冲孔切断弯曲级进模的设计与制造.docx

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冲孔切断弯曲级进模的设计与制造

冲孔、切断、弯曲级进模的设计与制造

　　湖北理工学院毕业设计

　　目录

　　第一章零件工艺分析3第二章成型工艺方案确定4第三章排样的设计31、坯料展开尺寸的计算52、排样方式的选择53、裁板方法64、计算材料利用率6第四章冲裁力、弯曲力、压力机的选择和压力中心的确定61、冲裁力72、弯曲力73、卸料力74、推件力75、压力机的选择36、压力中心的确定8第五章冲裁间隙的确定9第六章模具主要结构的设计101、模具类型的选择102、操作方式103、出件方式104、确定送料方式105、确定导向方式10第七章冲孔刃口尺寸的计算11第八章主要零部件的设计131、冲孔凸模132、冲孔凹模133、弯曲凸模、凹模的设计144、定位零件15

　　第1页

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　　5、卸料板的设计156、上下模座157、模柄168、模具的闭合高度：

17第九章压力机技术参数校核17第十章模具零件制造工艺编制171、冲孔凸模加工工艺过程172、冲孔凹模加工工艺过程183、弹压卸料板加工工艺过程19第十一章模具工作原理与使用注意事项19第十二章设计感受20参考资料……………………………………………………………21　　

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　　第一章零件工艺分析

　　图1链节零件

　　如图1所示，链节零件为某机构上使用的连接件。

该零件尺寸小，形状较复杂，有1个整体的弯曲和2处卷圆，材料为中碳钢，厚。

因为尺寸均为未标注公差的自尺寸，故在冲压工序中可按IT14级来确定。

查附录一①可得各零件尺寸公差为：

　　外形尺寸：

　　内形尺寸：

+

　　第二章成形工艺方案确定

　　各类模具结构及特点比较

　　模具种类比较项目单工序模第3页

　　级进模复合模　　湖北理工学院毕业设计

　　零件公差等级低一般中小型尺寸厚可达IT13～IT10级小零件厚度～6mm可加工复杂零可达IT10～IT8级尺寸不零件特点受限制厚度不形状与尺寸受模具结构与强度限制，尺寸可以较大，厚度可达3mm于压料冲件的同件，如宽度极小的度较　　受限制异形件厚零件平面度低一般中小型件不平直，时得到了较平，制件高质量制件需较平平直度好且具有良好的剪切断面工序间自动送料，冲件被顶到模具工作表面上，必须手动或机械排除，生产效率较低不安全，需采取安全措施冲裁较复杂零件时，比级进模低形状复杂，精度要求大批量小型冲压件的生产较高，平直度要求高的中小型制件的大批量生产生产效率低较低可以自动排除制件，生产效率高安全性不安全，需采取安全措施比无导低向的稍高料厚精度要求比较安全模具制造工作量和成本冲裁简单的零件时，比复合模低适用场合低的小批量冲件的生产

　　方案一：

冲孔—落料—卷圆—弯曲。

单工序模生产。

方案二：

冲孔—落料—卷圆、弯曲复合冲压。

复合模生产。

方案三：

冲孔—落料—卷圆、弯曲级进冲压。

级进模生产。

根据分析结合表分析：

　　方案一模具结构简单，制造周期短，制造简单，但需要两副模具，成本高而生产效率低，难以满足大批量生产的要求。

　　第4页

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　　方案二只需一副模具，制件精度和生产效率都较高，且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。

冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高，板料的定位精度比方案三低，模具轮廓尺寸较小。

　　方案三只需一副模具，生产效率高，操作方便，精度也能满足要求，模具制造工作量和成本在冲裁简单的零件时比复合模低。

　　于产量很大，对模具寿命有很高的要求，通过对上述三种方案的分析比较，决定用方案三进行生产。

　　根据零件形状和级进模工艺方案设计原则确定，成形时，再冲掉废料后要完成预弯、打弯、以及整形等工序，最后落料得到整个零件。

　　运用Dynaform软件对零件的重要成形工位进行了仿真分析，可以帮助确定坯料的形状和尺寸，通过模拟可知,卷圆前，于压边圈只能垂直方向压料，周围没有载体来平衡材料向产品圆弧流动的侧向不均匀阻力，最后可能导致产品两法兰边缘平面不平行。

