凹模加工工艺学设计说明.docx

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凹模加工工艺学设计说明

华东交工学院机电工程分院

课程设计说明书

课程名称：

模具制造工艺学

设计题目：

凹模加工工艺设计

姓名：

夏万林

学号：

234

班级：

11材料2班

院系：

机电分院

指导老师：

周六如

华东交工学院机电分院

二零一四年十二月

《模具制造工艺学》课程设计任务书

院系机电工程分院专业材料成型及控制工程班级2班

一、课程设计任务（论文）题目：

凹模加工工艺设计

二、课程设计（论文）工作

自2014年12月1日起至2014年12月19日止。

三、课程设计（论文）的容要求：

零件技术要求及结构分析，毛坯类型选择及毛坯制造工

设计；零件机械加工工艺（选择合理的加工方法拟定工艺路线，基准的选择，工序，工步的确定，及加工顺序的安排，加工余量及工序尺寸的计算，设备及工装的选择等）设计；热处理工艺设计及编制数控加工程序。

设计必须按照课程设计的具体要求进行；要求设计思路清晰，数据来源可靠，计算步骤清楚且结果正确,图面清晰规，说明书有条理清楚。

学生签名：

夏万林

2014年12月15日

课程设计（论文）评审意见

评阅人职称

年月日

引言…………………………………………………………………4

第一章零件的技术要求分析……………………………………4

1.1结构分析：

………………………………………………………4

1.2图纸技术要求分析……………………………………………4

第二章工艺规程设计……………………………………………6

2.1毛胚类型的确定………………………………………………6

2.2毛胚结构尺寸及公差的确定…………………………………6

2.3定位基准的选择………………………………………………7

2.4工艺方案的确定………………………………………………7

第三章加工余量及切屑用量的设计……………………………8

第四章线切割工艺参数的选择…………………………………10

第五章线切割加工程序编制……………………………………13

第六章、各工序切削用量的选择与计算………………………14

第七章机械加工工艺过程卡……………………………………16

总结…………………………………………………………………17

参考文献……………………………………………………………17

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，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，从中锻炼自己处理问题、分析问题的能力，为今后很快的适应工作打下基础。

本课程设计包括以下几个方面的容：

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。

加工余量及切屑用量的设计

电火花线切割和机械加工工艺设计，零件的机械加工工艺过程（工艺路线）包括对零件的铣削和磨削，零件的孔隙加工及工序容的确定。

工序卡

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

第一章、零件的技术要求分析

1.结构分析：

该零件属于平板类，主要加工容为平面和孔系。

平面的加工方法为刨、铣、磨；孔系的加工方法为钻、镗，或扩、铰，或铣、磨等等。

2.图纸技术要求分析：

3.

（1）主要平面为上下平面，Ra为0.8um；孔系有：

4-Φ10，Ra为1.6um。

2-Φ8,Ra为1.6um

6个螺纹孔为4-M10

（2）材料的机械性能分析

CrWMn强度及耐磨性均较T8和T9高，但热硬性低、淬透性不高且淬火变形大。

适于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有锋利刀口的各种工具，如车刀、刨刀、钻头、切纸机、低精度而外形简单的量具（如卡板等），可用作不受较大冲击的耐磨零件。

该钢在退火状态下进行粗加工，然后淬火低温回火至高硬度，再精加工。

获得高的耐磨性和镜面抛光性。

进行低碳马氏体低温淬火，使具有较高的耐磨星河强韧性，预防和减少变形和开裂现象

第二章、工艺规程的设计

1.毛胚类型的确定

由于技术要求说明零件材料为CrWMn，查文献5表可知，CrWMn热处理状态为淬火760～780℃,水冷。

其硬度为60HRC左右，可用硬质合金和高速钢刀进行切屑加工。

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9表2-10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，附表5）可知，初步选取毛胚余量为5mm（单边余量），亦即长宽高都加上10mm。

（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）毛胚零件图确定如下

（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，也可以是八边形或六边形。

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。

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

热处理淬火（水冷）

相邻侧面IT136.3电火花线切割

Φ8孔IT81.6钻-精铰

Φ4孔IT81.6钻-精铰

4-M10螺孔IT12--钻

攻丝---1.6丝锥攻纹

电火花线切割外轮廓

检验---------

表面清理、油封

第三章、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=0.3mm

精铣余量：

z=1.0mm

粗铣余量：

z=5-0.3-1.0=3.7mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定（查询课设指导表1-8）

磨削16mm,精铣16.6mm,粗铣16.6+1*2=18.6mm

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：

16mm0,-0.035

精铣：

16.6mm0,-0.054

粗铣：

18.6mm0，-0.35

毛胚：

30mm1,-1

2.相邻侧面：

侧面一

（1）加工余量的确定

粗铣余量：

5mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

基本尺寸160mm

按“入体”原则标注：

粗铣160mm

侧面二

（1）加工余量的确定

粗铣余量：

3mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

基本尺寸20mm

按“入体”原则标注：

粗铣20

3.Φ8孔

（1）加工余量的确定

钻：

z=14.0mm（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14，粗铰14.95，精铰12

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14mm0,0.18粗铰14.95mm0,0.043精铰12mm0,0.018

