罩盒模具设计

题目＿＿＿＿罩盒模具设计＿＿＿＿

罩合模具设计

摘 要

注射模又称注射成形，具有成形周期短，尺寸精确，对各种塑料的适应性强,生产率高，能实现全自动化等一系列优点。注射成型广泛应用于各种塑件的生产中。塑料模具质量的高低，直接决定着产品质量的高低，直接影响着它的经济效益。本套模具是一个罩盒零件的塑料模具，设计包括了选择材料、压力机、各个尺寸的计算，到最后的加工工艺等几个部分，在图纸的设计中，运用了造型及加工软件，如Masercam、proe、CAD等等。从而保证了模具的设计。

关键词：生产率高，品质质量，加工工艺

I

COVER AND MOLD DESIGN

SUMMARY

This set of grinding tools for the injection mold, injection mold, also known as injection molding, has formed a short cycle, size precision, strong adaptability to various plastics, production rate, to achieve full automation in a number of advantages. The quality of plastic mold, directly determines the level of product quality, a direct impact on its economic benefits. This set is a cover box parts mold plastic mold design, including the selection of materials, the press, the calculation of various sizes, to the final processing and other parts, in the design drawings, using the modeling and processing software, such as Masercam, proe, CAD and so on. To ensure the mold design..

KEY WORDS：High-qualitymass,production,processing

II

目 录

前 言 ................................................ 1 第1章 制件分析 ........................................ 2

1.1材料分析 ........................................ 3

1.1.1制件的材料 ................................ 3 1.1.2成该材料型时应注意的事项 .................. 3 1.1.3塑件工艺分析 .............................. 4

第2章 对注射成型机设备的确定 .......................... 6

2.1 查相关资料 .................... 错误！未定义书签。 第3章 制件型腔数量及排列方式的确定 .................... 8

3.1制件型腔数量的确定 .............................. 8 3.2型腔的排列方式的确定 ............................ 9 第4章 浇注系统的设置 ................................. 10

4.1 浇注系统的介绍 ................................ 10

4.1.1主流道的设置 ............................. 10 4.1.2 分流道的设置 ............................. 11 4.1.3 二级喷嘴 ................................. 11

第5章 分型面的确定 .................................. 12 第6章 推出机构的设计 .............................. 13

6.1 推出机构元件选用 ............................. 13 6.2推出机构的设计方法 ............................. 13 第7章 温度调节控制系统的确定 ......................... 15

7.1调节温度的意义 ................................. 15 7.2模具温度对制件的影 ............................. 15 7.3模具温度调节装置的选用 ......................... 15

7.3.1加热装置 ................................. 15 7.3.2冷却装置 ................................. 15

第8章 型腔和型芯 .................................. 17

8.1 概述 .......................................... 17

III

8.2 型芯的设计 ................................... 17 8.3 型芯的径向尺寸计算 ........................... 17 8.4 型芯的高度尺寸 ............................... 17 8.5 型腔的尺寸计算 .............................. 18 8.6 型腔的高度尺寸 ............................... 18 第9章 模具的结构形式 ................................. 19 第10章 模具相关尺寸的校核 ............................ 20

10.1 模具安装尺寸的校核 .......................... 20 10.2 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核 .......... 20 第11章 模具的总装图及模具的装配试模 ................ 21

12.1 模具的总装配图。（后附） ..................... 21 12.2 试模前的准备 ................................ 21 12.3 模具的安装及调试 ............................ 21 12.4 试模 ........................................ 21 第12章 型腔、型芯加工的工艺过程 ..................... 23

12.1 型腔的加工过程 ............................. 23

12.1.1 下料→磨床→刨床 ..................... 23 12.1.2 数控铣床加工 ......................... 23 12.1.3 电脉冲加工 ........................... 23 12.1.4 钻孔、钻水道、淬火 ................... 23 12.1.5 线切、打光割工、精磨 ................. 23 12.2 型芯的加工过程 .............................. 24 结 论 ............................................... 25 谢 辞 ................................................ 26 参考文献 ............................................. 27 外文资料翻译.......................................... 30

