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紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
系部名稱
機(jī)電工程系
專業(yè)班級
模具3091班
學(xué)生姓名
丁駒苑
指導(dǎo)教師姓名
程洋
設(shè)計(jì)題目
煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是總結(jié)和檢驗(yàn)學(xué)生在學(xué)校期間的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識以及專業(yè)技能進(jìn)行獨(dú)立分析和解決問題的能力，使學(xué)生受到科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練，達(dá)到專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)知識和專業(yè)技能的理解和掌握,培養(yǎng)學(xué)生收集資料和調(diào)查研究的能力、方案比較及論證的能力、理論分析與設(shè)計(jì)運(yùn)算能力、應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力以及編寫編制能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)要求
1. 要求模具的設(shè)計(jì)方案合理，計(jì)算要準(zhǔn)確，根據(jù)設(shè)計(jì)寫出說明書并繪制模具裝配圖及零件圖（標(biāo)準(zhǔn)件除外）；
2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該在規(guī)定的時限內(nèi)完成；
3. 書面材料、框架及字?jǐn)?shù)應(yīng)符合規(guī)定；
4. 學(xué)會查閱有關(guān)的技術(shù)資料和相關(guān)的規(guī)范；
5. 掌握相關(guān)規(guī)范的選擇和運(yùn)用；
6. 熟悉制圖規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容,按制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)繪制工程圖紙。
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排
2011年11月中旬—12月上旬 依照任務(wù)書閱讀文獻(xiàn)，收集資料準(zhǔn)備草案
2011年12月上旬—12月中旬 確定方案，編寫設(shè)計(jì)開題報告，并交老師審核
2011年12月中旬—2012年3月中旬 完成初稿，交老師審核。
2012年3月中旬—4月下旬 完成二稿，交老師審核
2012年4月下旬—5月下旬 定稿并提交畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
2012年6月2日—6月3日 答辯
附件二：
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
2012屆模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告
姓名
丁駒苑
系部
機(jī)電系
專業(yè)
模具設(shè)計(jì)與制造
班級
模具3091
題目
煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模
一、選題背景、目的及意義
背景：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)個部門中，幾乎都用模具加工生產(chǎn)，它不僅與整個機(jī)械行業(yè)密切相關(guān)，而且與人們的生活緊密相連。由于粉末冶金工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可以加工復(fù)雜形狀工件等一些列優(yōu)點(diǎn)，在汽車、輕工、電機(jī)電器、家用電器、航空航天以及日常生活用品等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高，粉末冶金模具作為現(xiàn)代高速成型技術(shù)在工藝裝備中起到的作用越來越大。
目的：完成煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模。
意義：希望能在這次對煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模的設(shè)計(jì)中更深的了解模具
二、主要內(nèi)容及提綱
擠壓模具的設(shè)計(jì)充分利用了機(jī)械壓力機(jī)的功用特點(diǎn)，在室溫的條件下對坯件進(jìn)行擠壓成形，生效率提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
摘要
1.冷擠壓的概述
2.工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.模具總體設(shè)計(jì)及主要部件設(shè)計(jì)
（1）徑向尺寸算法
（2）模板尺寸的確定
（3）凸模剛度校核
（4）模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.壓力機(jī)的選擇
5.模具結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)
（1）設(shè)計(jì)構(gòu)思
（2）螺釘?shù)陌惭b
（3）干涉檢驗(yàn)
6模具裝配圖
三、主要方法和措施
查閱相關(guān)資料，老師指點(diǎn)，同學(xué)討論，以及自己的相關(guān)知識及實(shí)習(xí)期所學(xué)到的只是結(jié)合。
四、主要參考文獻(xiàn)
1. 賈俐俐.擠壓工藝及模具.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
2. 吳伯杰.擠壓工藝與模具.北京：電子工業(yè)出版社，2004
3. 王新華.汽車沖模技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社，2005
4. 張榮清.模具制造工藝.北京：高等教育出版社，2006
5. 趙孟棟.冷擠壓模設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
