消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

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任務書 畢業(yè)設(shè)計題目 消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設(shè)計技術(shù)要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁） 一、原始資料 1．沖壓模工作原理圖及裝配圖資料； 2．計算機，繪圖機； 3. 設(shè)計室。 二、設(shè)計目標與任務 對所提供的零件進行結(jié)構(gòu)分析，在充分分析該件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定沖壓工藝并進行模具設(shè)計，完成模具主要零件的設(shè)計與計算；選擇沖壓設(shè)備及工具；用電腦繪制一張模具總裝圖及五張主要零件圖。 三、基本要求及成果形式 1．寫出開題報告； 2. 文獻翻譯不少于3000字，與材料成型相關(guān)； 3. 文獻綜述不少于3000字，參考文獻不少于12篇，其中外文不少于兩篇； 4. 繪制零號裝配圖一張及主要非標零件的零件圖五張，畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書一份,字數(shù)不少于8000字。 四、時間安排 1----2周 考察調(diào)研，工廠調(diào)研，完成開題報告； 3----4周 完成文獻綜述，文獻翻譯，擬定設(shè)計初步方案； 5----9周 完成畢業(yè)設(shè)計論文初稿及模具工作原理圖； 10---11周 繪制模具結(jié)構(gòu)原理圖，完成畢業(yè)論文； 12周 做好答辯前的所有準備工作，準備畢業(yè)答辯； 工作任務與工作量要求：原則上查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于3000字；畢業(yè)論文或設(shè)計說明書不少于8000字（同時提交有關(guān)圖紙和附件）。 提交相關(guān)圖紙、實驗報告、調(diào)研報告、譯文等其它形式的成果。畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請查閱《黃河科技學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）指導手冊》。 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間： 20xx 年 2 月 13 日至 20xx 年 5月 15 日 計 劃 答 辯 時 間： 20xx 年 5 月 19日 專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 單位代碼 學 號 分 類 號 密 級 XX大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計 院（系）名稱 工學院機械系 專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程 學 生 姓 名 指 導 教 師 20xx年 05 月 10 日 開題報告表 課題名稱 消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計 課題來源 教師擬訂 課題類型 AX 指導教師 學生姓名 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學 號 一、選題背景與資料的準備 進入21 世紀以來,在經(jīng)濟全球化的新形勢下,隨著資本、技術(shù)和勞動力市場的重新整合,我國將成為世界裝備制業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中,無論哪一行業(yè)的工程裝備,都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。 運用大學期間學習的知識，簡要的了解本次課程設(shè)計的任務和要求，對圖形進行分析。以教科書為基礎(chǔ)，其中包括，模具制造技術(shù)、沖壓成型工藝與模具設(shè)計、冷沖壓成型工藝、畢業(yè)設(shè)計指導書等。系統(tǒng)地對專業(yè)知識綜合整理，同時查閱相關(guān)的文獻資料如：異形墊圈落料沖孔復合模具設(shè)計，沖壓手冊，沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計要領(lǐng)與范例等十幾種文獻資料，其中包括外文資料！ 二、設(shè)計的目的與任務 對所提供的零件進行結(jié)構(gòu)分析，在充分分析該件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定沖壓工藝并進行模具設(shè)計，完成模具主要零件的設(shè)計與計算；選擇沖壓設(shè)備及工具；用電腦繪制一張模具總裝圖及五張主要零件圖。 三、設(shè)計的思路與預期成果 1．寫出開題報告； 2. 文獻翻譯不少于3000字，與材料成型相關(guān)； 3. 