也可以是 精加工孔的第一道工序。 (2)扩孔:扩孔是用扩孔钻将工件上的毛坯孔进行直径扩 大。扩孔比钻孔精度高,精度一般为IT11~IT10级,表面粗 糙度精度可达Ra 3.2um,而且扩孔钻无横刃,强度高、刚 性好,可校正孔的轴线位置。 (3)镗孔:镗孔是常用的孔加工方法之一,适合对毛坯或 已钻出的孔作进一步的加工,可以作为粗加工,也可作为 精加工。孔径精度一般为IT8~IT7级,表面粗糙度精度可达 Ra0.32~0.8um。 66

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一、一般连接孔的加工
连接孔:通过紧固件将工作零件(凸、凹模等)与 其他零件(固定板、模板等)连接在一起的孔。 1、螺钉孔:钻—扩 2、销钉孔:钻—扩—铰 注意连接零件孔距的一致性

需淬火的零件,淬火前将孔加工,不需淬火的零件上 的孔,以淬火件的孔为基准,将孔加工。有些在装配 时再加工。
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二、深孔加工
1、冷却水道孔和加热器孔:加工精度要求低,形 状精度要求较高(不宜偏斜)。采用加长钻头在立 式钻床上加工。
2、推杆孔:加工精度IT8,垂直度、表面粗糙度要 求较高。

大型模具深孔:摇臂钻床、专用深孔钻床加工;
孔长精度要求低:划线后两面对钻。
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模具制造技术

毕业设计方向
? ? ? ? ? 机械设计类 加工工艺类 机电装调类 实物类 模具类

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