模具设计论文.docx

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模具设计论文

引言

本课程设计是在完成《模具制造工艺学》学习的基础上，为了达到理论和实践结合的目的而进行的，突出了模具设计基础的应用，以提供更准确，实用，方便的计算方法，正确掌握并运用冲压工艺参数和模具工作部分的几何形状和尺寸的综合应用提高自我的模具设计和制造能力的综合应用。

对本人而言，我相信通过本次课程设计对自己未来从事的工作有一定的作用，从中锻炼自己分析问题、发现问题、解决问题的能力，为今后很快的适应工作打下基础。

通过不断地学习，加上此次的设计，是我认识到模具发展的广阔前景；由于模具技术的迅速发展，对社会的发展有了积极的意义，模具设计与制造这个行业也越来越引起人们的重视。

本课程设计包括以下几个方面的内容：

零件的技术要求分析及结构分析

主要包括功能结构、尺寸精度、表面粗糙度、形位公差、表面质量、硬度等机械性能要求、结构分析等。

工艺规程设计

毛坯的选择，根据零件的要求，进行毛坯尺寸和公差等零件锻件图的确定。

毛胚制造工艺设计。

电火花加工参数及规程制定

凹模电火花线切割加工工艺设计，零件的电火花加工工艺过程（工艺路线）包括机床的选择，运丝机构和电极丝的选择，工作液及循环系统的确定，工件装夹，电规准的选取，及对零件的表面和凹模孔工，工序内容的确定。

工序卡

填写工艺过程综合卡片，根据前述各项内容以及加工简图，一并填入机械加工工艺过程卡片中

第2章、零件的技术要求及分析

1.结构分析

该零件属于平板类，主要加工内容为平面及孔系和凹模。

平面的加工方法为刨、铣、磨，孔系和凹模用电火花加工。

2.图纸技术要求分析

（1）主要平面为上下平面Ra为0.8，侧平面Ra也为0.8：

孔系有

2-R5，Ra为0.8

4个螺纹孔4-M10

（2）材料的机械性能分析

CrWMn钢临界温度示见表1

其饱和磁感Bs为1.82~1.86T;电阻约为0.24×10-6Ω·m。

临界点

Acl

Acm

Arl

温度（近似值）/℃

750

940

710

表1

CrWMn钢的热加工工艺示于表2

项目

加热温度/℃

开始温度/℃

终止温度/℃

冷却

钢锭

钢坯

1150~1200

1100~1150

1100~1150

1050~1100

880~800

850~800

先空冷然后缓冷

先空冷然后缓冷

表2

为了降低或减轻炭化物网状的形成，锻轧后尽可能冷至650~700℃，然后缓冷（坑冷、砂冷或炉冷）。

CrWMn钢具有高淬透性。

由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。

此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。

A预先热处理CrWMn钢的有关预先热处理曲线示于图1和图2，退火前后的相成分、硬度和显微组织示于表3和表4，需要说明的是：

（1）退火加热保温时间在全部炉料加热到退火温度后为1~2h，冷却；等温保温为3~4h；

（2）高温回火用于消除冷变形加工硬化（如称为再结晶退火）；消除热处理前的切削加工内应力。

对热处理后硬度过低的零件在二次淬火以前亦先进行高温回火保温时间在全部炉料加热到温后为2~3h；（3）正火用于细化过热钢的晶粒和消除炭化物网；（4）当钢的退火硬度HB低于183时，调质处理用于提高切削加工表面光洁度。

