设计凹模的机械加工工艺规程设计设计说明书

毕业设计说明书

设计题目:设计凹模的机械加工工艺规程设计

设计者:

指导教师:

厦门华天学院机电系

年月日

题目: 设计凹模的机械加工工艺规程设计

内容： 1、零件图（二维，三维） 1张

2、图 1张

3、工艺过程卡片 1份

4、工序卡片 1份

5、毕业设计说明书 1份

班级：

学生：

指导教师：

教研室主任：

年月日

摘要

机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本课题研究凹模加工工艺规程。首先通过对零件图的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工方法。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。

机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。

本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，在进行具体设计。

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关键词产品设计，凹模，加工工艺，夹具

ABSTRACT

He machine-finishing craft realizes the product design, guaranteed the product quality, saves the energy, reduces the consumption the important method. After this topic studies the lathe the bracket processing technological process. First through to the detail drawing analysis, understood the work piece the structural style, has been clear about the concrete specification, thus to work piece each composition surface choice appropriate processing method. Again drafts the more reasonable technological process, fully manifests the quality, the productivity and the efficient unification .

Engine bed jig design is in a craft equipment design important constituent, in the entire machine-finishing process, the jig except clamps, fixes is processed outside the components, but also requests guarantee processing components position precision, enhancement processing productivity .

This topic in the middle of the design process, penetrates the production reality, conducts the investigation and study, absorbs the domestic and foreign advanced technologies, formulates the reasonable design proposal, is carrying on the concrete design .

Keywords shift the product design，latter bracket ，processing craft

目录

摘要 (3)

ABSTRACT (4)

序言 (6)

1. 零件的分析 (10)

1.1 零件的作用和特点 (10)

1.2 零件的工艺分析 (10)

工艺规程设计 (12)

2.1 确定毛坯的制造形式 (12)

2.2 基准的选择 (12)

2.2.1 粗基准的选择 (13)

2.2.2 精基准的选择 (13)

2.3 制订工艺路线 (14)

2.3.1工艺路线方案一 (14)

2.3.2 工艺路线方案二 (15)

2.3.3 工艺方案的比较与分析 (15)

2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (15)

2.4.1 机械加工余量计算 (16)

2.5 确定切削用量及基本工时 (19)

致谢 (24)

参考文献 (25)

第1章序言

在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，所带来的效果是明显的，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已经很广泛的采用。它在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。注塑模具与其它机械行业想比，有以下三个特点：第一，模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。模具制造不可能形成批量生产，即模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性越小。因此，模具的制造成本较高。第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊定订制的模具来说，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对企业来说要求培养“全能工人”，使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。综上所述，模具制造存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善。

注塑模具的特点：a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行，而不是在模具内进行，因而模具不设加料腔，而设浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔。浇注系统对注塑模来说至关重要。b)塑料熔体进入型腔之前，模具已经闭合。在注塑过程中需根据塑料特性，在模具中设加热或冷却系统。c)注塑模生产适应性强，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑简单制品，也可注塑复杂制品，生产率高，容易实现自动化。

d)注塑模一般是机动的，结构一般较复杂，因而制造周期较长，成本较高。注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的，它的特点使得它的用处越来越宽，涉及的范围也大了。

模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主(约占整个模具周期的l/3)，不仅效率低，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。国外在模具生产中，计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术已得到十分成功的应用。三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的，它大幅度的缩短了模具的生产周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。

模具工业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视，发达国家有“模具工业是进入富裕社会的源动力”之说，可见其受重视之程度。当今“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所接受。

近年来，中国的模具工业一直以年均 13％左右的增长速度快速发展。据预测，中国模具行业在“十五”期间的增长速度将达到13％～15 ％。中国每年进口模具约占市场总量的20％左右，已超过10亿美元，其中塑料模具占全部进口模具的50%以上。虽然目前中国塑料模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与发达工业国家相比仍有较大的差距。专家认为,制造理念陈旧是其发展滞后的直接原因。加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，减少对进口模具的依赖，是塑料模具工业发展的方向。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。

随着塑料产品在家电、电子、机械等产品和日常用品中的越来越广泛应用，大型塑料件的不断开发，快速更新换代与提高质量的要求，对塑料模具的设计和

制造的要求也越来越高。传统的手工设计与制造方式早已满足不了生产发展的需要。计算机辅助设计

/计算机辅助工程技术的发展正适应了这种客观实际的要求。越来越多的国家采用CAD/CAM/CAE技术来设计制造模具其中用得较多的就是 Pro/ENGINEER，现已发展成为3D CAD/CAM 系统的标准软件。