IV

前 言

随着近代工业的发展，塑料生产及塑料成型的应用愈来愈广泛。质量要求也越来越高，在塑料制品生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造工艺设备、合理的加工工艺，优质的模具材料和现代的成型设备等都是成型优质塑件的重要条件。

塑料模具设计与制造水平关系着一个国家的经济发展的速度，而塑料模具设计是对塑料材料，成型加工原理，成型设备及塑料模具设计知识的综合运用。

我这次的毕业课题是一个罩盒。为了这次课题做的更好一些，我参考了大量有关塑料制造方面的专著和最新的技术资料作为本次设计的参考和指导。由于本人知识水平有限，本次设计难免有些不当和错误之处，敬请批评指正。

1

第1章 制件分析

图1-1

名称：罩合 材料：ABS

生产量：大批量

2

1.1材料

1.1.1制件的材料

如制件图1-1本课题制造的是一套塑料模具，其产品是罩盒。材料为ABS。它是苯乙烯单体与丙烯腈单体和丁二烯橡胶聚合，则可得由丙烯腈（A）、丁二烯橡胶（B）、苯乙烯（S）三成分各种比例组合而成的共聚全体（ABS）。其特性由于三成分的巧妙配合，而显出耐冲击性极大，拉伸强度和刚性都高的特点，且这些性质在低温中也不会改变，此外也有相当的耐热性，耐化学药品和油，具有苯乙烯（PS）和耐冲击性苯乙烯（HIPS）所没有的卓越性质。

由塑料模塑成型技术中表附表2可知ABS的主要技术指标：

密度： 1.02～1.16g/cm3 比体积： 0.86～0.98cm3/g 吸水率（24h）: 0.2～ 0.4% 收缩率： 0.4～ 0.7% 熔点： 130℃～160℃

热变形温度： 90℃～108℃(0.46MPa) 83℃～103℃(0.185MPa) 拉伸强度： 50MPa 弯曲弹性模量： 1.8×103MPa 弯曲强度： 80MPa

冲击强度： 261KJ/m2 （无缺口） 11KJ/m2（缺口） 硬度： 9.7HB 体积电阻系数： 6.9×1016Ωcm 1.1.2成该材料型时应注意的事项

① ABS塑料的吸水性很大，会导致制品出现斑痕等缺陷，因此成型前必须充分干燥。含水率要控制在0.1%以下。

② ABS塑料流动性很好。流动距离比，即流动长度L与该制品壁厚T

3

之比达到190，因而不易出现飞边，熔融温度低而宽，有得于成型，但含橡胶成分多的ABS流动性很差。

③ ABS塑料耐热性并不高，耐低温性和耐紫外线性能也不好。

1.1.3塑件工艺分析

由该制件图所标注的尺寸可以看出，该制件的尺寸精度是有所要求的，从主 俯视图可以看出制件的基本尺寸和公差范围，同时也要设置小的圆角，这样避免了模具设计中出现的直棱 直角现象，同时也有利于型芯和型腔的加工，有了一定的倾斜角，脱模时，更有利于制件顺利脱出，制件有一定的圆角一定程度上避免了制件在实际生产中的应力集中，延长制件的使用寿命。

通过对制件材料性能的分析，查模具设计与制造简明手册，得出注射成型的工艺参数如下：

注射机类型： 螺杆式 预热和干燥： 80℃～85℃ 2h～3h 料筒温度： 后段 150℃～170℃ 中段 165℃～180℃ 前段 180℃～200℃ 喷嘴温度： 170℃～180℃ 喷嘴形式： 直通式 模具温度： 50℃～80℃ 注射压力： 60～100MPa 成型时间： 注射时间 20～90s 高压时间 0～5s 冷却时间 20～120s 总周期 50～200s 螺杆转速： 30r/min

