畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）發(fā)動(dòng)機(jī)活塞內(nèi)模的CAD,CAM設(shè)計(jì)

1、目 錄 1.引言31.1課題研究的意義31.2課題研究的內(nèi)容和需要解決的問題31.3模具技術(shù)的發(fā)展41.4模具cad/cam技術(shù)的優(yōu)越性42.dohcn內(nèi)模的初步分析52.1模具的一般生產(chǎn)過程和工藝特點(diǎn)52.2 dohcn內(nèi)模原材料的分析62.3整體工藝方案的構(gòu)想73.dohcn內(nèi)模的三維造型73.1dohcn內(nèi)模的二維圖分析73.2 catia的學(xué)習(xí)與應(yīng)用83.3方案一93.4方案二113.5方案三124.機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)154.1機(jī)加工工藝流程的擬定154.2工序尺寸和加工余量的確定164.3機(jī)加工工序中定位和夾緊方案的確定165.數(shù)控加工245.1數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)245.2加工要素的設(shè)置

2、245.3刀具參數(shù)和切削用量的選擇255.4仿真加工255.5nc程序的生成276.謝詞297. 參考文獻(xiàn)29dohcn內(nèi)模的cad/cam設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)今，cad/cam技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，在機(jī)械制造、航空航天汽車工業(yè)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。cad/cam技術(shù)使企業(yè)生產(chǎn)智能化，減少了開發(fā)周期，提高了加工速度，減少了加工工序，大大縮短了生產(chǎn)周期，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過使用二維軟件cad和三維軟件catia來完成型號為dohcn的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞內(nèi)模的cad/cam設(shè)計(jì)。由于內(nèi)模型腔曲面較為復(fù)雜，充分顯示了catia軟件在三維造型和數(shù)控仿真加工等功能模塊的強(qiáng)大。關(guān)鍵詞：cad/cam技術(shù)

3、應(yīng)用 內(nèi)模 cad/cam設(shè)計(jì) 三維造型 數(shù)控仿真加工abstract：nowdays，cad/cam technology ,which has been widely used in the machinery manufacturing, aerospace,automotive and other industries ,has been developed to a mature stage. cad / cam technology enables production of intelligent, reducing the development cycle, improve

4、the processing speed and reduce the manufacturing processes, greatly reducing the production cycle, resulting in significant economic benefits. by using two-dimensional software cad and three-dimensional software catia ,the thesis complete the cad / cam design for the internal model of piston of eng

5、ine dohcn . since the cavity surface is more complex, it shows the powerful of catia software in three-dimensional modeling and nc machining simulation. keywords：cad/cam technology，application，internal mold，cad/cam design，three-dimensional modeling，nc machining simulation1. 引 言1.1 課題研究的意義 在國外，cad/ca

6、m技術(shù)20世紀(jì)50年代起源于美國，經(jīng)過50年的發(fā)展，其技術(shù)和水平已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的階段。日本，法國，德國也相繼在機(jī)械制造，航空航天，汽車工業(yè)，建筑化工等行業(yè)中廣泛使用cad/cam技術(shù)。cad/cam技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已成為國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。在國內(nèi)，綜合來看cad/cam技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用在cad方面主要包括二維制圖，三維造型，裝配造型，有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等。在cam方面，目前企業(yè)普遍應(yīng)用的是數(shù)控程序編制，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開始廣泛使用華中數(shù)控系統(tǒng)，南京sky系統(tǒng)，日本funuc系統(tǒng)，德國siemens系統(tǒng)。cad/cam技術(shù)使企業(yè)生產(chǎn)智能化，減少了開發(fā)周期，提高了加工速度，減少了加工工序，大大縮短

7、了生產(chǎn)周期，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，使傳統(tǒng)的企業(yè)設(shè)計(jì)與制造發(fā)生了質(zhì)的飛躍。如在汽車行業(yè)中，模具作為新生產(chǎn)品的關(guān)鍵工裝，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是新產(chǎn)品開發(fā)周期的關(guān)鍵因素，過去新車型的開發(fā)周期為10年，現(xiàn)在縮短為2-3年，福特及豐田公司新車型的開發(fā)周期僅為1.5年，這都得益于cad/cam技術(shù)的應(yīng)用。所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了cad/cam技術(shù)。1.2 課題研究的內(nèi)容和需要解決的問題發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于汽車的心臟，是極其重要的組成部分，所以是本身的工作環(huán)境也十分的復(fù)雜，活塞的功能是承受壓力，并通過塞銷，傳給連桿，驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作，活塞直接與