图1锻压后退火

图2锻压后等温退火

方案

淬火温度/℃

冷却介质

介质温度/℃

硬度（HRC）

延续

冷却到20℃

Ⅰ

820～840

油

20～40

63～65

至油温

空冷

Ⅱ

820～840

油

90～140

63～65

至150～200℃

空冷

Ⅲ

830～850

熔融硝盐或碱

150～160

62～64

3～5min

空冷

注：

冷处理应不迟于淬火后1h内进行。

第3章、毛坯的选择与设计

1.毛胚类型的确定

由于技术要求说明零件材料为CrWMn，查参考文献可知其热处理状态为840~860℃油冷或者160~200回火，其硬度为≥62，可用电火花线切割加工。

考虑到在工作过程中力学性能要求高，所以应选择锻件，已使零件金属纤维尽量不被破坏，保持零件工作可靠性。

由于该零件坯料只需单件小批量生产，且零件坯料结构简单，查文献可选自由锻

2.毛胚结构尺寸及公差的确定

（1）毛胚加工余量的确定

经过查表（《模具机械加工工艺》-吴泊良，）可知，初步选取毛胚余量为高5mm（双边余量），亦即长宽都加上15mm。

（2）毛胚结构尺寸公差的确定经过查询《机械加工工艺手册》电子版，可知毛胚各尺寸公差如下

长：

+1，-1

宽：

+1，-1

高：

+1，-1（mm）

（3）确定毛坯零件图如下

（4）毛坯制造工艺设计

锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。

因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。

其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。

模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。

板类毛坯是用板材冲裁出来的可以是圆形，也可以是八边形。

在用于锻造前的一些准备工序一般有：

板材→冲压→退火→润滑处理→锻造。

3.定位基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。

否则，加工工艺过程中会出现问题，更为严重的还会造成零件大批量的报废，使生产无法正常进行。

对于垫板作如下基准选择：

选择上下平面，相邻互相垂直的两侧面为定位基准面，即三基面体系定位，符合基准统一原则。

加工凹模时以加工好的孔的圆心为基准来定位，符合基准重合原则。

4.工艺方案的确定根据垫板零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定个表面和孔系的加工方案如下：

（参数的选择源自于参考资料《机械制造课程设计指导书》，表1-8和1-7等）

加工内容尺寸精度表面粗糙度加工方案

上下表面IT70.8粗铣-精铣-磨削

相邻侧面IT70.8电火花线切割

Φ10IT70.8钻-粗铰-精铰

4-M10螺孔IT12--钻

攻丝---1.6丝锥攻内纹

火花线切割外轮廓

检验------表面清理、油封

第4章、加工余量及工序尺寸的确定

1.上下大平面：

（1）加工余量的确定（查《机械设计课程设计指导书》表2-36）

磨削余量：

z=0.2mm

精铣余量：

z=1mm

粗铣余量：

z=3.0-1-0.2=1.8mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定（查询课设指导表1-8）

磨削14mm,精铣14.4mm,粗铣16.4+1*2=18.4mm

磨削：

公差等级为IT7，公差值为0.035mm;（查标准公差表）

精铣：

公差等级为IT8，公差值为0.054mm;