文獻綜述不少于3000字，參考文獻不少于12篇，其中外文不少于兩篇； 4. 繪制零號裝配圖一張及主要非標零件的零件圖五張，畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書一份,字數(shù)不少于8000字。 四、任務完成的階段內(nèi)容及時間安排 1周—— 2周 收集設(shè)計資料并完成開題報告； 3周—— 4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述； 5周—— 7周 進行總體設(shè)計和部分零部件的選擇與設(shè)計； 8周——11周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫畢業(yè)設(shè)計說明書； 12周 修改整理，準備答辯。 五、完成設(shè)計所具備的條件因素 針對此次模具設(shè)計工作量大，工作難度大特點，擬采用計算機輔助設(shè)計AUTOCAD等相關(guān)軟件來完成模具設(shè)計，從而節(jié)省時間和精力。收集相關(guān)文獻，期刊等資料加以輔助設(shè)計。針對自身理論不足，將更多地向指導老師請教學習。 充分利用學校和老師提供的有限資源，運用所學的知識對本次設(shè)計進行分析，查閱有關(guān)文獻資料。在老師的指導下，同學的交流中，自己的努力一定能夠順利完成本次課程設(shè)計！ 指導教師簽名： 日期： 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：（1）A—工程設(shè)計（藝術(shù)設(shè)計）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報告 （2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。 消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計 摘 要 本設(shè)計分析消音器前蓋沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu), 論述了級進模的設(shè)計過程, 同時還介紹了模具關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、彈簧、擋料銷、導正銷等。模架采用標準模架，選用了合適的沖壓設(shè)備。設(shè)計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算, 實踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,生產(chǎn)的零件符合要求。 關(guān)鍵詞：級進模，浮頂裝置，沖孔，拉伸，翻孔，落料 The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design Abstract This project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement. Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut 單位代碼 學 號 分 類 號 密 級 XX大學 畢業(yè)設(shè)計 文獻綜述 院（系）名稱 工學院機械系 專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程 學 生 姓 名 指 導 教 師 20xx年03月10日 沖壓成形特點以及發(fā)展趨勢 摘 要 本文論述了冷沖壓件成形的相關(guān)理論、變形機理和工藝設(shè)計步驟及沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化的基本原則。介紹其成型原理、成形工藝及其結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化過程和沖壓成型的特點以及沖壓成型所用材料，以及冷沖壓成形的現(xiàn)狀，以使沖壓成形工藝的加工方法得到推廣、應用和優(yōu)化。 關(guān)鍵詞：沖壓，成型，優(yōu)化。 0 前言 沖壓技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)及民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80%～85%；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約占75%～80%；在輕工業(yè)產(chǎn)品中，沖壓件約占90%以上。此外，在航空及航天工業(yè)中，沖壓件也占有很大的比例。其材料利用率高，可加工薄壁、形狀復雜的零件，形狀和尺寸精度方面的互換性好，生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化，在工農(nóng)業(yè)中應用十分廣泛。由于薄壁零件特別是復雜的薄壁零件不適于用傳統(tǒng)的成形加工方法，因此需要采用冷沖壓加工工藝。[1] 設(shè)計開題前，在指導老師的解說下，我對沖壓件的成形方法及沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化等有了初步的了解。