金剛石砂輪成型模具設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：金剛石砂輪成型模具的設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 年級專業(yè)： 09級超硬 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 教授 設(shè)計(jì)日期： 2012.10.24-11.6 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院 基層教學(xué)單位： 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計(jì)題目金剛石砂輪成型模具的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1.金剛石砂輪成型模具選用碳素工具鋼作為模套、定位套、下壓板以及上壓板的材料。許用應(yīng)力=3000Kg/ cm ，波桑系數(shù)=0.3。2設(shè)計(jì)平行砂輪的尺寸為：150221020。工作層的厚度為6mm，基體的直徑為150mm，工作高度為22mm

2、，凹面高度10mm。砂輪內(nèi)徑為20mm。3.結(jié)合劑選用金屬基結(jié)合劑（鐵基結(jié)合劑），相對密度為0.80.87，選取=0.8，側(cè)壓系數(shù)=0.38。4. 壓機(jī)的垂直應(yīng)力為2500Kg/，其他尺寸詳見課程設(shè)計(jì)說明書及工廠相關(guān)設(shè)備圖紙。設(shè)計(jì)要求學(xué)生必須在規(guī)定的期限內(nèi)完成下述任務(wù)：1）規(guī)劃設(shè)計(jì)：熟悉設(shè)計(jì)步驟，確定結(jié)構(gòu)方案。2)設(shè)計(jì)計(jì)算：選擇所用材料及確定材料的力學(xué)性能，根據(jù)材料性能及設(shè)備功能的要求設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，確定金剛石砂輪模具的生產(chǎn)效率。3)繪圖：計(jì)算機(jī)上利用Auto-CAD軟件4)編寫設(shè)計(jì)說明書本設(shè)計(jì)書設(shè)計(jì)的是一套砂輪模具用以大批量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)上為內(nèi)為基體外為工作層的平行砂輪。工作量技術(shù)熟練型員工平均日

3、產(chǎn)500件。一套模具至少可以正常生產(chǎn)十萬件而不出現(xiàn)較大的尺寸誤差。工作計(jì)劃任 務(wù)時(shí) 間安 排設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容規(guī)劃設(shè)計(jì)1.5天1 1、布置設(shè)計(jì)任務(wù)書；2、熟悉設(shè)計(jì)步驟；3、確定結(jié)構(gòu)方案；設(shè)計(jì)計(jì)算2.5天1 選擇設(shè)備材料；2 確定所需設(shè)計(jì)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸；3 設(shè)備能力校驗(yàn)計(jì)算；4 使用操作方法說明。繪 圖3天1 繪制草圖；2 繪制總圖；3 繪制零件圖。寫說明書2天 說明書應(yīng)使用統(tǒng)一格式的16開紙書寫（或B5紙打?。⒏接蟹馄?，裝訂成冊?？?核1天面試考核參考資料1.萬隆，陳石林，劉小磐主編超硬材料與工具北京化學(xué)工業(yè)出版社出版2.呂智，鄭超，莫時(shí)雄，章兼植合編超硬材料工具設(shè)計(jì)與制造冶金工

4、業(yè)出版社出版3.張紹和編金剛石與金剛石工具中南大學(xué)出版社出版 4.劉鴻文編簡明材料力學(xué)高等教育出版社出版指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2012年 11月 5 日 目錄 一、原始數(shù)據(jù)及資料 二、對設(shè)計(jì)課題的分析 三、設(shè)計(jì)設(shè)備的簡圖 四、設(shè)計(jì)計(jì)算 五、設(shè)計(jì)小結(jié) 六、參考文獻(xiàn) 設(shè)計(jì)說明書超硬材料設(shè)備課程設(shè)計(jì)是無機(jī)非金屬材料與工程專業(yè)超硬材料專業(yè)方向的一門專業(yè)方向必修課。該課程設(shè)計(jì)需要綜合運(yùn)用已學(xué)到的理論知識，包括CAD畫圖工具的應(yīng)用、材料力學(xué)知識、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)以及有關(guān)超硬材料的知識，尤其是金剛石砂輪的相關(guān)知識。本次課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)

