机械毕业设计（论文）-表壳数控加工（全套图纸三维） .pdf

毕毕 业业 设设 计计 题题 目：目： 型表壳模具型表壳模具 cad/cam 学学 院：院： 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学生姓名：学生姓名： 学号：学号： 导师姓名：导师姓名： 完成日期：完成日期： 全套图纸。加全套图纸。加 153893706 诚 信 声 明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计 （论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获 得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、 可信。 作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目： 型表壳模具 cad/cam 一、基本任务及要求 1掌握以 cad/cae/cam 技术为基础的现代模具设计与模具制造方法； 2. 根据给定的表壳零件图，完成锻模型芯设计 3. 完成型芯电极的拆分 4. 编制电极加工工艺，利用 cam 软件编制数控加工程序； 5. 按规定格式撰写文献综述、开题报告、实习报告、毕业设计说明书。 二、进度安排及完成时间 1准备阶段。时间： 了解设计内容、课题任务，查阅相关资料，熟悉相关软件和设计技术。 2确定设计方案。时间： 完成文献综述和开题报告，提出多种解决课题任务的方案，并对方案进行比较，按实际条 件确定实施方案。 3设计及实验。时间： 完成毕业设计各项任务，期间通过毕业实习环节增强对专业和设计课题的认识。 4毕业答辩。时间： 完成毕业答辩。 目目 录录 摘要： i abstract: ii 第 1 章 绪 论 1 1.1 引言 . 1 1.2 研究的背景及意义 . 1 1.3 cad/cam 技术现状及发展趋势 . 2 第 2 章 表壳锻模型芯及锻模型芯设计 4 2.1 锻模的概述 . 4 2.2 表壳设计的特点及基本设计思路 . 4 2.2.1 表壳设计的特点 . 5 2.2.2 表壳设计的基本设计思路 . 5 2.3 锻模型芯的设计 . 8 2.3.1 材料的选择 . 8 2.3.2 锻件图的设计 . 9 2.3.4 机械加工余量的确定 11 2.3.5 模锻件的公差的确定 12 2.3.6 模锻斜度的确定 13 第 3 章 型芯电极拆分 . 16 3.1 电火花加工的介绍 16 3.1.1 工作原理 16 3.1.2 应用领域 16 （1）电火花成形加工 17 （2）电火花线切割加工 17 3.1.3 主要特点 17 3.2 电极的拆分 18 3.2.1 电极拆分原则 18 3.2.2 电极分析 18 3.2.3 电极拆分 19 3.3.1 电极设计的基本概念 20 3.3.2 电极基本形态 20 3.3.3 电极设计 21 第 4 章 电极加工工艺 . 21 4.1 零件图分析 21 4.2 毛胚的选择 22 4.3 定位基准的选择 22 4.4 加工刀具的选择 23 4.5 加工参数的选择 24 4.6 工艺路线的制定 25 4.6.1 表面的加工方法 25 4.6.2 加工方案 26 第 5 章 cam 数控加工 27 5.1 cam 的概念及常用 mastercam 软件介绍 . 27 5.2 使用 mastercam 自动编程 27 5.2.1 零件 3d 造型的创立 . 27 5.2.2 mastercam 加工 . 29 5.3 nc 文件的生成 . 30 参考文献 32 致谢 . 33 i 型表壳模具型表壳模具 cad/cam 摘要： 近年来随着精密模具的推出，手表的外观越来越复杂，对模具制作的要求也就越来 越高，而电极的使用和加工成为保证生产的重要方式。如表壳模具的弧面和内直角边的 小型模具产品，直接利用数控铣削很难加工，因此采用拆分电极和电火花加工模具，才 能达到高效精密的效果。本设计研究讨论以 cad/cam 技术为基础的现代化模具设计和模 具制造。从给定的表壳零件图，完成整个生产加工设计。 本文讲述了，通过查阅数控车床相关文献资料，了解 cad/cam 系统的构成及基本功 能，cad/cam 技术发展及应用优势，未来的发展趋势及方向进行分析；针对表壳零件的 结构特点，详细对锻造型芯进行了设计，包括分型面设计、表壳零件材料选择，及毛坯 加工余量的确定、锻模斜度的确定，锻模结构设计等；重点介绍了表壳零件的加工工艺 流程，电极拆分及电极材料及加工工艺；采用 cam 技术对表壳零件进行数控加工编程， 详细介绍了自动编程的 cam 技术流程。 关键词：模具；电极拆分；电火花加工；cad/cam。 