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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性
機(jī)械工程學(xué)，臺(tái)灣國立大學(xué)，臺(tái)北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導(dǎo)率單位)
2003 年10月20 日標(biāo)準(zhǔn)；2005 年4月12 日接受以修改過的形式；2005 年5月4 日公證
摘要
由于六角close-packed (HCP) 晶體結(jié)構(gòu), 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實(shí)驗(yàn)性方法學(xué)習(xí)了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測試第一次進(jìn)行調(diào)查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機(jī)械行為。形成極限測試，V 彎曲測試,和拉伸試驗(yàn)測試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗(yàn)結(jié)果獲得在本研究中可以幫助設(shè)計(jì)CP 鈦板料沖壓模。
2005 年Elsevier B.V 版權(quán)所有。
關(guān)鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈
1. 介紹
由于它的重量和高強(qiáng)度系數(shù)，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構(gòu)件, 并且最近受到電子產(chǎn)業(yè)注意。因?yàn)樗母偁幜蛢?yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)組分被使用在電子產(chǎn)品, 譬如筆記本蓋子, 移動(dòng)電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結(jié)構(gòu)在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個(gè)制造過程總希望在室溫下進(jìn)行。但是, CP 鈦多數(shù)研究集中于微結(jié)構(gòu) [ 1-4 ], 并且關(guān)于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學(xué)研究不是很深入。
在本研究中, 使用實(shí)驗(yàn)性方法調(diào)查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機(jī)械性能的結(jié)果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測。
2. 在各種各樣溫度下的機(jī)械性能測試
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產(chǎn)覆蓋在不同的溫度的機(jī)械性能，拉伸測試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測試標(biāo)本由JIS 等級1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準(zhǔn)備了根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對輾壓方向。標(biāo)本裁減毛刺沿導(dǎo)線邊緣。
拉伸測試進(jìn)行了使用MTS 810 測試機(jī)器。因?yàn)樵诟邷販y試、熱化熔爐接通MTS810 測試機(jī)器。標(biāo)本在拉伸測試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測試期間, 溫度標(biāo)本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。
在本研究中, 工程學(xué)應(yīng)力關(guān)系第一次從實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)獲得，然后是轉(zhuǎn)換成真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系根據(jù)a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實(shí)的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應(yīng)力, 和工程應(yīng)變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系，被削減三個(gè)不同取向被顯示在圖l 。非均質(zhì)性的行為被觀察在圖1 。它被看見圖1, 00 標(biāo)本有更高的出產(chǎn)量和a 更大的伸長比標(biāo)本在其它二個(gè)方向, 在伸長上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產(chǎn)物在標(biāo)本之中在三個(gè)方向。這個(gè)結(jié)果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點(diǎn)階段測試他們發(fā)現(xiàn)了滑動(dòng)變形發(fā)生在00 個(gè)和900 個(gè)方向。在進(jìn)一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產(chǎn)更高的抵抗反對脫臼滑動(dòng), 收效按更大的價(jià)值在出產(chǎn)量, 工作硬化, 和伸長。CP 的平均屈服應(yīng)力和伸長鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登?yīng)力和伸長的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因?yàn)橄鄬\的模具產(chǎn)品從那可成形性觀點(diǎn)。
圖2 顯示原物和被扭屈的標(biāo)本在三個(gè)方向。它被注意在圖2, 00 標(biāo)本進(jìn)行一致的變形在破裂之前, 當(dāng)900 標(biāo)本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標(biāo)本方向在那些其它二個(gè)方式之間
為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系在各種各樣的張力率為00 標(biāo)本被顯示在圖3 。重要的微量在應(yīng)力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應(yīng)力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測試趨向?yàn)?50 個(gè)和900 個(gè)樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。
CP 鈦的真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對300 0C 為標(biāo)本00 方向被顯示在圖4。測試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測試更低溫度的增量得到應(yīng)力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長不增加從室溫對100 0C被觀測, 相反, 伸長得到更小當(dāng)樣本被加熱 100 0C 。
Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci
men at room temperature.
