毕业设计复合模典型结构零件凸凹模的机械加工规程设计.docx

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毕业设计复合模典型结构零件凸凹模的机械加工规程设计

毕业设计

设计题目复合模典型结构零件（凸凹模）的机械加

工规程设计

系别机电工程系

专业班级模具设计与制造

学号

姓名

指导教师

2010年12月25日

前言

模具是高新技术产业的一个组成部分,是工业生产的重要基础装备,随着工业化的不断深入发展，用模具生产的产品,其价值往往是模具价值的几十倍。

模具技术是一门技术综合性强的精密基础工艺装备技术,涉及新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用,是冶金、材料、计量、机电一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、机加工、检测等诸多工种共同打造的系统工程。

用模具生产制品具有高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度等特点,这是其他任何加工制造方法所不及的。

目前,模具制造业已成为与高新技术产业互为依托的产业,模具工业技术水平的高低已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。

模具设计是完成教学计划达到高职生培养目标的重要环节，是教学计划中综合性最强的实践教学环节，它对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。

本设计综合《冷冲压工艺与模具设计》、《机械制图》、《AutoCAD2007》《模具CAD》、《金属工艺学》、《计算机应用基础》等多门课程的学习内容，再加上在这一个多月在企业实习中遇到的问题及解决方法，不断修改，不断完善，对口的实习岗位为本次设计解决了不少疑问。

本设计包括零件工艺分析、加工工艺方案的拟定及填写工艺过程卡等内容。

通过本次设计，使我各方面的能力得到了很大的进步，尤其体现在以下几方面：

1、获得零件机械加工工艺规程设计以及手工编制数控加工程序的能力；

2、获得机械加工和数控加工的方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；

3、学会使用各种、查阅设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图，标注必要的技术条件；

4、复习和巩固了大学三年以来所学的知识，尤其是各门专业课的知识，和计算机文化基础；

一个月以来，我在边实习边做毕业设计，在此过程中我遇到了不少难题，不过，我认真学习,虚心向师傅和指导请教，并根据平时学到知识及利用读书馆资源查阅各种设计资料、手册进行设计，同时，得到了我们胡洁敏老师的耐心辅导和支持，在此表示感谢！

由于水平所限，再加上时间紧迫，经验不足，在设计的过程中难免有错误和不妥之处，在此还恳请指导老师批评指正。

一、绘制零件图

1、绘制零件的二维工程图

图1-1

2、绘制零件的三维造型图

图1-2图1-3

二、零件工艺分析

1、零件材料的选用

零件材料选用的原则

（1）材料性能。

应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。

（2）生产批量。

当冲裁件的生产批量很大时，模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢，在上产批量不大时，应当放宽对材料的性能的要求，以降低成本。

（3）降低生产成本。

注意采用微变形钢以减少机加工费用。

选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定，做到在满足主要条件的前提下，选用价格低廉的材料，降低成本。

（4）被冲压材料的性能、模具零件的使用条件。

当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸凹模应选取耐磨性好、强度高的材料，拉深不锈钢时，可选用铝青铜凹模，因为它具有较好的抗粘着性，对工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。

（5）开发专用模具钢。

对特殊要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢。

根据对零件图纸的分析，该零件属于落料凹模的成型零件，这种零件一般需要要具有高硬度，较高的韧性和足够的强度等综合力学性能的要求，而且凹模刃口为主要的零件成型部分，硬度要求高，硬度值要达到HRC58-HRC62。

结合对成本、被冲压材料的性能、模具零件的使用条件、材料性能、生产批量的考虑，选用合金工具钢Cr12MoV，Cr12MoV需进行最终热处理才能达到零件所需的硬度要求。