粗铣：

公差等级为IT12，公差值为0.35mm；

工序尺寸按偏差“入体”原则标注如下

磨削：

14mm0,-0.035

精铣：

14.4mm0,-0.054

粗铣：

18.4mm0，-0.35

毛胚：

20mm1,-1

2.相邻侧面：

侧面

（1）加工余量的确定

粗铣余量：

7.5mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

基本尺寸125；

公差值0.04mm

按“入体”原则标注：

粗铣125mm0，-0.03

3.Φ10孔

（1）加工余量的确定

钻：

z=9.0mm（查表2-28）

粗铰：

z=0.95mm

精铰：

z=0.05mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

钻9，粗铰9.95，精铰10

钻：

公差等级IT12，公差值0.18mm

粗铰：

公差等级IT9，公差值0.043mm

精铰：

公差等级IT7，公差值0.018mm

按“入体”原则标注工序尺寸如下

钻9mm0,0.18粗铰9.95mm0,0.043精铰10mm0,0.018

4.4-M10螺纹孔

（1）加工余量的确定

攻螺纹前查麻花钻直径（查表可知）

Z钻=9.5mm,再攻丝

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

公差等级IT12，公差值：

0.15mm

工序尺寸为钻9.5mm0,0.15

5.工艺装备的选择（刀具、机床、夹具、量具）

由于是垫板加工，所以夹具都采用专用夹具，工艺装备选择如下：

工序号工序名称机床刀具量具

1.粗铣上下面立式铣床x5012面铣刀游标卡尺

2.精铣上下面立式铣床x5012面铣刀游标卡尺

3.淬火处理

4.磨削上下面平面磨床M7120A砂轮游标卡尺

5.电火花线切割侧面WEDM-HS钨钼丝游标卡尺

6.去毛刺钳工台平锉

7.钻、粗铰、精铰Φ10孔摇臂钻床z3025麻花钻、铰刀塞规

8.钻、粗铰、精铰螺钉孔摇臂钻床z3025麻花钻、铰刀

9.钻螺纹孔、攻丝钳工台麻花钻、丝锥塞规（数据参考于《机械加工工艺手册》机床、刀具等的选用标准

第5章、线切割工艺的设计

1.线切割机器的选择

由于加工零件的表面粗糙度要达到0.4um，加工质量要求较高，所以采用低速走丝，其加工误差△＞±0.005mm。

2.切割速度的确定

低速走丝线切割机器的速度是由表面粗糙度来决定的，所以这里选择速度在30～40mm²∕min。

3.电极丝材料及直径的选择

电火花线切割加工使用的电极丝材料有钼丝、钨丝、黄铜丝。

钼丝韧性好，丝质不易变脆，不易断丝，成本比较高，所以一般高速走丝都采用钼丝。

而且对于一般工件可选用钼丝，对于厚度较大或加工时间较长的工件，可选用钨钼合金丝。

对于单向走丝的线切割机，目前均采用黄铜丝和符合镀锌丝。

黄铜丝加工的表面粗糙度和平直度比较好，蚀屑附着少。

所以这里我们选择黄铜丝。

电极丝直径选择d=0.15，单面放电间隙为0.01。

4.工作液的选配及使用

慢速走丝线切割加工，目前使用最普遍的是去离子水。

为了提高加工速度，在加工时，还加进增加工作液的电阻率的导电液。

对CrWMn使电阻率在2x10⒋。

对于加工表面粗糙度和精度要求比较高的工件，浓度比可适当大些，10%～20%，这可使表面洁白均匀。

加工后的料芯可轻松的从料块中取出。

5.穿丝孔加工

（1）穿丝孔加工的目的

在使用线切割加工凹形类封闭零件时，为了保证零件的完整性，在线切割加工前必须加工穿丝孔。

因为在线切割加工过程中毛坯材料的内应力会失去平衡而产生变形，影响加工精度，严重时切缝会夹住或拉断电极丝，是加工无法正常进行，从而造成工件报废。

（2）穿丝孔的大小和位置选择

穿丝孔作为工件加工的工艺孔，是电极丝相对于工件运动的起点，同时

也是程序执行的起始位置。

穿丝孔应选择在容易找正和便于编程计算的位置。

所以这里选择孔的中心为机加工穿孔的位置，凹模的穿丝孔选择在凹型的中点。

其优点是能较快、较准确的加工出穿丝孔同时还有利于控制坐标轨迹的计算。

穿丝孔的加工一般采用钻孔，有的也使用镗孔，采用钻孔和镗孔加工的穿丝孔直径一般为d3mm～d10mm。

进来较为广泛的使用电火花小孔机床加工穿丝孔，其直径能达到d0.3mm～d3mm，其加工速度可达到6mm∕min～60mm∕min。

所以这里选择直径为d=1mm的穿丝孔。

所以这里选择凹型的中心位置钻3mm的孔。

6.工件的装夹

（1）线切割加工工件的装夹特点

a.由于线切割加工作用力小，不像金属切割机床要承受很大的切削力，因而装夹时夹紧力不大，导磁材料加工还可以用磁性夹具夹紧。

b.线切割是一种贯通加工方法，因而工件装夹后被切割区域要悬空于工作台的有效切割区域，一般采用悬臂支撑或桥式支撑方式装夹。

（2）线切割加工中工件装夹的一般要求

a.工件的定位面要有良好的精度，一般以磨削加工面为好，定位面加工后应保持清洁无毛刺，通常要对棱边进行倒钝处理，孔口进行倒角处理。

b.切入点导电性要好，对于热处理后的工件切入出及扩孔的台阶处都要进行去氧化皮处理。

c.热处理工件一般要进行充分回火以便除去内应力，经平面磨削加工后的工件要进行充分退磁。

d.工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床的行程相适应，压紧螺栓高度要合适，保证在加工的全程范围内工件、夹具不发生干涉。

e.对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形和翘起。

f.加工要求较高时，工件装夹后，还必须拉表找正。

（3）工件的装夹方法

装夹的方法有悬臂式支撑，两端式支撑，桥式支撑，板式支撑和复合式支撑。

由于板式支撑装夹方式是按工件的常规加工尺寸制造托板，在托板上加工出矩形或圆形孔，并可增加X和Y向定位基准。

其装夹精度易于保证，适合于常规生产和批量生产。

所以这里选择板式支撑。

7.工件位置的找正