但是, 在測試的溫度比100 0C更高時(shí)伸長變大。更大的伸長在室溫是相當(dāng)異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當(dāng)在測試的溫度伸長連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長在 00 樣本也許歸結(jié)于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導(dǎo)致更高的抵抗阻止脫臼滑動(dòng), 并且造成更大的伸長。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價(jià)值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測試。
窗體頂端
在本研究中, r 價(jià)值是樣本在室溫拉伸測試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測量r 價(jià)值從標(biāo)本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個(gè)標(biāo)本, 各自地。從更高的r- 價(jià)值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質(zhì)量在輾壓方向比其它二個(gè)方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實(shí)了從重大區(qū)別 r 價(jià)值。
3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性
除基本的機(jī)械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測試在室溫, 并且V 彎曲測試和圓杯子圖畫測試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測試結(jié)果被談?wù)摿伺cCP 相關(guān)形成的物產(chǎn)鈦覆蓋在印記過程中。
3.1. 成型極限測試
因?yàn)镵eeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標(biāo)準(zhǔn)為破裂預(yù)言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標(biāo)本是第一電化學(xué)上銘刻以會(huì)是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。
工程學(xué)張力測量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測量飛機(jī)上的張力。
在本研究中, 長方形標(biāo)本有同樣長度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測試了。相似與拉伸測試, CP 鈦板料被切開了在三個(gè)取向?qū)殙悍较? 即, 00, 450, 和900, 為各標(biāo)本的大小。在測試期間, 標(biāo)本夾緊了在周圍被舒展了對失敗在78 毫米半成品沖床。工程學(xué)少校和較小張力測量在地點(diǎn)最接近破裂為每個(gè)標(biāo)本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對互相以主要張力作為縱坐標(biāo), 和曲線適合入張力點(diǎn)被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個(gè)非常有用的標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)生的破裂在一個(gè)沖壓的過程中。
根據(jù)早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進(jìn)一步證實(shí)它的可行性, 形成的極限測試執(zhí)行了在室溫度。測試結(jié)果看出圖7 顯示形成的極限曲線。看見在圖7, 主要張力在曲線的最低的點(diǎn), 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數(shù)值更低。但是, 為沖壓薄產(chǎn)品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。
3.2. V 彎曲測試
因?yàn)镃P 鈦彈性模數(shù)比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產(chǎn)。V 彎測試結(jié)果用圖8顯示 。圖8能看見在下模有一個(gè)開頭角度90度。環(huán)烷驅(qū)研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準(zhǔn)備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測試的溫度,標(biāo)本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測試不使用潤滑劑因?yàn)槟Σ燎闆r有對回彈的無意義作用發(fā)生了在V 彎曲測試。彎曲的測試進(jìn)行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測試以后, 彎的標(biāo)本角度由CMM 測量了, 和回彈角度被計(jì)算了 。
Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests
圖9 和10 顯示關(guān)系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地?？匆陨蟽蓚€(gè)圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時(shí)更小的沖壓半徑導(dǎo)致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負(fù)值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時(shí)候。這是因?yàn)槟前辶显赩 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過程開始, 和裝載被應(yīng)用鋪平弧在彎曲處理結(jié)果的結(jié)尾復(fù)合應(yīng)力分配導(dǎo)致負(fù)值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個(gè)圖,觀察, 回彈減少當(dāng)形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗(yàn)較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數(shù)和材料的屈服應(yīng)力影響的。彈性模數(shù)不會(huì)隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應(yīng)力減少，高溫是形成回彈減退是因?yàn)樵诟偷臏囟菴P 鈦的屈服應(yīng)力更低。
Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec-
imens of three directions.
Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.
Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures
3.3盤狀拉深試驗(yàn)
限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個(gè)普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價(jià)值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測試。測試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進(jìn)行拉深測試使用加熱器。為了獲得一個(gè)成功的拉深過程。那坯料尺寸和空白座力適當(dāng)調(diào)節(jié)除去些缺點(diǎn)比如斷裂和皺紋，如果在拉深測試破裂出現(xiàn), 斷開軸心力對更小的價(jià)值會(huì)被調(diào)整直到破裂被消除到?jīng)]有皺痕發(fā)生。當(dāng)斷裂力量的調(diào)整沒有消除破裂, 減少斷裂的方法會(huì)被嘗試同時(shí)避免破裂。拉深試驗(yàn)采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價(jià)值除對上述調(diào)整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對最大的可能的直徑為計(jì)算價(jià)值方便起見 LDR 。MoS2 被使用了作為潤滑劑在所有圓杯子圖畫測試進(jìn)行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s
。
圖12 顯示拉長的杯子在各種各樣的溫度。
圖12清楚的顯示,當(dāng)形成溫度增加時(shí)拉拔深度增加。表明這個(gè)圖形那自動(dòng)測試設(shè)備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當(dāng)不同的。自動(dòng)測試設(shè)備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關(guān)的處理參量的價(jià)值被列出在表1 為測試進(jìn)行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價(jià)值增加當(dāng)形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價(jià)值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。
4. 結(jié)束語
在本研究中調(diào)查了由做各種各樣的試驗(yàn)。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機(jī)械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應(yīng)力聯(lián)系被獲得從實(shí)驗(yàn)表明, CP 鈦板料有更高的屈服應(yīng)力和更小的伸長在室溫, 但當(dāng)板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應(yīng)力的增加決定。它是被注意應(yīng)力聯(lián)系獲得從拉伸測試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應(yīng)力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價(jià)值的2.2, 和成功地拉長的以20 毫米的深度證實(shí)CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負(fù)擔(dān)重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。
調(diào)查了在室溫度應(yīng)力聯(lián)系對張力率的作用。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表示, 應(yīng)力聯(lián)系變得穩(wěn)定當(dāng)張力率比0.001 小。在V 彎測試, 實(shí)驗(yàn)性結(jié)果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設(shè)計(jì)。
鳴謝
作者會(huì)想感謝全國科學(xué)中華民國的委員會(huì)為財(cái)政支持這研究根據(jù)合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實(shí)驗(yàn)工作成為可能。
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15
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
石英表鐵芯模具設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
√
適中
偏易
工作量
較大
合理
√
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書
有
√
無
開題報(bào)告
有
√
無
外文翻譯質(zhì)量
優(yōu)
良
中
√
差
學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況
好
√
一般
差
工作進(jìn)度
快
按計(jì)劃進(jìn)行
√
慢
中期工作匯報(bào)及解答問題情況
優(yōu)
良
√
中
差
中期成績評定：
所在專業(yè)意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
系 部：
專 業(yè)：
學(xué)生姓名: 學(xué) 號:
設(shè)計(jì)(論文)題目： 石英表鐵芯的模具設(shè)計(jì)
起 迄 日 期: 2006年 4 月15 日~ 5 月 14 日
指 導(dǎo) 教 師:
發(fā)任務(wù)書日期: 2006 年 3 月 12 日
任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系主管領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；
2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；
4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼，學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號，請規(guī)范化填寫；
5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書
1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的：
2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
1、了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
2、石英表鐵芯的沖壓工藝并確定工藝方案
3、石英表鐵芯的沖壓模設(shè)計(jì)
4、繪制模具總裝圖和零件圖
5、模具安裝與調(diào)整
6、得出設(shè)計(jì)結(jié)論
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
系部意見：
系領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
插圖清單