8、高溫氣體接觸，瞬間溫度可達(dá)2500k以上。因此，受熱嚴(yán)重，而散熱條件又很差，所以活塞工作溫度很高，頂部達(dá)到600-700k，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是做功行程壓力很大，汽油機(jī)高達(dá)3-5mpa，柴油機(jī)高達(dá)6-9mpa，這就是活塞產(chǎn)生沖擊力，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在汽缸內(nèi)以很高的速度（8-12m/s）往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且速度不斷變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。這些都要求活塞的加工不能使用普通的金屬材料，并且要考慮到其耐高溫，高強(qiáng)度，高韌性等特性?；钊前l(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一,其作用是承受氣體壓力,并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn).本畢業(yè)設(shè)計(jì)中型號為4g

9、93-dohc的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是采用特種鑄造中的金屬型鑄造來生產(chǎn)。金屬型鑄造是指液態(tài)金屬在重力作用下填充金屬鑄型并在型中冷卻凝固而獲得鑄件的一種成形方法.金屬型鑄造具有如下特點(diǎn):(1)金屬型的熱導(dǎo)率和熱容量大，金屬液的冷卻速度快，鑄件組織致密，力學(xué)性能比砂型鑄件高。（2）能獲得較高尺寸精度和表面質(zhì)量好的鑄件，減少了加工余量。（3）由于可使用砂芯或其他的非金屬型芯，金屬型鑄造可生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的鑄件。（4）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和現(xiàn)代化，生產(chǎn)效率高。金屬型鑄造的主要缺點(diǎn)是金屬型的激冷作用大，本身無退讓性和透氣性，因此鑄件容易出現(xiàn)冷隔，澆不足，卷氣，變形及裂紋等缺陷?？刹捎脙A轉(zhuǎn)式澆注。 在本課題中，將對活

10、塞內(nèi)模的設(shè)計(jì)零件圖進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)加工工藝，利用catia軟件進(jìn)行三維造型和數(shù)控仿真加工。其中，零件型腔曲面較為復(fù)雜，毛坯材料采用新型材料，工藝設(shè)計(jì)中需充分考慮內(nèi)模材料和造型特點(diǎn)，保證模具的裝配尺寸。1.3 模具技術(shù)的發(fā)展 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是重要的工藝裝備之一，它以其特定的形狀通過一定的方式使原材料成型。模具成型由于具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、省料和低成本等特點(diǎn)，現(xiàn)已在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，特別是汽車、拖拉機(jī)、航空航天、儀器儀表、機(jī)械制造等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。采用模具生產(chǎn)的零、部件具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好、節(jié)約原材料和能源、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，模具的應(yīng)用已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展

11、方向之一。模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進(jìn)步，模具技術(shù)又涉及多學(xué)科的交叉。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志之一。世界上許多國家，特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視模具技術(shù)的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高模具制造水平，已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距。但改革開放以來，我國模具技術(shù)和模具工業(yè)迅速發(fā)展，主要表現(xiàn)在：一些科研院所和高等院校在模具技術(shù)的基本理論、模具設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)、模具制造加工技術(shù)、模具材料以及模具加工設(shè)備等方面取得了可喜的實(shí)用性成果模具標(biāo)準(zhǔn)化工作一些先進(jìn)、精密和高

12、自動(dòng)化程度的模具加工設(shè)備，如數(shù)控加工中心、精密電解加工機(jī)床由過去進(jìn)口到逐步自行設(shè)計(jì)制造模具cad/cam技術(shù)已得到了較廣泛的應(yīng)用研究開發(fā)了幾十種模具新鋼種及硬質(zhì)合金等新材料，并采用了熱處理新工藝快速成型技術(shù)在模具制造上的應(yīng)用我國模具的品種，精度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模有了很大的發(fā)展。雖然我國模具工業(yè)取得了較大的發(fā)展，但仍不能滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要，原因有以下幾個(gè)方面：專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低模具品種少、效率低、經(jīng)濟(jì)效益也差制造周期長、模具精度不高、制造技術(shù)較落后模具壽命短，新材料使用量不到10%力量分散、管理落后。根據(jù)我國模具技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，其今后的發(fā)展方向?yàn)椋洪_發(fā)并發(fā)展精密、復(fù)雜、大型、長壽命

