凸模固定板机械加工工艺设计.doc

目录
引言···········································
第一章 零件的技术要求及结构·························
1.1 零件的作用··································
1.2 结构分析····································
1.3 图纸技术要求分析·····························
第二章 毛坯的选择及工艺设计·······················
2.1 选择毛坯的类型·····························
2.2 毛坯结构尺寸的确定·························
第三章 机械加工的工艺设计··························
3.1 制定工艺路线·································
3.2 工艺路线方案·································
3.3 机械加工余量工序尺寸和定位基准的确定··············
第四章 各工序切削用量的选择与计算······················
第五章 机械加工工艺过程卡····························
第六章 心得体会·····································
参考文献 ···········································
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。在完成课程设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有 关 手 册，图 册 等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术 文件 等 方 面 的 工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！
本课程设计包括以下几个方面的内容：
第一章、零件的技术要求及结构分析
主要包括功能结构、尺寸精度、形位公差、表面质量、硬度要求等。
第二章、毛坯的选择及工艺分析
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。
第三章、机械加工工艺设计
机械加工工艺设计，包括对零件的铣削和磨削，零件的孔隙加工，
工艺路线及工序内容的确定。
第四章、 各工序切削用量的选择与计算
第五章、 机械加工工艺过程卡
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 零件的技术要求及结构
固定板是模具的重要成型零件，用来固定凸模的，它有几个作用，一是固定凸模保证其能垂直于模具的平面，保证在工作时能够垂直的用于冲压、冲孔、冲裁、落料。另外保证几个冲头之间的相对位置，不 会 发 生 相对 的 移 动 。在 冲 压 时 ，不 被 拔 下来，还 有 通 过 凸 模 固 定 板 和上模板连接，通过模柄固定于冲床的滑块的安装孔中，进行冲压工作。
固定板按其结构形式可分为整体式。按固定板的形状大致可分为回转曲面和非回转曲面两种。
对回转曲面的固定板，一般用车削、内圆磨削或坐标磨削进行加工制造，工艺过程比较简单。而非圆回转曲面型腔的加工制造要困难得多，其加工工艺概括起来有以下3个方面：
1.用机械切屑加工配合钳工修整进行制造，该工艺不需要特殊的加工设备，采用通用机床切除固定板的大部分多余材料，
在由钳工精加工 修 整 。它 的 劳 动 强 度 大 ，生 产 率 低 ，质 量 不 易 保 证 。在 制 造过 程中应充分利用各种设备的加工能力，尽可能减少钳工的工作量。
2.应用仿形、电火花、超声、电化学加工及化学加工等专用设备进行加工，可以 大 大 的 提 高 生 产 效 率 ，保 证 型 腔 的 加 工 质 量 。但 工 艺 准 备 周期长，在加工中工艺控制复杂，有的还污染环境。
3. 采用数控加工或模具计算机辅助设计与制造（即模具CAD/CAM）技 术 ，可 以 加 快 模 具 的 研 制 速 度 ，缩 短 模 具 的 生 产 周 期 ，优 化 模 具 制 造工艺和结构参数，提高模具的寿命。这种方法是模具制造技术的方向。
1.1 零件的作用
题目所给的零件是凸模固定板机械加工工艺设计（如图1.1），模具在工作时，凸模要承受很大的冲裁力，这个力通过凸模的固定端传递到上模座。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上 压 出 凹坑，从 而 影 响 凸 模 的 正 确 位 置 。为 了 避 免 模 座 的 损 坏 ，在 凸 模 固定板和上模座之间加装一块淬硬的垫板。在复合模的凸凹模固定板与模座之间，因为同样的原因也需要加装一块垫板。模具在工作时，凸模要承受很大的冲裁力，这个力通过凸模的固定端传递到上模座。如果作用在模座上的力大于其许用应力时，就会在模板上压出凹坑，从而影响凸模的正确位置。为了避免模座的损坏，在凸模固定板和上。在复合模的凸凹模固定板与模座之间，因 为 同 样 的 原 因 也 需 要 加 装 一 块 垫 板 。设 计 时 ，一 般 根 据 需 要 在 国标中选取标准的垫板型号。

图1.1 凸模固定板（材料:Q235)
1.2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。
1.3图纸技术要求分析