4.Φ4孔

（1）加工余量的确定

钻：

z=2.9mm,（查表2-28）

精铰：

z=0.1mm

（2）工序基本尺寸及偏差的确定

钻：

公差等级IT12，公差值0.1mm

精铰：

公差等级IT8，公差值0.014mm

按“入体”原则标注如下

钻2.9mm0，0.1精铰3.0mm0,0.014

5.4-M10螺纹孔

（1）加工余量的确定

攻螺纹前查麻花钻直径（查表2-39）

Z钻=5.5mm,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5.5mm0,0.15

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

6.机械加工后的热处理

在机械加工之后所要求的部分达到所需的精度以及粗糙度要求之后，把得到的零件还需进行热处理，以便线切割工序进行之前就能够保证工件的应力不会影响线切割工序。

所以应该采用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。

第四章、线切割工艺参数的选择

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，保证在加工的全程围工件、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

通常电火花线切割机床工作台上装有两块基准板，以用于工件装夹定位，设备上配备的夹具的垂直基面通常都是校正好了的，该基面也可作为工件各道工序加工的共同基准，在装夹工件时，用精加工过的面靠紧夹具基面即可。

但加工中有时还需要靠工件上的某处作定位基准。

工件的找正有划线法，拉表法，固定基面靠定法，按基准孔或已成型孔找正和按外形找正。

这里采用固定基面靠定法。

它是利用通用或专用夹具纵横方向的基准面，经过一次校正后，保证基准面与相应坐标方向一致。

于是对具有相同加工基准面的工件可以直接靠定，就保证了工件的正确加工位置。

8.电极丝的穿丝及找正

（1）电极丝的拉伸与自动穿丝、剪丝

a.电极丝绕线管插入到绕线轴之后，按长导线轮，相应的V滑轮、毛毡等顺序绕过电极丝之后，插入压紧轮和紧轮之间。

b.电极丝插入压紧轮和紧轮之间后，穿过力传感器滚轮。

c.用手拉出电极丝，大约1m，拉电极丝时注意避免电极丝碰剐硬器。

d.在电极丝平整的地方将其切断，注意切口不要弯曲，不要有毛刺。

e.电极丝从力传感器滚轮穿到支撑滚轮部的导向部。

f.电极丝从管式AWT自动接线装置上部穿入管中。

向管中穿入约150mm时，接通操作面板上的AWTWATER键，则从管中喷出水流，管子电极丝就可以轻松穿过。

g.用手拉管子下侧伸出来的电极丝，按操作面板部的AWTⅠ键，则在管子的下侧，电极丝被刀具切断。

h.除去切掉的电极丝，通过按AWTⅡ键，电极丝自动导入上部导丝器、加工区和下部导丝器，再经过排丝轮，使电极丝以恒定力、恒定速度运行，最后送进废丝桶，完成整个走丝过程。

（2）电极丝的垂直找正

1.利用找正块进行火花法找正及注意要点

a.找正块使用一次后，其表面会留下细小的放电痕迹，下次找正时要更换位置，不可用有放电痕迹的位置碰火花校正电极丝的垂直度。

b.在精密零件加工前，分别校正U、V轴的垂直度后，需要在检验电极丝垂直度校正的效果。

c.对锥度切割加工之前，应考虑锥度切割系统的误差，再检测一次电极丝的垂直度，以免再次切割时产生积累误差。

d.在校正电极丝垂直度之前，电极丝应紧，力与加工中使用的力相同。

校正时电极丝要运转，以免断丝。

2.用校直仪找正步骤

a.停止走丝不放电

b.紧电极丝，擦拭干净电极丝、工件表面和校直仪底面。

c.将校直仪安放在台架表面上，并使测量头的a、b两测量面分别与X、Y坐标方向平行。

d.将鳄鱼夹夹在电极丝导电块上，插头插入校直仪上的插座。

e.分别校正检测电极丝在X、Y轴坐标方向，相应测量面对工件安装平面的垂直度，调整U、V轴来校正垂直。

f.反复检测调整，直至上下指示灯同时闪烁为止。

9.电极丝的位置找正

（1）目测法

对加工要求较低的工件，在确定电极丝与工件基准线或基准面相互位置时，可直接利用目测或借助于2倍～8倍的放大器来进行观察。

（2）火花法

火花发是利用电极丝与工件在一定间隙时发生火花放电来确定电极丝的坐标位置。

具有自动找端面功能的线切割机床，自动找端面是靠检测电极丝与工件之间的短路信号来进行的。

（3）找中心法

找中心法是为了让电极丝在工件上某一圆形或矩形孔的中心定位。

所以这里我们采用找中心法。

10.电规准的选择

由于线切割加工一般选用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小，脉冲宽度窄，频率高的电参数进行正极性加工。