13、模具加速模具標(biāo)準(zhǔn)化和商品化大力開發(fā)和推廣應(yīng)用模具cad/cam技術(shù)積極開發(fā)模具新品種、新工藝、新技術(shù)和新材料發(fā)展模具加工成套設(shè)備。1.4 模具cad/cam技術(shù)的優(yōu)越性與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造方式相比，模具cad/cam技術(shù)的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1） 提高模具質(zhì)量 cad/cam技術(shù)利用計(jì)算機(jī)與設(shè)計(jì)人員交互作用，充分發(fā)揮人、機(jī)各自的特點(diǎn)，并可優(yōu)化模具設(shè)計(jì)方案，使模具設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確、快速。cam技術(shù)可以自動(dòng)生成模具成型零件的加工刀具軌跡，使零件尺寸精度搞、表面粗糙度好。（2） 縮短模具設(shè)計(jì)制造周期利用模具cad/cam系統(tǒng)中存儲(chǔ)的模具標(biāo)準(zhǔn)件庫、常用設(shè)計(jì)計(jì)算的程序庫及各種設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，加

14、上計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖，可極大地縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。高效的數(shù)控加工，又可縮短制造時(shí)間。而計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)和虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用，亦可減少傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造中反復(fù)試模修模的時(shí)間。（3） 降低成本，增強(qiáng)市場競爭力計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算和自動(dòng)化節(jié)省了大量的人力和物力。利用計(jì)算機(jī)模擬成型技術(shù)可以避免試模修模的反復(fù)，從而使成本大幅降低。加之，模具cad/cam技術(shù)的運(yùn)用，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，加速了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，增強(qiáng)了產(chǎn)品在市場上的競爭力。（4） 充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的主觀能動(dòng)性模具cad/cam技術(shù)可以把設(shè)計(jì)人員從繁瑣的計(jì)算和手工繪圖中解放出來，使其有更多的時(shí)間和精力從事其他工作。（5） 提高企業(yè)的管理水平模具cad/cam

15、一體化技術(shù)的運(yùn)用，使企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)和制造建立在科學(xué)、定量分析的基礎(chǔ)上，減少了盲目性。同時(shí)，可使整個(gè)模具生產(chǎn)過程中的人力、財(cái)力、物力等資源的管理和分配更加科學(xué)合理。1.5 catia軟件模塊簡介 catia軟件具有多個(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用模塊，每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的功能，且模塊與模塊之間相互關(guān)聯(lián)，可以根據(jù)需要，在模塊之間進(jìn)行切換。以下介紹在本次設(shè)計(jì)中著重應(yīng)用的幾個(gè)模塊：零件設(shè)計(jì)模塊 二維草圖設(shè)計(jì)是三維造型的基礎(chǔ)。在草圖設(shè)計(jì)中，既可以利用軟件給定的xy， xz，yz三標(biāo)準(zhǔn)平面也可新建偏置或旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)面來建立草圖。草圖基本尺寸和 輪廓曲線的構(gòu)造都依賴草圖工具里的約束功能。三維實(shí)體的輪廓線也可在草圖

16、內(nèi)投影出來。實(shí)體的生成是通過特征工具欄內(nèi)的各類特征實(shí)現(xiàn)的，主要有拉伸， 旋轉(zhuǎn)，鉆孔等。此外，還可對實(shí)體進(jìn)行倒角，倒圓角，拔模等操作。但值得注 意的是在后續(xù)操作中若發(fā)現(xiàn)前面的特征有錯(cuò)誤，則一般無法修改。裝配設(shè)計(jì)模塊 在裝配設(shè)計(jì)中主要是先進(jìn)行零件的加載，然后利用坐標(biāo)指南針對各零件的空間 位置做合理移動(dòng)，最后使用約束功能將各零件裝配起來，一般每兩個(gè)零件的裝 配需定義三個(gè)約束。數(shù)控加工模塊 數(shù)控加工模塊包含有車削加工，2.5軸銑削加工，曲面加工等，其中使用了曲 面加工中的投影加工以及等高線加工。首先是加工要素的設(shè)置，包括數(shù)控機(jī)床， 加工坐標(biāo)系，安全平面等；然后設(shè)置加工程序組，包括每道工序中的加工區(qū)域，