（1）从零件图上来看，该零件结构较复杂，其主要加工表面以及加工表面之间的要求有主要平面为上下平面，Ra为1.6μm,其余Ra为6.3μm，其余的为：
5-Φ9：通孔；深12mm；
2-Φ8：通孔；深12mm;
3-Φ6.5: 通孔 深12mm;
3-Φ5: 通孔; 反扩Φ9.5,深3mm;
圆形通孔Φ18.5, 反扩Φ22.5.
第二章 毛坯的选择及工艺设计
2.1 选择毛坯的类型
由图纸可知材料为Q235，查表可知热处理状态为退火或正火，其HB为175~225，可用硬质合金和高速钢刀进行切屑加工。考虑到冲裁模在工作过程中力学性能要求高，所以应选择锻件，已使零件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。
2.2毛坯结构尺寸的确定
毛坯形状和尺寸，基本上取决于零件形状和尺寸。零件和毛坯的主要差别，在于在零件需要加工的表面上，加上一定的机械加工余量，即 毛 坯 加工 余 量。毛 坯 制 造 时，同 样 会 产 生 误 差 ，毛 坯 制 造 的 尺 寸公 差称为毛坯公差。毛坯加工余量和公差的大小，直接影响机械加工的劳动量和原材料的消耗，从而影响产品的制造成本。初步选取毛坯余量为5mm，即毛坯零件图确定如下

