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模具设计手册doc
1目录
摘要
随着我国经济的飞速发展,使得汽车大量进入普通家庭,进入了普及状态。
因而带来汽车行业的空前膨胀,由此带来了轮毂行业的又一次飞跃。
而采用挤压铸造代替压力铸造生产铝合金车轮,不仅克服了压铸件内部容易形成气孔和氧化夹杂的缺陷,而且提高了成品率及材料利用率。
在这其中也使得热压注模具在设计、加工等各项技术快速更新。
关键词:
成品; 设计; 加工; 刀具; 热处理
第一章常用磨具的模具分类及特点
1.1前言
轮毂是车轮的重要组成部份,而车轮又是车辆承载的重要安全部件。
除受垂直力外,还受因车辆起动、制动时扭矩的作用,行驶过程中转弯、冲击等来自多方向的不规则受力。
作为高速旋转的车轮,还影响车辆的平稳性、操纵性等性能。
因而,要求轮毂尺寸精度高、不平衡度小、质量轻、高耐疲劳性、足够的刚度和弹性、大方美观等。
过去较长期以来,钢制车轮占主导地位。
随着技术进步,对车辆安全、环保、节能的要求日趋严格,汽车的各项性能也不断提高。
铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性好等特点,正逐步代替钢车轮就成为最佳选择。
据测算世界汽车铝合金车轮装车率在40%左右,且覆盖了所有车型。
而做为轮毂产品生产加工的一个重要组成部份模具的设计、制造。
假如模具设计与加工不合理、精度不够那么将直接导致产品不合格,无法通过各项实验。
1.2采用模具分类及优缺点
采用的模具分为重力模、低压模。
其中重力模结构简单,生产周期短,成本较低;;但是由它生产的铸件气密性较差,容易泄气;而低压模生产的铸件气密性好,不过缺点是结构相对复杂,生产周期长,成本较高,
因为本设计产品为真空轮毂,所以选用低压模。
第二章选用模具材料
2.1材料选择原则
模具材料的选用是否适宜,对模具的寿命、精度、加工性、价值等有很大的影响。
故必须选用合适的模具材料。
选用模具材料时选用一般依照下列原则:
1)容易取得;
2)机械加工性良好;
3)表面加工性良好;
4)强度、韧性和耐磨性大;
5)无针孔和沉淀杂质等内部缺陷;
6)可焊接性;
7)热处理容易、热变形少;
8)耐热性好、热膨胀系数低。
2.2常用模具材料、特性及用途
(1)常用模具材料
中国:
4Cr5MoSiV1、45#、QT450~600
美国:
H13、1045
英国:
BH13
ISO:
40CrMoV5
(2)材料特性和用途
4Cr5MoSiV1是含Cr5%的中合金热作模具钢的代表性钢号。
钒碳化物的分散性好;具有二次硬化效应,抗回火性能较好,在高温(600℃左右)仍能保持较高的硬度和强度;淬透性好,可空冷硬化。
抗热疲劳和抗铝液熔损性好;耐磨性好;有良好的渗氮工艺性能
45#属于优质碳素结构钢,使用范围非常广泛。
用于制造机器的运动零件,如轴、曲柄销、传动轴、活塞杆、连杆等。
各种要求性不高的板件。
4Cr5MoSiV1:
型腔复杂、承受冲击载荷较大的锤锻模,锻造压力机整体模具或镶块,以及热挤压模、热切边模、压涛模,也用于高耐磨塑料模具。
目前是国内应用最广泛的热作模具钢,已成为铝合金、镁合金压涛模成形零件的常用材料。
45#:
属于优质碳素结构钢,使用范围非常广泛。
用于制造机器的运动零件,如轴、曲柄销、传动轴、活塞杆、连杆等。
各种要求性不高的板件。
QT450~600:
属球墨铸铁,石墨呈球状,对基体割裂作用小。
力学性能相对其它类型铸铁要优良。
耐磨性比较好。
有很好的热处理效果。
用于制作强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件。
2.3化学成分分析
C
Si
Mn
Cr
Mo
V
P
S
4Cr5MoSiV1
0.32~
0.42
0.80~
1.20
0.20~
0.50
4.75~
5.50
1.10~
1.75
0.80~1.20
≤
0.03
≤
0.03
45#
0.42~
0.50
0.17~
0.37
0.50~
0.80
0.25
综合一般用途及化学成分选择使用4Cr5MoSiV1。
第三章下模设计及加工
3.1绘制组立图
根据铸件图纸,打开成品图将其放大1.006倍(吕水缩水率),放入低压模具组立图标准图中,两侧单边放量2mm的加工余量。
按照冷却需要设计降温风管位置及数量,将成品线像外围放25mm,作为模具的厚度,尽量简化曲线。
然后将设计需要的下模从组立图中拆出。
首先沿成品线及所连接部分拆出,将掏料线删除。
将拆出图中的多余及长出的线进行删除及修剪。
绘出与下模窗口处配合的台阶,将蓝色线更换为白色。
增加与下模板连接的螺栓孔及中间与下模芯连接螺栓孔及降温的风管孔。
3.2加工
3.2.1材料大小的选择及一次开粗
通过工件的总高、直径,留出一定加工余量选择直径700MM,高为200MM的棒料。