ii typecase die cad/cam abstract: in recent years, with the introduction of precision molds, watch the appearance of more and more complex, mould fabrication requirements are also getting higher and higher, and electrode and processing become an important way to ensure production. watchcase curved and angled side small mold products, such as, the direct use of nc milling is very difficult to be machined, so the split electrodes and edm mold, in order to achieve the high precision results. this design study discusses the modern die design and mould manufacturing based on cad/cam technology.from the given case parts diagram, complete the entire production process design. this article tells the story through referring to the relevant literature data of cnc lathe, to understand the structure and basic function of cad/cam system, the development of cad/cam technology and the advantages of its application, and to analyze the future development trend and direction.2) according to the structure characteristics of the case components, with the forging core design, including the parting surface design, materials selection of case parts and rough machining allowance, the slope of the forging die determined, die structure design.3) focuses on the process of case parts, electrode separation and electrode materials and processing technology.4) for the nc programming of case components using cam technology, introduces the automatic programming technology of cam process. keywords: die, electrode split, edm, cad/cam. 1 第 1 章 绪 论 1.1 引言 随着国内外工业的迅猛发展，工业产品在满足功能的同时，其越来越复杂的外 形和越来越快的跟新换代速度，而这些产品的制造都离不开模具，最低成本、最高 质量、最快速度制造出模具，都是模具企业市场竞争所在，为了让模具企业处于不 败之地，企业必须要选用先进的管理手段和先进的 cad/cam 集成制造技术。 cad、cam 和 cae 是以计算机作为主要的手段，处理各种文字信息和数字信息， 从而辅助完成产品设计，分析模拟，评价与制造中的各项活动。目前喝多的 cad 系 统能设计制作出既满足设计使用要求又适合 cam 加工的零件模型，具有参数化设计 功能 1。 随着模具制造业向信息化、数字化、精细化、高速化、自动化和多功能化的方向快 速发展，产品的跟新换代越来越快，模具设计与制造效率对产品的开发效率有着决定性 影响，因此 cad/cam 技术已经成为了，现代化设计方法的重要手段和工具 2。利用先进 的 cad/cam 技术进行模具设计，省事省力，而且最为重要的是保证了成型后制品的准确 信，减少了试模次数，缩短了设计周期，cad/cam 促进了设计制造业的发展，在现代化 公司企业中使用日趋广泛，在不断满足市场需求的同时，得到了更加蓬勃的发展机会， 可以预 cad/cam/cae 技术将成为公司企业的重要竞争力量，同时也成为了设计者不可缺 少的左膀右臂。 1.2 研究的背景及意义 纵观全球经济的发展状况，模具工业在经济繁荣和经济萧条时代都是存在的。经济 发展较快时，产品销售会好，自然要求模具技术的支持;而经济发展滞缓时，产品不畅 销，企业必然想方设法开发出新产品，因此国内外的现代模具工业都是不衰的工业。 在现阶段，模具工业在国民经济发展的过程中发挥着越来越重要的作用，其发展历 程从技术角度上来看，大致可分为这样 5 个阶段:手工操作阶段、手工操作机械化阶段、 数字控制阶段、计算机阶段和 cad/cae/cam 信息网络技术一体化阶段。cad/cam 技术是 随信息技术的发展应运而生的现代化技术，模具行业是最早采用 cad/cam 技术的行业。 模具 cad/cam 技术就是改造传统模具生产方式的关键技术之一，是一项高科技和高效益 的系统工种。它用计算机软件的形式，给用户提供一种很有效的辅助工具，使各工种技 术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等方面进行设计 2 和优化 3。 现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和 生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤 显重要。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造 技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展。