　　图2弯曲工位的数值模拟分析

　　据此，在设计排样时，在零件的两边增加了2条宽的中载体，以提高成型后法兰边缘平面的平行度，同时也增加了条料的刚度，使条料送进更加平稳。

无芯卷圆是整个卷圆工序的重点，首先要预弯圆弧，然后弯曲底部圆弧，最后再进行无芯卷圆。

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　　图3无芯卷圆示意图

　　第三章排样的设计

　　1、坯料展开尺寸的计算

　　在计算复杂零件展开尺寸时，传统上是根据初算尺寸用线切割切出性形状，再反复试模修正尺寸，直到符合产品要求，不仅效率低，而且成本高。

于该零件形状复杂，不对称，按传统方法计算展开尺寸偏差较大，现借助有限元模拟，可以帮助确定产品形状与展开尺寸。

图4为最后的坯料展开形状和主要尺寸。

　　图4通过模拟确定的展开尺寸2、排样方式的选择

　　链节形状可以确定级进模的主要工序有冲孔、落料、卷圆、弯曲等，而载体设计和无芯卷圆工序设计是模具设计的难点。

根据零件图，可初步拟定如图5

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　　所示的2种工艺方案。

　　方案一：

采用横排排样，成型工艺为：

冲孔—冲废料—冲轮廓废料—撕口—预弯—打弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料）

　　方案二：

采用竖排排样，成型工艺为：

冲导正孔—冲孔—冲废料—冲废料—撕口—预弯—打弯整形—冲孔整形—冲孔—落料）

　　方案一　　方案二　　

　　因方案二操作不便，且料宽比方案1增加10mm,故最终选用方案一。

3、裁板方法

　　此链节零件冲压既有冲裁又有弯曲，因此必须遵从冲裁排样和弯曲排样的原则，最终确定的零件排样设计如图6所示。

　　图6排样图

　　1.冲孔2.冲废料3.冲轮廓废料4.撕口5.预弯6.打弯7.打弯整形8.冲孔整形9.冲孔10.落料　　

　　4、搭边值和料宽的确定

　　搭边的作用是补偿定位误差，防止于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。

表2-13[1]差得侧面的搭边值a1=4mm，工件间的搭边值a=5mm。

但是考虑到条料的宽度较大，为保持条料有一定的强度

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　　和刚度，保证送料顺利进行，取a=。

　　一般情况下条料的宽度

　　B=D+2a

　　其中B—条料的宽度

　　D—工件垂直于送料方向上网最大尺寸a1—侧搭边

　　故条料的宽度B=34+2×=45mm.5、计算材料利用率

　　冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率，它是衡量合理利用材料的重要指标。

　　一个步距内的材料利用率

　　η＝A/BS×100%　　

　　式中A—一个步距内冲裁件的实际面积；

　　B—条料宽度；S—步距；

　　η＝÷（45×53）×100%＝62%

　　第四章冲裁力、弯曲力、压件力压力机的选择和压力中心的确定

　　1.冲裁力

　　模具共有2个冲裁区，冲裁力下式计算。

　　FLt

　　式中：

F—冲裁力；L—冲裁件周边长度；t—材料厚度，t=1；—材料抗剪强度，＝500

　　各冲裁区只是冲裁线的长度不同，材料抗剪长度和材料厚度均相同，用上式可分别计算各冲裁区的冲裁线长度和冲裁力，见表4-1。

表冲裁线长度和冲裁力

　　部　　位第3工位L/mmF/N97476第8页

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　　第9工位　　总　　计2、弯曲力

　　弯曲力公式F自＝b/（R+t）《冲压工艺与模具设计》式中F自—自弯曲力；

　　B—弯曲件宽度，B＝++

　　t—弧曲件材料厚度t＝

　　R—弯曲件内半径，R＝＝　　b—材料抗拉强度，b350　　K—安全因数，K

　　F自＝××××350／（＋）＝

　　3、卸料力

　　卸料力不仅是设计卸料板是的重要参数，它还是冲小孔是，影响凸模使用寿命的一个主要因素。

合理地确定卸料力可以使模具结构紧凑和保证冲裁生产过程的稳定。

　　生产上常以经验公式来估算卸料力F卸即

　　F卸＝×＝

　　K卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=～取K=

　　4、推件力

　　查《模具设计使用手册》查得F推nKP