后先由普通车床进行正面开粗以及背面加工(因背面精度要求不高,节约生产成本)如图3-5所示白色轮廓线)。
图3-1
3.2.2数控车床程序编写(在此仅以如图图3-1红圈区开粗及精加工部份为例)
<1>将该零件2D图进行整理取其1/2转换成dxf格式导入marstcam8.1中将其以底与中心线相交处移动至零点并旋转-90°。
<2>将加工区域内凹槽部分用直线连齐,再将其与不加工区域断开。
<3>选择toolpaths→rough→点选之前修剪的加工线段,(注意加工方向)→点选完后选择endhere→done确定
<4>选择刀具为左手R0.3车刀,设置进给、吃刀量、退刀量、连续切削、安全距离、进刀方向、退刀方向等参数确定。
<5>步骤如<3>,<4>分别选取两处凹槽。
<6>点击operations→backplot察看刀具行走轨迹是否正确。
<7>正确后选择post→点选saveNCfile与Edit可选框→OK。
生成程序如下
%
O0000(Q2)
G21
G28U0.W0.
G50X292.54Z300.
T0202
G97S211M3
G0X180.625Z300.M8
G50S3600
G96S120
X145.05
Z116.5
G99G1Z114.5F.25
Z85.337
X140.8
G2X139.244Z85.015R1.1
G1X137.244Z84.015
X136.844
Z86.015
G0Z116.5
X152.856
G1Z114.5F.25
Z85.337
X144.65
Z87.337
G0Z116.5
X160.662
G1Z114.5F.25
Z85.337
X152.456
Z87.337
G0Z116.5
X168.467
G1Z114.5F.25
Z85.337
X160.262
Z87.337
G0Z116.5
X176.273
G1Z114.5F.25
Z85.337
X169.513
X168.067
Z87.337
G0Z116.5
X184.079
G1Z114.5F.25
Z85.337
X175.873
Z87.337
G0Z116.5
X191.885
G1Z114.5F.25
Z85.337
X183.679
Z87.337
G0Z116.5
X199.69
G1Z114.5F.25
Z85.337
X191.485
Z87.337
G0Z116.5
X207.496
G1Z114.5F.25
Z94.723
X203.512Z85.337
X199.29
Z87.337
G0Z116.5
X215.302
G1Z114.5F.25
Z110.201
G2X213.712Z109.366R1.1
G1X207.096Z93.78
Z95.78
G0Z116.5
X223.108
G1Z114.5F.25
Z110.237
X215.864
G2X214.902Z110.127R1.1
G1Z112.127
G0Z116.5
X230.913
G1Z114.5F.25
Z110.237
X222.708
Z112.237
G0Z116.5
X238.719
G1Z114.5F.25
Z110.237
X230.513
Z112.237
G0Z116.5
X246.525
G1Z114.5F.25
Z110.237
X238.319
Z112.237
G0Z116.5
X254.331
G1Z114.5F.25
Z110.237
X246.125
Z112.237
G0Z116.5
X262.137
G1Z114.5F.25
Z110.237
X253.931
Z112.237
G0Z116.5
X269.942
G1Z114.5F.25
Z110.237
X261.737
Z112.237
G0Z116.5
X277.748
G1Z114.5F.25
Z110.237
X269.542
Z112.237
G0Z116.5
X285.554
G1Z114.5F.25
Z110.237
X277.348
Z112.237
G0Z116.5
X293.36
G1Z114.5F.25
Z110.237
X285.154
Z112.237
G0Z116.5
X301.165
G1Z114.5F.25
Z110.237
X292.96
Z112.237
G0Z116.5
X308.971
G1Z114.5F.25
Z110.237
X300.765
Z112.237
G0Z116.5
X316.777
G1Z114.5F.25
Z110.237
X308.571
Z112.237
G0Z116.5
X324.583
G1Z114.5F.25
Z110.237
X316.377
Z112.237
G0Z116.5
X332.388
G1Z114.5F.25
Z110.237
X324.183
Z112.237
G0Z116.5
X340.194
G1Z114.5F.25
Z110.237
X331.988
Z112.237
G0Z178.5
X348.