6. 成虹.擠壓工業(yè)與模具設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2002
7. 沈興東.擠壓工藝與模具設(shè)計(jì).濟(jì)南：山東科學(xué)出版社，2004
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)推進(jìn)計(jì)劃
2011年11月中旬—12月上旬 依照任務(wù)書閱讀文獻(xiàn)，收集資料準(zhǔn)備草案
2011年12月上旬—12月中旬 確定方案，編寫設(shè)計(jì)開題報告，并交老師審核
2011年12月中旬—2012年3月中旬 完成初稿，交老師審核。
2012年3月中旬—4月下旬 完成二稿，交老師審核
2012年4月下旬—5月下旬 定稿并提交畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
2012年6月2日—6月3日 答辯
學(xué)生簽名： 年 月 日
指導(dǎo)教師意見（對選題的有效性、研究方法的正確性、課題的廣度、深度的意見及開題是否通過）：
通過（ ） 修改后通過 （ ） 未通過 （ ）
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
2
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目：
煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模設(shè)計(jì)
副 標(biāo) 題：
學(xué) 生 姓 名：
丁駒苑
所在系、專業(yè)：
機(jī)電工程系、模具設(shè)計(jì)與制造
班 級：
模具3091
指 導(dǎo) 教 師：
程洋
日 期：
2010.05.29
I
摘 要
摘 要
冷擠壓是精密塑性體積成型技術(shù)中的一個重要組成部分。冷擠壓是指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力下和一定的速度作用下，迫使金屬從模具中擠出，從而獲得所需的形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。顯然，冷擠壓加工是靠模具來控制金屬流動，考金屬體積的大量轉(zhuǎn)移來形成零件的。本設(shè)計(jì)介紹了30萬輥套網(wǎng)格零件結(jié)構(gòu)分析、擠壓工藝過程、擠壓設(shè)備選擇、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、凹凸模設(shè)計(jì)、擠壓件質(zhì)量分析、30萬輥套網(wǎng)格模芯的結(jié)構(gòu)、凸模加工工藝及模具各部件造型進(jìn)行論述。與常規(guī)的輥套網(wǎng)格加工工藝相比，冷擠壓成型的輥套網(wǎng)格具有強(qiáng)度高、網(wǎng)格尺寸精度高、表面耐磨度高、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、設(shè)備投資少等優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：冷擠壓；輥套網(wǎng)格；正擠壓； 凸緣
II
Abstract
Abstract
Cold extrusion molding technology precise plastic volume is one of the important component. Cold extrusion is to point to in the cold metal blank in the mold cavity inside, in strong pressure and a certain speed function, forced out of metal from a mold, and obtain the shape, size and has some mechanical properties of extrusion parts. Obviously, cold extrusion processing is to rely on the mold to control the flow, take an examination of a large volume of metal parts of the transfer to form. This paper introduced the design of roller set of grid structure parts, extrusion process analysis process, extrusion equipment selection, die structure design, mold design, extrusion bump a quality analysis, 300000 roller set of grid punch structure, the punch processing technology and die parts modelling is described. And the conventional roller set of grid than processing technology, cold extrusion of roller set of grid has high strength, mesh size high precision, high degree of exterior wear-resisting, material utilization high, high production efficiency, equipment less investment and other advantages.
Keywords: Cold extrusion，Roller set of grid，Are squeezing，flange
目 錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 I
1、冷擠壓的概述 1
1.1冷擠壓的概念 1
1.1.1冷擠壓加工的特點(diǎn) 1
1.1.2冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu) 1
1.1.3冷擠壓模具分類 2
2、工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1制件的工藝性分析及工藝計(jì)算 2