1. 圖 1-1：工件圖--------------------------------------------------------------------3
2. 圖 3-1：排樣圖--------------------------------------------------------------------5
3. 圖 3-2：坐標(biāo)系下凹模形口----------------------------------------------------------9
4. 圖 4-1：組合式凸模---------------------------------------------------------------12
5. 圖 4-2：沖孔凸模-----------------------------------------------------------------13
6. 圖 4-3：固定擋料銷---------------------------------------------------------------14
7. 圖 4-4：卸料板-------------------------------------------------------------------15
8. 圖 6-1：模架簡圖-----------------------------------------------------------------18
9. 圖 6-2：模柄---------------------------------------------------------------------19
表格清單
表 3-1：材料利用率的計(jì)算表 ----------------------------------------------------- 6
表 3-2：沖壓力的計(jì)算表 --------------------------------------------------------- 7
表 3-3：壓力中心計(jì)算數(shù)值表 ----------------------------------------------------- 9
表 3-4：凸凹模刃口尺寸計(jì)算表 --------------------------------------------------- 10
表 6-1：模柄標(biāo)準(zhǔn)尺寸表 --------------------------------------------------------- 18
表 7-1：壓力機(jī)型號表 ----------------------------------------------------------- 20
表 8-1：模具裝配表 ------------------------------------------------------------- 21
表 9-1：機(jī)械加工工藝過程卡 ----------------------------------------------------- 22
表 9-2：模具典型零件機(jī)械加工工序卡 --------------------------------------------- 24
河南機(jī)電高等專科學(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
論文題目：加工石英表鐵芯的模具設(shè)計(jì)
系 部
專 業(yè)
班 級
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
2006年 5 月 4 日
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名： 學(xué) 號：
專 業(yè)： 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造
設(shè)計(jì)(論文)題目： 石英表鐵芯的模具設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師：
2006年5月9日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，必須收集、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，有關(guān)設(shè)計(jì)課題研究方面的資料、文獻(xiàn)在設(shè)計(jì)中是非常重要的。只有對課題研究的內(nèi)容有了充分的了解，在設(shè)計(jì)過程中有的放矢地去完成設(shè)計(jì)工作。
在設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)該對國內(nèi)外的模具發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢有所了解，以便在設(shè)計(jì)過程中能夠正確、合理地設(shè)計(jì)出比較好的模具。下面就先分析一下國內(nèi)外的模具發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢以及我國的模具發(fā)展現(xiàn)狀。
1.隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)正呈現(xiàn)出多品種、小批量，復(fù)雜、大型、精密，更新?lián)Q代速度快等變化特點(diǎn)，沖壓模具也正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應(yīng)市場的變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正在由手工設(shè)計(jì)、依靠工人的經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)的機(jī)械加工技術(shù)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)控加工中心進(jìn)行切削加工、數(shù)控線切割、數(shù)控電火花等為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)方面轉(zhuǎn)變。模具的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢如下詳述：
1）.CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用：CAD/CAM是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工種，是模具設(shè)計(jì)與制造行業(yè)的有效輔助工具；通過它能夠?qū)Ξa(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用與模具的設(shè)計(jì)與制造加工的過程中，并還在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。
2）.模具標(biāo)準(zhǔn)件：模具的標(biāo)準(zhǔn)化對縮短模具制造周期、提高質(zhì)量、降低成本起很大的作用。我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化程度在30%以下，而國外先進(jìn)國家達(dá)到70%—80%左右。這樣，不僅有利于國內(nèi)的模具制造的發(fā)展，也有利于模具的國際化發(fā)展。
3）.模具的制造精度：國外的制造水平能夠是制造公差達(dá)到0.003—0.005 mm，表面的粗糙度達(dá)到Ra 0.0002 mm以下；我國的制造水平可以使制造公差達(dá)到0.01—0.02 mm,模具表面的粗糙度達(dá)到Ra0.00160.0008 mm。由此可見，如今模具技術(shù)的發(fā)展水平還是很高的，但同時(shí)也可以看出我國在這方面的技術(shù)與先進(jìn)國家還有很大的差距。