后处理： 方法 红外线灯、烘箱

4

温度 70℃ 时间 2～4h

5

第2章 对注射成型机设备的确定

查模具设计与制造简明手册，选择注射机型号XS—ZY—500相关参数如下：

螺杆直径： 65mm 注射容量： 注射压力： 销模力： 最大注射面积： 最大模具厚度： 最小模具厚度： 模板行程： 喷嘴： 球半径 孔直径 定位孔直径： 注射行程： 注射时间： 动模固定板尺寸: 定模固定板尺寸： 拉杆空间： 合模方式： 液压泵流量： 液压泵压力： 电动机功率： 螺杆驱动功率： 加热功率： 机器外形尺寸： 顶出的 中心孔径 500cm3 145MPa 3500KN 1000cm2 450mm 300mm 700mm 18mm 7.5mm 150+0.054 115mm 3.8s

750×870 mm

825×870mm

260×290mm 液压—机械 100，12L/min 6.5MPa 11KW 4KW 5KW

3340×750×1550mm 150mm

6

两侧 孔径 24.5mm 孔距 530mm

7

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第3章 制件型腔数量及排列方式的确定

3.1制件型腔数量的确定

该制件目前应用广泛，且是大批量生产，需求量较大，为了满足市场需求，提高生产效率，决定采用一模多腔的生产方式。虽然采用一模单腔的生产，模具×型腔形状简单，制造方便成本底，但是对与大批量生产效率低，不经济。因此采用一模多腔。能够适应市场需求，也十分经济。

考虑到产品的生产，兼顾到设计时难易程度，以及喷嘴流道的布置，准备设置行腔数为4个。这样即可以适应大批量生产提高效率又很经济的要求，同时复杂程度又适中。

由零件图所示尺寸可得制件的体积为 V=2×44×25+80×2×25×2+80×40×2 =18800 mm3 质量为

M=ρv=1.08×18800/1000=20.3g 所以4个型腔的总质量为 m=4×20.3=81.2g

XS—ZY—500注射机，注射量在注射机的范围内，因此，采用一模四腔能符合要

本套模具准备采用二级喷嘴直接注入的方式，使用

8

洛阳理工学院毕业设计（论文）

3.2型腔的排列方式的确定

确定了一模四腔的数量，根据制件的形状和成型特点，采用4腔对称布置的排列方式，如下图4-1：

图4-1

如此排布有利于流道设置，有利于把熔融塑料送入模腔。

9

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第4章 浇注系统的设置

4.1 浇注系统

注射模的浇注系统是指溶体从注射机的喷嘴开始到型腔为止的流动通道。流道的确定必须保证溶体平稳地引入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔内的气体顺利的排出，在溶体填充型腔和凝固过程中，能充分的把压力传到型腔各部位以获得组织致密，外形清晰，尺寸稳定的塑料制品。

根据以上流道的功能和要求，鉴于本套模具的特点，本套模具设有主流道，分流道，和二级喷嘴。

4.1.1主流道的设置

主流道是从注射机的喷嘴与模具接触部位起到分流道为止的一段流道。它与注射机喷嘴在同一轴线上，溶体在主流道中不改变方向。主流道是溶料注入模具最先经过的部位，其形状大小直接影响塑料的流动速度和填充时间。

主流道设计图如下：

10

洛阳理工学院毕业设计（论文）

图4-1

由于需要与高温塑料和喷嘴长时间接触，一般情况下要加上主流道衬套以满足其要求。

4.1.2 分流道的设置

分流道介于主流道和二级喷嘴之间的一段通道，起到着分流和转向作用。本套模具采用圆形分流道，圆形截面流动阻力最小，热量损失最小溶体降温也慢。因此，采用圆形分流道的形式。