2.1.1工藝分析 2
3、模具總體設(shè)計(jì)及主要部件設(shè)計(jì) 2
3.1徑向尺寸算法 2
3.2模板尺寸的確定 4
3.2.1擇模板材料 4
3.2.2確定模板尺寸 5
3.2.3擠壓凸模與凸凹模結(jié)構(gòu)尺寸確定 5
3.3凸模剛度（細(xì)長桿失穩(wěn)）校核 6
3.4模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.4.1送料定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
3.4.2壓塊的卸除 7
3.4.3模具主要零件的一般要求 7
4、壓力機(jī)的規(guī)格 7
5、模具結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) 8
5.1設(shè)計(jì)構(gòu)思 8
5.2螺釘?shù)陌惭b 8
5.3干涉檢驗(yàn) 8
6、模具裝配圖 8
致 謝 10
參考文獻(xiàn) 11
I
煤粉機(jī)用輥套嵌板擠壓模設(shè)計(jì)
1、冷擠壓概述
1.1冷擠壓的概念
1.1.1冷擠壓加工的特點(diǎn)
冷擠壓就是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下，通過壓力機(jī)上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法。
冷擠壓技術(shù)的特點(diǎn)是:
1.擠壓零件尺寸準(zhǔn)確表面光潔：目前我國研制的冷擠壓件一般尺寸精度可達(dá)8～9級，隴度一般可達(dá)，若采用理想的潤滑可達(dá)(指純鋁和紫銅零件)，僅次于精拋光表面。因此用冷擠壓方法制造的零件，一般不需要再加工，少量的只需精加工(磨削)。
2.節(jié)約原材料：冷擠壓件材料利用率通?？梢赃_(dá)到80%以上。如解放牌汽車活塞銷動切削加工材料利用率為43.3%，而用冷擠壓時材料利用率提高到92%；又如萬向節(jié)軸承套改用冷擠壓后，材料利用率由過去的27.8%提高到64%?？梢?，采用冷擠壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件，可以節(jié)約大量鋼材和有色金屬材料。
3.生產(chǎn)率高：用冷擠壓方法生產(chǎn)機(jī)械零件的效率是非常高的，特別是生產(chǎn)批量大的零件，用冷擠壓方法生產(chǎn)可比切削加工提高幾倍、幾十倍、甚至幾百倍。例如，汽車活塞銷用冷擠壓方法比用切削加工制造提高3.2倍，目前又用冷擠壓活塞銷自動機(jī)，使生產(chǎn)率進(jìn)一步提高。一臺冷擠壓自動機(jī)的生產(chǎn)率相當(dāng)于100臺普通車床或10臺四軸自動車床的生產(chǎn)率。
4.可加工形狀復(fù)雜的零件：如異形截面、內(nèi)齒、異形孔及盲孔等，這些零件采用其它加工法難以完成，用冷擠壓加工卻十分方便。所示的零件，能方便的擠出。
5.冷擠壓件強(qiáng)度高、剛性好而重量輕：由于冷擠壓采用金屬材料冷變形的冷作強(qiáng)化特性，即擠壓過程中金屬毛坯處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形后材料組織致密、且具有連續(xù)的纖維流向，因而制件的強(qiáng)度有較大提高。這樣就可用低強(qiáng)度材料代替高強(qiáng)度材料。例如過去采用20Cr鋼經(jīng)切削加工制造解放牌活塞銷，現(xiàn)改用20號鋼經(jīng)冷擠壓制造活塞銷，經(jīng)性能測定各項(xiàng)指標(biāo)，冷擠壓法高于切削加工法制造活塞銷。
從以上特點(diǎn)，可以看出，冷擠壓技術(shù)與目前各種加工方法比較，具有突出的優(yōu)越性。這就為冷擠壓代替切削加工、鍛造、鑄造和拉深工藝來制造機(jī)器零件，開辟了一條廣闊的道路。
冷擠壓也有其不足之處，在實(shí)際的應(yīng)用中有一些難點(diǎn)需要克服。
1.對模具的要求高。冷擠壓是毛坯在模具中受三向壓應(yīng)力而是變形抗力顯著增大，這使得模具所受的應(yīng)力遠(yuǎn)比一般的沖壓模大，冷擠壓金屬粉末時，模具所受的應(yīng)力常達(dá)到2000MPa—2500MPa。所以模具除了要有高強(qiáng)度以外，還需要有足夠的沖擊韌性和耐磨性。所以冷擠壓模具使用壽命遠(yuǎn)低于沖壓模具。
2.需要大噸位的壓機(jī)。由于冷擠壓時毛坯變形抗力大，需要用幾十噸甚至幾百噸的壓力機(jī)。
1.1.2冷擠壓模具的基本結(jié)構(gòu)
典型的冷擠壓模具有以下幾個部分組成：
1 )工作部分。如凸模、凹模、頂出桿等。
2 )傳力部分。如上、下壓力墊板。
3 )頂出部分。如頂桿、反拉桿、頂板等。
4 )卸料部分。如卸料板、卸料環(huán)、拉桿、彈簧等。
5 )導(dǎo)向部分。如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)板、導(dǎo)筒等。
6 )緊固部分。如上下模板、凸模固定圈、固定板、壓板、模柄、螺釘?shù)取?
1.1.3冷擠壓模具分類
冷擠壓模具具有多種結(jié)構(gòu)形式，可根據(jù)冷擠壓件的形狀、尺寸精度以及材料來選擇合適的模具結(jié)構(gòu)形式。冷擠壓?？梢园匆幌聝蓚€方面分類。
按工藝性質(zhì)分類:正擠壓模、反擠壓模、復(fù)合擠壓模、鐓擠壓模。
按有無導(dǎo)向裝置分類:導(dǎo)柱導(dǎo)套冷擠壓模、模口導(dǎo)向冷擠壓模、導(dǎo)筒導(dǎo)向冷擠壓模以及無導(dǎo)向冷擠壓模。
2、工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1制件的工藝性分析及工藝計(jì)算
2.1.1工藝分析
t=40
圖1 零件圖
由圖1可知，產(chǎn)品為圓片落料、圓片沖孔。產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)簡單對稱，無狹槽、尖角；孔與孔之間、孔與零件之間的最小距離滿足c>1.5t要求。
（1）尺寸精度
任務(wù)書對擠壓件的尺寸精度要求為IT12級，
查參考文獻(xiàn)[2]知，普通冷擠壓時對于該擠壓件的精度要求為IT12～I(xiàn)T11級，所以尺寸精度滿足要求。
（2）擠壓件表面質(zhì)量
因?yàn)橐话愕慕饘俜勰├鋽D壓都會出現(xiàn)粘模的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致擠壓件表面質(zhì)量不良。
（3）產(chǎn)品材料分析