4）.模具的使用壽命：國外的沖壓模具的使用壽命，（合金鋼制模）500—1000萬次，（硬質(zhì)合金制模）2億次；我國的沖壓模具的使用壽命分別為：100—400萬次，6000—1億次。模具的使用壽命的加長就意味著模具的制造成本降低，從而提高了生產(chǎn)效益。
5）.模具的加工制造設(shè)備：國外已經(jīng)廣泛地使用了數(shù)控加工中心，線切割，電火花
化學(xué)腐蝕等先進(jìn)的設(shè)備，大大地縮短了模具的制造周期。
2.我國的模具業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀：進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的工業(yè)化程度也有了很大地提高，特別是在模具行業(yè)有了很大地發(fā)展。如：在模具設(shè)計(jì)與制造上，不但自己可以制造一些大型，精密，復(fù)雜，高效，長壽命的模具，并且能夠出口到國外，打開國外的市場。但是，目前我國的沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)落后，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成型工藝，模具標(biāo)準(zhǔn)化，模具設(shè)計(jì)，模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國的模具在壽命，效率，加工精度，生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。因此這就需要我們努力去研究，推動(dòng)我國模具業(yè)的發(fā)展。
3.在收集、查閱有關(guān)資料的時(shí)候，不僅使我對模具業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等有了更多，更全面地了解；而且收集到了許多有關(guān)本課題的研究，與本課題相關(guān)、相似的東西，查找各種有關(guān)模具設(shè)計(jì)與制造方面的經(jīng)驗(yàn)公式，和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過查閱資料和文獻(xiàn)能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)習(xí)到的理論知識，與實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)例相結(jié)合去更好地成設(shè)計(jì)任務(wù)；并且使我在課程設(shè)計(jì)上有了更多的設(shè)計(jì)思路，也有了更多的考慮空間，同時(shí)也使我在設(shè)計(jì)的過程中能夠從多方面地去考慮問題——模具設(shè)計(jì)的合理性及對設(shè)計(jì)好的模具在工作過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題及解決辦法。
1.先通過收集和查閱各種文獻(xiàn)資料和與同學(xué)老師的交流、指導(dǎo)，對目前國內(nèi)外的模具（沖壓模具）的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢進(jìn)行深入的了解，預(yù)計(jì)用時(shí)間三天；
2.拿到工件的結(jié)構(gòu)簡圖，對工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀、尺寸精度、加工工藝性等方面作出詳細(xì)地分析，并查閱相關(guān)資料看是否符合常規(guī)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)用時(shí)兩天；
3.經(jīng)過對工件的結(jié)構(gòu)工藝性分析，擬訂可行的沖壓工藝方案，并經(jīng)過分析，研究、比較，選擇一種最為合理的沖壓工藝作為生產(chǎn)應(yīng)用，估計(jì)用時(shí)間兩天；
4.進(jìn)行主要的設(shè)計(jì)計(jì)算，利用各種經(jīng)驗(yàn)公式或者經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對沖壓力（沖裁力、卸料力、總沖壓工藝力），壓力中心的位置，工作零部件的刃口尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算以及彈性卸料元件彈簧的設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)需用時(shí)間三天；
5.根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)、材料、生產(chǎn)批量來進(jìn)行模具的總體設(shè)計(jì)，包括模具的類型，定位方式，卸料方式，導(dǎo)向方式等方面的設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該綜合考慮模具的安裝，維修，生產(chǎn)效率等，預(yù)計(jì)用時(shí)間兩天；
6.對模具的主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有凸模、凹模、定位板、卸料板、模架和導(dǎo)柱導(dǎo)套等零件，根據(jù)工作需要的強(qiáng)度來設(shè)計(jì)尺寸，包括各零件的圖紙，預(yù)計(jì)需用時(shí)間四天；
7.模具的總裝圖和工作原理（有裝配簡圖）需要用時(shí)間三天；
8.模具主要零部件的加工工藝過程（凸模、凹模、定位板、卸料板）分析與設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)用時(shí)間兩天；
9.模具的裝配與調(diào)試，預(yù)計(jì)用時(shí)兩天；
二. 課題設(shè)計(jì)要達(dá)到的目的：
模具專業(yè)的學(xué)生要求綜合知識和實(shí)踐能力較強(qiáng)，它既是學(xué)生大學(xué)三年所學(xué)的機(jī)械制圖、工程材料、公差配合與技術(shù)測量、沖壓成型工藝與設(shè)備等技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的綜合應(yīng)用，又需要學(xué)生了解大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)題目為石英表鐵芯，對做畢業(yè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)生有一定的設(shè)計(jì)意義，它包括了沖孔、落料的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了我的沖壓模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)
參考文獻(xiàn)
1. 許發(fā)樾主編. 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造. 機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
2. 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)、中國模具設(shè)計(jì)大典編委會(huì). 中國模具設(shè)計(jì)大典. 江西科學(xué)技術(shù)出版社，1998.
3. 模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)教育叢書編委會(huì)編.模具制造工藝與設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社，1996.