查模具设计与制造简明手册，可选择分流道的截面直径为10 mm的圆，在热流道板中通过，采用平衡式布置，到达各型腔部位，接二级喷嘴的尾部。

4.1.3 二级喷嘴

二级喷嘴选择改进的延伸式喷嘴，延伸式喷嘴直接与模具型腔接触，代替了点浇口，热流道板的加热，避免了前端受冷而堵塞问题。

本模具采用热流道板加热，热流道板用加热器加热，使流道内的塑料完全处于熔融状态。流道孔两端采用螺塞堵死，防止塑料泄漏，采用铜材料，制成比流道大的细牙螺纹。

11

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第5章 分型面的确定

根据制件的外型特点，采用单分型面中的直线分型面。这种分型面结构简单，可以很好的保证尺寸精度，由于型芯的倾斜角很小，制品可以通过分型后留在型芯上，这种分型面符合塑件的外观要求，开模以后不会在塑料制品上留有痕迹，同时分型面在塑料流动方向的末端有利于排气

12

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第6章 推出机构的设计

6.1 推出机构元件选用

根据制件的形状和结构特点，选用推杆推出机构，顶杆顶出是推出机构最简单最常用的一种，顶杆顶出机构元件制造简单，更换方便，脱模 效果好，设置的位置自由度大。

6.2推出机构的设计方法

根据模具制造与设计简明手册得： （1）

顶杆设在型芯的内部，每个制件采用4个顶杆，顶着制件

的内底部，把制件顶出。

（2）

按要求顶杆不易过细，要有足够的强度和受推力，一般取

直径2.5～12mm，所以根据此件特点取直径为6mm。

（3）

顶杆装配后不应有轴向窜动，其端面应高出型腔平面

0.05～0.1mm。其固定方式如下图：

13

洛阳理工学院毕业设计（论文）

图6-1

如此方式固定住顶杆就可以保证他的稳定了。 （4）

推杆与其配合孔采用H9/f9的配合

14

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第7章 温度调节控制系统的确定

7.1调节温度的意义

模具温度及其波动对制品的收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂和表面质量等均有影响。磨具温度过低，容体流动性差，制品轮廓不清晰，甚至冲不满型腔或形成熔接痕，制品表面不光泽缺陷多力学性能降低。模具温度过高，成型收缩率大，脱模和脱模后制品变形大，并且易造成溢料和粘模。模具热量的输入靠的是加热装置，而制品需要成型也需要对其冷却，冷却时间几乎占到成型周期的80%。因此提高冷却效率更有利于提高生产效率，其中散热包括自然散热和向外热传导，其中95%的热量是靠传热介质（冷却水）带走。

7.2模具温度对制件的影

由于塑料转换成为制件必须对模具进行加热和冷却，才能顺利的完成一系列的过程。塑料容体冲模流动，固化定型，生产效率及塑料的尺寸精度和形状都很重要。因此，必须考虑设计温度调节系统，通过合理的温度调节，才能有良好的产品质量和较高的生产效率

7.3模具温度调节装置的选用

此套模具采用热流道板加热，隔热板保温的方式保持塑料的熔融，再由冷却水道进行冷却。

7.3.1加热装置

本套模具的加热采用电热棒进行加热，再由电热藕来观测其温度，使模具达到合适的温度。

7.3.2冷却装置

本模具的冷却采用冷却水冷却。在型心的底部开设冷却水道，本模具

15

洛阳理工学院毕业设计（论文）

采用隔板式冷却装置。水道深度要距型芯10~15mm。

16

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第8章 型腔和型芯

8.1 概述

在生产塑料制件时，由于工艺条件，塑件批号发生变化都会造成塑

料收缩率的波动，收缩率的偏差和波动，都会引起塑件的尺寸误差，ABS塑料的收缩率为0.4~0.7%，此处取0.55%，模具的制造公差Z=△/3。

8.2 型芯的设计

型芯是成型塑料内表面的成型零件，根据内表面的特点，选择整体式型芯。其结构牢固，成型制品质量较好。

一般情况下，模具的制造公差、磨损和成型收缩波动是影响塑料制品公差的主要因素。

8.3 型芯的径向尺寸计算

型芯的形状为矩形，按收缩率、制造公差、磨损量的平均值计算。塑料制品尺寸为

ls，磨损量∫c，平均收缩率为Scp%,型芯的尺寸为LM，

所以型芯的径向尺寸为：

LM1=（ls+ls Scp%+3/4△）

0?