5、生用理論知識來解決實(shí)際工程問題的一次訓(xùn)練，加深了學(xué)生對課本所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)了自己獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。一、 原始數(shù)據(jù)及資料選用碳素工具鋼作為模套、定位套、下壓板以及上壓板的材料。許用應(yīng)力=3000Kg/，波桑系數(shù)=0.3。設(shè)計(jì)平行砂輪的尺寸為：15010226。即外為工作層，內(nèi)為基體的結(jié)構(gòu)，外徑為150mm，工作高度為22mm，凹面厚度為10mm，砂輪內(nèi)徑為20mm。結(jié)合劑選用金屬基結(jié)合劑（鐵基結(jié)合劑），相對密度為0.80.87，選取=0.8，側(cè)壓系數(shù)=0.38。壓機(jī)的垂直應(yīng)力為2500Kg/。二、設(shè)計(jì)分析1、模具由模套、上壓環(huán)、上定位套，下壓環(huán)和下定位套組成，各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)

6、形狀和數(shù)量則根據(jù)砂輪的類型和壓制方法確定。各個(gè)零件的作用如下：（1）、模套：是模具的外套，是關(guān)鍵零件，直接影響砂輪的壓制質(zhì)量。其厚度受材料自身強(qiáng)度的限制，根據(jù)不同材料的許用應(yīng)力，通過強(qiáng)度計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)推算確定。壁太厚浪費(fèi)材料，又不便搬運(yùn)。模套高度根據(jù)砂輪高度和粉末松裝密度等因素確定。其厚度大概為?？蚱骄睆降?/10。材料選用耐熱合金鋼或球墨鑄鐵。本實(shí)驗(yàn)采用碳素工具鋼。（2）上壓環(huán)：是本次平行砂輪設(shè)計(jì)中的壓制零件，直接承受和傳遞壓力，要求有高的抗壓強(qiáng)度、硬度，和適當(dāng)?shù)捻g性傳遞壓力至壓腔，提供結(jié)合劑壓制成型所需的高壓強(qiáng)。（3）下壓環(huán)：下壓環(huán)與模套和定位螺絲構(gòu)成容納粉末的壓制腔體，其定位螺絲對機(jī)體起定

7、位作用，要求有高的耐磨性。下壓環(huán)底部支撐模具，是壓制粉末的底部，承受一部分壓力。 （4）上、下定位套：起固定基體，確定砂輪工作層的厚度。 2、 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)要根據(jù)砂輪的用途和形狀以及不同的基體和生產(chǎn)工藝方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其區(qū)別于普通磨料磨具的是：（a） 所得產(chǎn)品為金剛石砂輪，系超硬工具； （b）結(jié)合劑采用的是金屬基，即鐵粉，不同與普通的陶瓷基砂輪。因此模具結(jié)構(gòu)和壓制操作過程相對復(fù)雜。而且燒結(jié)溫度比較高，一般達(dá)到750-850攝氏度，因此對材料的耐熱和耐磨性都有嚴(yán)格的要求，下面說一下模具零件的設(shè)計(jì)：A、 模套設(shè)計(jì)：模套從材料力學(xué)考慮，實(shí)際上它是一個(gè)厚壁圓筒，也就是其壁厚至少大于平均直徑的

8、十分之一。因此，按壁厚圓筒的應(yīng)力計(jì)算方法，根據(jù)所選材料的許用應(yīng)力、泊桑比和彈性模量以及砂輪的外徑，即可求得?？虻耐鈴匠叽纭模套外徑尺寸的確定:模具在壓制過程中，對粉末胚體施加垂直壓力，粉末壓縮沿著圓周向外膨脹，把壓力傳遞給?？騼?nèi)壁，這叫“側(cè)壓力”。由于受到粉末之間的摩擦力和與內(nèi)壁之間摩擦力的影響，側(cè)壓力總是小于施加的垂直壓力。而側(cè)壓力對?？蛐纬蓮较驊?yīng)力和切向應(yīng)力，徑向應(yīng)力是壓應(yīng)力，越接近壁厚內(nèi)徑壓應(yīng)力越大；切向應(yīng)力是拉應(yīng)力，越接近壁厚內(nèi)徑表面，其值越大。具體計(jì)算過程見下。b模套高度的確定:模套高度H由裝粉高度h0，下模沖定位高度h1兩部分組成。裝粉高度h0與粉末的松裝密度有關(guān)，松裝密度越小，