　　K—卸料力系数，查《模具设计使用手册》查得K=～取K=　　F推＝5××=5、压力机的选择

　　冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁时各工艺力的总和F总根据所设计的模具，选用弹压卸料装置和下出件的模具时：

　　F总＝＋＋+　　＝

　　根据计算冲压设备可选用800KN曲柄压力机。

6、压力中心的确定

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　　在多工位级进模中，于各个工位的闭合时间不同，因此压力中心是呈一种动态变化。

为了便于计算，可根据级进模工作时的极限位置来计算极限位置的压力重心。

根据排样图6可用解析法来求压力中心，直线段的重心既是该线段的中心，圆弧的长度和重心可按下式来求得：

　　l=2ra/[4]=

　　a式中l——圆弧的展开长度；

　　R——圆弧的半径；A——中心半角；

　　y——圆弧重心与圆心距离。

　　图7圆弧重心的位置

　　所以压力中心坐标

　　x=

　　yaay=

　　lx=mm　　

　　lly=0y

　　第五章冲裁间隙

　　设计模具时一定要选择合理的间隙，以保证冲裁件的断面质量、尺寸精度满足产品的要求，所需冲裁力小、模具寿命高，但分别从质量，冲裁力、模具寿命等方面的要求确定的合理间隙并不是同一个数值，只是彼此接近。

考虑到制造中的偏差及使用中的磨损、生产中通常只选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的制件，这个范围的最小值称为最小合理间隙Cmin，最大值称为最大合理间隙Cmax。

考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时要采用最小合理间隙值Cmin。

　　冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量有极其重要的影响，此外，冲裁间隙还影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，间隙越小，模具作用的压应力越大，摩擦也越严重，而降低了模具的寿命。

较大的间隙可使凸模侧面及材料间的摩擦减小，并延缓间隙于受到制造和装配精度的限制，虽然提高了模具寿命

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　　而，但出现间隙不均匀。

因此，冲裁间隙是冲裁工艺与模具设计中的一个非常重要的工艺参数。

　　h2th0）tan2t10tan用理论方法确定合理间隙值：

Z=模具的冲裁间隙在配制中保证，不需受到︱dP︱＋︱dd︱≤2Zmax－2Zmin条件限制，加工基准件时可适当放宽公差，使工容易。

根据经验，普通冲裁模具的制造偏差dP或dd一般可取△／4。

　　尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配制件只标注公称基本尺寸并注明做所留的间隙值。

但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。

尺寸。

　　在计算复杂形状的凸模、凹模工作部分的尺寸时，其各部分尺寸在模具工件时磨损性质不同，一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸：

①第一类尺寸—凸模或凹模磨损会增大的尺寸；②第二类尺寸—凸模或凹模磨损后会减小的尺寸；③第三类尺寸—凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。

　　根据查《冲模设计应用实例》书，表2－10落料、冲孔模刃口始用间隙：

冲裁模初始双面间隙Zmax＝Zmin＝。

未标公差的毛坯尺寸按照IT14级精度计算，也可查《冲模设计应用实例》书末附录D1。

根据《冲

　　＜＜＜＜~~~~≥≥≥≥＜＜＜＜≥≥≥≥x=圆形x=第13页

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　　模设计应用实例》书中的附录查得零件各尺寸公差为：

1、落料凹模的基本尺寸：

　　以上尺寸为第一类尺寸

　　对应凹模尺寸为0+/4=+mm对应凹模尺寸为0+/4=+mm对应凹模尺寸为0+/4=+mm对应凹模尺寸为（－×）0+/4=+mm　　对应凹模尺寸为（23－×）0+/4=+mm　　对应凹模尺寸为（－×）0+/4=+mm对应凹模尺寸为（－×）0+/4=+mm+为第二类尺寸，其对应的凹模尺寸为

