凹模机械加工工艺设计课程设计说明书-毕业论文.doc

模具制造工艺课程设计说明书

院系：机电工程学院
班级：12模具（2）班

时间：2015.07.01

华东交通大学
《模具制造工艺学》课 程 设 计任 务 书
院系 机电工程学院 专业 材料成型及控制工程 班级12模具2班
一、课程设计任务（论文）题目 卸料板机械加工工艺设计
二、课程设计（论文）工作
自 2015 年 6 月 11 日起至 2015 年 7 月 2 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；零件机械加工工艺（选择合理的加工方法拟定工艺路线，基5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。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：
目 录
引言……………………………………………………………………
第一章 零件的技术要求分析……………………………………
1.1零件结构形状分析………………..………………..…..
1.2零件技术要求分析……………………………………………
1.3零件结构工艺性分析……………………………………………
1.4材料………………………………………………………
第二章 工艺规程设计……………………………………………
2.1毛坯的选择及确定制造形式……………………………………
2.2毛坯尺寸公差的确定………………………………………
2.3制定工艺路线……………………………………………………
第三章 加工余量及切屑用量的设计……………………………
3.1切削用量的选择及时间定额计算………………………………
3.2各工序切屑用量的计算…………………………………………
3.3热处理工艺设计…………………………………………………
第四章 机械加工工卡……………………………………………….
4.1机械加工工序卡…………………………………………………
总结…………………………………………………………………

引言
本课程设计是在完成《模具制造技术》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程设计对自己未来从事的工作能有一定的作用，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：

第一章 技术要求及结构分析
1.1零件结构形状分析
该零件从形体上分析其总体结构为平行六面体，上表面有4个直径为8的通孔，中间为两个半圆和直线组成的卸料孔，上面有4个直径为4的通气孔，因此其结构形状较简单。
1.2零件技术要求分析
1. 如图可知，该零件形状比较简单，外形尺寸也不大。要求的尺寸标注采用统一的基准即设计基准，零件内腔各表面的粗糙度要求较高，下凹部分的表面粗糙度达到Ra0.8。另外，该零件有一个固定孔，其精度要求Ra为0.8，平面部分为Ra3.2。另外零件上孔比较多，要求有一定的位置精度。零件上各孔的精度，垂直度和孔间距要求。常用零件各孔径的配合精度一般为IT7 ~IT6，Ra0.4 ~ 1.6um.对安装滑动导柱的零件，孔轴线与上下模座平面的垂直度要求为4级精度。零件上各孔之间的孔间应保持一致，一般误差要求在0.02mm以下。

1.3零件结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指在满足使用性能的条件下，是否能以较高的生产率和最低的本钱方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行具体的分析。零件切屑加工的结构工艺性涉及到零件加工时的装夹、对刀、测量、切屑效率等。零件的结构工艺性差会造成加工困难，耗费工时，甚至无法加工。结构工艺性好坏是相对的，与生产的工艺过程、生产批量、装配条件和技术条件等因素有关。对于本零件，要求其具有较高的强度，硬度，耐磨性，适用于连续落料冲孔，因此，它的工作条件还是还是比较恶劣。该零件在模具中与上模配合起到成型零件的作用，单件或者和小批量生产。对工人的技术水平有一定的要求。