對于擠壓件材料一般要求的力學(xué)性能是強(qiáng)度低，塑性高，表面質(zhì)量和厚度公差符合國家標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品材料為Fe5金屬粉末。另外產(chǎn)品對于厚度與表面質(zhì)量沒有嚴(yán)格要求，所以盡量采用國家標(biāo)準(zhǔn)的板材，其擠壓出的產(chǎn)品表面質(zhì)量和厚度公差就可以保證
經(jīng)上述分析，產(chǎn)品的材料性能符合冷擠壓加工要求。
3、模具總體設(shè)計(jì)及主要部件設(shè)計(jì)
3.1徑向尺寸算法
徑向的計(jì)算,對于需要整形的零件，一般根據(jù)壓件成品的尺寸精度要求，先計(jì)算整形模的尺寸，然后根據(jù)整形模尺寸，計(jì)算成型模的尺寸；對于不整形的壓件，可直接計(jì)算成型模尺寸。
從整形余量角度，可將整形分為正整形和負(fù)整形。所謂正整形，即留整形余量的整形；負(fù)整形是不留整形余量，靠壓件變形產(chǎn)生擠壓作用的整形。本設(shè)計(jì)中整形屬于負(fù)整形。
（一） 計(jì)算公式
1.整形模
（1） 陰?？讖? D整=D最小+δ1
式中: D最小__壓件外徑最小尺寸,mm；δ1__外徑整形回彈量，查表
（2）芯棒外徑: d整=D最大-δ2
式中:d最大_____壓件內(nèi)孔最大直徑，mm；δ2 ______內(nèi)孔整形回彈量，查表3～4
2.成型模
（1）陰?？讖? D成=D整（1+c-g）
式中：D整______整形陰?？讖剑琺m；c____燒結(jié)收縮率，% 查表2
g______壓坯回彈率，% 查表1
（2）芯棒外徑: d成=d整（1+c-g）
式中：d整_____整形芯棒外徑，mm；c________燒結(jié)收縮率，% 查表2
g________壓坯回彈率，% 查表1
表1 鐵、銅壓坯的回彈率g
表2 鐵、銅壓坯的燒結(jié)率c
表3 外箍內(nèi)時的整形余量和回彈量
表4全整形時的整形余量和回彈量
3.2模板尺寸的確定
3.2.1擇模板材料
根據(jù)產(chǎn)品的形狀簡單、精度不高，要求耐磨性較好、淬火變形小，使用壽命長的特點(diǎn)，凸模和凹模材料選用Cr12Mo4V，，上、下模座板材料為常用的Q235，其余非標(biāo)準(zhǔn)件材料選用45鋼。
3.2.2確定模板尺寸
1) 凹模的厚度：
H=Kb
式中 b— 凹?？椎淖畲髮挾?(mm )
K― 系數(shù)
H― 凹模厚度
通過差表 系數(shù)K=0.35
H=175×0.35＝61.25
所以厚度為61.25 。
通過凹模板的確定，可算出其他板的厚度
下模座厚度：61.25×1.5＝91.875mm
導(dǎo)向板厚度： 12mm
凸模固定板厚度：61.25×0.8＝49 mm
墊板厚度： 12mm
上模座厚度： 61.25×1.5＝91.875mm
2﹚模板尺寸：
下模座：265mm×265mm×91.875mm
凹模板：196.5mm×120mm×61.25mm
凸模固定板：196.5mm×120mm×49mm
墊板：196.5mm×120mm×12mm
上模座：236.5mm×160mm×42mm
3)．選用標(biāo)準(zhǔn)螺釘：
根據(jù)模具要求和為便于安裝，查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3—25 選用8枚M8的圓柱頭內(nèi)六角螺釘。
3.2.3擠壓凸模與凸凹模結(jié)構(gòu)尺寸確定
擠壓凸模長度
凸模長度應(yīng)根據(jù)沖模的整體結(jié)構(gòu)來確定。一般情況下，在滿足使用要求的前提下，凸模越短，其強(qiáng)度越高，材料越省。
采用固定卸料板的沖裁模的長度為：
L﹦h 1+ h2 + h3 + (15―20)mm
式中 h1 — 凸模固定板的厚度；
h2 — 導(dǎo)向板厚度；
h3 — 增加長度，包括凸模進(jìn)入凹模的深度(0.5mm―1mm〕；
L — 凸模長度。
式中的(15—20)mm 包括凸模進(jìn)入凹模的深度、凸模修模量、沖模在閉合狀態(tài)下凹模板到凸固定板的距離。一般根據(jù)具體結(jié)構(gòu)再加以修正。
其中 凸模固定板h1=10mm；凹模板厚h2=8mm；導(dǎo)向板厚h3=12mm; 凸模修磨量Y=18則
L=22.4 + 12 + 1 + 20 = 55.4mm
為了加工方便，故沖孔凸模取56mm 。
凸模強(qiáng)度（壓應(yīng)力）校核
在一般情況下，凸模的強(qiáng)度是足夠是的，無需校核。但對于特別細(xì)長的凸模
或板料厚度較大的情況，應(yīng)對凸模進(jìn)行壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的校核，檢查其危險斷面尺寸和自由長度是否滿足長度要求。
校核公式為
式中 —凸模最小斷面積，；
—凸模材料的許用壓應(yīng)力，凸模材料選用Cr12MoV，查參考文獻(xiàn)[2]知，（2000～2500）MPa，取1200 MPa。
因?yàn)? MPa<
所以凸模強(qiáng)度校核符合要求。
3.3凸模剛度（細(xì)長桿失穩(wěn)）校核
校核公式
式中 —凸模最大自由高度；
E —凸模材料彈性模量，一般取MPa；
—凸模最小斷面慣性矩，圓形斷面；
—支承系數(shù)，無導(dǎo)板導(dǎo)向；
—安全系數(shù)，鋼取2～3。
代入公式得
mm
實(shí)際 mm<40.96mm
所以凸模剛度符合要求
3.4模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本擠壓模具無廢料排除，當(dāng)金屬粉末攪拌均勻后直接倒入模具型腔內(nèi)，上、下模合模壓制，沒有其他的多余的步驟，操作簡單方便，應(yīng)用廣泛。但金屬粉末在擠壓時抗力較大，因此模具所受的應(yīng)力較大，所以必須嚴(yán)格控制凸凹模的壁厚。以確保足夠的強(qiáng)度。
3.4.1送料定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了取件的方便，將此步驟省略。
3.4.2壓塊的卸除
為了簡化模具，本設(shè)計(jì)直接采用下模頂出的方式卸料，
3.4.3模具主要零件的一般要求
1.陰模
（1）陰模的高度應(yīng)能容納壓坯所需要的松散粉末，并使上下模沖有良好的定位和導(dǎo)向。
（2）能保證壓坯的幾何形狀和尺寸精度。
（3）工作表面要有良好的粗糙度。
（4）工作表面要有高的硬度和良好的耐磨性。
（5）在工作壓力下應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。