9、裝粉高度越高。提高粉末的松裝密度可以降低模框的高度，不但節(jié)省材料，還可以減少密度梯度，有利操作。h0一般取胎體厚度的2.5到3.5倍,本設(shè)計(jì)用3倍。本模具所壓砂輪工作層厚度為6mm，所以h0=18mm,根據(jù)需求h1取44mm，所以H=h0+h1=18+44=62mmc模套材質(zhì)的選擇:本設(shè)計(jì)采用碳素合金鋼。這類鋼,由于具有合適的淬透性，經(jīng)適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細(xì)的珠光體，因而具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強(qiáng)度，和較低的韌性脆性轉(zhuǎn)變溫度，可用于制造受變載、中速中載、強(qiáng)烈磨損的重要零件。B、壓環(huán)設(shè)計(jì)：上壓環(huán)采用碳素合金鋼，許用應(yīng)力為

10、=3000Kg/，由于金剛石砂輪的工作層不留有加工余量，因此，壓環(huán)的外直徑就是成型砂輪的外徑尺寸，為150mm,壓環(huán)的內(nèi)徑為砂輪基體的外徑，為130mm，高度為26mm，強(qiáng)化環(huán)厚度為8mm，強(qiáng)化環(huán)外徑為184mm。C、定位套的設(shè)計(jì)： 定位套主要起固定砂輪基體，限制工作層壓縮高度的作用，其高度根據(jù)需求設(shè)計(jì)為24mm，直徑為130mm，內(nèi)徑為20mm。D、定位螺絲的設(shè)計(jì)：定位螺絲除了起導(dǎo)向、定心作用外，還用來將上下定位套連接在一起，其高度視基體高度和上下定位套的厚度而定，在這取H=60mm，直徑為砂輪內(nèi)徑，取R=20mm,螺帽高度為6mm，螺帽直徑為30mm，螺母高度為6mm，螺母外切圓直徑為26

11、mm。墊片厚度為3mm，直徑為30mm。3、 設(shè)計(jì)設(shè)備的簡圖 四、設(shè)計(jì)計(jì)算： 套筒的計(jì)算：一、 徑向計(jì)算 砂輪直徑為150 ，砂輪凹面基體厚度為10 mm，孔為20，套筒內(nèi)徑尺寸為150.陰模和模套的厚度計(jì)算：P側(cè)=P,已知=0.38,p=2700kgcm ,=0.8。m P側(cè)（1） P側(cè)11.36,取m=1.4。m組m P側(cè)（k） P側(cè)k=1.26，取m=1.4，k1=0.88。R=mr112.5 r中=92P預(yù)=mm13m1m1 P側(cè)r中=2P預(yù)r中Em1m1r中2R=0.16二、 求熱裝所需溫度tr中0.1r中=133.8所以外模的厚度=R-r218.75熱裝所需溫度為134五 設(shè)計(jì)小結(jié)

12、本次課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生用理論知識來解決實(shí)際工程問題的一次訓(xùn)練，加深了學(xué)生對課本所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)了自己獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，我了解到不帶非工作層的整體式砂輪成型模具的設(shè)計(jì)原理，然后加以實(shí)際應(yīng)用，順利的解決了砂輪帶孔部分容易掉邊的現(xiàn)象，大大降低了砂輪胚體成型后脫模的難度，成功的設(shè)計(jì)出帶有盲孔結(jié)構(gòu)的細(xì)長桿狀且不帶非工作層整體式砂輪成型模具。解決了實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的細(xì)長桿狀砂輪難以大批量優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的問題，此方法既解決了生產(chǎn)問題也節(jié)省了原理，提高了實(shí)際生產(chǎn)的效率。六 參考文獻(xiàn)1.萬隆，陳石林，劉小磐.超硬材料與工具.北京化學(xué)工業(yè)出版社20062.閆瑞軍.盲孔砂輪成型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn).哈爾濱20043.呂智，鄭超，莫時(shí)雄，章兼植.超硬材料工具設(shè)計(jì)與制造.北京冶金工業(yè)出版社20104.張紹和.金剛石與金剛石工具.長沙中南大學(xué)出版社20055.劉鴻文.簡明材料力學(xué) 高等教育出版社 2007P1