模具 cad/cam 是在 模具 cad 和模具 cam 分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合 应用的一个新的飞跃。cad/cam 技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具 工业提供了强有力的技术支持,为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的 飞跃,已成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。 cad/cam 在现代企业中发挥的作用： （1）缩短了新产品的开发周期，从而提高了劳 动生产效率；（2）提高了产品设计、生产的精度，从而提高了产品的质量；（3）节省 人力、物力、空间和时间，从而降低了成本。 1.3 cad/cam 技术现状及发展趋势 国内外专家通常把 cad 的发展，为 4 个阶段：第一阶段是只能用于二维平面绘图、 标注尺寸和文字的简单系统；第二阶段是将绘图系统与几何数据管理结合起来，包括三 维图形设计及优化计算等其他功能接口；第三阶段是以工程数据库为核心，包括曲面和 实体造型技术的集成化系统；而第四阶段是基于产品信息共享和分布计算、并辅以专家 系统及人工神经网络的智能化、网络协同 cad 系统 4。 目前，国内 cad 应用主要集中在第三阶段，大部分的 cad 产品，由一些基础的设计 绘图平台，结合专业方面的规范和数据进行二次开发，并且集成相关的计算、分析等其 他软件，形成设计人员独自完成设计工作的专业集成化工具。与此同时，国外的应用基 本处于第三到第四阶段之间， 除了一般的集成化系统， 在一些设计需求发展较快的领域， 也开发了一些专门的 cad 产品，实现了集设计工具、知识管理、专家系统于一体，具有 一定协同工作能力的智能化集成系统。 目前世界上生产数控设备最好的公司主要集中在德国、美国和日木。美国政府高度 重视数控机床工业，一直以来注重基础科研，数控机床技术不断创新。cad/cam 发展的 历史至今已有 30 余年，从 1965 年 lockheed 飞机公司研制 cad/cam 系统开始，cad/cam 技术得到了迅猛地发展。随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完善，cad/cam 技术 在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到了广泛的应用。cad/cam 技术使产品的 设计制造和组织生产的传统模式产生了深刻的变革，成为产品更新换代的关键技术，被 3 人们称为产业革命的发动机。在工业发达国家，cad/cam 己经形成了一个推动各行业技 术进步的、 具有相当规模的新兴产业部门。 因此,cad/cam 技术作为反映一个国家工业水 平的标志 7。 cad/cam 技术未来的发展趋势： 1) 标准化 cad/cam 系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数 据库。 2)集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、 人 和管理的集成。 3)智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用) 各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的 智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。 4)网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自 动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础 8。 本文具体内容如下： 1）查阅数控车床相关文献资料，了解 cad/cam 系统的构成及基本功能，cad/cam 技术发展及应用优势，未来的发展趋势及方向进行分析。 2）针对表壳零件的结构特点，详细对锻造型芯进行了设计，包括分型面设计、表 壳零件材料选择，及毛坯加工余量的确定、锻模斜度的确定，锻模结构设计等。 3）重点介绍了表壳零件的加工工艺流程，电极拆分及电极材料及加工工艺。 4）采用 cam 技术对表壳零件进行数控加工编程，详细介绍了自动编程的 cam 技术 流程。 5）对全文进行总结。 4 第 2 章 表壳锻模型芯及锻模型芯设计 2.1 锻模的概述 锻压加工是在机械制造工业中的一个重要加工方式，它的加工特点是坯料经过加热 处理，在锤锻或压力机等锻压设备及模具的共同作用下，坯料内部的应力状态满足一定 的条件后，引起了形状改变，成为了为最终形状的锻件。由于锻件的内部组织与机械性 能都是较好的，所以一般的承载力件多选用锻压方式进行生产。锻模是金属在热态和冷 态下进行体积成形时所用模具的一个统称。根据不同的情况，锻模的分类也有很多种。 （1） 按锻造设备的不同可分类， 这种分类方法主要是考虑了各种锻压设备的工作特 点、工艺特点、结构特点，因此决定了锻模的结构和使用条件将会有所不同，锻模可以 分为锤用锻模、辊锻机用锻模、螺旋压力机用锻模、水压机用锻模、热模锻压力机用锻 模、平锻机用锻模、摆輾机用锻模、高速锤用锻模等 10。 （2）按工艺用途的不同可分类，这种方法主要考虑的是不同变形工序的特点，因此 各类锻模的模膛设计和模锻结构也会有所区别， 这种方法可以分为锻造模具、 冲孔模具、 挤压模具、辊锻模具、切边模具、冷镦模具、精锻模具、校正模具、精整模具、压印模 具等。 （3）其它的分类方法，如按锻模的结构不同能够分为整体模、组合镶块锻模;按终 锻模膛结构不同能够分为开式锻模、闭式锻模；按分模面的数量不同能够分为单个分模 面锻模、多向分模面锻模等。 2.2 表壳设计的特点及基本设计思路 （1）本次设计 ii 型表壳三维图，见图 1.1 所示. 图 1.1 ii 型表壳三维图 5 (2)本次设计 ii 型表壳零件图，见图 1.2 所。 图 1.2 型表壳二维图 2.2.1 表壳设计的特点表壳设计的特点 手表壳是一种具有一定实用功能的工艺品，为了满足人们的各种需求，需要有漂亮 的外观或者是喜爱的造型，因此对表壳的尺寸精度和表面精度就有了很高的要求。由于 表壳的外形尺寸较小， 且外表面有较多的棱边和弧面， 表壳模具的型腔的加工难度较大， 采用一般的直接加工型腔的方法不可行。经过分析，决定采用电极和电火花加工方式加 工出符合尺寸要求的模具型腔。 2.2.2 表壳设计的基本设计思路表壳设计的基本设计思路 加工流程：设计锻模型芯 冲中心孔车中心孔 车底部 铣底部 电极加 工内直角 车顶部 铣侧孔 (1)设计锻模型芯（设计凸台方便装夹定位，上下挖槽节省原材料），见图 1.3 所 示。 6 图 1.3 锻造：就是利用金属塑形对金属坯料施加一定压力，使其产生塑形、改变尺寸和形状及 改善性能的过程，用以制造机械的零件、工具、或毛胚的一种成型加工方法。 （2）冲中心孔（为车削加工做准备），见图 1.4 所示。 图 1.4 冲中心孔：是在工序件表面形成浅凹中心孔的一种特殊冲压工序，背面材料并且要无相 应凸起。 不仅要避免工件变形， 还要保证模具一定的强度， 孔边距和孔间距都不能太小。 (3)车中心孔，见图 1.5 所示。 图 1.5 车削、数控车或手动车用于加工圆柱形零件。圆柱形坯料做旋转运动，刀具沿轴向 进给，从而加工出精确的直径，以及合理的加工深度。车削即可以用于车外圆，也可以 用于车内圆（即扩孔）以获得具有各种形状的管形件。进行车削加工的机床称为车床。 7 车削包括手动车削和数控车削。 (4)铣底部，见图 1.6 所示。 图 1.6 数控铣或手动铣是用来加工棱柱形零件的机加工工艺。有一个旋转的圆柱形刀头和 多个出屑槽的铣刀通常称为端铣刀或立铣刀，可沿不同的轴运动，用来加工狭长 空、 沟槽、外轮廓等。进行铣削加工的机床称为铣床，数控铣床通常是指数控加工中心。 铣 削加工包括手动铣和数控铣，铣削加工在机加工车间进行。 （5)电极加工内直角，见图 1.7 所示。 图 1.7 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材 料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称 edm。 （6）车顶部，见图 1.8 所示。 掉头车顶部考虑零件的装夹定位问题，利用中间孔装夹定位：使工件相对于机床及 刀具处于正确的位置。 夹紧：工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生 位置变化。定位与夹紧的关系：是工件安装中两个有联系的过程，先定位后夹紧。 8 图 1.8 （7）铣侧孔，见图 1.9 所示。 图 1.9 普通数控机床需要重新定位夹紧。 2.3 锻模型芯的设计 2.3.1 材料的选择材料的选择 316l 不锈钢常用于表壳、高级手表的表链、管道、海水里用设备、螺栓、螺母、 cd 杆等。 中文名：316l 不锈钢 外观：光泽度好、漂亮 特点：耐腐蚀性能 别称：钛钢 密度：7.98 g/cm3 牌号：022cr17ni12mo2 注释：原牌号 00cr17ni14mo2 在新标准 gb/t 20878 -2007 中被 022cr17ni12mo2 替代。 其特点有： (1）冷轧产品外观光泽度高，外观漂亮； (2）高温强度优秀； 9 (3) 由于添加 mo，耐腐蚀性能力强，特别是耐点蚀性能优秀； (4）优秀的加工硬化性，加工后有弱磁性； (5）固溶状态无磁性； (6）价格偏高。 2.3.2 锻件图的设计锻件图的设计 锻件图是根据零件产品图来制定的，它能够全面的反应出锻件的情况。在锻件图中 必须要规定：锻件的材质及热处理要求；锻件公差和机械加工余量；锻件的清理方式及 其他技术条件。锻件图是编制锻造工艺卡片、设计模具和量具以及最后检验锻件合格的 依据所在，也是相关机械加工部门验收锻件，设计切削加工工艺，设计夹具的依据，所 以锻件图是最重要的设计基本文件之一。设计锻件图时必须考虑到锻件的生产批量，设 备工艺要求等各种因素。锻件图的设计还必须同机械加工工艺人员协商。 （1）表壳模具设计锻模型芯三维图，见图 2.1 所示。 图 2.1 （2）锻模型芯零件图，见图 2.2 所示。 10 锻模型芯二维图 图 2.1 2.3.3 确定分模位置确定分模位置 分模面选择的基本要求就是能够保证锻件从模膛中顺利取出来，因此锻件的侧面不 能留有凹的形状。此外，还要考虑以下几点因素： （1）保证锻件容易脱模，一般会使用用最大投影面设计成分模面； （2）方便容易的检查上下模膛的相对错移； （3）分模线尽可能选用直线，能够使锻模加工简单，;但是那些头部尺寸较大，而 且上下不对称的那些锻件，则常常采用折线分模，以保证成形充满； （4)对一般的圆饼类锻件，当 hd 时，适合采用径向分模，而不取轴向分模； （5)应保证锻件能有合理的金属流线分布； （6）尽量使用高度的一半处分模，这样能使锻件机械加工余量最小，能够节约材 料； （7）尽量要使模膛的宽度大而深度小，这样金属容易充满模膛，锻件方便出模。 