1.4 材料
该材料为HT45，常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。

第二章 工艺规程设计
2.1毛坯的选择及确定制造形式
材料为HT45钢，由于零件需要承受的冲击载荷比较大，因此选用锻压件。因为经锻造后，工件的力学性能比铸件好，使零件内部组织细密，碳化物分布和流线分布合理，从而提高模具的质量和使用寿命。铸造能够生产出形状复杂的毛坯，但力学性能低于锻件。冲压的生产率高，制品的尺寸精确，互换性好，适合大批量生产。另外选择锻件，可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。锻造前的准备工序一般有：板材→锻造→退火→润滑处理。
2.2毛坯尺寸公差的确定
如图根据零件尺寸为125 X 125 X 10.查《模具制造工艺》书中关于矩形锻件表面最后加工余量表可知，工件的最小加工余量为2B=5、2L=4
加工余量及工序尺寸
确定加工余量的方法有三种：查表法、分析计算法、经验估算法。
1)查表法是根据个工厂的生产实践和试验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册确定加工余量是查阅这些手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。
2）经验估计法是根据实际经验确定加工余量。一般情况下，为防止因余量过小而产生废品，经验计的数值总是偏大。因此其法常使用于单件小批量生产。
3）分析计算法是根据确定加工余量的相关公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量。这种方法比较合理，但是必须有比较全面和可靠的试验资料。因此当前只在材料十分贵重能够以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。
据图1上零件粗糙度的要求，确定各工序加工路线如下：
平面加工：对于此零件上表面由型面和型腔组成，因此铣削加工是优先选择，应用最广的是立式铣床和万能工具铣床的立铣加工，选用高速、小用量铣削，工件精度可达IT8，表面粗糙度为Ra0.8.最后要留0.05的修光余量。经查文献，要使上表面的粗糙度达Ra0.8，可确定加工方案为粗铣→半精铣→精铣。

孔加工 ：对于此零件，由于对孔的精度要求不太大，因此可采用钻孔—扩孔—绞孔来加工。钻孔属粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11，表面粗糙度值为Ra50~12.5μm。扩孔是用扩孔钻对已钻出的孔做进一步加工，以扩大孔径并提高精度和降低表面粗糙度值。扩孔可达到的尺寸公差等级为IT11~IT10, 表面粗糙度值为Ra12.5~6.3μm，属于孔的半精加工方法，常作铰削前的预加工，也可作为精度不高的孔的终加工。铰孔是在半精加工（扩孔或半精镗）的基础上对孔进行的一种精加工方法。铰孔的尺寸公差等级可达IT9~IT6，表面粗糙度值可达Ra3.2~0.2μm。
2.3 制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，因当是零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能达到合理的保证。在生产纲领以确定的为单件小批生产的条件下，可以考虑采用立式铣床加工。除此之外，还应当考虑所选定的加工方法能否达到所需的加工精度和表面粗糙度，并符合经济性的要求。
一、拟定工艺路线
工序一：准备毛坯 按125×125×10
工序二：热处理 调质28-32HRC
工序三：铣4边 用铣床铣4边至图样要求尺寸 125×10
工序四：粗铣上下面 粗铣上下面，留余量1.7
工序五：钻、扩、铰 按各孔位置打中心孔；
钻Φ8孔至Φ7.8
绞Φ8孔至Φ8
钻Φ4孔至Φ3.8
绞Φ4孔至Φ4
钻Φ25孔至深度直径到24.8
绞25Φ孔至25
工序六： 坐标磨孔 磨Φ25孔至图样要求
工序七：对上表面进行铣削半精加工，留余量0.3mm
工序八：对上表面进行铣削精加工，留0.05mm余量
工序九：精磨上平面至图样要求
工序十：终检
二、切削加工内容确定
1、工件的装夹定位基准的选择
1）夹具的选择
单件小批量生产首先采用各种通用夹具，也可采用组合夹具，结合实际生产条件可知该零件选择四爪卡盘、平口钳、平行夹头、火钳等等
2）定位基准的选择
定位基准的选择将直接影响到加工精度的高低，同样作为定位基准的部位加工质量的好坏也影响到定位的准确性和加工质量，使安装误差和定位误差增大，零件上的各个表面间的位置精度，是通过一系列工序加工后获得的，这些工序的顺序和原始尺寸的大小，标注方式和零件图上的要求直接相关。选用基准时有基准重合、同一、自为、互为等原则，在使用时要注意。该零件加工中，由于上下表面的精度要求比较高，可以采用互为基准的原则。