17、 刀具參數(shù)，進(jìn)/退刀方式，走刀路線等設(shè)置；最后進(jìn)行仿真加工及nc程序的生 成。2. dohcn內(nèi)模的三維造型2.1 dohcn內(nèi)模的二維圖分析觀察dohcn內(nèi)模的二維cad圖（圖3-1），通過翻閱資料和實(shí)例圖片分析得 圖 3-1 零件主視圖和左視圖出以下幾點(diǎn)結(jié)論：該內(nèi)模分為三大塊，介于上面提及關(guān)于金屬模鑄造的缺點(diǎn)，在每塊的接觸面和 模具外表面均開有排氣槽和排氣孔；這個(gè)內(nèi)模中由于中塊上面有凸出的部分，如果不分成三個(gè)小塊，就不利于之后 的卸模工作，甚至對毛坯造成損害，同時(shí)也降低了生產(chǎn)效率，而做出五塊既有 利于下模，也提高了生產(chǎn)效率。而五塊之間接觸的部分做成一定的傾斜度也是 為了有利于卸料；內(nèi)模左右

18、兩邊塊關(guān)于圓柱體軸線相對稱，左右兩邊塊下面有復(fù)雜型腔曲面；內(nèi)模下面型腔的中心線和凸臺(tái)圓柱體中心線有1mm的偏置距離；內(nèi)模的尺寸公差和形位公差均在0.050.1mm之間，公差等級為it810。 2.2造型方案設(shè)計(jì)方案一 因?yàn)槎S圖上顯示該內(nèi)模由五塊組成，分別為左邊塊、右邊塊、中上塊、中中塊和中下塊。如圖3-2所示圖 3-2 分塊示意圖可分五塊造型，再裝配起來。但在實(shí)際操作中有以下三點(diǎn)問題：因?yàn)閺恼w上看圓柱體中間部分有非圓形凹槽，其尺寸難以計(jì)算，且凹槽與圓柱體間有過渡圓角，分開造型后，裝配時(shí)凹槽曲面間將產(chǎn)生不吻合，會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階（如圖3-3）。 圖 3-3 左邊塊、右邊塊和中間3塊的接觸面有1.5的

19、斜度（如圖3-4）這樣也會(huì)給拉伸造型帶來很大的困難，草圖的計(jì)算量也將增大許多 圖 3-4模具下表面為一球面，分開造型時(shí)將無法造型，如圖3-5.圖 3-5由此可否定本方案。方案二因?yàn)槟＞邽橐煌古_(tái)形狀，采用整體造型，可考慮依次拉伸兩圓柱體（如圖 圖3-6 圓柱體凸臺(tái)3-6），然后在圓柱體上拉伸，旋轉(zhuǎn)切除各凹槽及型腔。但是在實(shí)際操作中遇到以下問題：因?yàn)閳A柱體上的階梯間的過渡圓弧面較為復(fù)雜（如圖3-7，3-8），在原圓柱體上拉伸切除將產(chǎn)生一定的困難，所以該方案否定。 圖 3-7（有r1和r3過渡圓角） 圖 3-8（有r5和r3過渡圓角）方案三采用整體式旋轉(zhuǎn)拉伸造型（如圖3-9） 圖 3-9 旋轉(zhuǎn)拉伸圖

20、 然后通過拉伸切除造出圓弧凹槽及在凸臺(tái)端面陣列打孔。將凸臺(tái)下方的的平面凹槽拉伸切除出來。在做草圖時(shí)，我先采用一矩形來拉伸切除（如圖3-10），但反觀二維圖（圖3-11，3-12）可知兩垂直面間有r4.8的過渡圓角及平面與圓柱面間有r10的圓角，可在三維圖中倒圓角時(shí)卻無法同時(shí)倒出，會(huì)出現(xiàn)曲面相干，所以我考慮將圖3-10中的矩 圖 3-10 拉伸切除圖 圖 3-11 圖 3-12 行改成3-10中的曲線將r4.8減少為r3.8，于是得到圖3-13。建立一平面，做出草圖后拉伸切除出型腔，并在型腔平面上拔模出兩凸臺(tái)，最后倒出各圓角（如圖3-14）。用一個(gè)點(diǎn)和一條直線的方法確定平面，然后用平面將模具切成