综上分析，再结合零件自身的特点，分模面选择在粗点划线线位置，见图 2.3 11 所示。上模座，见图 2.4 所示。下模座见图 2.5 所示。 图 2.3 分模面位置 图 2.4 上模座 图 2.5 下模座 2.3.4 机械加工余量的确定机械加工余量的确定 机械加工余量的确定取决于锻件形状的复杂程度、 成品零件的精度要求、 工艺条件、 锻件的材质、模锻设备、热处理的变形量、机械加工的工序设计、矫正的难易程度等诸 多的因素，不能够笼统地说什么余量最合适。机械加工余量也并非越小的越好，为了将 锻件外部的脱碳层和表面的细小裂纹去掉，取一定的加工余量是非常必要的。在 gb/t 12362-2003 规定的机械加工余量， 根据估算出来锻件质量、 加工精度和锻件复杂系数查 表能够得到。 （1）锻件形状复杂系数 c c=gf/vf 12 式中 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。gf锻件的质量或体积 vf锻件外包容体的质量或体积 利用 proe5.0 分析模型质量属性查看图标查得 gf=10g，vf=24g c=10240.417 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。锻件形状复杂系数 s 分级见表 2-1 所示。 注：当锻件是一种薄形圆盘或法兰件，它的厚度与直径之比错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 0.2 时，直接选定为复杂等级。 表 2-1 锻件形状复杂系数 s 分级表 级别 c 数值范围 级别 c 数值范围 简单 c10.63-1.00 较复杂 c30.16-0.32 一般 c20.32-0.63 复杂 c4错误！未找到引 用源。 错误！未找到引 用源。0.16 查表该锻件的复杂系数为 c2一般级。 （2）材质系数 锻件的材质系数分为两类，即分为 1 m 和 2 m 两级。 1 m ：是碳钢的最高含碳量小于 0.65%或者是合金钢的合金元素最高总含量小于 3.0%。 2 m ：是碳钢的最高含碳量大于或等于 0.65%或者是合金钢合金元素最高总含量大 于或等于 3.0%。 由于 316l 不锈钢的合金元素大于 3%，故是材质系数为 m2。 查机械加工余量表得该锻件余量是：厚度方向加工余量为 1.52 mm 水平方向加工 余量为 1.52mm。 2.3.5 模锻件的公差的确定模锻件的公差的确定 模锻件的公差代表模锻件需要达到的一定精度要求，锻件尺寸所能够允许的最大 值叫做正偏差；所能够允许的最小值叫做负偏差。锻件尺寸，公差与余量之间的关系 如下图 2.6 所示。 长度、宽度和高度尺寸公差，是指在分模线的一侧同一块模具上沿长度 l、宽度 b 和高度 h 方向上的尺寸公差。 13 余量 负偏差 正偏差 零件公称尺寸 锻件最小尺寸 锻件公称尺寸 锻件最大尺寸 图 2.6 此类公差根据锻件的基本尺寸、质量、形状复杂系数及材质系数查得为： 长度极限偏差为：正偏差+0.7 负偏差0.3 宽度极限偏差为：正偏差+0.7 负偏差0.3 高度极限偏差为：正偏差+0.6 负偏差0.3 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 2.3.6 模锻斜度的确定模锻斜度的确定 为了方便将成形后的锻件从模膛中取出来，在锻件上与分模面相互垂直的平面上 需要加上一定斜度的余料，这个斜度被称之为模锻斜度。在锻件外壁的斜度成为外模 锻斜度，在锻件内壁的斜度称为内模锻斜度。 等锻件成形之后，随着温度的下降之后，外膜锻斜度上的金属会收缩，这样有便 于锻件出模，内模锻斜度的金属也会收缩，这样反而将模膛的突起部分夹得更加的 紧。因此一般在同一锻件上内模锻斜度往往比外模锻斜度大。 加上模锻斜度后，增加了一些金属耗材和机加工工时。因此应该尽量选用一些较小的 锻模斜度，同时也可以充分利用锻件自己所有的固有斜度。模锻斜度是同模膛内壁的 斜度相对应的。因为模膛内壁斜度是用铣刀加工而来，所以模锻斜度最好也选用 0 3 ， 0 5 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。， 0 7 , 0 10 ， 0 12 这些标准度数，以便角度同铣刀的规格能够一 致。在加工中为了减少铣削加工的换刀次数，所以可以选用同一数值作为内外模锻斜 度。同时也能和零件图（见图 2.7）的模锻斜度也保持一致。查表 2-2，故选模锻斜度 为 5。 表 2-2 一般锻模斜度表 14 锻模内外模斜度 图 2.7 锻模斜度 2.3.7 圆角半径的确定圆角半径的确定 锻件上凸起和凹下的部分均应带有一定角度的圆角，是不允许出现锐角的。 凸圆角的作用就是为了在锻模在热处理时和模锻过程中避免应力集中导致开裂， 同时也使得金属容易充满型腔。凹圆角的作用是使金属便于流动，防止模锻件产生折 叠，同时也防止模膛过早的磨损和被压塌。生产上把模锻件的凸圆角称之为外圆角半 径r,凹圆角半径称之为内圆角半径r。适当的加大圆角半径，对防止锻件转角处的流线 被切断，也会提高模锻件品质和模具寿命。然而增加外圆角半径 r，将会减少相应部位 的机加工余量，增加内圆角半径 r，将会增加相应部位的机加工余量，造成材料的损 耗。对某些复杂的锻件，内圆角半径r过大，也会造成金属过早流失，会有局部没有充 满的现象。 