　　0+

　　mm　　-/4=

　　为第三类尺寸，其对应的凹模尺寸为

　　++

　　（－+×）-×=

　　落料凹模的基本尺寸与凸模相同，同时在技术条件中注明：

凹模刃口尺寸与落料凹模刃口实际尺寸配置，保证间隙在～之间。

2、冲孔凸模的基本尺寸：

　　Ф对应凸模尺寸为/4=+

　　冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，凹模刃口尺寸与冲孔凹模刃口实际尺寸配置，保证间隙在～之间。

　　第八章主要零件的设计

　　1、冲孔凸模

　　凸模材料选用Cr12MoV，凸模刃口淬火硬度为HRC58～60，尾部回火至40～50HRC。

　　此凸模为圆形凸模所以凸模的固定方式使用阶梯固定方式,如图所示

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　　凸模长度计算：

模具采用固定卸料装置根据公式　　L=h1+h2+t+h式中　　L—凸模长度　　h1—凸模固定板厚度

　　h2—卸料板厚度

　　t—材料厚度　　

　　L=16+14+4+20=54mm

　　h为附加长度，包括凸模的修磨量，凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板间的安全距离，一般为15～20mm。

2、冲孔凹模

　　凹模的刃口形式：

查《冲压工艺与模具设计》冲孔凹模采用形刃口形式。

，此凹模固定采用螺钉和销钉直接直接固定在支撑板上凹模大小按照固定板和垫板的大小冲孔凹模凹模厚度

　　公式　　H＝kb

　　式中k—系数

　　b—凹模刃口最大尺寸（查表取K＝）

　　凹模厚度系数K

　　S/mm≤1≤50＞50～100＞100～200＞200

　　取凹模厚度H＝×45＝

　　凹模边壁厚：

c≥H=×=mm

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　　材料厚度t/mm＞1～3～～～～＞3～6　　～～～～～～～～

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　　取H=18mm　　c=30mm

　　凹模板宽度：

B=45+2c=mm=105mm

　　根据排样图、螺钉、销钉及卸料螺钉的布局，可求L=53×9+2×4=485mm

　　查标准JB/:

凹模板长度：

L取500mm故确定凹模板外形为：

500×125×20（mm）。

　　3、弯曲凸模、凹模的设计1）弯曲凸凹模的圆角半径

　　此弯曲件的相对弯曲半径较小，所以凸模的圆角半径就取弯曲件的弯曲半径

　　凹模圆角半径材料厚度t凹模圆角半径r2t2-4t42t因为弯曲件的相对弯曲半径较小，所以据表取凹模的园角半径为3t

　　2）弯曲凹模深度

　　弯曲U件的凹模深度L0值

　　弯曲件变长L5050-7575-100100-150150-200115202530401-22025303545材料厚度2-425303540554-630354050654-103540405065据表，弯曲凹模深度取15