21、5塊，完成 內(nèi)表面凹糟的造型，最后將5塊裝配起來（如圖3-15）。最后采用方案三完成三維造型。圖 3-13圖 3-14 零件圖（分割前）圖 3-15 裝配圖3. dohcn內(nèi)模的工藝設(shè)計(jì)3.1 dohcn內(nèi)模的工作條件及原材料的選擇本設(shè)計(jì)中型號為4g93-dohcn的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是采用特種鑄造中的金屬型鑄造來生產(chǎn)的，所以模具為熱作模具。熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有

22、良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。該金屬模所采用的材料為h13（熱作模具鋼），牌號4cr5mosiv1。該鋼具有高淬透性和抗熱裂能力；碳和釩的含量較高，耐磨性好，韌性相對有所減弱；具有良好的耐熱性，在較高溫度時(shí)具有較好的強(qiáng)度和硬度，高的耐磨性和

23、韌性，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高的抗回火穩(wěn)定性。h13經(jīng)熱鍛后進(jìn)行熱處理，使其硬度達(dá)hrc45-50。3.2 模具的一般生產(chǎn)過程和工藝特點(diǎn)模具的生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槟＞叱善返娜^程。它主要包括以下方面： 產(chǎn)品投產(chǎn)前的生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作：包括產(chǎn)品的試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和專用工藝裝備的設(shè)計(jì)和制造、各種生產(chǎn)資料和生產(chǎn)組織等方面的準(zhǔn)備工作。 毛坯制造：如毛坯的鍛造、鑄造和沖壓等。 零件的加工過程：如機(jī)械加工、特種加工、焊接、熱處理和表面處理等。 產(chǎn)品的裝配過程：包括零、部件的裝配和總裝配。 試模：模具的調(diào)試和鑒定。 各種生產(chǎn)服務(wù)活動(dòng)：包括原材料、半成品、工具的供應(yīng)、運(yùn)輸、保管以及產(chǎn)品的油漆和包裝

24、等。他們的關(guān)系及內(nèi)容如圖3-1所示。 當(dāng)前，由于我國模具加工的技術(shù)手段還普遍偏低，我國模具制造上的工藝特點(diǎn)主要表現(xiàn)如下。 模具加工上盡量采用萬能通用機(jī)床、通用刀量具和儀器，盡可能地減 少專用二類工具的使用數(shù)量。 在模具設(shè)計(jì)和制造上較多的采用“實(shí)配法”、“同鏜法”等，使模具零件的互換性降低，但這是保證加工精度，減小加工難度的有效措施。 在制造工序安排上，工序相對集中，以保證模具加工的質(zhì)量和進(jìn)度，簡化管理和較少工序周轉(zhuǎn)時(shí)間。圖3-1 模具生產(chǎn)過程示意圖3.3 整體工藝方案 工藝流程：熱鍛熱處理機(jī)加工（數(shù)控） 鍛造工藝： 鍛造方法：平鍛 設(shè)備類型：平鍛機(jī)（行程固定，工作速度0.3m/s，具有互相垂直

25、的兩組 分型面，無頂出裝置。設(shè)備剛性好，導(dǎo)向準(zhǔn)確） 工藝特點(diǎn)：金屬在每一模腔中一次成型，除積聚墩粗外，還可切邊、穿 孔，余量及模鍛斜度較小，易于機(jī)械化，自動(dòng)化。需采用較 高精度的棒料，加熱要求嚴(yán)格。適合鍛造各種合金鍛件，環(huán) 形、筒形鍛件，帶大頭的長桿形鍛件，環(huán)形、筒形鍛件，多 采用閉式鍛模。 熱處理工藝： 等溫球化退火：845900度24h/爐冷+700740度34h/爐冷,40 度/h,500度出爐空冷； 調(diào)質(zhì)處理。（淬火加高溫回火） 滲氮處理。（滲氮是把工件加熱到一定溫度，并使其處于富氮?dú)夥罩?，?氮原子滲入到工件的表面，所其硬度和抗腐蝕性大幅增加） 機(jī)加工工藝（見3.4）3.4 機(jī)加工工