查《冷冲压工艺与模具设计》表1.2

表1.2冷作模具钢分类

类型

钢号

低淬透性

T7A,T8A,T9A,T10A,8MnSi

冷模具钢

Cr2,9Cr2,Cr06,W,CCr15,V,CrW5

低变形冷模具钢

9Mn2V,CrWMn,9CrWMn,MnCrWV,SiMnMo,CrWMo

高耐磨微变形冷模具钢

Cr12,Cr12MoV,Cr4W2MoV,Cr2Mn2SiWMoV,Cr6WV,Cr6W3Mn2.5V2.5

高强度高耐磨冷模具钢

W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,W12Mo3Cr4V3N（V3N）

高强韧冷模具钢

6W6Mo5Cr4V,7Cr7Mo2V2Si,65Nb,LD,7CrSiMnMoV,

8Cr2MnWMoVS

抗冲击冷模具钢

4CrV2Si,5CrV2Si,6CrV2Si,5CrMnMo,5CrNiMo

高耐磨、高韧性冷模具钢

GM,ER5

易切削精密冷模具钢

8Cr2MnWMoVS

火焰淬火冷模具钢

7CrSiMnMoV（CH-1）,6CrNiMnSiMoV（GD）

特殊用途冷模具钢

9Cr18,Cr18MoV,Cr14Mo,Cr14Mo4,5Cr21Mn9Ni4W

2、确定毛坯类型

机械加工中毛坯的种类很多，如锻件、铸件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等。

最常用的毛坯是铸件和锻件。

锻造方法有自由锻、模锻、与胎模锻和精密锻造等几种。

自由锻生产率低、锻模精度低，表面质量差，加工余量大，但成本低，锻制形状简单锻件；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小，可锻制较复杂的锻件，但成本较高。

零件材料为合金渗碳钢，该零件作为拉深冲孔复合模的凹模，承受冲裁力和侧向挤压力的作用，所以选择毛坯为锻件。

符合零件要求强度高、耐冲击，力学性能高。

考虑生产效率及经济效益，毛坯的制造方法采用模锻，提高锻件精度，提高生产效率。

3、确定毛坯尺寸

根据体积不变的原理，得

≈80mm

D——圆钢坯料直径

K——耗损系数，由于氧化、切头等原因，材料锻造时有损耗，一般取K=105％～110％

S、h——锻件的外形尺寸，即底面积、高度

H——圆钢的高度（长度），为避免锻造时墩弯，或出现细腰、夹层等现象，H应小于2.5D一般取H=1.5D

把D=112mm，带入公式D=

，可求的H=60mm,即毛坯下料尺寸为Φ120mm×80mm

查（金属工艺学）表5.4

4、零件的结构分析

（1）分析零件图，确定主要加工表面

如下图所示，该零件加工表面主要有外圆柱面、内孔以及端面。

外圆主要有：

φ107.15

，要求表面粗糙度为Ra0.4；内孔表面有Φ15.315、6-Φ6.25的刃口，尺寸精度要求较高且表面粗糙度要求为Ra0.8；Φ17.5、6-Φ8.5的落料孔，4×M8的螺纹孔，还有上、下表面及φ107.15

外圆，且端面粗糙度要求为Ra0.8，有较高的位置精度要求，上下端面与Φ15.315内孔中心轴线同轴度不大于0.02。

其中主要加工表面为Φ15.315、6-Φ6.25的刃口，上下端面，及φ107.15

圆柱面和φ112

圆柱面。

（2）加工表面的尺寸精度和形状精度

①刃口的尺寸Φ15.315

，6-Φ6.25

精度等级为IT7级。

②落料孔尺寸为Φ17.5、6-Φ8.5精度等级为IT12级。

③螺纹孔尺寸为4×M8精度等级为IT12级。

④没有另行规定其几何形状精度，一般限制在尺寸公差范围内。

（3）主要加工表面的相互位置精度

零件的φ107.15

外圆与φ112

外圆的同轴度允许的误差值为不大于0.02

（4）加工表面粗糙度及其它方面的表面质量要求

①Φ15.315

、6-Φ6.25

刃口、上表面和下表面以及R1.5的倒圆角的粗糙度值均为Ra0.8

②外轮廓表面的粗糙度值为Ra0.4

③其余的加工表面的粗糙度值均为Ra6.3

（5）热处理要求及其它要求

在模具加工工艺中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响到模具的力学性能及切削加工的难易程度。

一般在模具加工中有两类热处理工序。

①毛坯热处理

为了消除铸造、锻造和粗加工造成的残余应力，改善凹模材料内部的金相组织和切削加工性能，通常在凹模毛坯加工前安排预先热处理。

该零件在毛坯为模锻件，在锻造以后安排正火热处理，消除毛坯制造过程中产生的内应力，降低硬度，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。

②零件热处理

加工该零件，为得到较高的刃口硬度，提高其强度、韧性和耐磨性，增加其的承载能力和耐磨性，需要进行最终的淬火的热处理。

热处理后硬度应达到58~62HRC.