　　3）弯曲凸模与凹模间的间隙

　　Ztmaxct

　　式中Z——弯曲模的凸、凹模单边间隙t——工件材料厚度

　　tmax——工件材料的最大厚度

　　C——间隙系数

　　Z＝﹢×＝

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　　4、定位零件的设计导正销的设计

　　使用导正销的目的是对已冲孔的条料在落料前导正孔位，补偿微小的送料进给误差，保证空与外形相对位置公差的要求。

导正销通常与挡料销配合使用，导正销进行精定位，固定挡料销作粗定位。

　　凸模固定板上设置一个导正销，借用工件上中间孔5mm作导正孔。

导正销导正部分与导正孔采用

　　H7的配合。

规格为5mm×48mm。

采用T8A钢制作，m6热处理硬度为56～60HRC，有较高的耐磨损性。

导料板的设计

　　导料板的内侧与条料接触，外侧与凹模齐平，导板与条料之间的间隙取1mm,查《冷冲压工艺及模具设计》表2-30知：

导板的厚度为8mm，采用45钢制作，热处理硬度为40～45HRC，用螺钉和销钉固定在凹模上。

5、卸料板的设计及其固定方式

　　卸料板采用Q235制造，卸料板轮廓尺寸与落料凹模轮廓尺寸相同，厚度根据JB/T规定，选用500mm×125mm组模具参考，其厚度为14mm。

　　6、上下模座

　　模座分带导柱和不带导柱两种，根据生产规模和生产要求确定是否带导柱的模座。

　　本模具采用四角导柱、导套来保证模具上、下模的精确导向。

滑动导柱、导套都是圆柱形的，其加工方便，可采用车床加工，装配容易。

导柱的长度应保证上模座最底位置时，导柱上端面与上模座顶面的距离15mm。

而下模座底面与导柱底面的距离为5mm。

导柱的下部与下模座导柱孔采用R7/h5的过盈配合,导套的外径与上模座导套孔采用R7/h5的过盈配合。

导套的长度，需要保证冲压时导柱一定要进入导套10mm以上。

导柱与导套之间采用H7/h6的间隙配合，导柱与导套均采用20钢，热处理硬度渗碳淬硬56~60HRC。

　　导柱的直径、长度，按标准选取。

　　导柱：

d/mm×L/mm分别为φ28×180，φ32×180；

　　导套：

d/mm×L/mm×Dmm分别为φ32×105×43,φ28×105×43

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　　模座的的尺寸L/mm×B/mm为500mm×125mm。

上模座的厚度为45mm，上垫板厚度取12mm，固定板厚度取16mm，下模座的厚度为55mm。

7、模柄

　　模柄的作用是将模具的上模座固定在冲床的滑块上。

常用的模柄形式有：

1）整体式模柄，模柄与上模座做成整体，用于小型模具。

　　2）带台阶的压入式模柄，它与模座安装孔用H7/n6配合，可以保证较高的同轴度和垂直度，适用于各种中小型模具。

　　3）带螺纹的旋入式模柄，与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧固，垂直度较差，主要用于小型模具。

　　4）有凸缘的模柄，用螺钉、销钉与上模座紧固在一起，使用与较大的模具。

5）浮动式模柄，它模柄，球面垫块和连接板组成，这种结构可以通过球面垫块消除冲床导轨位差对对冲模导向精度的影响，适用于滚珠导柱、导套导向的精密冲裁。

　　本模具采用带台阶的压入式模柄。

　　在设计模柄时模柄长度不得大于冲床滑块内模柄孔的深度，模柄直径应与模柄孔径一致。

8、模具的闭合高度：

　　该模具的闭合高度为

　　H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2-t　　=（45+24+54+20+55-2-4）mm　　=192mm式中：

　　L——凸模长度，L=54mm　　H——凹模厚度，H=20mm

　　h2——凸模冲裁后进入凹模的深度，h2=2mm

　　第九章压力机技术参数校核

　　通过校核，该冲裁件所需的冲裁力为，选择开式双柱可倾压力机J23—25能够满足使用要求。

其主要技术参数如下：

　　公称压力：

800KN滑块行程：

160mm

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　　最大闭合高度：

320mm封闭高度调节量：

80mm

　　作台尺寸：

600mm×950mm垫板尺寸：

60mm×200mm模柄孔尺寸：

Ф50mm×60mm最大倾角高度：

30°

　　第十章模具零件制造工艺编制

　　材料：

T8A硬度：

56～

　　1冲孔凸模加工工艺过程　　

　　60HRC：

序号12工序名称备料粗洗工序内容锻件：

30×20×70mm洗六面到尺寸13×13×63mm，注意两大平面与相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直34567热处理线切割磨削检验钳淬火硬度至HRC56～60切割外型，保留磨削余量磨削端面尺寸到表面粗糙的要求检验装配2冲孔凹模加工工艺过程