26、藝流程的擬定方案a: 車兩端面，打中心孔，車退刀槽 車外圓至最終尺寸并倒角 畫線鉆孔 銑各成型面、型腔和底面球面（數(shù)控） 用線切割將模具分成5塊 銑各內(nèi)表面凹槽和排氣槽 將各內(nèi)表面鏟刮平整討論：方案a中采用先整體加工外表面至最終尺寸，再切成5部分加工內(nèi)表面。但沒有考慮到線切割過程中的加工余量和鏟刮的加工余量，也沒有考慮到切開后銑削過程中產(chǎn)生切削力和內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致工件的微量變形。所以最終裝配時(shí)必然產(chǎn)生誤差，而這是不被允許的。方案b 車兩端面，打中心孔 用線切割將模具分成5塊 銑各內(nèi)表面凹槽和排氣槽 將各內(nèi)表面鏟刮平整 將5塊沿兩端面接合連線焊接起來 車端面、退刀槽和外圓至最終尺寸并倒角 畫線鉆孔

27、銑各成型面、型腔和底面球面（數(shù)控）討論：方案b中采用先粗加工外表面，打定位孔，切成5塊分開加工內(nèi)表面，再焊接成整體加工外表面至最終尺寸。這樣可避免了線切割加工所產(chǎn)生的誤差，也考慮到了加工內(nèi)表面所產(chǎn)生的微量變形，保證了最終的裝配尺寸。但因兩端面均有焊接點(diǎn)，所以在確定熱鍛件的機(jī)械加工余量時(shí)應(yīng)留出焊接的余量。在銑削各型腔時(shí)，考慮到型腔曲面較為復(fù)雜，采用三軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工。所以方案b為最終機(jī)加工工藝方案。3.5 工序尺寸和加工余量的確定鍛件的基本尺寸和加工余量 查機(jī)械加工工藝手冊3-24余量計(jì)算公式為：a=0.2h0.2d0.55 （雙邊余量），其中 h=97.8mm，d=108mm，則a=7mm，

28、考慮到后續(xù)工序中需留有焊接的余量，鍛件 的基本尺寸如圖3-2中的工序1簡圖。 外圓柱表面加工余量 查機(jī)械加工工藝手冊3-52表3.2-2得粗車外圓的加工余量為2.5mm，半精車 加工余量為1.8mm。軸端面加工余量 查機(jī)械加工工藝手冊3-61表3.2-21得半精車軸端面加工余量為1mm。銑平面加工余量 查機(jī)械加工工藝手冊3-62表3.2-25得粗銑平面加工余量為1.5mm，半精銑加 工余量為1mm。3.6 機(jī)加工工序中定位和夾緊方案的確定車端面 采用三爪卡盤來定位和夾緊，因?yàn)橥鈭A柱面為毛坯面，所以此基準(zhǔn)為粗基準(zhǔn)（如圖3-2工序3簡圖）。 車外圓 在兩端面打中心孔，以中心孔軸線為定位基準(zhǔn)，用機(jī)床

29、頂尖從兩端頂住中心孔，用撥桿夾緊工件來帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)（如圖3-2工序9簡圖）。線切割 以底面和中心孔軸線為定位基準(zhǔn)，其中中心孔軸線定位采用彈簧定位銷，屬于可調(diào)支承，用壓板壓緊凸臺(tái)上表面（如圖3-2工序4簡圖）。 銑平面 以中中塊的底面和側(cè)面為定位基準(zhǔn)，用機(jī)用平口鉗夾緊兩端面，下面或側(cè)面放一墊鐵（如圖3-2工序5簡圖）銑型腔和球面 以底面和中心孔軸線為定位基準(zhǔn)，其中中心孔軸線定位采用彈簧定位銷，屬于 可調(diào)支承，用壓板壓緊凸臺(tái)上表面（如圖3-2工序12簡圖）。 圖 3-2 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片 圖 3-2 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片（續(xù)） 圖 3-2 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片（續(xù)） 圖 3-2 機(jī)

30、械加工工藝過程綜合卡片（續(xù)） 圖 3-2 機(jī)械加工工藝過程綜合卡片（續(xù)）4. 數(shù)控加工4.1 數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)通過對catia數(shù)控加工模塊的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)曲面加工模塊適合該模具型腔內(nèi)復(fù)雜曲面的加工，其加工方法主要有兩種：投影加工等高線加工。安排了三道工序：投影粗加工投影半精加工等高線精加工。4.2 加工要素的設(shè)置加工要素的設(shè)置界面如圖4-1圖 4-1 加工要素設(shè)置界面機(jī)床：3軸聯(lián)動(dòng)臥式加工中心；加工坐標(biāo)系；安全面：xy面沿z軸正向偏置50mm；目標(biāo)零件的選擇；毛坯零件的選擇。4.3 刀具參數(shù)和切削用量的選擇刀具材料的選擇 由于h13具有高硬度和高耐磨性，所以我選擇硬質(zhì)合金涂層刀具，硬質(zhì)合金材 料