G1Z176.5F.25
Z110.237
X339.794
Z112.237
G0Z178.5
X355.806
G1Z176.5F.25
Z110.237
X347.6
Z112.237
G0Z178.5
X363.611
G1Z176.5F.25
Z111.803
G3X358.345Z110.237R43.9
G1X355.406
Z112.237
G0Z178.5
X371.417
G1Z176.5F.25
Z114.626
G3X363.211Z111.675R43.9
G1Z113.675
G0Z178.5
X379.223
G1Z176.5F.25
Z118.2
G3X371.017Z114.465R43.9
G1Z116.465
G0Z178.5
X387.029
G1Z176.5F.25
Z122.834
G3X378.823Z117.995R43.9
G1Z119.995
G0Z178.5
X394.834
G1Z176.5F.25
Z129.27
G3X386.629Z122.562R43.9
G1Z124.562
G0Z178.5
X402.64
G1Z176.5F.25
Z139.214
X398.639Z133.716
G3X394.434Z128.87R43.9
G1Z130.87
G0Z178.5
X410.446
G1Z176.5F.25
Z149.937
X402.24Z138.664
Z140.664
G0Z178.5
X418.252
G1Z176.5F.25
Z160.66
X410.046Z149.387
Z151.387
G0Z178.5
X426.057
G1Z176.5F.25
Z168.61
G2X422.041Z165.865R6.1
G1X417.852Z160.11
Z162.11
G0Z178.5
X433.863
G1Z176.5F.25
Z169.878
X433.505
G2X425.657Z168.449R6.1
G1Z170.449
G0Z178.172
X441.669
G1Z176.172F.25
Z169.878
X433.505
X433.463
Z171.878
G0Z300.
X449.323
M9
G28U0.W0.M5
T0200
G28U0.W0.
G50X274.482Z300.
T0404
G97S98M3
G0X388.994Z300.M8
G50S3600
G96S120
X356.387
Z112.462
G99G1Z110.462F.25
G3X350.024Z108.795R41.7F.1
G1X219.732F.25
G3X219.067Z109.381R17.974
G1Z111.581
G0Z110.995
X350.862
G1Z108.995F.25
G3X348.425Z108.429R41.7F.1
X343.19Z107.328R70.456
G1X221.673F.25
G3X219.498Z108.995R17.974
G1Z110.995
G0Z109.528
X344.186
G1Z107.528F.25
G3X335.091Z105.861R70.456F.1
G1X224.076F.25
G3X221.384Z107.528R17.974
G1Z109.528
G0Z108.061
X336.292
G1Z106.061F.25
G3X324.858Z104.394R70.456F.1
G1X227.082F.25
G3X223.717Z106.061R17.974
G1Z108.061
G0Z106.594
X326.443
G1Z104.594F.25
G3X313.961Z103.278R70.456F.1
X309.563Z102.927R272.366
G1X230.964F.25
G3X226.629Z104.594R17.974
G1Z106.594
G0Z105.127
X312.095
G1Z103.127F.25
G3X287.829Z101.46R272.366F.1
G1X236.424F.25
G3X230.366Z103.127R17.974
G1Z105.127
G0Z103.66
X291.226
G1Z101.66F.25
G3X252.402Z100.014R272.366F.1
X250.649Z99.992R17.974
X235.529Z101.66R17.974F.25
G1Z103.66
G0Z300.
X239.746
M9
G28U0.W0.M5
G50X184.411Z300.
