支撑架压铸模cad设计及cae成型仿真学位论文

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安徽建筑工业学院毕业设计(论文)

10.4 模具尺寸的的校核 -----------------------------------------------------------------------------------------------------56 9.5 压实压力的校核 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------56 10.6 开模行程的校核---------------------------------------------------------------------------------------------------------56 第十一章 压铸CAE数值模拟分析 ---------------------------------------------------------------------------------------------57

11.1 概述 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------57 11.2 模拟分析过程 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------57 11.3 结果分析 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------65 第十二章 结论 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------69 参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------71 致 谢 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------72 附录一 科技文献翻译 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------73 附录二 毕业设计任务书 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 100

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第一章 前言

1.1 课题的提出

压力铸造是近代金属加工工艺中,发展较快的一种先进的铸造方法。液态金属在高速高压作用下射入紧锁的模具型腔内,并保压、结晶直至凝固,形成半成品或成品[2]。压力铸造作为一种终形和近终形的成形方法,具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点。在制造业获得了广泛的应用和迅速的发展,压铸件已成为许多产品的重要组成部分。随着轿车、摩托车、内燃机、电子通信、仪器仪表、家用电器和五金等行业的飞速发展,压铸件的功能和应用领域不断扩大,从而促进了压铸技术不断发展,压铸合金品质不断提高。

在压力铸造中,一般作用于原料上的压力在20~200 MPa,充型时浇口处初始速度为15~70 m/s,充型时间仅为0.01~0.20 s。正是由于这种特殊充型方式及凝固方式,导致压力铸造具有自身独特的特点:

1)可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件; 2)铸件精度高、尺寸稳定、加工余量少、表面光洁; 3)铸件组织致密、具有较好的力学性能;

4)生产效率高。压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5 s~3 min,这种方法适于大批

量生产;

5)压力铸造采用镶铸法可以省去装配工序并简化制造工艺; 6)材料利用率高;

1.2 国内外压铸研究的现状

1.2.1国外压力铸造业的现状

压铸技术涉及到机械制造、液压传动、材料、冶金、自动化、计算机、化工、电子、传感器、检测、电气等诸多学科并正在向边缘学科渗透。随着以上诸多学科的发展和工业技术的进步,压铸技术也取得了突飞猛进的发展,具体表现为:

1)压铸机及外围设备整体性能和控制系统水平的大幅度提高。

2)计算机模拟技术在压铸中的广泛应用,加深了对压铸充型、凝固过程规律的认识。 3)压铸型材质和制造技术的发展,提高了压铸型使用寿命和压铸件质量。 4)薄壁压铸件成形技术的开发与应用,为实现轻量化的目标创造了条件。 5)压铸型涂料的开发,改善了铸型润滑特性,提高了压铸件表面质量。

1.2.2国内压力铸造业的现状

压铸模在我国约起始于20世纪40年代,但在工业上大量应用压铸件是始于20世纪50年代,即1958年以后。至20世纪90年代,我国的压铸技术达到相当水平,已自行设计和制造出成系列的、性能优良的压铸机。国产压铸机从一般小型到5000kN、6300kN、8000kN、10000kN、12500kN、

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及16000kN的大型压铸机均有生产。但与国外相比,我国压力铸造业仍然存在很多不足,主要表现在以下方面。

1)国外压射系统始终在不断地改进,平均5~8年就有一次重大改进。而我国压射部分的所有压射参数的调节均为人工手动,无参数显示系统配套,给压铸工艺规范的实施造成困难,因而压铸件的质量无法保证,也难以实现自动化。

2)液压系统无法实现压铸机的自动控制。而国外有名的压铸机公司在这方面早已普遍应用。 3)国产压铸机大都存在漏油的现象,主要原因是密封件质量差和加工质量问题。

4)刚性是影响压铸机精度的重要因素,以前我国压铸机压射性能较差,人们集中精力研究压射系统的性能,而忽视了强度、精度的提高。 5)压铸模使用寿命短。 6)模具可靠性较差。

7)生产率低由于国产模具使用可靠性不稳定,生产中故障多,返修量大,班产量不如进口模具高。 8)我国在压铸模的设计和制造方面,进展较为缓慢。在压铸模设计中,目前仍主要依靠设计人员的经验。