31、牌號（參照工藝手冊）為yg6a,iso牌號為k10，適于鑄鐵、灰鑄鐵、球墨 鑄鐵、有色金屬及其合金、耐熱鋼的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼及 合金鋼的半精加工和精加工。刀具牌號為yb415。刀具幾何參數(shù) 投影粗加工和半精加工均采用5三刃立銑刀，刀頭圓角為2mm； 等高線精加工采用3雙刃立銑刀，倒頭圓角1.5mm。切削用量的選擇 切削深度：一般與刀具直徑成正比，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中，一般切削深度取值范圍為（0.60.9）d，所以粗加工切削深度為4mm，半精加工為2mm，精加工為0.5mm。 主軸轉(zhuǎn)速：一般根據(jù)切削速度來選定，切削速度取決于刀具壽命，參照工藝手冊，粗加工轉(zhuǎn)速為500r/min，半精

32、加工轉(zhuǎn)速定為800r/min，精加工轉(zhuǎn)速定為1500r/min。 進(jìn)給速度：粗加工進(jìn)給速度為150mm/min；半精加工進(jìn)給速度為100mm/min；精加工進(jìn)給速度為50mm/min。4.4 刀具路徑參數(shù)的選擇切削深度的定義 在投影加工中，切削深度運(yùn)算方法定義為沿z軸方向平均分配切削深度，如 圖4-2所示。圖 4-2 切削深度的定義進(jìn)刀/退刀路徑的定義 定義進(jìn)刀/退刀路徑為垂直方向和與加工面相切方向各10mm，如圖4-3圖 4-3 進(jìn)刀/退刀路徑的定義4.5 仿真加工圖5-2為開始選擇的刀具路徑1（橫向切削）的加工效果圖，圖5-3，5-4，5-5為我修改為刀具路徑2（縱向切削）以及添加了加工區(qū)

33、域輪廓后的加工效果圖。比較下，后者不僅加工效果優(yōu)于前者，而且縮短了刀具的空行程，提高了效率。圖4-2 （投影粗加工，刀具路徑1）圖4-3 （投影粗叫加工，刀具路徑2）圖4-4 （投影半精加工）圖4-5 （等高線精加工）4.6 nc程序的生成以下為生成的funuc16b的nc程序（部分）o1000n1 g49 g54 g20 g80 g40 g90 g23 g94 g17 g98n2 t4 m6n3 g0 x49.4282 y50.6 s800 m3n4 g43 z56.1812 h4n5 g1 z46.1812 f1000.n6 x41.6 z52.4038n7 x41.3125 z52.63

34、23n8 x41.2377 z52.6602n9 x40.3098 z52.885n10 x40.157 z52.9122n11 x38.6049 z53.1293n12 x38.3768 z53.1553n13 x36.2274 z53.3609n14 x35.9281 z53.3854n15 x33.219 z53.5759n16 x32.8535 z53.5983n17 x29.6318 z53.7705n18 x29.2067 z53.7904n19 x25.5285 z53.9413n20 x25.051 z53.9584n21 x20.9805 z54.0853n22 x20.45

35、9 z54.0993n23 x16.067 z54.1999n24 x15.5106 z54.2106n25 x10.8736 z54.2833n26 x10.292 z54.2905n27 x5.4908 z54.334n28 x4.3603 z54.3403n29 x-.589 z54.3509n30 x-5.4663 z54.3342n31 x-6.0619 z54.3303n32 x-10.8497 z54.2837n33 x-11.4292 z54.2761n34 x-16.0441 z54.2004n35 x-16.5973 z54.1894n36 x-20.9591 z54.0858n37 x-21.4764 z54.0715n38 x-25.5089 z53.942n39 x-25.9814 z53.9246n40 x-29.6144 z53.7713n41 x-30.0337 z53.7511n42 x-33.2041 z53.5769n43 x-33.5629 z53.5543n44 x-36.2153 z53.3619n45 x-36.5074 z53.3373n46 x-38.497 z53.1417n47 x-38.7091 z53.117n48 x-40.1621 z52.9113n49 x-40.3068 z52.88