沖壓成型加工具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好等優(yōu)點，在各種板材、帶材的成形加工中，具有明顯的綜合經(jīng)濟效益。 在此期間我也查了一些資料使我對滾壓成型的原理以及特點有了初步了解。為此次畢業(yè)設(shè)計的開始作了充分的準備 1 沖壓成形的特點與基本規(guī)律 沖壓成形是塑性加工的一種方法。雖然它也是利用材料的塑性變形能力，改變其幾何形狀與尺寸，從而達到?jīng)_壓成形的目的，但是，由于沖壓成形所用板料毛坯的幾何特點和所用設(shè)備與模具的特殊性，使沖壓成形除具有塑性加工普遍存在的特點和遵循其一般的變形規(guī)律外，它還具有一些與一般的壓力加工不同的特點與獨特的規(guī)律。[2] 1.1 沖壓成形的特點 在生產(chǎn)實踐中應用的沖壓成形工藝方法很多，有多種形式和名稱，但它們在本質(zhì)上是相同的，都是使平面形狀的板料毛坯，在力的作用下，按既定的要求產(chǎn)生不可恢復的塑性變形，從而完成一定形狀與精度零件的制造工藝。從利用原材料的塑性進行加工這個原則看，它和其他所有的塑性加工方法是一樣的，但是，由于沖壓成形中的毛坯是厚度遠小于板平面尺寸的板料以及由此決定的外力作用的方式與大小等原因，致使沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點。[3] (1) 數(shù)值不大的垂直與板面方向的單位壓力，即可引起在板面方向上數(shù)值足以使板材產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)應力。 (2) 在沒有抗失穩(wěn)裝置拘束作用的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地進行沖壓成形過程。 (3) 在沖壓成形時，板料毛坯里的內(nèi)應力數(shù)值接近或等于材料的屈服應力，有時甚至小于板料的屈服應力。 (4) 在沖壓成形時，模具對板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度較輕。 由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學方面的特點，致使沖壓技術(shù)也形成了自己的一些與一般塑性加工不同的特點。 (1) 由于不需要在板料毛坯的表面作用數(shù)值很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強度與剛度的研究并不十分重要，相反的卻發(fā)展了許多簡易模具技術(shù)。 (2) 因沖壓成形時的平面應力狀態(tài)或更為單純的應變狀態(tài)，當前對沖壓成形中毛坯的變形與力能參數(shù)方面的研究較為深入，有條件運用合理的科學方法進行沖壓加工。 (3) 人們在對沖壓成形過程有了較為深入的了解后，已經(jīng)認識到?jīng)_壓成形與原材料有十分密切的關(guān)系。 1.2沖壓成形中毛坯的分析 在沖壓成形過程中，為使板料毛坯改變起原始形狀成為零件，必須在毛坯各部分之間形成一定的受力與變形關(guān)系。每一種沖壓成形方法都要求毛坯各部分之間存在一定的力與變形的關(guān)系。這是能夠順利地完成沖壓成形的基本保證，所以對毛坯進行受力與變形方面的分析是十分必要的。[4][12][13] 在沖壓成形過程中各個區(qū)（部分）之間是在相互轉(zhuǎn)化而不斷變化的，例如待變形區(qū)內(nèi)的板料不斷地進行變形區(qū)，而變形區(qū)的金屬又可能不斷地進入已變形去并承擔起傳力的作用等。 對變形區(qū)與不變形區(qū)的判斷，當然可以直觀地根據(jù)該部分毛坯是否在改變起形狀來決定。不過，有時候變形區(qū)的形狀與尺寸并不發(fā)生變化（如再次拉深時的變形區(qū)），所以最根本的判斷方法是：如果毛坯內(nèi)某個部分內(nèi)任意兩點的距離不產(chǎn)生變化，也就是它們之間不產(chǎn)生相對的位移，即使該部分產(chǎn)生總體的位移，或做等角速度的轉(zhuǎn)動，這部分也不一定不是變形區(qū)，而是非變形區(qū)。[5] 1.3??沖壓變形的分類 在沖壓加工的技術(shù)工作與生產(chǎn)管理工作中，根據(jù)各自不同的需要與目的，按不同的標準出現(xiàn)了許多分類方法。 從本質(zhì)上看，沖壓成形就是沖壓毛坯的變形區(qū)，在力的作用下產(chǎn)生相應的塑性變形，所以變形區(qū)內(nèi)的應力狀態(tài)和變形性質(zhì)應該是決定成形性質(zhì)的基本因素。因此，根據(jù)變形區(qū)應力狀態(tài)和變相特點進行的沖壓成形分類方法，可以把成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個類型并進行體系化的研究。 2 沖壓加工與傳統(tǒng)加工方法的比較 2.1板料沖壓加工的優(yōu)點 (1) 材料利用率高。 (2) 可加工薄壁、形狀復雜的零件。 (3) 沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性好。 (4) 能獲得質(zhì)量輕而強度高、剛性好的零件。 (5) 生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化。 沖壓生產(chǎn)設(shè)備由剪床和沖床。剪床是用來將板料剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。[6][14] 2.2傳統(tǒng)板料加工的缺點 (1) 材料利用率低。 (2) 不能加工形狀復雜的零件，成形的零件質(zhì)量差。 (3) 生產(chǎn)效率低，全部是人工操作。  3 冷沖壓加工的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3.1 沖壓技術(shù)的歷史與應用現(xiàn)狀 在20世紀50年代，沖壓技術(shù)還處于主要依靠從實踐中總結(jié)出來的沖壓工藝方法和工藝參數(shù)，能夠制造出具有典型特征與規(guī)則形狀的沖壓件。但是對所應用的沖壓成形方法的變形機理和沖壓成形的規(guī)律并不十分了解，缺少必要的理論基礎(chǔ)知識作為實際工作的指導。因此，當沖壓生產(chǎn)中遇到與變形機理有關(guān)較為復雜的問題時，就會感到束手無策，無從著手，致使問題長時間得不到解決。到20世紀末，沖壓技術(shù)有了很大的進步，人們已經(jīng)對常用的各種工藝方法的成形機理有了基本的了解，也總結(jié)出一些可以作為沖壓成形理論內(nèi)容的沖壓變形規(guī)律，可以在對沖壓成形機理深入了解的基礎(chǔ)上，開發(fā)更為先進的沖壓工藝方法和改進沖壓工藝過程。 隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展，沖壓技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)和民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。在國防工業(yè)中，特別是飛機的制造中，沖壓成形以成為必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。在民用工業(yè)中，在電子產(chǎn)品中沖壓件約占80%~85%；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中沖壓件約占75%~80%；在輕工業(yè)產(chǎn)品中，沖壓件約占90%以上。[7][15] 3.2沖壓工藝的研究 隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，眾多融合了計算機圖形學、有限元技術(shù)和塑性成形理論的模擬軟件開始出現(xiàn)，例如DYNAFORM, PAM-STAMP. LS-DYNA3D, AUTOFORM,OPTRIS, ABAQUS/EXPLICIT等，得到了許多工業(yè)部的重視和應用。美國的GM,Ford, Chrysler,德國的大眾、奔馳，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)等大型汽車制造公司，己開始應用這類軟件指導板料成形件的開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。數(shù)值分析技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢在薄板沖壓成形領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。美國、日本等世界一流的科學研究中心采用有限元數(shù)值模擬和網(wǎng)格技術(shù)對零件、模具、沖壓工藝和材料性能之間的相互適應性進行了三維動態(tài)仿真分析，涉及領(lǐng)域之廣泛、研究成果之顯著，引人矚目。我國在板料成形數(shù)值模擬方面起步較晚，較發(fā)達國家(美、日等)晚了十幾年。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在板料成形數(shù)值模擬方面已經(jīng)取得了很大進展，但主要集中在部分高校里，華中理工大學針對不完全對稱盒形件的成形特點，開發(fā)了有限變形彈塑性薄膜有限元程序?qū)ζ溥M行分析研究。吉林工業(yè)大學采用更新的Lagrange法以及有限元變形虛功率增量型原理的彈塑性大變形有限元法，研究了金屬板料成形的塑性流動規(guī)律以及成形過程中發(fā)生的起皺、裂紋等現(xiàn)象，首次提出了多點成形時非連續(xù)接觸邊界約束的處理方法，建立了基于Mindlin殼理論三維金屬板料成形過程分析的有限元模型，編制了用于板料多點成形分析的有限元專用軟件，成功分析了多點成形時的金屬流動規(guī)律。[8]哈爾濱工業(yè)大學采用剛粘塑性本構(gòu)關(guān)系，開發(fā)了粘塑性板殼成形有限元分析程序，并對方盒件的成形過程進行了分析；:對板料粘性介質(zhì)脹形過程中的應變速率變化也進行了模擬研究。北京航空航天大學對板料成形過程中的接觸摩擦和懸空區(qū)起皺進行數(shù)值模擬。上海鐵道學院的李堯臣用有限元法模擬了金屬板材的沖壓成形過程，分析了金屬板材在沖壓過程中的屈曲現(xiàn)象，建立了增量形式的變分原理，跟蹤了板料起皺的發(fā)展、折疊、衰減的全過程。上海交通大學對板料成形的回彈進行了較為系統(tǒng)的研究，提出在板料回彈模擬中采用修正的拉格朗日法較為合適。