9)外观质量不理想。国产压铸件往往线条不清晰,水流纹不理想,表面粗糙度差。与进口压铸件对比,差距明显。

1.3设计的内容和目标

本课题的主要内容、重点解决的问题,完成任务可能思路和方案。 1.3.1.毕业设计(论文)主要内容

(1) 英文资料翻译一份(不少于5000汉字)。 (2) 压铸件三维建模、CAE成型仿真及模具设计。

按照充填理论以及经验公式对压铸件零件的成形工艺性进行分析,校核其尺寸的合理性。

支撑架零件的二维、三维结构图如图1-1,图1-2所示。

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图1-1 支撑架压铸零件二维结构

图1-2 支撑架压铸零件三维图

(3) 对浇注系统的选择与计算,压铸机型号的选择。

根据压铸件的形状及精度要求,设计浇注系统的尺寸,尤其是内浇道尺寸的选择。 (4) 对加热以及冷却系统的设计

根据压铸件及浇道系统的数量、布置形式,计算加热功率以及冷却水道的尺寸、数量。 (5) 进行初步数值模拟仿真成型,优化模具结构。 (6) 选择合理的模具结构,绘制装配图。

根据模具结构的选择和绘制,应该以生产批量的大小、零件的复杂程度、精度以及使用要求等方面综合考虑,绘制压铸模三维装配图。

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(7) 绘制压铸模二维装配图以及型腔、型芯等工程图的绘制。

(8) 对主要模具工作零件(型腔、型芯)进行制造工艺编制(包括数控加工程序);

1.3.2.重点需要研究的问题:

(1) 依据液态金属充填理论,通过研究支撑架压铸件的充填、凝固顺序,设计合理的压铸工

艺; (2) CAD设计该件的压铸模具,优化设计模具结构;

(3) 对主要的零件(型腔、型芯)等强度校核,完成绘制装配图和零件工程图; (4) 对主要模具工作零件(型腔、型芯)等进行制造工艺编制(包括数控加工程序); (5) 进行初步数值模拟成型;

(6) 对大学阶段的知识进行总结和应用,培养创新能力。

1.3.3.完成任务可能思路和方案:

由于支撑架压铸件结构较复杂,尺寸精度要求较高,支撑架零件材料为YL112,表面质量和内部质量要求严格等特点,成型时要保证压铸件的质量,克服成型缺陷,因此对压铸件的成型工艺选择要求科学、合理,压铸模结构具有良好的工艺性。

为提高生产效率且保证零件质量,预采用一模两腔,对称分布在浇注系统两侧成型。 根据零件的结构,零件上两处处都需要抽芯,侧抽芯可以通过多种方法来实现,譬如:采用斜导柱抽芯机构、弯销抽芯机构、斜滑块抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构、液压抽芯机构等。

分型面的选择也有多种方案:

1.3.4.设计的目标:

由于支撑架压铸件结构较复杂,尺寸精度要求较高,支撑架的零件材料为YL112,表面质量和内部质量要求严格等特点,成型时要保证压铸件的质量,克服成型缺陷,因此对压铸件的成型工艺选择要求科学、合理,压铸模结构具有良好的工艺性。

利用三维设计软件设计模具的装配结构,通过液态金属充填理论和数值仿真模拟合理设计浇注系统和优化设计参量。

通过本毕业设计,掌握压铸原理及模具结构,掌握压铸模设计的步骤,模具制造工艺的编制能力,具有较强的从事压铸工艺及模具技术工作的能力,组织模具生产管理的能力。

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毕 业 设 计 (论 文)

专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 08机械一班 学生姓名 王涛 学 号 08210010113 课 题 支撑架压铸模三维CAD设计

及CAE成型仿真 指导教师 赵茂俞

2012年 6 月 1 日

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支撑架压铸模CAD设计及CAE成型仿真

中文摘要

首先,分析支撑架压铸件的结构工艺,提出几种不同的压铸工艺方案,计算环形浇口尺寸、弯销尺寸、充填速度、温度、压实压力等工艺参数,完成压铸模结构设计。然后,确定模具分型面和浇注系统,借助PRO/E三维软件,对支撑架零件三维造型,解决模具的结构设计。在此基础上,应用CAE软件PROCAST仿真支撑架充填、凝固过程,优化压铸模具结构设计。再次,绘制模具装配图、零件工程图,同时校核模具关键零件的强度。最终表明该模具结构合理,制造工艺良好,工作稳定可靠。 关键词:压铸模;环形浇口;弯销;分型面;Pro/E;CAE

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Support frame Die-Casting Mould CAD / CAE