因此，本文将向大家介绍模具设计与模具设计软件(Pro/ENGINEER)的一些基本情况，并用Pro /ENGINEER设计一套单分型面注塑模，作出此模具的拆分动画,让大家多了解模具设计软件为模具设计行业所带来的新生机。

毕业设计是我们在学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计时对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、发现问题、解决问题的能力，为自己今后参加祖国的现代化建设出一份力。

通过不断的学习，加之此次毕业设计，使我认识到模具发展的广阔前景：由于模具技术的迅速发展，对社会的快速发展有着积极重要的意义，模具设计与制造成为一个行业，越来越引起人们的重视。

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。当然模具的种类在不断的增多，模具的材料要求在不断的提高，所以说我国模具工业的前景是非常乐观的。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，还望各位老师多多给予指教。

机械设计制造及其夹具设计是对我们完成大学四年的学习内容后进行的总体的系统的复习，融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合。在毕业前进行的一次模拟训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。

机械加工工业规程是指导生产的重要的技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。

夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。

这次毕业设计，难免会有许多的问题，恳请各位指导教师给予帮助，希望通过这次设计能锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为以后参加工作打下良好的基础。

第2章零件的分析

2.1 零件的作用和特点

题目所给出的是凹模零件。它的主要作用是可想而知的，它是一套模具的主心骨，是必不可少的零件之一。它是产品的出产之地，固在设计中和加工时对凹模的要求都是特别的高，尤其是对它的精度要求更是特别的高。而本凹模是采用45#这种钢材的。由于45#的相对硬度比较高，故我们在设计过程中要考虑进给量的选择。

由图可知，该零件为规则的部件，其主要技术特点如下：

1.方料出厂需要消除应力、并作正火处理

2.各面的粗糙度达到需要的要求

3孔需精加工、研配

4.面配刮10～13点/25 25

2.2 零件的工艺分析

凹模这个零件从图示上可以看出它一共有两个加工表面，而且这两个加工表面又有一定的位置要求。现将这两个加工表面分析如下：

1）从图上的上表面也就是背面为一个加工表面。其中主要是加工型腔。而这型腔是成几何中心对称的，排布在背面的。故，我们在选择加工基准时是选择与设计基准重合的。由图可以看出加工表面，成中心对称分布。因此我们在设计选择刀路的时候可以从这一位置考虑。

2）以图上的下表面也就是零件的正面为另一个加工表面。从欲加工正表面的图上可以明显的看出该加工表面可以分几个步骤来完成。同样正面的规划布置也是按几何对称的，加工基准一样选择和设计基准一致。由于是同一个模板，所以我们在选择正面加工刀路设计的时候一样可以来考虑下手。

由以上的分析可知，对于这两个加工表面而言，我们可以先选择加工背面，然后再加工正面，这样有利于在加工时的工件装夹，并且又可以保证它们之间的位置精度要求。

第3章工艺规程设计

3.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为45#，由于零件的整体外形不大,我们可以直接从市场上买差不多的毛坯材料，因为锻件可以使金属纤维尽量不被切断，又可以保证零件的可靠性，同时可以保证加工精度也提高生产率，缩短模具制造时间，降低生产成本。

3.2 基准的选择

基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准的选择是否正确合理直接影响了加工质量、生产率等方面。因此，合理正确的选择定位基准不仅可以使加工质量得到保证也可以提高生产率，否则不但加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件的报废，使生产无法正常进行也增加了生产成本延长了制造时间。