5、零件机械加工工艺规程设计

（1）定位基准的选择

A、粗基准的选择的五大原则：

①选择不加工的表面原则

②选择加工余量最小表面原则

③选择重要表面原则

④选择毛坯表面平整、没有浇口、冒口或飞边和表面较大的表面原则

⑤在同以尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次的原则。

B、精基准的选择的四大原则：

①基准重合原则

②基准统一原则

③互为基准原则

④自为基准原则

通过对粗、精基准原则的认识，和对零件图的分析。

落料凹模的粗基准与精基准的选择如下:

a、粗基准：

圆钢的外圆柱面。

在同一尺寸方向上，粗基准通常只允许使用一次的原则。

b、精基准：

下表面。

遵循了基准重合的原则。

（2）零件表面加工方法的选择

零件加工方法选择应考虑的主要问题有：

①尽量采用经济精度方案进行加工。

②首先考虑主要表面的加工方案。

加工方案与被加工方案相适应。

③加工方案与生产类型相适应。

④与生产条件相适应。

⑤考虑到为保证Φ15.315的刃口和6-Φ6.25的刃口之间的位置得到保证，选择先做夹具再加工。

零件各表面加工方法的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外还要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求来决定。

该零件经锻造成型，参考表12-6外圆柱面加工方法[3]、表12-7孔的加工方法[3]得各表面加工方法选择如下：

a、外圆表面、上、下表面

粗车——半精车——粗磨——精磨

b、Φ15.315的刃口，Φ17.5的落料孔、6-Φ6.25的刃口、6-Φ8.5的落料孔

钻孔——磨削

c、4×M8的螺纹孔

钳工钻孔——攻丝

（3）制订加工工艺路线

加工阶段的划分

该零件的加工质量在尺寸和表面粗糙度上都有较高的要求，为保证加工质量的需要和合理的使用机床设备所以把凹模的加工阶段主要划分为三个阶段：

粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段。

①粗加工阶段

切除毛坯外圆柱面上的大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件的图纸要求，为半精加工时提供精基准，留好足够的加工余量为后续加工创造有利条件。