为保证锻件外圆角处的最小机加工余量: += 余量 1 r 式中 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。零件相应处的圆角半径或倒角值； 如无倒角： 余量= 2 r 为了配合制造模具所用刀具的标准化，可按以下序列值设计圆角半径 （mm） ：1.0， 1.5，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0，8.0，10.0，12.0，15.0。如果圆角半径大于 15mm 后，按以5mm为递增值生成序列选取半径。在同一锻件上选定的圆角半径规格应该尽量 l/b h/b 1 1-3 3-4.5 4.5-6.5 6.5 1.5 5 7 10 12 15 1.5 5 5 7 10 12 15 保持一致，不宜过多。 图 2.8 锻模内外圆角 结合锻件图，见图 2.8 所示，无加工圆角。 故查非加工圆角半径表 2-3。 r=0.05h+0.5=0.75mm r=2.5r+0.5=2.375mm 故 r 取 1mm r 取 2.5mm 表 2-3 非加工圆角半径 h/b r r 4 0.07h+0.5 3.5r+0.5 16 第 3 章 型芯电极拆分 3.1 电火花加工的介绍 3.1.1 工作原理工作原理 在进行电火花加工时，工具电极和工件分别连接脉冲电源的两极，将工作液充进 放电间隙或者浸在工作液中。电极向工件进给是通过间隙自动控制系统控制工具，每当 两电极间的间隙达到一定数值的时候，在两电极上施加的脉冲电压便会将工作液给击 穿，从而产生火花放电。在放电的微细通道中会瞬时集中大量的热能，压力也会有急剧 的变化， 从而使得这一点工作表面局部微量的金属材料立刻改变物质形态并以爆炸式形 态落到工作液中，然后迅速冷凝成细小的金属颗粒，然后工作液将它冲走。这时在工件 表面上便会留下一个细小的凹坑痕迹，之后放电会短暂停歇，此时两电极间工作液再次 恢复绝缘状态。 接着下一个脉冲电压又会在两电极很接近的另一点处击穿，再次产生火花放电，重 复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属材料量非常的少，但因每秒有很多次 的脉冲放电作用，就能够去除较多的金属材料，具有一定的生产率。 保持工具电极与 工件之间的恒定放电间隙，同时也在蚀除工件上的金属材料，还要一边使工具电极不断 地向工件进给，到最后便能够加工出和工具电极形状大致相对应的形状。 所以要加工出各种复杂的型面，只要改变工具电极形状和工具电极与工件之间的相 对运动方式。工具电极常用熔点较高、导电性良好、易加工、耐电蚀的材料，如铜、石 墨、铜钨合金和钼等。但在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量， 甚至接近于无损耗。放电介质是工作液，在加工过程中还可以有冷却、排屑的作用。常 用的工作液有去离子水、煤油和乳化液等，他们是闪点较高、粘度较低、性能稳定的介 质。 3.1.2 应用领域应用领域 电火花加工主要用于模具生产中的型孔和型腔加工，它推动了模具行业的技术发 17 展，已经成为了现阶段模具制造业的主导加工方法。一般情况下电火花加工零件的数量 如果在 3000 件以下时，采用电火花加工比模具冲压零件在经济上有更高的效益。按照 工艺过程中工具与工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工可以分为：电火花成 形加工、电火花线切割加工等。 （1）电火花成形加工 该种方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，把工件电极的形状和尺寸原本地 复制在工件上，从而加工出零件产品。它包括了两种，分别是穿孔加工和电火花型腔加 工。电火花穿孔加工常常用于加工型孔、曲线孔、小孔和微孔。近些年来，在电火花穿 孔加工的基础上发展出了高速小孔加工，成功的解决了小孔加工中因为电极截面太小、 容易变形、排屑困难、孔的深径比过大等问题，取得良好的经济效益；电火花型腔加工 常常用于各类热锻模、挤压模、压铸模、塑料模、胶木膜的型腔等的加工。 （2）电火花线切割加工 该方法是用移动的细金属丝按预定好的轨迹进行脉冲放电切割。根据走丝的速度， 电火花线切割一般可分为低速走丝线切割和高速走丝两种。一般在低速走丝时，常采用 铜丝，铜线电极以小于 0.2m/s 的速度做单方向低速运动。在高速走丝时，金属丝电极 现在是直径 0.020.3mm 的高强度钼丝，往复的运动速度一般定为 810m/s。线切 割精度较高其平均加工精度能够达到 0.0lmm，远远高于电火花成形加工，表面的粗糙 度也能够达 1.6 或者更小。在线切割时，电极丝在无切削力的情况下不断的移动，其损 耗是非常的小。 电火花加工具有以下几个特点：可以加工任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性和 高纯度的导电材料；加工时无明显的机械力，适用于微细结构的加工和低刚度的工件： 脉冲参数可根据需要来调节，能够在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；放 电过程会有部分能量消耗在工具电极之上，导致电极的损耗，影响产品成形的精度；电 火花加工后的表面有呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声的功能；但生产效率低于切削 加工。 目前电火花线切割广泛用于加工各种型面、冲裁模、样板以及各种形状复杂型孔和 窄缝等。 