T0404
G97S183M3
G0X208.625Z300.M8
G50S3600
G96S120
X199.592
Z90.269
G99G1Z88.269F.25
X197.93Z84.354F.1
X172.613F.25
G2X167.913Z85.337R3.3
G1X139.2
Z85.537
Z87.537
G0Z86.554
X198.015
G1Z84.554F.25
X197.307Z82.884F.1
X174.291F.25
X174.288Z82.891
G2X172.182Z84.554R3.3
G1Z86.554
G0Z85.084
X197.392
G1Z83.084F.25
X196.683Z81.415F.1
X175.079F.25
X174.288Z82.891
G2X174.172Z83.084R3.3
G1Z85.084
G0Z83.615
X196.768
G1Z81.615F.25
X196.059Z79.946F.1
X175.866F.25
X174.972Z81.615
Z83.615
G0Z82.146
X196.144
G1Z80.146F.25
X195.435Z78.476F.1
X176.654F.25
X175.759Z80.146
Z82.146
G0Z80.676
X195.52
G1Z78.676F.25
X194.812Z77.007F.1
X177.441F.25
X176.547Z78.676
Z80.676
G0Z79.207
X194.896
G1Z77.207F.25
X194.188Z75.537F.1
X178.229F.25
X177.334Z77.207
Z79.207
G0Z77.737
X194.273
G1Z75.737F.25
X193.564Z74.068F.1
X184.374F.25
G2X178.754Z74.961R6.206
G3X178.533Z74.969R142.179
G1X178.121Z75.737
Z77.737
G0Z76.268
X193.649
G1Z74.268F.25
X192.94Z72.599F.1
X187.68F.25
G2X183.668Z74.268R6.206
G1Z76.268
G0Z74.799
X193.025
G1Z72.799F.25
X192.317Z71.129F.1
G3X189.353Z71.176R297.314F.25
G2X187.352Z72.799R6.206
G1Z74.799
G0Z300.
X175.816
M9
G28U0.W0.M5
T0400
G50X301.921Z300.
T0404
G97S82M3
G0X464.089Z300.M8
G50S3600
G96S120
X447.669
Z171.578
G99G1Z169.578F.25
X431.905
G2X416.87Z164.314R8.
G1X393.468Z132.166
G3X348.668Z108.155R42.
X314.058Z102.982R70.756
X252.432Z99.714R272.666
X219.395Z108.493R18.274
G2X208.395Z107.56R3.
G1X199.141Z85.761
X192.8Z70.822
G3X188.942Z70.882R297.614
G2X178.713Z74.662R5.906
G3X178.065Z74.685R142.479
G1X173.708Z82.813
G2X167.913Z85.037R3.
G1X133.2
Z87.037
G0Z300.
X160.93
M9
G28U0.W0.M5
T0400
M30
%
图3-2
3.3数控车床加工
上数控车床进行正面开粗及半精加工后,如图4-3白色轮廓线。
图3-3
3.4下模3D制做
<1>将下模2D图整理将多余尺寸删除并将正面图以中心点移动至原点;将侧面图以底与中心线交点移动至原点并进行3D旋转90º使起变为XZ面图,将其转为DXF格式文件。
(以上在AutoCAD中完成)
<2>进入UG新建零件导入DXF文件,选取侧面图轮廓线以zc为轴旋转一个30º的实体。
<3>将开发出来的产品3D导入至UG中,并将其以x轴旋转180º。
将其与刚才所旋实体做布尔运算求差。
<4>选择窗口处侧面将其生成为面,向上沿长。
以此面修减实体中多余部份。
<5>在侧面图中将铆钉位旋转出实体并与先前实体做布尔求和运算。
<6>将修减好的实体进行镜像,并环形阵列出其余5个位。
(如图3-4)
图3-4
3.5刀具的选择
目前,许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能(UG便具有此功能),这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题,如,刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等,编程人员只要设置了有关的参数,就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。
因此,数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的,这与普通机床加工形成鲜明的对比,同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则,在编程时充分考虑数控加工的特点,能够正确选择刀刃具及切削用量。
3.5.1数控加工常用刀具的种类及特点
数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。
刀柄要联接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。
数控刀具的分类
根据刀具结构可分为:
整体式;镶嵌式,采用焊接或机夹式联接,机夹式又可分为不转位和可转位;特殊型式,如复合式刀具、减震式刀具等。
根据制造刀具所用的材料可分为:
高速钢刀具;硬质合金刀具;金刚石刀具;其它材料刀具,如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。
从切削工艺上可分为:
车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;镗削刀具;铣削刀具等。
为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求,近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30%~40%,金属切除量占总数的80%~90%。
数控刀具的特点
数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点:
刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;互换性好,便于快速换刀;寿命高,切削性能稳定、可靠;刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;系列化、标准化,以利于编程和刀具管理。
3.5.2数控加工刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是:
安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
生产中,平面零件周边轮廓的加工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选硬质合金刀片铣刀;加工凸台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面(模具)加工时,由于球头刀具的端部切削速度为零,因此,为保证加工精度,切削行距一般采用顶端密距,故球头常用于曲面的精加工。
而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀,因此,只要在保证不过切的前提下,无论是曲面的粗加工还是精加工,都应优先选择平头刀。
另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上,各种刀具分别装在刀库上,按程序规定随时进行选刀和换刀动作。
因此必须采用标准刀柄,以便使钻、镗、扩
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