②半精加工阶段

消除粗加工留下的误差，使工件达到一定的精度，并保证留有一定的加工余量，为其精加工作准备。

同时完成次要表面的加工，钻孔。

③精加工阶段

通过精加工阶段的加工使齿轮各尺寸和加工表面达到图纸规定的技术要求。

热处理工序的安排

机械零件中常用的热处理工序有退火、正火、调质、时效、渗氮等。

热处理工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。

a、预备热处理

为了改善工件材料切削性能和消除毛坯内应力，通常在粗加工之前安排退火、正火、调质和时效处理等，一般安排在粗加工之前。

该零件毛坯为模锻件，在机械粗加工加工之前，安排退火处理，以消除锻造应力，降低硬度，改善切削性能，便于加工。

b、最终热处理

最终热处理的目的是提高金属材料的力学性能，如提高零件的硬度、耐磨性等。

最终热处理一般安排在粗加工、半精加工之后，精加工前后。

变形大的热处理，如淬火、调质等，应安排在精加工前进行，以便精加工时纠正热处理的变形。

结合零件技术要求，在加工4×M8的螺纹孔后，应对刃口进行渗碳处理再进行淬火的处理，提高刃口硬度，提高其耐磨性，以及达到加工质量要求。

机械加工顺序的安排

在安排机械加工工序时，应根据加工阶段的划分、基准的选择和被加工表面的主次来决定，一般应遵循四个原则：

①先基准后其他

首先加工用作精基准的表面，再以加工出的精基准作为定为基准加工其他表面。

在加工零件时，先车好端面，保证总长，然后钻通孔，加工Φ15.315的刃口，Φ17.5的落料孔，保证精车时定位进行零件的其他加工。

②先粗后精

各表面的加工顺序，按加工阶段，从粗到精进行安排。

先粗加工，到半精加工，最后到精加工。

③先主后次

先加工主要表面，再加工次要表面。

主要加工表面为外外圆柱面φ107.15

和Φ112

，Φ15.315的刃口，6-Φ6.25的刃口，

4×M8的螺纹孔为次要表面，因此先加工外轮廓，再加工Φ17.5的落料孔，、6-Φ8.5的落料孔、下表面，后加工4×M8的螺纹孔。

④先面后孔

对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。

此外，外圆柱面的加工顺序应先加工大直径外圆，再加工小直径外圆，避免先加工小直径外圆降低工件的刚度。

加工工艺路线的安排

1、下料

2、锻造

3、热处理：

正火

4、车削：

车削外圆轮廓

5、磨削：

粗磨下表面作为基准

6、钳工：

钻削6-Φ6.25的刃口、6-Φ8.5的落料孔，Φ15.315的刃口，Φ17.5的落料孔

7、划线钻4×M8底孔、攻4×M8的螺纹

8、热处理：

淬火

9、钳工：

磨6-Φ6.25的刃口、6-Φ8.5的落料孔、Φ15.315的刃口、Φ17.5的落料孔，零件的外轮廓

10、钳工：

修整

11、检验：

检验合格，入库

（4）选择加工设备与工艺装备

机床的选择

机床种类及规格的选择

正确选择机床设备是一件很重要的工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。

选择机床应考虑以下几个因素：

1机床的尺寸规格要与被加工工件的外廓尺寸想适应，应避免盲目加大机床规格。

2机床加工精度应与被加工工件的加工精度想适应。

3机床的生产率应与被加工工件的生产类型想适应。

4机床选择应考虑工厂（车间）的现有设备条件。

a、上表面和下表面的粗糙度要求较高,可以在普通车床（CA6140）上进行加工后,再在平面磨床上进行磨削加工才能达到要求，外圆表面要用外圆磨床或者手摇磨床上磨削才能达到要求。

b、Φ17.5、6-Φ8.5的落料孔的粗糙度用钳工钻孔孔加工就能达到要求。

c、Φ15.315、6-Φ6.25的刃口粗糙度要求较高，需要铰削或者磨削加工才能达到要求。

d、4×M8的螺纹孔表面粗糙度在普通立式钻床上进行加工就能达到要求。

参照表4-1（卧式车床的型号与主要技术参数）

夹具的选择

a、普通车床上采用通用的三爪进行装夹，既经济又方便装卸。

b、磨床可以采用磨床电磁装夹定位，好掌握高度尺寸，也方便装卸，提高质量和效率。

刀具的选择

硬质合金外圆车刀YT15车外轮廓、麻花钻钻6-Φ6.25的刃口、6-Φ8.5的落料孔、Φ15.315的刃口，Φ17.5的落料孔，4×M8螺纹的底孔，M8丝攻螺牙。

砂轮磨削各端面、轮廓表面和Φ15.315、6-Φ6.25的刃口。

量具的选择

钢尺（测量毛坯用）、游标卡尺、塞规。

（5）切削用量的选择

切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。

合理选择切削用量，对提高切削速度，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量等都有重要意义。

合理选择切削用量必须满足的基本要求：

a、保证安全，不导致发生人身事故或设备事故；

b、保证加工质量；

c、在满足上述两要求的前提下，为充分发挥机床的潜力和刀具的切削性能，应尽量选用较大的切削用量；

d、不允许超过机床的最大功率。

粗车时的切削用量

粗车时应考虑提高生产率和保证合理的刀具耐用度，应首先选用较大背吃刀量，然后再选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度选择切削速度。

a、背吃刀量

背吃刀量根据加工余量和工艺系统刚度来选择。

粗加工时，在保留半精车余量（1～3mm）和精车余量（0.1～0.5mm）后，一次走刀应尽可能的切除全部余量。

当加工余量太大，机床功率不足，刀具强度不够，加工余量不均匀以及断续切削时需要分多次走刀加工。

b、进给量

粗加工时，对表面质量没有太大要求时，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。

机床进给机构的强度、刀具刀杆的强度和刚度、刀具材料的强度和工件的装夹刚度等也将限制进给量的大小。

半精车、精车时切削余量的选择

半精车和精车必须保证进给精度和表面质量，同时还应兼顾必要的刀具耐用度和生产效率。

a、背吃刀量

半精车和精车时的背吃刀量是根据加工精度和表面粗糙度要求由粗后留下的余量确定的。

b、进给量

半精车和精车时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。

c、切削速度

为了抑制积屑瘤的产生，提高工件表面质量，用硬质合金车刀精车时，采用较高切削速度（80～100m/min）。

在选择切削速度时还应考虑：

粗加工时，背吃刀量和进给量均较大，故选择较低的切削速度；精加工时，背吃刀量和进给量均较小，则选择较高的切削速度。

零件各加工工序的切削用量：

（1）车外圆轮廓选用硬质合金车刀。

粗车时，主轴转速为800ｒ／ｍｉｎ，背吃刀量为3mm,进给量为0.3ｍｍ/r，切削速度为80ｍ/min；精车时，主轴转速1000ｒ／ｍｉｎ，背吃刀量为0.5mm，进给量为0.1ｍｍ/r，切削速度为100m/min。