4. 林慧國、火樹鵬、馬紹彌主編. 模具材料應(yīng)用手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
5. 馮炳堯、韓泰榮、蔣文森編，丁戰(zhàn)生審. 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊（第二版）.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.
6. 模具制造手冊編寫組編寫. 模具制造手冊（第二版）. 機(jī)械工業(yè)出版社，2002.
7. 郝濱海編. 沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
8. 楊占堯編. 沖壓模具圖冊. 高等教育出版社，2002.
9. 劉建超、張寶忠編. 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造. 高等教育出版社，2002.
10. 陳錫棟、周小玉主編. 實(shí)用模具技術(shù)手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
11. E.Paul De Garmo, JT. Black and Ronald.A.Kohser.Materials and Processes in Manufacturing.1997
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題的研究思路（包括要研究或解決的問題和擬采用的研究方法、手段（途徑）及進(jìn)度安排等）：
（1）查閱相關(guān)資料，撰寫開題報(bào)告----5天；
（2）進(jìn)行各種工藝計(jì)算----1周；
（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制裝配圖，并繪制非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖----1周
（4）撰寫畢業(yè)說明書，編制加工工藝卡。----5天
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
2．對本課題的研究思路、深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績
畢業(yè)設(shè)計(jì)成績
指導(dǎo)老師認(rèn)定成績
小組答辯成績
答辯成績
指導(dǎo)老師簽字
答辯委員會(huì)簽字
答辯委員會(huì)主任簽字
畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文說明書目錄
緒 論 ---------------------------------------------- 1
第一章 零件的工藝性分析 -------------------------- 3
1.1 工件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 -------------------------- 3
1.2 工件的尺寸精度和表面粗糙度的確定 -------------- 3
第二章 沖壓方案的擬訂 ------------------------------ 4
2.1 加工方案的確定 -------------------------------- 4
2.2 零件材料的分析 -------------------------------- 4
第三章 設(shè)計(jì)的主要計(jì)算 ----------------------------- 5
3.1排樣 ------------------------------------------- 5
3.2沖壓力的計(jì)算 ----------------------------------- 7
3.3確定壓力中心 ----------------------------------- 8
3.4凸，凹模刃口尺寸計(jì)算 -------------------------- 10
3.5卸料裝置的設(shè)計(jì) -------------------------------- 11
第四章 主要零部件設(shè)計(jì)-----------------------------12
4.1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -------------------------- 12
4.1.1 落料凸模設(shè)計(jì) ---------------------------- 12
4.1.2 孔凸模設(shè)計(jì) ------------------------------ 12
4.1.3 凹模設(shè)計(jì) -------------------------------- 13
4.2 定位零件的設(shè)計(jì) ------------------------------ 13
4.3 導(dǎo)料銷的設(shè)計(jì) -------------------------------- 14
4.4 卸料部件的設(shè)計(jì) ------------------------------ 14
4.4.1 卸料板的設(shè)計(jì) ----------------------------- 14
4.4.2卸料螺釘選用 ------------------------------ 15
第五章 模具總體設(shè)計(jì) ----------------------------- 16
5.1 模具類型的選擇 ------------------------------ 16
5.2 定位方式的選擇 ------------------------------ 16
5.3 卸料，出件方式的選擇 ------------------------ 16
5.4 導(dǎo)向方式的選擇 ------------------------------ 16
第六章 模架及其它零部件設(shè)計(jì) -----------------------17
6.1 模架的設(shè)計(jì) -----------------------------------17
6.2 圓柱銷設(shè)計(jì) ---------------------------------- 18
6.3 模柄的設(shè)計(jì) ---------------------------------- 18
6.4 模具總裝圖 ---------------------------------- 19
第七章 沖壓設(shè)備的選定 ----------------------------- 20
第八章 模具的裝配 -------------------------------- 21
第九章 模具典型零件機(jī)械加工工序卡 -------------- 22
設(shè)計(jì)總結(jié) ------------------------------------------- 25
致謝-------------------------------------------- 26
參考文獻(xiàn)----------------------------------------- 27
摘 要