0?0.2/3 =（80?80X0.55?3/4X0.2) =124.15?0.67

0

LM2=（ls+ls Scp%+3/4△）

0?

0?0.2/3 =（40?40X0.55?3/4X0.2) =62.15?0.67

0

8.4 型芯的高度尺寸

塑料制品尺寸为

h，磨损量∫c，平均收缩率为Scp%,型芯的尺寸为

sh

M

，所以型芯的高度尺寸为：

17

洛阳理工学院毕业设计（论文）

hM=（hs+

0hsX Scp%+2/3△）

0?

0?0.2/3 =(63?63X0.55?2/3X0.2) =97.78?0.07

8.5 型腔的尺寸计算

塑料制品尺寸为Ls ，磨损量∫c，平均收缩率为Scp%,型芯的尺寸为

LM，所以型腔的径向尺寸为：

LM1=（Ls+Ls Scp%,-3/4△）

?0.07?0

?0.2/3 =(84?84X0.55?3/4X0.2) =130.050

?00

LM2= （Ls+Ls Scp%,-3/4△）

?0.2/3 =(44?44X0.55?3/4X0.2) =68.050

?0.070

8.6 型腔的高度尺寸

塑料制品尺寸为

HS，磨损量∫c，平均收缩率为Scp%,型腔的尺寸

为HM，所以型腔的高度尺寸为：

HM=（HS+HS Scp%-2/3△）

?0

?0.2/3 =(13?13X0.55?2/3X0.2) =20.020?0.070

18

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第9章 模具的结构形式

由以上的设计与分析，最后确定模具的结构为， 如下图：

图9-1

采用上图所示的结构形式，有利于安装，有利于生产。

19

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第10章 模具相关尺寸的校核

10.1 模具安装尺寸的校核

模具的外形尺寸（长X宽X高）为450X400X300,小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便的安装在注射机上。

在上面的模具结构中，定模座板用来固定在注射机上，其宽度比定模板宽了40~80mm。以便安装固定。同样动模座板也宽于动模板。定模板和动模板用来加工和安装型腔和型芯的部分组件。动模和定模之间由导柱和导套配合确定相对位置，安装导套在定模板上，导柱安装在动模板上，这样导柱、导套之间的配合精度保证了动定模闭合时的位置精度，这样既起到了导向又起到了定位作用。

10.2 模具与注射机安装部分相关尺寸的校核

喷嘴为锥面型，此锥面半径与相接触的模具主流道始端球面相适应。 模具安装在注射机上必须使模具注射口中心线与料筒喷嘴的中心线重合。模具定模板上没有定位孔，这样模具的定位部分也设计了一个与主流道同心的定位圈，定位孔与定位圈之间采用间隙配合。

此副模具设计厚度为H=350mm。选择注射机时，注射机允许的最大厚度Hmax=450mm,注射机允许的最小厚度为Hmin=300mm。因为Hmin﹤H﹤Hmax,所以满足使用要求。此模具的外形尺寸450mmX400mmX300mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度。因此可以方便地安装在注射机上。

20

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第11章 模具的总装图及模具的装配试模

12.1 模具的总装配图。（后附）

12.2 试模前的准备

首先，对注射机进行检验，看模具的闭合高度是否符合校核结果。安装到注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具的工作要求等是否符合设备的技术要求，再检查模具各滑动零件的配合间隙是否适当，活动是否灵活、可靠，起始位置的定位是否正确.