（查《机械制造技术基础课程设计指导教程》5-30硬质合金车刀的车削用量。

）

（2）坐标镗床钻6-Φ6.25的刃口、6-Φ8.5的落料孔选用麻花钻头的钻削速度为50m/min,进给量为0.8mm/r,背吃刀量为5mm。

（查《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-30。

）

（3）钻孔的主轴转速为600r/min，进给量为0.5ｍｍ/ｒ，背吃刀量为6mm，切削速度为30m/min。

（4）坐标磨床磨6-Φ6.25的刃口，磨削速度为50m/min,进给量为0.1mm/r,背吃刀量为0.01mm。

（查《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-30。

）

（查《金属机械加工工艺人员手册》表10-167）

三、填写机械加工工艺文件

柳州铁道职业

技术学院

机械加工工艺过程卡

产品型号

零件图号

０１

产品名称

零件名称

凸凹模

共6页

第１页

材料牌号

Cr12MoV

毛坯种类

棒料

毛坯外形尺寸

Φ120×80mm

每毛坯可制件数

１

每台件数

１

备注

工序号

工序

名称

工序内容

车间

工段

设备

工艺装备

工时

准终

单件

下料

锯圆钢Φ120mm×80mm

锯床

钢尺

锻造

将圆钢锻成Φ115mm×80mm

锻床

钢尺

热处理

正火

热处理炉

洛氏硬度尺

车削

（１）平端面，粗车、半精车外圆轮廓，留0.5mm的磨削余量

普通车床

三爪卡盘、顶针、游标卡尺、硬质合金车刀

（２）切断、保留长度为59mm，

普通车床

三爪卡盘、顶针、游标卡尺、切断刀

钳工

（1）使用夹具钻6×Φ6.25、Φ15.315的刃口底孔均留0.15的精加工余量

立式钻床

塞规，φ6.1麻花钻，φ15.2麻花钻，台虎钳

（2）钻削6-Φ8.5的落料孔、Φ17.5的落料孔

立式钻床

Φ8.5钻头，Φ17.5钻头，台虎钳

（2）铰孔6×Φ6.25至Φ6.2、铰削Φ15.315至Φ15.3

塞规，φ6.2铰刀，φ15.3铰刀，台虎钳

（3）划线钻4×M8底孔深20mm，攻M8螺纹深16mm

立式钻床

塞规，φ6.8麻花钻，M8丝锥，钻床，虎钳

热处理

淬火，硬度达HRC58～HRC62

热处理炉

硬度计

磨削

（1）磨两端面面达尺寸要求

平面磨床

千分尺、磨床夹具

（2）磨轮廓面达尺寸要求

万能磨床

千分尺、磨床夹具

（3）研磨6×Φ6.25、Φ15.315刃口达设计要求

塞规平口钳

钳工

研磨、修整各加工表面

检验

检验合格，入库

设计（日期）

审核（日期）

标准化（日期）

会签（日期）

校对（日期）

标记

处数

更改文件号

签字

日期

标记

更改文件号

签字

日期

柳州铁道职业

技术学院

机械加工工序卡

产品型号

零件图号

产品名称

零件名称

凸凹模

共6页

第2页

车间

工序号

工序名称

材料牌号

车削

Cr12MoV

毛坯种类

毛坯外形尺寸

每毛坯件数

每台件数

棒料

１

设备名称

设备型号

设备编号

同时加工件数

普通车床

CA6140

１

夹具编号

夹具名称

切削液

三爪卡盘

工位器具编号

工位器具名称

工序工时

准终

单件

工步号

工步内容

工艺装备

主轴

转速

（r/min）

切削

速度

（m/min）

进给

量

（mm/r）

切雪

深度

（mm）

进给次数

工步工时

机动

辅助

平端面

三爪卡盘、游标卡尺、硬质合金车刀

800

0.3

粗车外圆轮廓

三爪卡盘、游标卡尺、硬质合金车刀

800

0.3

半精车外圆轮廓

三爪卡盘、游标卡尺、硬质合金车刀

1000

0.15

1.5

精车外圆轮廓

三爪卡盘、游标卡尺、硬质合金车刀

1200

0.1

0.25

设计（日期）

审核（日期）

标准化（日期）

会签（日期）

校对（日期）

标记

处数

更改文件号

签字

日期

标记

更改文件号

签字

日期

柳州铁道职业

技术学院

机械加工工序卡

产品型号

零件图号

产品名称

零件名称

凸凹模

共页

第页

车间

工序号

工序名称

材料牌号

钻孔

Cr12MoV

毛坯种类

毛坯外形尺寸

每毛坯件数

每台件数

Φ115mm×80mm

设备名称

设备型号

设备编号

同时加工件数

钻床

夹具编号

夹具名称

切削液

平口虎钳

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