（6）根據(jù)產(chǎn)品的批量和復(fù)雜程度，選擇模具材料的優(yōu)劣。
（7）結(jié)構(gòu)上應(yīng)便于制造和維修，便于安裝操作方便。
（8）能是壓件完好的脫出壓模。
（9）平磨后須退磁
2.芯棒
（1）保證壓坯的幾何形狀和尺寸精度
（2）工作表面應(yīng)有良好的粗糙度。
（3）與上下沖模應(yīng)有良好的定位和導(dǎo)向。
（4）工作表面要有高的硬度。機(jī)動模芯棒的連接或固定端有足夠的剛性和韌性，熱處理硬度應(yīng)適當(dāng)降低。
（5）成型異型孔的芯棒結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證能將壓件托出芯棒；結(jié)構(gòu)要方便操作，利于工作。
（6）設(shè)計(jì)應(yīng)考慮材料的利用，較長較大的芯棒可采用組合結(jié)構(gòu)。
3模沖
（1）工作表面要有足夠的硬度和耐磨性，材料的選擇與熱處理應(yīng)考慮有適當(dāng)?shù)捻g性。
（2）上下模沖對陰模和芯棒應(yīng)有良好的定位和導(dǎo)向，應(yīng)有合理的配合間隙，復(fù)合的模沖應(yīng)能脫出壓件。
（3）上下模沖的工作面和配合面應(yīng)有良好的粗擦度，非工作段的外徑可適當(dāng)縮小，內(nèi)孔可適當(dāng)?shù)姆糯?，以減少精加工與陰模、芯棒的摩擦。
（4）有關(guān)部位應(yīng)能保障不垂直度，不平行度和不同心度等技術(shù)要求。
（5）平磨后須退磁
4、壓力機(jī)的規(guī)格
壓力機(jī)的規(guī)格主要是根據(jù)模具的公稱壓力通過計(jì)算
F=180.97
查表，的壓力機(jī)規(guī)格如下：
公稱壓力∕KN 2000
滑塊行程∕mm 700
滑塊行程速度 空程下行 100mm/s
工作 8mm/s
回程 52mm/s
最小閉合高度∕mm 180
最大閉合高度∕mm 700
模具閉合高度應(yīng)滿足
Hmin－H＋10mm≤H閉≤Hmax－H－5mm
Hmin 最小閉合高度
H 墊板厚度
H閉 允許閉合高度
Hmax 最大閉合高度
所以
180mm－12mm＋10mm≤H閉≤360mm－12mm－5mm
所以模具的閉合高度應(yīng)在 178mm≤H閉≤343mm
壓力機(jī)可選：YHD32-200
5、模具結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)
5.1設(shè)計(jì)構(gòu)思
在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)時，需首先根據(jù)產(chǎn)品確定總體結(jié)構(gòu)，然后一次為基礎(chǔ)，詳細(xì)設(shè)計(jì)其中的組成零件。這一過程實(shí)際上就是自頂向下的設(shè)計(jì)過程。模具組成零件的形狀除受成形工藝形狀約束外，還受其在模具中所處的位置及其他零件的關(guān)系約束，只有總裝在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，才能獲得零件的相關(guān)約束，進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)。
為此，在利用CAD畫圖時，應(yīng)采用自頂向下的設(shè)計(jì)模式，依次實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)。具體表述為：首先，根據(jù)產(chǎn)品確定模具的總體框架結(jié)構(gòu)，從典型結(jié)構(gòu)庫中實(shí)體化一種導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圖，然后直接在該總體結(jié)構(gòu)下，設(shè)計(jì)其他相關(guān)模具零件，以使零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)。這樣，在設(shè)計(jì)某一零件時，其相關(guān)零件的形狀變化可被自動處理，從而保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致性。當(dāng)零件設(shè)計(jì)完成后，可將裝配結(jié)構(gòu)中的每一零件輸出到相應(yīng)的文件中，用來產(chǎn)生相應(yīng)零件的裝配圖，并標(biāo)注相關(guān)尺寸、技術(shù)要求等。
5.2銷釘 螺釘?shù)陌惭b
上下模座各安裝四個緊固螺釘，斜對角各安裝兩個銷釘。
5.3干涉檢驗(yàn)
零件裝配完成以后，個別零件之間可能出現(xiàn)型號干涉的情況，需對裝配體進(jìn)行干涉檢查；否則零件有可能無法安裝或正常工作。需對零件重新進(jìn)行裝配或修改零件尺寸，直到消除干涉為止，表明各個零部件被正確安裝，可以正常工作。
6、模具裝配圖
本次設(shè)計(jì)采用的是無導(dǎo)向冷擠壓成型模，金屬粉末填充后，上模下壓，一次成型，然后下模頂出。如圖7所示
圖7
1―上模座 2―上模墊板 3―上模固定板 4―下模 5―下模固定板 6―下模座 7―凸模 8―陰模 9―頂桿 10―頂塊 11―螺釘
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致 謝
致 謝
三年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。三年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。
感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。
最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。
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參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化
姓 名： 黃曉祺
學(xué) 號： 05010121
外文出處： Shanghai University
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評語：
該生的外文翻譯基本正確，能達(dá)到本科畢業(yè)的水平?；旧夏軠?zhǔn)確地表達(dá)原文思想，語句較為通順，條理清楚，基本符合中文習(xí)慣，整體翻譯質(zhì)量較好