第三章、机械加工工艺设计
3.1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。
据图纸可知上零件粗糙度的要求，确定各工序加工路线如下：
平面加工：
查模具制造工艺学图2-3，要使外圆外的粗糙度达6.3μm，可确定加工方案为粗铣→精铣，要使配合面的精度达到1.6μm，确定加工路线为粗铣→精铣→磨削。
孔加工：
查模具制造工艺学图2-2，要使直径为8mm公差等级IT6的孔的粗糙度值不超过6.3μm，可确定加工路线为钻孔→扩孔→铰孔
3.2工艺路线方案
工序1： 备料 按Φ90×22 锻造毛坯。
工序2： 热处理 退火硬度小于等于240
工序3： 铣外圆轮廓 铣外圆轮廓至图样要求尺寸
工序4： 铣上下表面 粗铣→精铣留余量0.4
工序5： 钻、扩、铰
工序6： 热处理
工序7： 精磨上下平面 精磨上下平面至图样要求尺寸
工序8： 检验
3.3机械加工余量、工序尺寸和定位基准的确定
1. 上下平面：
（1） 加工的余量确定查《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. 外圆平面：
（2） 精铣余量:z=1.0mm 粗铣余量:z=5-1.0=4.0mm
3. 孔系：
(1)3-Φ5反扩Φ9.5,深3mm沉孔的加工余量
钻：z=4mm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4，粗铰4.95，精铰5
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4mm 0, 0.18 粗铰4.95mm 0,0.043 精铰5mm 0,0.018 其它孔与此孔系类似
4. 定位基准
选择上下平面、互相垂直的圆周侧面为定位基准面，即三基面体系定位，符合基准统一的原则。
第四章、各工序切削用量的选择与计算
工序一：备料
按Φ90×22 mm将毛坯锻造成型。
由于凸模固定板在工作压力状态中承受能力要求较高，而且结构形状简单所以选用锻件毛坯比较合理。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。
工序二：热处理
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。
工序三：铣外圆轮廓
用立式升降台铣床X52K，铣外圆轮廓至图样要求尺寸。
工序四：铣上下表面
1. 粗铣上下大平面
该工序有两个工步（1）以下面为基准，粗铣上面；（2）以上面为基准，粗铣下面,背吃刀量取3.7mm（粗铣加工余量）
2. 进给量f=0.05mm/z（每齿）
3. 切削速度：公式n=
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=188 r/min,代入公式可得v实际=47.2256m/min。
4. 精铣上下面
背吃刀量取1.0mm,查表2-5，按Ra2.5取f=0.3mm/r,选取v为54.6m/min,n=222.58r/min,查表，取n=263r/min,代入v实际=66.066m/in。
工序五、钻、扩、铰
把工件装夹在工作台上以直角坐标定位进行加工，直接用立铣刀工作台的纵、横走刀来控制平面孔系的坐标尺寸。
1. 钻3-Φ5孔
刀具1：选择Ф4mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r,切削速度13m/min，转速420r/min,切削液选择乳化液。
刀具2：选择Ф9.5mm的端部磨平的麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
2. 钻3-Ф6.5孔
刀具：选择Ф5mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
3. 钻2-Ф8孔
刀具：选择Ф7mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
4. 钻5-Ф9孔
刀具：选择Ф8mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
5. 钻Ф18.5孔
刀具1：选择Ф17mm的高速钢麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
刀具2：选择Ф22.5mm的端部磨平的麻花钻，进给量0.18mm/r，切削速度13m/min,转速420r/min，切削液与上道工步相同。
6. 铰Ф5mm孔
刀具：选择高速钢直柄机用铰刀，Ф5mm，L=110mm,l=22mm，齿数Z=6，单边余量为0.2mm，切削速度5m/min,进给量1.0mm/r,切削液选择含硫的极压切削油。
7.铰Ф6.5mm孔
刀具：选择高速钢直柄机用铰刀，Ф6.5mm，L=110mm，l=25mm,齿数Z=6，单边余量为0.2mm，切削速度5m/min,进给量1.0mm/r,切削液选择含硫的极压切削油。
8.铰Ф8mm孔
刀具：选择高速钢直柄机用铰刀，Ф8mm，L=110mm，l=25mm, 齿数Z=6，单边余量为0.2mm，切削速度5m/min,进给量1.0mm/r,切削液选择含硫的极压切削油。
9.铰Ф9mm孔
刀具：选择高速钢直柄机用铰刀，Ф9mm，L=110mm，l=25mm, 齿数Z=6，单边余量为0.2mm，切削速度5m/min,进给量1.0mm/r,切削液选择含硫的极压切削油。
10.铰Ф18.5mm孔
刀具：选择高速钢直柄机用铰刀，Ф18.5mm，L=150mm，l=25mm, 齿数Z=8，单边余量为0.2mm，切削速度5m/min,进给量1.0mm/r,切削液选择含硫的极压切削油。
工序六：热处理
1.淬火：加热温度800～830度，保温0.4～0.5h,淬火硬度≥62HRC油冷。
2.回火：为了改变淬火组织，等到一定的强度、韧性的配合，消除淬火应力和回火中的组织转变应力。回火温度140～160度。 Q235的淬火和回火工艺如图
工序7：精磨上下表面
目的：为了消除热处理对表面的影响，以达到设计要求。
1. 磨床：MM7112(砂轮直径140～200mm，砂轮内经75mm，砂轮宽度20mm）
2. 上下平面磨削
1）砂轮的选择。见[5]中第12章各表，结果为
GBD80ZRA6P200×20×75×20×75
其含义为 ：砂 轮 磨 料 为 单 晶 刚 玉 （代 号GBD），粒度为80#，硬度为中软(代号ZR),陶瓷结合剂(代号为A)，6号组织，平形砂轮（代号为P），其尺寸为200×20×75(D×B×d)。安全线速度为35m/s。
2）切削用量的选择。磨头主轴转速2810r/min
轴向进给量fa=0.5B=10mm(双行程）
径向进给量fr=0.020mm/双行程
3. 垂直平面磨削
用精密角铁和平行夹头装夹工件。砂轮类型和切削用量和上下平面
磨削一样。
工序八：检验
第五章 机械加工工艺过程卡
工序号
工序名称
工序内容
设备
工序简图
1
备料

2
热处理

3
铣外圆轮廓

4
铣上下表面

5
钻、铰

6
热处理

7
精磨上下表面

8
检验

第六章 心得体会
通过这段时间的模具制造工艺学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 工 艺 、 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加工的基本技能的训练。
现在已经完成了为期三个星期的模具制造工艺学课程设计。首先我要感谢老师在这次实训中给予的帮助，其次还要感谢我的同学在我查询资料，整理资料过程中给我的帮助和支持。
通过这次课程设计，我认识到，机械制造工艺的制定并不是我们想象中的那么简单，它需要专业人耐心而细致的计算和多次的查阅资料，最后制定出满意的设计参数。此次课设锻炼了我们的耐心和信心，而且让我再次CAD制图，为以后的毕业设计夯实了基础，更为以后的工作做好技能上的准备。
参考文献
1. 郭铁良主编.模具制造工艺学（第三版）高等教育出版社
2. 王伯平主编.互换性与测量技术基础（第三版）机械工业出版社

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