[11] 板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的一個突出成就是實現(xiàn)了汽車覆蓋件的成形模擬，通過對板料成形過程進行高精度數(shù)值模擬，可以觀察沖壓速度、模具間隙、摩擦因素等對成形性能的影響。在汽車覆蓋件模擬方面，F(xiàn)ord公司的S.C.Tang作了長期的卓有成效的研究，早在1980年就用小變形有限元程序分析了當汽車車身零件成形中采用曲面壓料面時，壓邊圈夾緊階段工件的變形。C.Q.Du等還對轎車頂弧(roofbow)、后加強板(rail reinforcement)、輪轂(disk wheel)成形時的回彈題進行了模擬研究，日本的板料成形研究協(xié)會更是開發(fā)了模擬軟件ROBST，該軟件與MitsubishiCAD/CAM系統(tǒng)連接后設(shè)計出來的覆蓋件模具，已初步在生產(chǎn)實際中得到驗證。Mazda Motor用PAM-STAMP分析了邊框外覆蓋件。我國對復雜汽車覆蓋件成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)也進行了探索，林忠欽等運用有限元軟件AUTOFORM和LSDYNA3D對SANTANA2000的外側(cè)板的成形過程進行了模擬，包向軍等運用LS-DYNA3D，在綜合考慮了毛坯尺寸、壓邊力、拉延筋的布置等因素的情況下，實現(xiàn)了汽車內(nèi)門板的優(yōu)化設(shè)計。[9] 3.3沖壓技術(shù)存在的問題 (1) 理論研究還不完善，尚需進一步加強理論工作； (2) 沖壓件的工藝制定之后，還需要進行試驗，并根據(jù)試驗的結(jié)果修正工藝規(guī)程，這一點在復雜沖壓件成形過程中尤為突出，占用了生產(chǎn)時間的很大一部分； (3) 沖壓模擬仿真在我國的應用率還有待提高。[10] 4 結(jié)束語 由于具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品重量輕，可沖壓出形狀復雜的零件等優(yōu)點，因此，在汽車、航空航天等領(lǐng)域應用越來越廣。同時在輕工業(yè)，軍工等行業(yè)所占的比例也有增長的趨勢。 但同是我們也應看到，我國在沖壓領(lǐng)域與發(fā)達國家還有很大的距離，我們必須以更大的步伐更快的速度占領(lǐng)這個領(lǐng)域。 參考文獻 [1] 李堯.金屬塑性成形原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004. 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中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，形成了華東和華南兩大基地，并且逐漸擴大到其他省份。(山東,安徽,四川) 1996 年～2002 年，模具制造業(yè)產(chǎn)值年平均增長 14%，2003 年增長 25%。2003 年我國模具產(chǎn)值為 450 億人 民幣?？偖a(chǎn)量位居世界第 3，出口模具 3.368 億美元，比上年增長 33.5%。但是，我國技術(shù)含量低的模具已 供過于求，精密、復雜的高檔模具很大部分依靠進口。每年進口模具超過 10 億美元。出口超過 1 億美元精 密模具精度要求在 2～3μ m,大型模具需要滿足 8000kN 合模力注塑機的要求;小型模具需滿足直徑 1mm 塑料管的要求。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢，在國外一些模具生產(chǎn)廠家，高 速機床大面積取代電火花機床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率。機床企業(yè)瞄準模具生產(chǎn)企業(yè)，有的加 工中心生產(chǎn)廠機床的 60%以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國外的模具制造 企業(yè)已經(jīng)普遍采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大趨勢，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 采用高速切削替代電火花生產(chǎn)模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長。 2．高速加工在模具制造中的應用 2．1 高速切削的優(yōu)點： 1）刀具的高轉(zhuǎn)速和機床的高進給以及高加速度，大大提高金屬切除率； 2) 高速切削減小切削力； 3）高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少； 4）高速切削減少振動，提高加工質(zhì)量； 2．2 高速加工應用于模具加工的效益 1）快速粗加工和半精加工，提高加工效率； 2) 高速高精度精加工硬切削代替光整加工， 表明質(zhì)量高， 形狀精度提高， EDM 加工提高效率 50%， 比 減少手工修磨； 3）硬切削加工最后成型表面， 提高表面質(zhì)量、 形狀精度， (不僅是表面粗糙度低， 而且表面光亮度高)， 用于復雜表面的加工更具優(yōu)勢； 4）避免 EDM 加工產(chǎn)生的表面損傷，提高模具壽命 20%； 5) 結(jié)合 CAD/CAM 技術(shù)快速加工電極，特別是形狀復雜、薄壁類電極。 