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
微型模具成型的熱量和擠壓控制
在這篇文章中,我們?yōu)榱擞行У貜?fù)制出該微型模具產(chǎn)品的微小結(jié)構(gòu),將一個擠壓機(jī)器和一個小核心傳感器組合起來，構(gòu)建一個注射模具的擠壓系統(tǒng)。在一些重要的部位，由一個壓力裝置，它作為原動力，驅(qū)動中心模具工作。舉例說吧，在注射以后，模腔中的壓力會從二十兆帕上升到三十四兆帕。那些小小的感應(yīng)器形成感受到壓力，那些周圍的裝置和熱敏傳感器，排列在洞腔的同圍。我們可以根據(jù)這些信號推測里面狀況朝著有利的方向發(fā)展。為了評估該注射系統(tǒng)，我們做了一個厚度為1lm角度為140℃ 三角凹朝槽 來進(jìn)行工作。
說明
大部分的醫(yī)療信息設(shè)備都有一個基礎(chǔ)工作部分，另外還有一些輔助部件來完成某種特定的功能。模具成型技術(shù) 在現(xiàn)實(shí)中廣泛應(yīng)用，而且在大批量生產(chǎn)中多有應(yīng)用，這篇文章即是研究成型過程在傳統(tǒng)的成型壓力系統(tǒng)中,其為系統(tǒng)提供很大的壓力差,這種特點(diǎn)為模具成型過程提供了很好的動力源.然而,傳統(tǒng)的成型過程在注射成型的過程中,特別是在微型模具的成型過程中,有兩個很明顯的問題.首先,在用單模腔成型微小結(jié)構(gòu)的模具時,不同的溫度和硬度會引起不一致的成型壓力.一般來說,模腔中心的溫度越高,中心周圍的溫度也會越高.其次,即使通過冷卻和控制壓力的方法來展平那些不平的區(qū)域,但是通過檢測發(fā)現(xiàn),熱流量和壓力仍是高于成型微型模具工作時所規(guī)定的壓力,而且腔內(nèi)的這種情況很不好控制,這樣以來就只好通來偵測熱流面不是溫度來控制型腔中各種成型條件.
這篇文章的作者，也就是該機(jī)器的設(shè)計(jì)者，他通過在模具重要部位安放一個叫做模具核心擠壓機(jī)的部件來及時了解并控制模腔內(nèi)成型的具體情況。這個部件配備有特殊裝置來控制模腔內(nèi)的壓力、溫度，并反饋回到顯示裝置上。這篇文章就向我們詳細(xì)地闡述了這種機(jī)器的模型。
模具成型的壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如圖1所示，該結(jié)構(gòu)為我們常用的模具結(jié)構(gòu)圖。首先，我們描述一下裝備有piezo設(shè)備的模具成型壓力機(jī)。我們用的pie20設(shè)備有一個最大厚度為13LM的裝置，而且可以產(chǎn)生一個最大值為6KN的壓力。因此，該注射壓力系統(tǒng)所能產(chǎn)生的壓力在0~6KN之間，注射機(jī)的壓力系統(tǒng)有一個壓力設(shè)備，該裝置有一個特置的中心軸，并與一個傳感反饋裝置連在一塊。這個壓力裝置是圓柱形的，直徑為25mm，高度為54mm，它的溫度約在20℃和120℃之間。壓力傳動裝置的設(shè)計(jì)是對稱的，它把動力和運(yùn)動從壓力裝置上以一定的規(guī)律和方式傳出去，這個圓柱體的傳動裝置向一個方向上不停地進(jìn)行著傳遞工作，并由一個平面的輔助裝置保證其只能在平面內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
為了研究之便，我們特地用一個很小的傳感器，使位移，壓力、傳感器、熱量傳感器很好地相互協(xié)調(diào)起來協(xié)同工作，當(dāng)注射機(jī)的注射孔開始有位移并要接觸到模腔時，位移傳感器裝置就會測出其位移，并作出下一步的控制動作。該位移傳感器是非接觸式傳感器，其最大是量程為500lm ,誤差可以控制在0.2lm以下。
我們把一個核心模型放在模腔的中央，其結(jié)構(gòu)是一個三角形的凹槽，以深度1lm順次排列。核心表面有32768個三角形的凹槽組成，凹槽相鄰的角度為140o ，距離為1μm完成加工的產(chǎn)品組成一個直徑為12mm厚度為1mm的盤狀物。由是由在鋼里面加入鎳和磷元素制成的合金做的。有很好的硬度和耐磨性。三角槽的切制是由精度非常高的NC機(jī)切制而成的，有著異常高的精確度。
有二組深度為12lm的廢氣排放口，依次排列在圓洞的周圍。用一個真空泵抽出由于樹脂的分解而產(chǎn)生的廢氣物。為保證精細(xì)模具的硬度，統(tǒng)一冷卻那些盤狀產(chǎn)品。我對使冷卻水做曲線的循環(huán)運(yùn)動。注射機(jī)依靠一個伺服馬達(dá)系統(tǒng)，使其可以具備最高達(dá)150KN的夾緊力。
評估微型注射系統(tǒng)
以下是成型時的條件：材料：聚苯乙烯；注射溫度：190℃；成型設(shè)備溫度：80℃；注射速度：10mm/s；注射壓力：34mpa；夾緊力：150KN。在這些條件下，我們分別對如下情景作了比較分析。第一種情況是在約1000Vr 電壓下推動注射壓力機(jī)工作，第二種是沒有電壓作用。圖表3和4顯示的是模具里邊傳感器的測量結(jié)果。注射壓力的測量由位于注射壓力機(jī)后面的壓力計(jì)來測量，并以數(shù)字表格形式在輸出裝置上顯示。
第三組表格顯示了成型一個周期的數(shù)據(jù)。首先，在第5.16秒，注射動作開始注射，注射壓力也隨之上升，從第5.6s開始注射壓力在2秒之內(nèi)迅速升至34MPA，模腔內(nèi)的應(yīng)力實(shí)行如圖所標(biāo)的傳感器檢測表明，也隨著增加，只不過有大約0.35秒的延遲，最終可達(dá)到20MPA，約是注射壓力的59%。在注射壓力保持不變的那一階段，模腔內(nèi)的應(yīng)力迅速下降到零。這充分證明，盡管存在著由注射機(jī)提供注射壓力，但其中一部分由于模腔內(nèi)的摩擦力的存在而被抵消，熔料在模腔內(nèi)凝固的過程中，熔料因漸成為固體而其余部分也隨之降低為零。在此過程中，中心位移也經(jīng)歷了與模腔內(nèi)壓力變化規(guī)律相似的變化。這說明注射中心也受到了反作用力，在經(jīng)歷大約14S的冷卻過程后模具被打開了。
比較低的表格表明了表面溫度和熱量擴(kuò)散的過程。其中比較平直的那一段曲線顯示的是保壓階段或者說是壓力持續(xù)過程。圖表顯示的是表面溫度連續(xù)上升的過程，此時，熔料經(jīng)澆口源源不斷地流經(jīng)流道，最終達(dá)到成型模腔。在注射完成后，溫度迅速上升，而后隨即下降（在冷卻作用下）特別是澆口附近的熱量散的比較快，溫度下降也比較明顯。
在圖表4中，在第5.6s的時候，壓力裝置得到約1000V的電壓，由于電壓作用，模腔內(nèi)的壓力升至34MPA，中心的溫度和壓力也隨之上升。切斷電壓后，中心也恢復(fù)到原始狀態(tài)，但我們無法看到這一過程。