　　材料：

Gr12MoV硬度：

56～60HRC序号12工序名称备料粗洗工序内容锻件：

220×150×40mm洗六面到尺寸202×127×32mm，注意两大平面与相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达到31mm，并两相邻侧面达到四面垂直，垂直度第19页

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　　4钳①划线画出各孔径中心线并画出凹模洞口轮廓尺寸②钻孔钻螺纹底孔、销钉底孔和凹模洞口穿线孔③绞孔绞销孔到要求④攻丝攻螺纹到要求56789热处理磨平面线切割钳钳淬火使硬度达到56～60HRC磨光两大平面，使厚度达到割凹模洞口，并留有～的研磨量研磨洞口内壁侧面达到用垫片层保证凹模与凸凹模间隙均匀后，凹模与上模座配做销钉孔10

　　平磨研磨凹模板上面达到厚度尺寸要求3弹压卸料板模加工工艺过程

　　材料：

45钢硬度：

48～60HRC序号12工序名称备料粗洗工序内容锻件：

220×150×40mm洗六面到尺寸202×127×32mm，洗突出部分宽42×9mm注意两大平面与相邻侧面用标准角尺测量达到基本垂直3平面磨磨光两大平面厚度达到31，21mm，并两相邻侧面达到四面垂直，垂直度4钳①划线画出各孔径中心线并画出凹模洞口轮廓尺寸②钻孔钻螺纹底孔、销钉底孔和凹模洞口穿线孔③绞孔绞销孔到要求④攻丝攻螺纹到要求5678热处理磨平面线切割钳淬火使硬度达到56～60HRC磨光两大平面，使厚度达到割凹模洞口，并留有～的研磨量研磨洞口内壁侧面达到第20页

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　　9钳用垫片层保证凹模与凸凹模间隙均匀后，凹模与上模座配做销钉孔10平磨研磨凹模板上面达到厚度尺寸要求4落料凸模加工工艺过程　　

　　材料:

Gr12硬度:

58～62HRC序号　　1　　2　　3工序名　　备料　　粗铣　　平面磨工序内容锻造（退火状态）:

50×25×20mm铣铸件的六平面,使其尺寸××17.磨上、下平面，使高度达到46,其粗糙度达m。

　　4钻

（1）划线划出落料凸模孔径中心线

（2）钻孔钻螺纹孔（3）攻丝攻螺纹丝M5,使其达到要求　　5　　6　　热处理　　平面磨淬火使其硬度达到58～62HRC磨其余平面,使各面尺寸达到要求5凸模固定板加工工艺过程材料：

45　　硬度：

24~28HRC序号工序名12备料热处理3粗铣铣铸件的六平面,使其尺寸××,上下平面与相邻侧面用标准角尺测量,要求基本垂直。

4平面磨光两大平面厚度达,并磨两相邻侧面以及倒角C1,要求磨四面垂直,垂直度达到/100mm。

第21页

　　工序内容气割下料：

90×65×16mm调质硬度24~28HRC　　湖北理工学院毕业设计

　　5钳①划线凸模固定孔中心线，销钉孔中心线，螺纹孔中心线。

②钻孔钻绞螺纹孔、销钉孔至达到要求,钻凸模固定孔口穿线孔。

6线切割凸模安装固定孔,并留—单边余量,以研磨。

割78铣铣凸模固定孔背面沉孔至达到要求。

平面磨模具厚度达到要求。

磨9钳①研配凸模②总装配用透光层使凸模、凹模均匀后，与上模座板配作销孔。

6垫板加工工艺过程

　　材料:

T8A　　硬度:

54～58HRC序工序名工序内容号12备料粗铣锻造（退火状态）:

90×65×12mm铣铸件的六平面,使其尺寸××9,上下平面与相邻侧面用标准角尺测量,要求基本垂直。

3平面磨磨光两大平