3． 采用高速切削加工模具需要解決的問題 在國內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段。 還存在機床、刀具、 工藝以及其他方面的一些問題需要逐步解決。 缺點是加工成本高，對刀具的使用有較高的要求，不能使用 過大的刀具，要有復雜的計算機編程技術(shù)做支持，設(shè)備運行成本高。 二、 加工模具的高速加工機床 模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機床,模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機床等。許多機床企 業(yè)瞄準模具生產(chǎn)，有的加工中心生產(chǎn)廠機床的 60%以上賣給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有 50 億元的6固定資產(chǎn)投入，其中 80%是購買模具加工設(shè)備，也就是說每年有 40 億元人民幣要購買金切機床。目前我國 數(shù)控機床的平均利用率大約 20%，高速機床的利用率 3～5%。模具企業(yè)也有相當?shù)膯挝毁徺I高速機床，從 6000～40000rmp 的都有。 1．高速機床的技術(shù)參數(shù)要求 加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機床一般要達到 15000～ 20000rmp。通常主軸轉(zhuǎn)速在 10000rpm 以下的機床可以進行粗加工和半精加工，達不到精加工的精度；無法 達到 400m/min 以上的切削速度。 2． 五軸機床的應用增加趨勢 1）加工路線靈活，表面形狀復雜； 2)加工范圍大，適合多種類型模具加工； 3)切削條件好，減少刀具磨損，提高刀具壽命； 3. 購買 CAD/CAM 軟件和高速機床配套 據(jù)統(tǒng)計，每年有幾十億美元用于進口機床，大部分電加工機床和高速機床需要進口。 三、高速切削模具的刀具技術(shù) 高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì) 合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼 (PCBN)刀片,其硬度可達 3500～4500HV。聚晶金剛石(PCD)其硬度可達 6000～10000HV。近年來德國 SCS、 日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀 具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具,還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具 異軍突起,在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工 上的瓶頸問題不再會出現(xiàn)在刀具上。 但是，進口刀具的昂貴價格也阻礙高速切削模具的重要因素。 一般來說,刀具以及刀夾的加速度達到 3g 以上，刀具的徑向跳動要小于 0.015mm，而刀的長度不能大于 4 倍的刀具直徑。根據(jù) SANDVIK 公司的實際統(tǒng)計，在使用碳氮化鈦(TICN)涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀 (58HRC)進行高速銑削時,粗加工刀具線速度約為 100m/min,而精加工和超精加工時,其線速度超過了 280m/min。這樣對刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性(高溫狀態(tài)下保持切削性能))、刀具的形狀(包括排屑 性能、表面精度、動平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。根據(jù)國內(nèi)模具高速精加工的經(jīng)驗，采用小直 徑球頭銑刀進行模具精加工時，線速度超過了 400～800m/min。選擇足夠高速度的機床硬切削模具精加工。 Delcam 采用 0.8mm 直徑的刀具加工窄槽，轉(zhuǎn)速 40000rpm，0.1mm 深度，進給速度 30m/min。. 1． 選擇刀具參數(shù)，如負前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能 力強； 2. 采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。 3． 采用高速刀柄，目前應用最多的是 HSK 刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體動平衡； 4． 當前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)做了很多工作，面向加工的刀具服務會幫助解 決很多問題，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)。 