下面，我們對是否微型注射壓力機(jī)時產(chǎn)品的表面特征作一比較。圖表5、6顯示的是SEM照片而AFM的測量結(jié)果。從圖片來看，三角形凹槽的表面粗糙度和均勻程度在這兩種情況下并無明顯區(qū)別。原因就是因與注射時的速度與模具微小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有關(guān)，另外三角形凹槽的深度和排列密度也是其原因之一。
附件2：外文原文
Injection molding for microstructures controlling mold-core extrusion and cavity heat-flux
Abstract In this work we constructed an injection press molding system with a mold-core extrusion mechanism and a small sensor assembly for effectively duplicating microstructures to the mold products. The mold-core extrusion mechanism is driven by a piezo element to apply force on important area with microstructures. For example, after injection it increases the cavity pressure from 20 to 34 MPa. Small sensors consist of the pressure, displacement, and heat flux sensor assemblies,arranged around the small cavity. The signals showed us the physical phenomena inside the mold and may be further used as control signal. In order to evaluate this injection press molding system, we formed micro triangular grooves of pitch 1 lm and angle 140o. The mold-core extrusion gave better diffraction intensity by several percents.
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Introduction
Many information and medical equipment contain functional parts with microstructures in the order of 1 lm and overall size of several millimeters. Molding is a mass production method widely used in duplicating three dimensional forms of these parts [1–4]. This paper reports our study on one of the molding processes, namely, the injection press molding process.
In contrast to regular injection molding process that injects molten resin at high pressure into the cavity for simultaneous filling and forming, injection press molding process separates the time of the two processes. Injection press molding process injects molten resin into a mold cavity at low pressure to keep the flow resistance small,and once the cavity is filled, applies large clamping force on molds to form microstructures. Injection press molding has superb transforming capability used for example, in forming optical disks and LCD light guiding plates.
Conventional injection press molding applies large clamping force on molds for forming after the filling process. However, conventional injection press molding process has two problems for forming micro parts described above. First, in forming multiple micro parts with a single set of molds, the temperature and rigidity distributions are not uniform causing difference in forming pressure [5, 6]. Generally, the temperature is higher around the mold center and the pressing force is higher around the perimeter. Secondly, even if one tries to flatten the uneven distribution with cooling or pressure control, sensors to monitor the heat flux or pressure are larger than the micro parts and cannot find these conditions within the cavity.Note that measuring heat flux instead of temperature allows monitoring resin solidification in the cavity.