12.3 模具的安装及调试

模具的安装是将模具从制造地点运往注射机所在地，并安装在所选的注射机上。

模具安装在注射机上应注意以下问题： ① 模具的安装方位要满足设计图样要求；

② 模具在注射机上的固定应采用螺钉压板形式且对称布置，这样所受强度均匀。

③ 模具安装在注射机上之后要进行空循环调整，这样在于检验模具上各运动机构是否可口、灵活。定位装置应起到有效的作用。

④ 合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力

⑤ 型芯运动，推出及导向部位的运动要平稳，无干涩现象，定位准确可靠。

⑥ 开模时，推出平稳以保证塑件的完整

12.4 试模

模具安装完毕即可进行试模。 ① 加入原料，原料预先干燥。

21

洛阳理工学院毕业设计（论文）

② 调整设备，按照工艺条件要求调整注射机的压力、注射速度、注射量、成型时间、成型温度等工艺参数。

③ 根据工艺参数调节好注射机，采用手动操作。

④ 开始注射时，首先采用低压、低温和较长时间下的成型，若型腔未满则增加注射压力，在提高无效时，可以适当提高温度条件。试模注射出样品，看是否与设计中的样件符合。

⑤ 检验。通过试模可以检查出模具结构是否合理，所提供的样件是否符合用户要求。模具能否完成批量生产，针对试模中出现的问题，针对模具进行修改 ，再试模，使生产出的样品满足客户的要求。试模合格后，将模具清理干净。涂防锈油如库保存。

22

洛阳理工学院毕业设计（论文）

第12章 型腔、型芯加工的工艺过程

12.1 型腔的加工过程

12.1.1 下料→磨床→刨床

根据一模四腔的模具大小，选择型腔的原材料的的大小，先在平面磨床上进行平面磨，再根据余量的大小在刨床上进行加工。

12.1.2 数控铣床加工

根据产品的外形，运用Proe进行造型，利用仿形加工，用Mastercam编出程序，对其进行铣销加工，经过粗铣、精铣，尽可能加工出其外形，并且保证一定的精度。

12.1.3 电脉冲加工

在铣床不能加工到的部位，运用电脉冲进行加工，如一些直角的边、一些边缘部位的清角，运用不同的电极进行加工。

12.1.4 钻孔、钻水道、淬火

对于模具该钻孔的部位，如：顶杆孔、线切割孔、导套孔、吊环

控等，根据设计的冷却系统，加工出水道孔，保证其冷却达到目的，并且保证能承受注塑时的压力。然后淬火处理，使其达到一定的硬度。

12.1.5 线切、打光割工、精磨

加工到最后需要对模具型腔进行打光，以便于制件从模具中取出。

23

洛阳理工学院毕业设计（论文）

12.2 型芯的加工过程

与型腔的加工过程相似，只是打光的要求程度不高，以便使制件留在型芯上，便于脱模。

24

洛阳理工学院毕业设计（论文）

结 论

这套毕业论文是我在校学习期间需要完成的最后一个环节，是我理论联系实际和锻炼我独立工作能力的一个重要手段，是对我掌握和运用所学基础理论、专业知识、基本技能的一次综合锻炼，我努力认真的书写了这套论文。

通过本套论文的训练，使我的知识更加系统，又进一步巩固了我学过的知识。在毕业设计制作过程中，我翻阅了大量的相关资料，查找了相关工具书和数据，在此过程中又进一步锻炼了我查找资料的能力和总结东西的能力，毕业设计制作过程中，对绘图能力，计算机操作能力也是一次锻炼，也是一次提高。

25

洛阳理工学院毕业设计论文

谢 辞

毕业设计是对我三年学习的一次综合考察，是对我所学知识的一次综合运用，进入大学的三年来，我学到了很多东西，学习上：我学到了怎样独立思考，加强了我的自学能力，在此要感谢三年来各位老师对我的培养。生活上：受优秀老师同学的影响，我养成了一个好的习惯，受学校良好气氛的影响，培养出了我的气质，在此感谢母校对我的培养。

毕业论文所写的过程中，从一开始的选题，到最后的完成，马老师给我了很多支持和帮助。帮助我理解论文思路，关心我的论文进度，所以今天论文的写成。要感谢马老师的大力支持和帮助。