ABSTRACT

In this thesis, firstly, the structures of the Support frame die-casting were analyzed. The structure of die casting die was designed through the analysis of various process planning and the calculations of technological parameters of ring gate, bent pin, speed, temperature, pressure, etc. Secondly, the mold parting surface and gating system must be determined. By using 3D PRO/E software, the die-casting model and the mould structure had been drawn. On the basis, the design of die-casting mould structure was optimized through the application of CAE software PROCAST simulating the pressure filling and solidification course. Then, the Mold assembly drawings, parts drawings were drawn and the key parts intensity was checked. Finally, the conclusions show that the mold structure is reasonable, stable, reliable and the mould has good manufacturing processes. Keywords: Die-casting mould;ring gate;bent pin;mould surface;Pro/E;CAE

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目录

第一章 前言 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0

1.1 课题的提出----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0 1.2 国内外压铸研究的现状 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 0

1.2.1国外压力铸造业的现状 ------------------------------------------------------------------------------------------ 0 1.2.2国内压力铸造业的现状 ------------------------------------------------------------------------------------------ 0 1.3设计的内容和目标 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1

1.3.2.重点需要研究的问题 ------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.3.3.完成任务可能思路和方案 ------------------------------------------------------------------------------------ 3 1.3.4.设计的目标 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3

第二章 支撑架压铸件的结构工艺性分析 -------------------------------------------------------------------------------------- 4

2.2压铸合金的化学成分和性能 -------------------------------------------------------------------------------------------- 4 2.2压铸件的尺寸精度 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4

2.2.1.影响压铸件的精度的主要因素 ------------------------------------------------------------------------------ 4 2.2.2.压铸件的轮廓性尺寸 ------------------------------------------------------------------------------------------- 5 压铸件的轮廓性尺寸 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 2.3 压铸件的形位公差 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.4 壁厚 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.5 铸造圆角半径 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.6 脱模斜度 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.7 压铸件的表面质量 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.8 加工余量 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 第三章 金属压铸件压铸工艺 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9

3.1 压力参数 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 3.2 速度参数 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 3.3 时间参数 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10

3.3.1.填充时间 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.3.2.持压时间 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.3.3.留模时间 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.4 温度参数 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11

3.4.1.浇注温度 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11 3.4.2模具温度 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------12 3.5 成型收缩率 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------12

3.5.1.压铸件的收缩率的影响因素 --------------------------------------------------------------------------------12 3.5.2.铝合金的计算收缩率 ------------------------------------------------------------------------------------------13 3.6 液态铝合金的密度 -------------------------------------------------------------------------------------------------------13 3.7 压铸用涂料 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------13

3.7.1.压铸涂料的作用 ------------------------------------------------------------------------------------------------13 3.7.2.对涂料的要求 ---------------------------------------------------------------------------------------------------13 3.8 压铸件的后处理 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------14

3.8.1.压铸件的清理 -----------------------------------------------------------------------------------------------------14 3.8.2.压铸件浸渗处理 ------------------------------------------------------------------------------------------------14 3.8.3.压铸件的表面处理 ---------------------------------------------------------------------------------------------14

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3.8.4.压铸件的热处理 ------------------------------------------------------------------------------------------------14 3.8.5.压铸件的整形处理 -----------------------------------------------------------------------------------------------15

第四章 铸件基本参数的计算与压铸机的选用 -------------------------------------------------------------------------------16

4.1 压铸机的种类和特点 ----------------------------------------------------------------------------------------------------16

4.1.1.热室压铸机---------------------------------------------------------------------------------------------------------16 4.1.2.卧式冷压室压铸机 -----------------------------------------------------------------------------------------------16 4.1.3.立式冷压室压铸机 ----------------------------------------------------------------------------------------------17 4.1.4.全立式冷压室压铸机 --------------------------------------------------------------------------------------------17 4.1.5.本次设计压铸机种类选用 --------------------------------------------------------------------------------------17 4.2 确定型腔数目及布置形式 ----------------------------------------------------------------------------------------------17 4.3 确定压实压力 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------17 4.4 压铸机锁模力的确定 ----------------------------------------------------------------------------------------------------18

4.5 计算胀型力

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4.6 核定投影面积 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------20 4.7 初步选定压铸机 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------20 第五章 压铸模分型面的设计 -----------------------------------------------------------------------------------------------------22 第六章 浇注系统和溢流、排气系统的设计 ----------------------------------------------------------------------------------23