3.1.3 主要特点主要特点 （1）加工时无切削力； （2）能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件； （3）便于实现自动化，直接使用电能加工； 18 （4）工具电极材料无须比工件材料硬； （5）不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷； （6）加工后表面会产生变质层，在某些应用中需要进一步去除； （7）工作液的净化和加工中产生的烟雾污染比较严重。 电火花加工的主要用途是：加工那些具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各 种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具；加工各种硬、脆材料如淬火钢和硬质合金 等；加工深细孔、深槽、异形孔、窄缝、切割薄片等。 3.2 电极的拆分 3.2.1 电极拆分原则电极拆分原则 （1）.z 轴优先之原则，级加工深度方向尺寸最浅原则。在电极设计时，应保证在 电极的放电加工的方向最浅，在放电间隙的选择，如果设计成放电深度最浅时，对于同 样体积的加工量来说，其放电面积也就最大了。因此可以用较大的加工电流来得到很好 的加工效率，缩短加工时间，另外，加工越浅，排泄也会越好，发生放电异常的机会也 就很少。 （2）.开向尺寸延长原则，开向尺寸应加于延长，且如果对一个工位拆成几个工位 电极在加工是，各电极的加工范围应互相重叠一部分，以防止在各电极的交界处出现小 筋。 （3）.易于加工，在电极设计时，应该注意设计出的电极在现有工艺条件下应能达 到。 （4）.电极的种类尽可能少，电极只是是加工过程中的一个产物，我们的最终目的 是需要将工件加工完成，电极的种类越多，加工成本越高。 3.2.2 电极分析电极分析 （1）电极拆分示意图，见图 3.1 所示。红色区域和绿色区域作表面为弧面，的直接铣 削加工带有直角边和弧面模具型腔很难做到，需要拆分出电极。 19 图 3.1 电极拆分示意图 （2）当一只电极加工多个位置时，尽量考虑平移时不旋转，为了能偶方便加工，减少 edm 校标时间，因此不宜用一个电极重复加工，所以把红色或绿色设计成一个电极， 这样还可以节电极数量，节省材料。 （3）在红色和绿色区域在各电极的交界处容易出现小筋，开向尺寸应加于延长。延长 0.5mm，见图 3.2 所示。 图 3.2 开向尺寸延长 3.2.3 电极拆分电极拆分 根据以上电极的分析将红色和绿色区域各拆分成电极，如图所示两个电极，电极 （图 3.3），电极（图 3.4）。 图 3.3 电极 图 3.4 电极 20 3.3 电极设计 3.3.1 电极设计的基本概念电极设计的基本概念 电极加工是模具制造中的一个重要环节。由于，模具型腔形态的复杂性，常有一些 区域不能直接用车、铣、刨、摩、钻等方法加工，如较小的圆角及尖角区域铣刀不能直 接进入，这样就需要制作形态和所加工区域一致的电极，使用 edm 设备，通过放电加工 达到加工目的的。电极设计是根据型腔形状各部分的难易，将其拆成若干个小部件，也 可以说是把所要进行电火花加工的部位的形状用铜或者石墨加工好，然后放在火花机上 面进行电火花加工。值得我们注意的是电极尺寸和型腔是不太一样的，由于 edm 加工时 需要有放电间隙，因此，设计的电极要比型腔对应的尺寸小一些，通常需要留有 0.05mm 到 0.5mm 的火花位，这个数值要根据电极放电时的电流大小来确定，比若加工时电流越 大，需要的火花位就越大。有时，型腔要加工区域余量过大，考虑到电极损耗因素，通 常要设计两个不同火花位为的电极，称为精公和粗公，以提高加工效率。电极通常采用 铜或石墨，比较而言，铜比石墨硬度高，加工难度大，但可以回收利用；石墨具有导电 性好和易加工性，在 edm 加工时，因为电极本身所产生的热量较小，所以其损耗也相对 要低些，可节省设备加工的时间。 3.3.2 电极基本形态电极基本形态 电极的基本形态，放电区域是 edm 加工时产生电火花的区域；避空区域是避免基准 台放电的过度区域，同时也为加工电极放电面带来方便；基准面、基准台是用于 edm 加 工前的电极校正；基准角用于电极的方向标示。见图 3.5 所示。 21 图 3.5 电极基本形态图 3.3.3 电极设计电极设计 （1）放电间隙，由于放电时工件与电极之间是通过介质的击穿来进行加工的，在空间 上有一段距离，再加上放电是电火花也有一定的作用范围。两者综合后的结果是工件 加工后的尺寸要比电极尺寸大一些，我们将这大一些的尺寸称为放电间隙。此次选用 0.1mm 作为放电间隙。 （2）电极方向性问题，在拆分电极前首先考虑电极的方向性问题，所以事前必做的步 骤是选一大平面为 z 轴的基准面，倒一个斜角作为基准角。一般情况下铜公基准角尺寸 的规定为 3mm。 （3） xy 轴校表位的预留长度， 设计电极尽量要做到物尽其用， xy 轴校表位预设单边 8mm 左右，最少不能低于 5mm，方便校表通过。选用 8mm 作为预留长度。 （4）避空高度，避空高度值得注意，在工件最高处加 5mm 以上较为妥当，这样方便火 花机加工时切削液冲走残渣，如果有残留，很可能在第二次放电时，损坏电极，甚至还 会造成工件损坏。此次选用 5mm 作为避空高度。 （5）电极基准座厚度，铜公基准座的厚度应该根据火花机的型号进行设置，如果需要 在基准板上以锁螺纹的方式固定在火花机上时，则基准板的厚度设置为 15mm 或 15mm 以 上，但如果火花机是以夹紧的方式固定铜公时，则铜公基准板的厚度可以小些，一般为 5 至 6mm 即可。