本設(shè)計(jì)的題目是加工石英表鐵芯的級進(jìn)模具，通過對方案的選擇排樣的計(jì)算，沖壓力的計(jì)算和壓力中心確定的計(jì)算以及凸凹模刃口的計(jì)算等使本副模具基本符合沖壓要求，由于石英表鐵芯的面積較小，材料較薄并且Cr12硬度很高，中間橫梁的連接處寬度只有0.8mm，所以加工難度大設(shè)計(jì)困難。0.8mm的凸模不容易加工出來，所以采取級進(jìn)模具加工（本副模具為2個(gè)工位）先沖孔，再用組合凸模經(jīng)過兩次送進(jìn)完整的落料實(shí)現(xiàn)零件的成形，只有這樣才避免沖孔后直接落料0.8mm寬的橫梁的麻煩。
級進(jìn)模具的精度要求很高導(dǎo)向要求十分精確，在設(shè)計(jì)本副模具時(shí)遇到很大的阻力經(jīng)過對各方案的選擇和排除最終才選擇此方案。通過近三周的拼搏，本副級進(jìn)模具設(shè)計(jì)終于完成。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇，制作凸凹模材料的選擇以及導(dǎo)向和送進(jìn)精度的確定本模具所加工出的石英表鐵芯滿足要求，符合市場的需要。
由于設(shè)計(jì)者的能力所限，設(shè)計(jì)中的不足之處還有好多例如：材料利用率方面僅21%，會(huì)對經(jīng)濟(jì)效益有影響，但材料利用率的大小由工件形狀和排樣決定，石英表鐵芯兩邊大且不對稱，中間很窄所以排樣后材料利用率較低。還有多工位級進(jìn)模具益采用四角導(dǎo)柱模架—《實(shí)用模具技術(shù)手冊》，本模具的沖裁力不大精度基本能保證的前提下選擇了中間導(dǎo)柱模架。相信不久本模具投入市場一定能帶來很好的效益服務(wù)大眾，服務(wù)社會(huì)。
關(guān)鍵詞:模具設(shè)計(jì)與制造，CAD軟件，工藝分析。
Mold design of the processing quartz form iron core
Summary
Topic that design originally to process quartz form grade , iron of core enter mould , rank the calculation of kind through the choice to the scheme, it makes this pair of moulds accord with the request of pressing basically to press calculation , calculation which the pressure centre confirm and calculation of the protruding concave mould blade of strength ,etc., because the area of the quartz form iron core is relatively small, the material is very more high in hardness than thin and Cr12, there is only 0.8mm in the width of junction of the middle crossbeam , so process the degree of difficulty and design the difficulty greatly. The protruding mould of 0.8mm is not easy to process out, so adopt grade enter the mould and process (this pair of moulds are for 3 pieces of engineering location ) and wash holes first , and then send to intact blanking and realize the taking shape of the part twice by making the protruding mould up, only in this way avoid washing the trouble of the direct blanking 0.8mm wide crossbeam after holes.
Grade enter precision of mould expect very much and lead demanding to be very accurate, the obstruction that it is very great to meet while designing this pair of moulds is through and gets rid of and chooses this scheme to the choice of every scheme finally. Through the striving of nearly three weeks, this each enters mold design to finish at last. According to the choice of the standard mould shelf, choice , direction and quartz form iron core processed of a mould of sureness sent to the precision of making protruding concave mould material meet the demands, meet market's needs.
The because designer one it restrict with ability, have much weak point in design for example: The material utilization ratio is only 21%, will influence economic benefits, but the size of the material utilization ratio and arranges one kind of decisions by the form of the work piece, the quartz form iron core both sides are large and asymmetric, the material utilization ratio is relatively low after the middle is very narrow to arranges kind. There is many workers location grade that enters benefit of the mould and adopts four mao and leads the post mould shelf - " practical mould technical manual ", the blanking strength of this mould leads the post mould shelf the middle not quite choosing under the prerequisite that the precision can be guaranteed basically. Can unquestionably bring very good benefit and serve the general public to invest the market while believing a mould soon, serve the society.
Keyword：Mold design and making，CAD software，craft analysis.