26

洛阳理工学院毕业设计论文 参考文献

[1] 张承琦 塑料成型工艺学 北京轻工业出版社1988.11 [2] 塑料模具手册 第2版 机械工业出版社1985.02 [3] 许发樾 模具标准应用手册 北京机械工业出版社1986.12 [4] 陈锡栋、周小玉 实用模具技术手册 北京机械工业出版社 1988.01 [5] 孔德茵 模具制造学 北京机械工业出版社 2001.10

[6] 李学锋、付丽 塑料模具设计与制造 北京机械工业出版社 1998.02

[7] 孙凤勤 模具制造工艺与设备 机械工业出版社 1995.05 [8] 陈志刚 塑模成型工艺及设备 电子工业出版社1986.12 [9] 颜智伟 塑料模具设计与机构设计 国防工业出版社2000.02 [10]翁其金 塑料模塑成型技术 机械工业出版社 1988.06 [11]黄鹤汀 机械制造技术 机械工业出版社 1997.10 [12]章泳健 模具设计与制造 清华大学出版社 2003 [13]李云程 模具制造工艺学 机械工业出版社 2000.10 [14]金庆同 特种加工 北京航空工业出版社 1988 [15]许发越 模具标准应用 北京机械工业出版社 1994 [16]黄毅宏 模具设计手册 北京机械工业出版社 1988

[17] 王本轶. 机床设备控制基础. 机械工业出版社，2005年：283-288 [18] 姜培刚.盖玉先. 机电一体化系统设计. 机械工业出版社，2008年 [19] 王坤.何小柏. 机械设计 高等教育出版社，1996年

[20]陈桂芬 机械制图与计算机绘图 西安电子科技大学出版社，2006.8 [21]梁俊有、李洪波 CAD工程设计 远方出版社，2005.8 [22]张桂香.机电类专业毕业设计指南 机械工业出版社，2005.1

27

洛阳理工学院毕业设计论文

28

洛阳理工学院毕业设计论文

29

洛阳理工学院毕业设计论文

外文资料翻译

摘自: 《制造工程与技术（机加工）》（英文版）

《Manufacturing Engineering and Technology—Machining》 机械工业出版社 2004年3月第1版 P560—564页 美 s. 卡尔帕基安(Serope kalpakjian) s.r 施密德(Steven R.Schmid) 著

原文：

20.9 MACHINABILITY

The machinability of a material usually defined in terms of four factors: ① Surface finish and integrity of the machined part; ② Tool life obtained;

③ Force and power requirements; ④ Chip control.

Thus, good machinability good surface finish and integrity, long tool life, and low force And power requirements. As for chip control, long and thin (stringy) cured chips, if not broken up, can severely interfere with the cutting operation by becoming entangled in the cutting zone.

Because of the complex nature of cutting operations, it is difficult to establish relationships that quantitatively define the machinability of a material. In manufacturing plants, tool life and surface roughness are generally considered to be the most important factors in machinability. Although not

30

洛阳理工学院毕业设计论文

used much any more, approximate machinability ratings are available in the example below.

20.9.1 Machinability Of Steels

Because steels are among the most important engineering materials (as noted in Chapter 5), their machinability has been studied extensively. The machinability of steels has been mainly improved by adding lead and sulfur to obtain so-called free-machining steels.

Resulfurized and Rephosphorized steels. Sulfur in steels forms manganese sulfide inclusions (second-phase particles), which act as stress raisers in the primary shear zone. As a result, the chips produced break up easily and are small; this improves machinability. The size, shape, distribution, and concentration of these inclusions significantly influence machinability. Elements such as tellurium and selenium, which are both chemically similar to sulfur, act as inclusion modifiers in resulfurized steels.

Phosphorus in steels has two major effects. It strengthens the ferrite, causing increased hardness. Harder steels result in better chip formation and surface finish. Note that soft steels can be difficult to machine, with built-up edge formation and poor surface finish. The second effect is that increased hardness causes the formation of short chips instead of continuous stringy ones, thereby improving machinability.

