凹模加工工艺学设计

1、华东交大理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：20110410210234 班 级：11材料2班 院 系：机电分院 指导老师：周六如 华东交大理工学院机电分院二 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）的内容要求：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

2、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,图面清晰规范，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 目 录引言4第一章 零件的技术要求分析41.1结构分析：41.2图纸技术要求分析4第二章 工艺规程设计62.1毛胚类型的确定62.2毛胚结构尺寸及公差的确定62.3定位基准的选择72.4工艺方案的确定7第三

3、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

4、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，主要加工内容为平面和孔系。 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：4-10，Ra为1.6um。2-8, Ra为1.6u

5、m6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

6、为淬火760780,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）

7、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，使生产无法正常进行。对于垫板作如下基准

8、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）加工内容 尺寸精度 表面粗糙度 加工方案 上下表面 IT7 0.8 粗铣-精铣-磨削热处理 淬火（水冷）相邻侧面 IT13 6.3 电火花线切割8孔 IT8 1.6 钻-精铰4孔 IT8 1.6 钻-精铰4-M10螺孔 IT12 - 钻攻丝 - 1.6 丝锥攻内纹电火花线切割 外轮廓检验 - - - 表面清理、油封 第三章、加工余量及工序

9、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：16mm 0,-0.035精铣：16.6mm 0,-0.054粗铣：18.6mm 0，-0.

10、35毛胚：30mm 1,-12.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203. 8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

11、序尺寸如下钻14mm 0, 0.18 粗铰14.95mm 0,0.043 精铰12mm 0,0.0184.4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2.9mm 0，0.1 精铰3.0mm 0, 0.0145.4-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5.5mm 0, 0.155.工艺装备的选择

12、（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10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

13、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内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23h。 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

14、，所以这里选择速度在3040mmmin。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

15、使电阻率在2x10。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

16、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d3mmd10mm。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d0.3mmd3mm，其加工速度可达到6mmmin60 mmmin。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

17、，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.

18、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

19、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，插入压紧轮和张紧轮之间。b. 电极丝插入压紧轮和张紧轮之间后，穿过张力传感器滚轮。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.电极丝从张力传感器

20、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AWT WATER键，则从管中喷出水流，管子内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AWT 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AWT 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，使电极丝以恒定张力、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

21、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，电极丝应张紧，张力与加工中使用的张力相同。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.张紧电极丝，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内。e.分别校正检测电极丝在X、Y轴坐标方向，相应测

22、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

23、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

24、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范围扩大。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 为了避免材料内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

25、廓交点及圆心坐标 切割程序如下： AM1 G92 X0 Y0 G41 D85 G01 X0 Y-125 G01 X160 Y-125 G01 X160 Y0 G01 X-10 Y0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=

26、188 r/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

27、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：改造内部组织，并锻造成所需

28、的形状退火：消除锻造内应力，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8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

29、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/r v=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

30、机械制造工艺设计手册表3-55得 切削速度v=16.85 m/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360930r/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0.15mm,选择WC1805A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10，所以这里采用8的砂轮磨削孔内表面，砂

31、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2535m/s，金刚石砂轮磨削硬质合金时，磨削速度约为1625 m/s。由于这里是普通磨削所以采用速度为30 m/s，以达到粗糙度要求。 第七章、机械加工工艺过程卡零件名称 凹模机械加工工艺过程卡 毛坯总类锻件每台数 1材料牌号CrWMn工序号工序名称工序内容设备工艺装备1粗铣上下面粗铣至24.4mm 0，-0.35立式铣床x5012 高速钢套式面铣刀、游标卡尺、 专用夹具2精铣上下面精铣至20.4mm 0,-0.054立式铣床x5012高速钢套式面铣刀、游标卡尺、 专用夹具3热处理调制处理4磨削上下面磨至20mm 0,-0.035平面磨床M7120A砂轮、游标卡尺、专用夹 具5电火花线切割侧面粗