6.1 浇注系统的分类 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------23 6.2 内浇口的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------25 6.3 直浇道的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 6.4 横浇道的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------28 6.5 溢流槽的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------29 6.3 排气槽的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------31 6.4 预测可能出现的压铸缺陷及处理方法 ------------------------------------------------------------------------------31 第七章 压铸模抽芯机构的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------32

7.1常用抽芯机构的类型 ----------------------------------------------------------------------------------------------------32 7.2抽芯力和抽芯距的确定 -------------------------------------------------------------------------------------------------32

7.2.1影响抽芯力的因素 -----------------------------------------------------------------------------------------------33 7.2.2抽芯力的估算 -----------------------------------------------------------------------------------------------------33 7.3.1弯销的设计---------------------------------------------------------------------------------------------------------36

第八章 模架与成形零件的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------41

8.1 模架的设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------41 8.2 成形零件的结构设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------------41 8.3 加热与冷却系统的设计 -------------------------------------------------------------------------------------------------47 8.4 推出机构的设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------49 8.5 复位机构的设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------50 第九章 模具的总体结构设计 -----------------------------------------------------------------------------------------------------51

9.1 压铸模的技术要求 -------------------------------------------------------------------------------------------------------51 9.2 压铸模外形和安装部位的技术要求 ---------------------------------------------------------------------------------51 第十章 校核模具与压铸机的相关尺寸 ----------------------------------------------------------------------------------------55

10.1 锁模力的校核 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------55 10.2 铸件最大投影面积校核 -----------------------------------------------------------------------------------------------55 10.3 压室容量校核 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------55

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第二章 支撑架压铸件的结构工艺性分析

压铸件的结构工艺性分析是压铸生产技术中的重要部分,主要涉及压铸合金性能分析、压铸工艺对铸件要求、压铸件的技术要求、压铸件的工艺性能等。压铸件的结构工艺性是否合理,对模具的结构、压铸件的质量、生产成本有着直接的影响。如果压铸件的结构不合理,不仅模具结构复杂,且质量无法得到保证,甚至造成生产困难

2.2压铸合金的化学成分和性能

压铸合金是压铸生产的要素之一,要生产优良的压铸件,除了要有合理的结构设计和成型设计、设计完善的压铸模和工艺性能优越的压铸机外,还需要有性能优良的合金。

本次设计要求的材料为压铸铝合金YL112,压铸铝合金是目前应用最广泛的压铸材料,而大多使用高硅铝合金。因为它们允许有相当数量的杂质,可以用旧铝作回收利用,提高原材料的利用率。压铸铝合金的主要特点有:

① 密度较小,比强度高;

② 在高温和常温下都具有良好的力学性能,尤其时冲击韧性好; ③ 有较好的导电性和导热性。机械切削性能也很好; ④ 耐腐蚀性能好;

⑤ 具有良好的压铸性能,较好的表面粗糙度以及较小的热裂性。

但是,铝合金的体积收缩率较大,在压铸件冷却凝固时易在最后凝固处形成较大的集中缩孔。同时铝合金对模具具有较强的黏附性,在脱出压铸件时,会产生黏附现象。 压铸铝合金YL112的化学成分和力学性能见表2-1

表 2-1压铸铝合金的化学成分和力学性能(摘自GB/T15115-1994) 合金牌号 合金代号 化学成分(质量分数)(%) Si Cu Mn Mg Fe Ni Ti Zn Pb Sn 力学性能(不低于) Al ?b/M?a δ(%) 硬度HBS YZALSi9Cu2 YL112 7.5~9.5 3.0~4.0 - - 1.2 - - 1.2 0.1 0.1 其240 余 1 85 2.2压铸件的尺寸精度

2.2.1.影响压铸件的精度的主要因素[7]:

①压铸件的空间轮廓尺寸; ②基本尺寸;

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③模具结构对该尺寸的影响,主要取决于分型面或活动成形的锁紧状况及脱模斜度; ④合金种类;

⑤设计模具选用收缩率与该尺寸实际表现收缩率的差值; ⑥压铸工艺参数的变动,主要是模温和脱模时的铸件温度; ⑦模具直至达到工作寿命,制造维修对其精度的保证; ⑧压铸机合模系统的结构精度和刚性。

2.2.2.压铸件的轮廓性尺寸

压铸件的轮廓性尺寸大小以空间对角线来表示。空间对角线取自外切铸件最大轮廓的四

方体,其值按式2-1[2]求得,一律取整数:

L空=a2+b2+c2 (2-1)

式中L空——空间对角线(mm);

a——长度(mm); b——宽度(mm); c——高度(mm)。

L空=a2+b2+c2

642?412?28 2

=81 mm

根据空间对角线的尺寸,精密压铸件高精度尺寸推荐公差见表2-2 表 2-2 高精度尺寸推荐公差 相近公差等级 空间对角线L/mm 合金种类 ~50 >50~180 铝合金 0.07 0.11 基本尺寸/mm GB/T1800.3 -1998 IT10 ?18 ?18~ 30 0.08 0.13 ?30~ 50 0.10 0.16 ?50~ 80 0.19 ?80~ 120 0.22 ?120~180 0.25 根据空间对角线的尺寸,精密压铸件严格尺寸推荐公差见表2-3

表2- 1 严格尺寸推荐公差

相近公差等级 空间对角线合金种基本尺寸/mm 5

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GB/T1800.3 -1998 IT11 IT12

L/mm 类 ?18 ?30 18~?50 30~?80 50~?80~?120~120 0.35 180 0.40 ~50 >50~180 铝合金 0.11 0.18 0.13 0.21 0.16 0.25 0.30 根据空间对角线的尺寸,精密压铸件一般尺寸推荐公差见表2-4

表2- 2 一般尺寸推荐公差

相近公差等级 空对线L/mm 间角合金种类 尺寸类别 基本尺寸/mm GB/T1800.4 -1999 ?18 ?18~30 ?30~50 ?50~80 ?80~?120120 ~180 (JS12+JS13)/2 ~50 铝合>50~JS13 金 180 A B A B ?0.11 ?0.21 ?0.14 ?0.24 ?0.14 ?0.24 ?0.17 ?0.27 ?0.16 ?0.26 ?0.20 ?0.30 ?0.23 ?0.33 ?0.27 ?0.37 ?0.32 ?0.42

注:A类尺寸表示不受分型面和活动型芯影响的尺寸;

B类尺寸表示受分型面和活动型芯影响的尺寸。

高精度尺表示寸有:?11、?8。

严格尺寸有:?5.21、?40、64、40

余下的全为一般尺寸,其中A类尺寸:28、15、40 B类尺寸:?11、120、160、

00.09000.1100于是得:?120、?400 ?0.43、?8?0.43、?5.210?0.52、64?0.43、40?0.11、?110、120?0.16、160?0.19、

2.3 压铸件的形位公差

(1) 压铸件的平行度公差:见表2-5。

表2- 3 压铸件的平行度公差 (单位:mm)

名义尺寸 两个半型内的公差 6

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<25 >25~63 >63~160 0.15 0.2 0.3 (2) 压铸件的同轴度公差:见表2-6。

表2- 4 压铸件的同轴度公差 (单位:mm)

名义尺寸 >18~50 >50~120 同一半型内的公差 0.15 0.25 2.4 壁厚

压铸件的合理壁厚取决于铸件的具体结构,合金性能和压铸工艺等许多因素,为了满足各方面的要求,以正常、均匀壁厚为佳。大面积的薄壁成型比较困难;壁厚过大或严重不均匀则易产生缩陷及裂纹。随着壁厚的增加,压铸件材料力学性能明显下降。

2.5 铸造圆角半径

铸造圆角可以使金属液流畅,气体容易排出,并可避免因锐角而产生裂纹,内圆角取值为取1mm。

2.6 脱模斜度

脱模斜度大小与铸件几何形状如高大或深度、壁厚机型腔或型芯表面形状如粗糙度、加工纹路方向有关。取支撑架内表面脱模斜度β=1°。

2.7 压铸件的表面质量

用新模具压铸可以获得Ra0.8?m表面粗糙度的压铸件。在模具正常使用寿命内,铝合金压铸件大致在Ra3.2~Ra6.3?m范围。支撑架内表面为Ra1.6~Ra3.2?m;外表面为Ra3.2~Ra6.3?m。

2.8 加工余量

当压铸件的尺寸精度与形位公差达不到设计要求而需要机械加工时,应优先考虑精整加工,以便保留其强度较高的致密层。

加工余量,见表2-7。

表2- 5 机械加工余量 (单位:mm)

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尺寸 ~30 >30~50 >50~80 >80~120 >120~180 >180~260 >260~360 >360~500 每面余量 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2

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