此次选用 6mm 作为电极基准板的厚度。 第 4 章 电极加工工艺 4.1 零件图分析 零件图的正确性及完整性分析是指在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进 行工艺性分析，以及对产品零件图提出修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。此 次设计的是一个轴类组合零件,此件几何要素间的相互关系明确，条件充分；采用主视 图和剖视图完整的表达零件，尺寸表达完整，符合国家制图标准。有利于编制程序时的 数据分析和计算；表面粗糙度的标注明确了各加工面的加工精度要求。 22 经分析零件尺寸精度要求较高，而圆弧面表面粗糙度要求较高，平面较低。该零件 的加工，在现有生产条件下能够实现。材料无热处理和硬度要求，在加工完成后零件有 毛刺需要去除，避免影响后续的电极加工。本设计电极零件图，见图 4.1 所示。 图 4.1 零件图 4.2 毛胚的选择 毛胚材料的选择：电极可以是石墨、紫铜、铜钨合金、银钨合金等材料,由于紫铜 材料组织致密,韧性强,易加工成复杂形状,可做镜面加工，适合形状精细，要求较高的 中小型型腔。所以选用紫铜作为电极的材料。加工紫铜存在切屑易粘刀、不易断屑而且 材料塑性变形大的特点,故其切削加工性较差。该电极除具有一般紫铜材料难加工的特 点外,其刚性很差,需严格控制加工变形量。因此,在加工薄片紫铜电极时,需合理选择刀 具及材料、切削用量,并设计最佳的刀具加工工艺流程。 毛胚形状：根据零件图可制定毛胚尺寸为长 65mm 宽 45mm 高 25mm 的长方体。 4.3 定位基准的选择 定位基准的选择是制订工艺规程的一个关键所在，它能够直接的影响到工序的数 目、夹具结构的复杂程度以及零件精度是否容易得到保证。定位基准一般能够分为粗基 准和精基准。在工件机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上还未未加工的表面作定位 23 基准，这种定位基准称为粗基准。然后在随后的工序中用已经加工过的表面来作定位的 基准则为精基准。选择定位基准时,主要是从保证工件加工精要求出发,因此定位基准的 选择应先选择精基准,再选择粗基准。 1.精基准的选择 精基准的选择应该注意保证零件的加工精度，特别是在加工表面的相互位置精度上 来考虑，同时也要照顾到工件装夹方便，夹具结构简单。因此，在进行数控加工时，选 择精基准一般应该考虑以下原则： 1）基准重合原则 2）基准统一原则 3）便于装夹原则 4）便于对刀原则 根据零件图组成表面的形状， 为了达到技术和加工精度要求， 以及考虑到装夹位置， 可以任选电极座上下表面作为精基准定位面，满足了基准统一原则，同时也保证到了各 个加工面的相互位置精度，而且便于对刀，满足了便于装夹原则，便于对刀原则。 2.粗基准的选择 粗基准的选择应从保证加工面有足够余量，并尽快获得精基准来考虑。选择粗基准 可按照以下原则进行： 1）合理分配加工余量原则 2）保证零件相互位置要求的原则 3）便于夹紧原则 4）粗基准不得重复使用的原则 由于毛坯形状规格， 定位可靠，夹紧方便，所以宜采用各表面作为粗基准。 4.4 加工刀具的选择 刀具的选择应根据机床的加工能力，工件材科的性能，加 工工序切削用量以及一 些其它相关因素。刀具选择的需要有安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高等特性。 一般在满足加工要求的前提下，尽量选择刀柄较短的刀具，从而提高刀具加工的刚性。 （1）在选取刀具时，要使刀具的尺寸能够与被加工工件的表面尺寸相适应。在生 产设计中， 常采用立铣刀对平面零件周边轮廓的加工； 应选硬质合金刀片铣刀铣削平面， 选高速钢立铣刀加工凸台、凹槽；可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀加工毛坯表面或粗 加工孔，；常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀对一些立体型面和变斜角 轮廓外形的加工，。 24 （2）在进行自由曲面加工时，切削行距一般采用顶端密距，是由于由于球头刀具 的端部切削速度为零， 为了保证加工精度采取的措施， 故自由曲面的精加工常用球头刀。 然而球头刀在表面加工质量和切削效率方面都不及平头刀具，因此只要在保证不过切的 条件，曲面的粗加工和精加工，都应该优先的选择平头刀。另一方面，刀具价格与刀具 的耐用度和精度关系非常大，在通常的情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但 则可以使整个加工成本大大降低，还可以带来加工质量和加工效率的提高。 （3）在加工中心里面，各种刀具分别装在刀库之中，按照程序的规定随时进行选 刀和按刀的动作。必须使用标准刀柄，方便使钻、镗、扩、铣削等加工时用的标准刀具 迅速地安装到机床主轴或刀库上来。编程人员应该了解机床上所用刀柄的结构尺寸，调 整的方法以及允许调整的范围，以便在编程人员在编程时确定刀具的径向尺寸和轴向尺 寸。 （4）在经济型数控机床的加工过程之中，刀具的刃磨、测量和更换往往都是人工 手动操作，这样会占用较长的辅助时间，所以必须合理安排刀具的排列顺序，提高加工 效率。在加工过程中应遵循以下原则：尽量缩减刀具的数量；一把刀具装夹之后，应尽 量完成其所能进行的所有加工步骤；即使是相同尺寸规格的刀具，粗加工和精加工的刀 具要分开使用；先铣削后钻；先进行曲面精加工，然后再进行二维轮廓精加工；为了提 高生产效率，应该尽可能的利