四、 提高高速切削模具效率的工藝技術(shù) 1． 刀具直徑和長度的選擇 2． HSM 和 EDM 的選擇 3． 干切削和潤滑冷卻 4． 進給選擇：通常進給量< 銑刀直徑 10%，進給寬度< 銑刀直徑 40%。 根據(jù)材料情況合理選擇加工工藝參數(shù) 國外高速銑削加工零件材料質(zhì)量較，材料質(zhì)量標準相同,加工性能比較穩(wěn)定；而國外公司生產(chǎn)的刀具也 是以他們的材料標準做試驗；推薦的加工參數(shù)一般比較適合他們的標準，如果使用他們的刀具，與國內(nèi)的 零件材質(zhì)有一定的區(qū)別,在高速銑削時,這種差別表現(xiàn)得較為明顯，有些參數(shù)可以直接應用，但有些效果就比 較差。而國內(nèi)企業(yè)一般選用零件材質(zhì)有一定的標準,所使用的零件材料，特別是能用高速加工的零件材質(zhì)，一般會局限在某些零件材料范圍內(nèi),這對我們應用高速加工技術(shù)也提供了有利的條件，會在較少的加工材料 范圍內(nèi)應用。這里要強調(diào)的是，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)，并且納 入企業(yè)標準。選用國產(chǎn)刀具,很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的,有必要做試驗,取得比較滿意的參數(shù),最好選 用固定的刀具生產(chǎn)廠家,減少試驗的次數(shù),形成加工技術(shù)標準,這樣可以提高設(shè)備有效利用率,降低生產(chǎn)成本,可 以取得較好的經(jīng)濟效益。 五、 高速切削的加工刀具路徑和編程 1） 平面進給路徑選擇 2） 輪廓加工路徑選擇 3） 保持切削載荷平穩(wěn) 4） 保持相對平穩(wěn)的進給量和進給速度 5） 在平面切削中保持園拐角 6） 合理選擇精加工余量 HSC 精加工對 CAM 的編程要求：1）盡量避免拐角的銑削運動；2）盡量避免工件外的進刀與退刀運 動，直接從輪廓進入下一個深度?；蛘卟捎寐菪€或斜向進給切入； 3）恒定每刃進給，提高質(zhì)量，延長刀具壽命；4）輪廓加工保持在水平面上等。高速切削 CAM 軟件： Delcam 公司幾年前就開始了高速切削加工編程技術(shù)的研究，開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；最近， MasterCAM 公司也開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；國內(nèi)北航海爾也在開發(fā)高速切削自動編程軟件模 塊； 六、 高速機床數(shù)控系統(tǒng)的特點 1） 高速數(shù)據(jù)處理 2） 拐角預測處理 3） NURBS 非有理樣條插補曲線加工 高速切削模具的安全問題 ： 1)刀具磨損和破壞的監(jiān)測； 2) 刀片連接的強度； 3) 和普通機床加工不同，安全防護和開機前對機床和刀具的嚴格檢查非常重要。 七、 目前我國在采用高速加工模具技術(shù)中存在的問題 1． 機床 1） 國產(chǎn)高速機床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求。包括電主軸的功率和轉(zhuǎn)速，進 口機床價格高； 2） 機床的高速下動態(tài)特性研究還不夠，因而影響整機的性能； 3） 五軸機床還不夠成熟，進口機床價格太高； 4） 配套技術(shù)和設(shè)備還不完全。 2． 刀具： 1） 國產(chǎn)刀具還不能夠適應高速切削的應用，特別是高速硬切削光整加工。進口刀具價格高。刀具技 術(shù)是影響高速切削加工模具的一個重要因素。 2） 配套技術(shù)還不夠，包括刀柄、成套在線動平衡等。 3． 高速模具加工工藝技術(shù)及實驗 1） 由于高速加工模具的歷史比較短，缺乏應用經(jīng)驗積累； 2） 對高速切削工藝研究比較少，投入不夠，立項比較困難； 3） 缺少高速切削數(shù)據(jù)庫或手冊，目前還是空白； 4） 模具生產(chǎn)廠家對高速切削的認識不夠，缺乏長期效益的分析對比； 4． 缺乏高速切削自動編程軟件； 5． 缺乏五軸聯(lián)動高速切削自動編程 CAM 軟件。 結(jié)束語 模具市場對高速加工有強烈需求，但是技術(shù)跟不上。起步晚，基礎(chǔ)較差，整體技術(shù)水平不高，發(fā)展緩 慢。需要各個方面協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)學研結(jié)合，加大投入，綜合利用各個方面力量推動高速切削在模具制造中 的應用。我們希望，通過各方面的努力，在市場需求的推動下，通過技術(shù)進步，像汽車、機床、家電一樣， 在不遠的將來，我國不但要成為模具生產(chǎn)大國，而且要成為模具生產(chǎn)強國。 參考文獻 1、 金滌塵，宋放之.現(xiàn)代模具制造技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社，2001. 2、 許鶴峰，數(shù)字化模具制造技術(shù)，北京：化學工業(yè)出版社，2001. 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