（1） 粗基准的选择
对于此凹模，上表面可选择下表面为粗基准。
(2)精基准的选择
对于此零件，内腔的精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，因此应尽可能用加工表面自身为基准，而该表面与其他表面之间的位置精度应由先行工序来确定。
2、工艺装备选择
机床：选用的机床与所加工的零件相适应，精度、尺寸规格等和生产率的要求等。该零件是小批量生产，因此用通用机床X62（主轴转速级数为18），
刀具：一般先采用标准刀具根据该零件的工艺及实际条件确定其刀具为：圆柱铣刀、平行砂轮、主铣刀、定心钻、钻头、砂轮、铰刀等等。
第三章 切削用量的选择及时间定额计算
3.1切削用量的选择及时间定额计算
正确选择切削用量，对保证加工质量、提高生产率和降低刀具损耗有重要意义。因为该产品属于小批量生产，在工艺文件上一般不规定切削用量，由操作者根据实际的情况自行决定。
六个平面加工余量：
1）粗铣 查表取粗铣后半精铣加工余量z1=1.7mm，用盘铣刀进给速度为0.2m/min。
(2)半精铣 半精铣后留磨削加工余量z2=0.3mm。
其锻件毛坯如图所示：

3.2 各工序切屑用量的计算
工序1
备料 按90×79×30mm将毛坯锻造成型。

由于要求凹模具有较高的强度，硬度，耐磨性，适用于连续落料冲孔，而且结构形状简单所以选用锻件毛坯比较合理。为了满足为了满足推件板的硬度和刚度要求，可选择零件材料T10A钢，刀具选YT30硬质合金刀。
选用三向镦拔的方式锻成方形毛坯。始锻温度1050-1100℃，终锻温度800-850℃,700℃以上风冷，加热时咬经常翻动，加热时间为1-1.5min，最后得到所要锻件。
工序2
退火：将工件加热到Ac1或Ac3以上（发生相变）或Ac1以下（不发生相变），保温后，缓冷下来，通过相变已获得珠光体型组织，或不发生相变以消除应力降低硬度的一种热处理方法。
锻件的退火工艺：选择高温保温时间3h，低温降火时间3h。

退火主要目的：
（1） 降低硬度，提高塑性，改善切屑加工性能和压力工作性能。
（2） 细化晶粒，调整组织，改善机械性能，为下步工序作准备。
正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切屑性能，也有时用于对一些要求不高的的零件作为最终热处理。
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3
铣4边 ：铣4边至图样要求尺寸。

工序3

粗铣上下面： 粗铣上下面，留余量1.7

工序5
钻、扩、铰、镗孔
在立式加工中心按各孔位置打中心孔；查《金属机械加工工艺人员手册》按照基孔制4级精度得：Φ3的孔钻孔后留给绞孔余量为0.1mm;Φ6的孔钻孔后留给绞孔的余量为0.2mm;Φ13.5的孔钻孔余量为0.2
Mm，磨削前加工余量为0.12mm，因此确定孔的加工工序如下：
钻Φ6孔至Φ5.8
绞Φ6孔至Φ6
钻Φ3孔至Φ2。9
绞Φ3孔至Φ3
钻Φ13.5孔至深度直径到Φ13.3
绞Φ13.5孔至Φ13.38

工序6
在坐标磨床上磨Φ13.5孔至图样要求，坐标磨床具有精密坐标定位装置，用于磨削孔距精度要求很高的精密孔和成形表面的磨床。
工序7：
对上表面进行铣削半精加工，留余量0.3mm
工序8:
对上表面进行铣削精加工，留0.05mm余量
工序9:
精磨上平面、内腔至图样要求
工序10:
检验：按图纸检验是否符合要求
3.3热处理工艺设计
该零件材料为T10A，为高级优质碳素工具钢、冷作模具钢。含碳量0.95%—1.04%，价格便宜，来源方便，热变形抗力底，锻造温度范围宽，因而适合锻压。但淬透性较差，易产生淬火变形，因而热处理时要注意。综合考虑，其热处理工艺如下所示：
一、 渗碳：