脉冲宽度增加，脉冲间隔减小，脉冲峰值电流增加，加工电流增大，都会使切割速度提高，但加工的精度和表面粗糙度下降，并使电极丝损耗加大。

走丝速度快会使电极丝振动加大，加工精度降低，表面粗糙度变差，且易断丝。

加工中为保证高精度、低粗糙度要求可以采取以下措施：

穿丝孔使用细铜丝作电极在电火花成型机床上加工的，穿丝孔的位置一般选在窄缝交会处，这样便于校正和加工。

第五章、线切割加工程序编制

1.编程前的准备

（1）确定电极丝的偏移量f

电极丝具有一定的直径d，加工时又有一定的放电间隙S，使电极丝中心的运动轨迹与加工面相差了距离f，即f=d/2+S。

因此，加工零件时，电极丝中心相对于加工轮廓应偏置偏移量f=0.15/2+0.01=0.085

（2）安装用的夹具对编程的影响

采用适当的夹具，可使编程简化，或可用一般编程方法使加工围扩大。

这里可以选用固定分度夹具。

（3）工件在工作台上的装夹位置对编程的影响

a.适当的定位可以简化编程工作

b.合理的定位可充分发挥机床的效能

c.合理定位可以提高加工稳定性

2.编写加工程序

（1）加工凹模铜丝中心运动轨迹如下

（2）程序的走向及起点的选择

为了避免材料部组织及应力对加工精度的影响，除了考虑工件在坯料中的取出位置之外，还必须合理选择程序的走向和起点.

利用ISO编制上图所示的凹模线切割加工程序如下

凹模刃口轮廓交点及圆心坐标

切割程序如下：

AM1

G92X0Y0

G41D85

G01X0Y-125

G01X160Y-125

G01X160Y0

G01X-10Y0

第六章、各工序切削用量的选择与计算

工序一、粗铣上下大平面

1.pa被吃刀量的确定，该工序有两个工步

（1）以下面为基准，粗铣上

（2）以上面为基准，粗铣下面背吃刀量取1.8mm（粗铣加工余量）

2.进给量f0.05mm/z（每齿）

3.切削速度：

公式n=1000v/3.14d

查表5-9，按镶齿铣刀，v可取48.4m/min由公式可算出n=189.5r/min参照表4-15所列，x5012型立式铣床主轴速度，取转速n=188r/min代入公式可得v实际=48.56m/min

工序二、精铣上下面

1.背吃刀量取1.0mm

2.查表2-5，按Ra0.8取f=0.1mm/r

3.选取v为65.6m/min,n=304.23r/min查表，取n=304r/min,代入v实际=70.45m/in

工序三、淬火

淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。

回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。

经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。

工序四、磨削上下面

也是包含两个同样的工步

在平面磨床上磨上、下面至图样要求。

根据板类零件的尺寸选择卧式轴矩台平面磨床类型为MM7112，功率为2.625kw，砂轮轴转速为2810r/min。

先粗磨0.1的量，在精磨0.1mm的量即达到要求。

工序五、电火花线切割侧面

1、模坯准备锻造：

改造部组织，并锻造成所需的形状

退火：

消除锻造应力，改善加工性能

磨：

磨出上下平面及相邻两侧面，对角尺。

退磁处理

工序六、用平锉将相邻侧面进行去毛刺处理，使之达到精度要求，由于侧面精度要求底，所以无需精加工处理

工序七、钻、精铰Φ8孔

（1）钻孔工步

背吃刀量ap取9mm根据台式钻床查表5-22，可知，选取该工步每转进给量为f=0.1mm/r由表5-22，该工件的材料为CrWMn，切削速度可取为20m/min由公式n=1000v/3.14d,可得该工序钻头转速n=318.47r/min,参照表4-13台式钻床标准转速，取n=1450r/min。

再将此值代入公式，可得v实际=12.56m/min。

（3）精铰工步背吃刀量ap取0.05mm由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r由表5-31，切削速度v可取为4m/min。

由公式n=1000v/3.14d，可得该工序铰刀转速n=50.25r/min，参照表4-13可知n取1450r/min。

代入公式可得v实际=16.53m/min

工序八、钻螺纹孔、攻丝

（1）钻M10查表得f0.28mm/rv=16m/min主轴转速n=1000v/3.14d=542.3r/min根据摇臂钻床Z3025的技术参数取n=500r/min所以实际切削速度实际v=1000dn=17.65m/min

（2）攻丝M10根据《机械加工工艺师手册》表40-7和《机械制造工艺设计手册》表3-55得切削速度v=16.85m/min

主轴转速n=1000v/3.14d=556.5r/min根据攻丝机S4010的数据（主轴转速360~930r/min，4级变速）

选取n=550r/min所以实际切削速度实际v=17.34m/min

工序九、电火花线切割凹型面

工艺参数的选择

加工时采用低速走丝数控线切割机床。

选择工作液为去离子水，电极丝为黄铜丝（CuZn37）,直径为Φ0.15mm,选择WC—1805A为脉冲电源。

脉冲参数为脉宽1um,脉长4um。

加工速度为35mm2/min

工序十、磨削线切割后的表面

由于孔的直径是Φ10，所以这里采用Φ8的砂轮磨削孔表面，砂轮的磨削速度与砂轮的磨料，工件材料等有关，普通磨料砂轮磨削碳素工具钢和合金钢时的磨削速度为25～35m/s，金刚石砂轮