The authors of this paper devised mechanisms to (1) individually press each important micro structure area (we call this area the ‘‘core’’) with a mold-core extrusion mechanism equipped with a small piezo element and (2) control pressure temperature, and especially the cavity heat flux for each core by arranging a set of sensors around each core and feeding back the sensor signals to the above piezo element. This paper reports our prototype of these mechanisms.
2
Designing the injection press molding system
Figure 1 shows the mold we used. First we describe the mold-core extrusion mechanism design equipped with a piezo element. The piezo element used (KISTLER,Z17294X2) has a maximum free displacement of 13 lm and produces a maximum force of 6 kN with no displacement,thus the pressing force varies between 0 and 6 kN depending on the piezo element extension. The piezo element has a single axis force sensor (KISTLER, 9134A) integrated in it for pressing force feedback control. The piezo element unit size is 25 mm in diameter, 54 mm long and its temperature
Fig. 1. Test mold range is )20 to 120oC. The
symmetric design of the force transferring structure uniformly transfers the pressing force from the piezo element. This cylindrical force transfer mechanism moves in one direction and a planar surface keeps the shaft from rotating.
A small sensor assembly was developed for our study in this paper. Displacement, pressure, and heat flux sensors compose the assembly. The displacement sensor measures the displacement at the mold-core extrusion mechanism where it presses the mold-core, and the displacement in the parting direction at the parting line.
The displacement sensor is an eddy-current type noncontact displacement sensor (SINKAWA Electric, VC-202N) with range of 500 lm and resolution of 0.2 lm. The above 1 axis force sensor served as the pressure sensor to measure the cavity internal pressure.
The heat flux sensor measured the cavity surface temperature and the heat flux. A pair of thermocouples embedded at depths 0.3 and 0.6 mm enabled these measurements with the principle of inverse heat conduction.We mounted the diameter 3.5 mm heat flux sensors on the gate, cavity and sprue lock pin (Fig. 2).
We placed one mold-core at the mold center. The microstructure was triangular grooves arranged with pitch 1 lm. The core surface had 32,768 triangular grooves with 140_ angle that are 0.2 mm long on the
perimeter of a 10.5 mm circle.
Fig. 2. Cavity details and mold-core The finished product formed into
a 1 mm thick disk with diameter 12 mm. The core was made of steel (UDDEHOLM, STAVAX, 52 Rockwell hardness), with Ni-P plating. We cut the triangular grooves with an ultra precision NC machine (FANUC ROBOnano Ui).
Two 12 lm deep air vent grooves were placed on the perimeter of the cavities. A vacuum pump pumped out residual air and gas from molten resin. To provide rigidity similar to a regular mold, we kept the entire 80 kgf mold size the same. For uniformly cooling the disk shaped product, we ran cooling water in a circular path. The injection molding machine (FANUC, ROBOSHOT a-15) has a servo motor type drive with maximum clamping force of 150 kN.
3
Evaluating the injection press molding system
Here are the molding conditions: Resin: Polystyrene, Resin temperature at injection: 190 oC, Mold set temperature:80 oC, Injection speed: 10 mm/s, Holding pressure:34 MPa, and Clamping force: 150 kN. Under these conditions,we compared the case with a constant voltage of 1000 V applied to push the mold-core extrusion mechanism,and the case without pushing. Figures 3 and 4 show the measurements from the sensors inside the mold. The injection force measured with a load cell placed behind the injection molding machine screw derived the injection pressure in the figure.
Fig. 3. Measurements Fig. 4. Measurements
of sensors (without) of sensors (with)
Upper figures of Fig. 3 show the molding cycle. First at 5.15 s, the injection starts and the injection pressure suddenly rises. At 5.6 s, the injection pressure is held at 34 MPa for 2 s. The cavity pressure, measured by the 1 axis force sensor, increase with a 0.35 s delay, to reach only 20 MPa, which is 59% of the injection pressure. The cavity pressure quickly went down to about zero during the injection pressure holding period. This shows that despite the pushing force at the source of the injection molding machine, friction reduces pressure which is dropped at cavity. Also, when the resin solidified in the cavity, it parted from the mold to drop the pressure to zero. The core displacement shows a transition similar to the cavity pressure indicating that it was pressed back by the resin. After further cooling to 14 s, the mold was opened.
Lower figures of Fig. 3 show the surface temperature and heat flux transitions. The horizontal axes are magni-fied in the lower figures around the pressure holding period.The figure shows the sequential surface temperature rise at the lock pin, gate, and cavity as resin passed over them. The heat flux maximized immediately after injection and gradually decreased. Especially at the gate, the heat flux went down to about zero during pressure holding.
In Fig. 4, a voltage of 1000 V was applied to the piezo element for 2 s starting at 5.6 s. The voltage raised the cavity pressure to 34 MPa. The core gradually advanced with drop in cavity pressure from the position pressed in by the resin to eventually reach 9 lm ahead of its original position. Cutting the voltage retracted the core to its original position. But, we were not able to observe change in surface temperature and heat flux due to change in heat transfer from applying voltage.
Next we compare form features on the product with and without the mold-core extrusion. Figures 5 and 6 show the SEM photographs and the AFM measurement results. The photographs reveal that the triangular grooves had a uniform pitch with smooth surface regardless of mold-core extrusion, and good form transfer to the products. The reasons are smooth flow of polystyrene and the small aspect ratio of the groove depth and pitch.