根据定位基面表面状态，定位基准又可分为粗基准和精基准。精基准和粗基准的选择原则是不同的。因此，定位基准的选择有以下的一些选择原则：

3.2.1 粗基准的选择

粗基准的选择，主要考虑如何保证加工表面与不加工表面之间的位置和尺寸要求，保证加工表面的加工余量均匀和足够，以及减少装夹次数等。具体原则有以下几方面：

1）．如果零件上有一个不需加工的表面，在该表面能够被利用的情况下，应尽量选择该表面作粗基准。

2）．如果零件上有几个不需要加工的表面，应选择其中与加工表面有较高位置精度要求的不加工表面作第一次装夹的粗基准。

3）．如果零件上所有表面都需机械加工，则应选择加工余量最小的毛坯表面作粗基准。

4）．同一尺寸方向上，粗基准只能用一次。

5）．粗基准要选择平整、面积大的表面。

3.2.2 精基准的选择

选择精基准时，主要应考虑如何保证加工表面之间的位置精度、尺寸精度和装夹方便，其主要原则是：

1）．基准重合原则即选设计基准作本道加工工序的定位基准，也就是说应尽量使定位基准与设计基准相重合。这样可避免因基准不重合而引起的定位误差。

2）．基准统一原则在零件加工的整个工艺过程中或者有关的某几道工序中尽可能采用同一个（或一组）定位基准来定位，称为基准统一原则。

3）．互为基准原则若两表面间的相互位置精度要求很高，而表面自身的尺寸和形状精度又很高时，可以采用互为基准、反复加工的方法。

4）．自为基准原则如果只要求从加工表面上均匀地去掉一层很薄的余量时，可采用以加工表面本身作定位基准。

5）.便于装夹原则所选择的精基准，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定位准确、可靠。同时还应使夹紧机构简单、操作方便。

基于以上这些原则，我们就可以对本零件的定位基准进行合理正确的选择。由于零件凹模分为正背面两面加工，而且两面加工都是粗加工和精加工可以安排在同一个定位基准上，故有：

a) 背面定位基准的选择

对于凹模这样的模具零件来说，选择好定位基准是至关重要的。根据定位基准的选择原则来选，我们便可以明显的从加工零件图上发现该零件的设计基准与加工基准可以重合使用，这样即保证设计上的位置精度也方便加工的设计和工件在加工时的装夹。

b) 正面定位基准的选择

对于正面加工基准的选择，我们还是根据正面加工零件图上的设计基准来作为加工基准，这样的选择另一个原因是由于型腔的位置安排是成中心对称分布的，这样就简化了设计中的难度和降低了加工中的麻烦程度。

3.3 制订工艺路线

制订工艺路线的出发点是应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到保证。在生产条件允许下，可以考虑采用高速机配以电磁板作为装夹夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此以外，我们还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

3.3.1工艺路线方案一

工序Ⅰ. 毛坯130x130x20。

工序Ⅱ. 正火处理。

工序Ⅲ. 粗，精铣方体6个面，留余量0.3。

工序Ⅳ. 精磨方体6个面，磨至图示零件图尺寸。

工序Ⅴ. 钻，扩孔，铰孔2- 10。

工序Ⅵ. 钻，攻丝4-M10。

工序Ⅶ. 线切割内孔。

工序Ⅷ. 钳工去毛刺。

工序Ⅸ. 检查入库。

3.3.2 工艺路线方案二

工序Ⅰ.毛坯130x130x20。

工序Ⅱ. 正火处理。

工序Ⅲ. 钻，扩孔，铰孔2- 10。

工序Ⅳ. 钻，攻丝4-M10。

工序Ⅴ. 粗，精铣方体6个面，留余量0.3。

工序Ⅵ. 精磨方体6个面，磨至图示零件图尺寸。

工序Ⅶ. 线切割内孔。

工序Ⅷ. 钳工去毛刺。

工序Ⅸ. 检查入库。

3.3.3 工艺方案的比较与分析

上述两种工艺方案的特点在于: 方案一是在背面加工上把所有的倒角都集中在同一道工序上,先加工面，在加工孔；而方案二则是先加工孔在加工面,这样相比较起来方案一有利于缩短加工时间和加工精度,而对刀具的磨损则相对起来会比较厉害,而方案二则增加了换刀和对刀等时间和降低了精度,但它对刀具的保护较好。因此，我们不难从加工图上发现，此工件的加工量都不大，每把刀的工作时间不会很长，磨损也不会很厉害，从经济效果方面来选择的话由于方案一加工时间较短则生产率便高，生产成本便相对较低而方案二则相对较长。因此我们选择方案一。从加工精度，位置精度等技术要求上来选择的话：方案一比较能保证精度要求。故我们还是选择方案一。

3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

凹模零件材料为45#。外形尺寸是20MM×130MM×130MM.