1、 操作前准备：
对渗碳炉进行各方面的检查，如管道、滴油器、排气管。

2、 升温：
炉子先升温，600℃启动风扇，800℃时滴注煤油，并一直升温到渗碳温度930℃。

3、 装炉：
装入工件应保证料筐中有充够的间隙，以便气体流通。料筐吊入炉膛，盖上炉盖，锁紧炉盖上的螺母，使炉盖密封。
4、 送电、升温、开风扇并开滴油器以150～180滴/分的速度，滴入炉内排气。同时点燃排气管，经过30分钟后，炉内排气结束，火焰高度稳定，一般为80～100mm长，呈浅黄色。

5、 保温及强渗碳
炉温控制在930℃，滴油改为120～150滴/分，保温120分钟。

6、 扩散
改滴油为40～60滴/分，开始扩散，炉温保持930℃，保温60分钟。

7、 降温
温度降至830～850℃均热30分钟，停止供油，打开炉盖，出炉空冷。

注意：为了预防气体渗碳炉爆炸事故，在炉温未升到600～650℃前，不应向炉内滴入煤油。
二、 重新加热淬火，原均匀细小碳化物，即可成为结晶核心，又可防止晶粒长大，因而淬火后是细小的马氏体和弥散的碳化物。
三、
三、低温回火，升温到200℃，保温2小时出炉空冷，以消除应力，稳定组织。
第四章 机械工艺卡
4.1机械加工工序卡
模具
名称
凹链板复合冲裁模

机械加工工艺过程卡
毛胚种类
板料

共1页

每台
件数

1
零件名称
固定板
材料牌号
45钢
n

第1页
工序
号
工序名称
工序内容
设备
工序简图
1
下料
按90×70×30锻造毛坯
锻或火焰切割

2

热处理
调质28-32HRC

3
铣4边
铣4边至图样要求尺寸
铣床

4
粗铣上下面

粗铣上下面，留余量1.7
铣床

5
钻、扩、铰、镗孔
粗铣固定孔留余量0.5
钻Φ6孔至Φ5.8
绞Φ6孔至Φ6
钻Φ3孔至Φ2。9
绞Φ3孔至Φ3
钻Φ13.5孔至深度直径到Φ13.3
绞Φ13.5孔至Φ13.38

6
磨孔
在坐标磨床上磨Φ13.5孔至图样要求
坐标磨床

7
铣削半精加工
对上表面进行铣削半精加工，留余量0.3mm
铣床

8
铣削精加工
对上表面进行铣削精加工，留0.05mm余量
铣床

9
精磨上下表面
精磨上平面、内腔至图样要求
平面磨床

10
终检
检查尺寸等要求
百分表、千分尺、卡尺

编制

日期
2012.6.29
审核

更改

心 得
通过这段时间的机械设计课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械设计工艺学的训练。
在具体做的过程中，让我清楚的了解了自己接下来要完成的任务，也很好的锻炼了自己自主学习的能力；当我们面对不同问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题。
现在把这个课程做完了才发现自己对以前学的知识点有了更好的理解，知识只有放在实践运用上才能体现他的价值才能更好地被大家接受，所以这门实践课是很有必要开设的，也是大家很有必要去认真做的。
在这个过程中，要谢谢王更柱和张文洁两位老师对我的教导，在老师的讲解下让我对整个设计过程以及绘图过程有了很好的了解，对我后面的整体的设计和绘图的进行有了很大的帮助 。

参考文献
1、 杨方.机械加工工艺基础.西北工业大学出版社.2002.3
2、 黄毅宏、李明辉.模具制造工艺.机械工业城出版社.1996.6
3、 金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社。1979.1
4、 廖念钊.互换性与技术测量.中国计量出版社。2007.6