为了使机械产品结构紧凑，凹模的材料大多采用高强度的精选45钢、40Cr 钢等,并经调质处理以改善切削性能和提高抗冲击能力,硬度要求45钢为HB217～293, 40Cr钢为HB223～280。也有采用球墨铸铁的。近年来，由于粉末冶金技术的发展，特别是粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使得机械加工余量在为减少，这样不公提高了机械加工的生产率，也使原材料利用率增加。国此，采用粉末冶金的凹模是很有发展前途的。但在性能能够保证和成本分析的情况下，此凹模的材料采用45钢。

机械加工中毛坯的种类很多，如铸件、锻件、型材等。根据生产批量、凹模的结构、凹模的技术条件等可确定，零件承受重载荷、冲击载荷或交变载荷时，其毛坯宜用锻件，锻造方法有自由锻、模锻与胎模锻和精密锻造等几种。由于模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小、可锻制较复杂的锻件，所以此零件选用模锻。

3.4.1 机械加工余量计算

1)工序余量计算公式（公式要按顺序排列，而且序号前面要和这章大题内容一致。从2-1标起

设某加工表面上道工序（工步）的尺寸为a，本道工序（工步）的尺寸b，则本道工序（工步）的基本余量Zb可表示成：

对于被包容表面:

(5-2)

对于包容表面

(5-3)

2）大余量、最小余量、平均余量、余量公差

余量作为尺寸，也有基本尺寸，上、下偏差和公差，即有基本余量（余量基本尺寸），最大余量、最小余量和余量公差（余量变动量）。其计算公式为：

基本余量： 式（5－2）、（5－3)

最大余量 ： （5-4）

最小余量 ： （5-5

）

平均余量： （5-6）

余量公差： （5-7）

式中 Z max ,Z min -- 最大，最小余量；

Z m -- 平均余量；

T z -- 余量公差；

a max ,a min -- 前工序最大，最小极限尺寸；

b max ,b min -- 本工序最大，最小极限尺寸； a m -- 前工序平均尺寸； b m -- 本工序平均尺寸； T a -- 前工序尺寸公差； T b -- 本工序尺寸公差。

3）加工总余量与工序（工步）余量

加工总余量即毛坯余量，是指毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也就是某加工

表面上切除的金属层总厚度。工步（工序）余量是指相邻两工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金属层厚度。显然有

（5-1)

式中 Z S -- 某表面加工总余量；

n -- 该表面的机械加工工序（工步）数；

Z i -- 该表面第i 个工序（工步）加工余量。

4

）最小余量计算公式

（平面加工时）

(轴、孔加工时）

（5-8） 5）确定加工余量的方法

a) 分析计算法

在影响因素清楚﹑统计分析资料齐全的情况下，可以采用分析计算法，用

（5-8）式计算出工序余量。计算时应根据所采用的加工方法的特点，将计算式合理简化。

b) 查表法

查表法是根据《机械加工工艺手册》提供的资料查出各表面的总余量以及不

同加工方法的工序余量，方便迅速，使用广泛。

需要注意的是：

（1）目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余

量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差。

（2）各种手册提供的数据不一定与具体加工情况完全相符，余量值大多偏

大，须根据工厂的具体情况加以修正。

（3）各种铸、锻件的总余量已由有关国家标准给出，并由热加工工艺人员

在图上标定。对于圆棒料毛坯，在选用标准直径的同时，总余量也就确定。因此，用查表法确定加工余量时，粗加工工序余量一般应由总余量减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和而求得。

c) 经验法

经验法是由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定余量。这种方法

大都用于单件小批生产。

由于上述资料及加工工艺分别对个加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛

坯尺寸确定如下：（加工余量的计算以及尺寸精度等要具体一点，详细见给你的范本上面的计算）

查参考文献[1]表2—10表2—12可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工

余量，应先确定如下各项因素：

a

公差等级

由凹模的功用和技术要求，确定凹模零件的公差等级为普通级。

b 锻件重量

已知45钢的密度为7.8g/cm 3，经Pro/E 对凹模零件进行三维建模，并执

行质量属性分析可知，凹模的质量约为2.0Kg.进一步推算毛坯的质量约为3.1Kg 。

c 锻件形状复杂系数

对凹模零件图进行分析，凹模零件的总长334mm ，总宽101mm ，总高53mm 。

由此可以大致估算锻件外廓包容体的总长约为340mm ，总宽约为107mm ，总

高约为64mm,由公式2—3和2—5可计算出凹模锻件的形状复杂系数

S ＝M t /M N ＝3/(lbh ρ)＝3kg/(340mm ×107mm ×64mm ×7.8×106 kg/

mm 3)≈3/18.16≈0.165

由于0.165介于0.16和0.32之间，所以该凹模的形状复杂系数属S 3级。

d 锻件材质系数

由于凹模的材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，所

以该锻件的材质系数属M 1级。

e 锻件分模线形状

根据凹模零件的形位特点，选择零件高度方向的对称平面为分模面，

属平直分模线。

f 零件表面粗糙度

有零件图可知，凹模的各加工表面的粗糙度Ra 均大于等于1.6μm

。

图(2－1)