Leaded Steels. A high percentage of lead in steels solidifies at the tip of manganese sulfide inclusions. In non-resulfurized grades of steel, lead takes the form of dispersed fine particles. Lead is insoluble in iron, copper, and

31

洛阳理工学院毕业设计论文

aluminum and their alloys. Because of its low shear strength, therefore, lead acts as a solid lubricant (Section 32.11) and is smeared over the tool-chip interface during cutting. This behavior has been verified by the presence of high concentrations of lead on the tool-side face of chips when machining leaded steels.

When the temperature is sufficiently high-for instance, at high cutting speeds and feeds (Section 20.6)—the lead melts directly in front of the tool, acting as a liquid lubricant. In addition to this effect, lead lowers the shear stress in the primary shear zone, reducing cutting forces and power consumption. Lead can be used in every grade of steel, such as 10xx, 11xx, 12xx, 41xx, etc. Leaded steels are identified by the letter L between the second and third numerals (for example, 10L45). (Note that in stainless steels, similar use of the letter L means “low carbon,” a condition that improves their corrosion resistance.)

However, because lead is a well-known toxin and a pollutant, there are serious environmental concerns about its use in steels (estimated at 4500 tons of lead consumption every year in the production of steels). Consequently, there is a continuing trend toward eliminating the use of lead in steels (lead-free steels). Bismuth and tin are now being investigated as possible substitutes for lead in steels.

Calcium-Deoxidized Steels. An important development is

calcium-deoxidized steels, in which oxide flakes of calcium silicates (CaSo) are formed. These flakes, in turn, reduce the strength of the secondary shear

32

洛阳理工学院毕业设计论文

zone, decreasing tool-chip interface and wear. Temperature is correspondingly reduced. Consequently, these steels produce less crater wear, especially at high cutting speeds.

Stainless Steels. Austenitic (300 series) steels are generally difficult to machine. Chatter can be s problem, necessitating machine tools with high stiffness. However, ferritic stainless steels (also 300 series) have good machinability. Martensitic (400 series) steels are abrasive, tend to form a built-up edge, and require tool materials with high hot hardness and

crater-wear resistance. Precipitation-hardening stainless steels are strong and abrasive, requiring hard and abrasion-resistant tool materials.

The Effects of Other Elements in Steels on Machinability. The presence of aluminum and silicon in steels is always harmful because these elements combine with oxygen to form aluminum oxide and silicates, which are hard and abrasive. These compounds increase tool wear and reduce machinability. It is essential to produce and use clean steels.

Carbon and manganese have various effects on the machinability of steels, depending on their composition. Plain low-carbon steels (less than 0.15% C) can produce poor surface finish by forming a built-up edge. Cast steels are more abrasive, although their machinability is similar to that of wrought steels. Tool and die steels are very difficult to machine and usually require annealing prior to machining. Machinability of most steels is improved by cold working, which hardens the material and reduces the tendency for built-up edge formation.

33

洛阳理工学院毕业设计论文

Other alloying elements, such as nickel, chromium, molybdenum, and vanadium, which improve the properties of steels, generally reduce machinability. The effect of boron is negligible. Gaseous elements such as hydrogen and nitrogen can have particularly detrimental effects on the properties of steel. Oxygen has been shown to have a strong effect on the aspect ratio of the manganese sulfide inclusions; the higher the oxygen content, the lower the aspect ratio and the higher the machinability.

In selecting various elements to improve machinability, we should consider the possible detrimental effects of these elements on the properties and strength of the machined part in service. At elevated temperatures, for example, lead causes embrittlement of steels (liquid-metal embrittlement, hot shortness; see Section 1.4.3), although at room temperature it has no effect on mechanical properties.

Sulfur can severely reduce the hot workability of steels, because of the formation of iron sulfide, unless sufficient manganese is present to prevent such formation. At room temperature, the mechanical properties of resulfurized steels depend on the orientation of the deformed manganese sulfide inclusions (anisotropy). Rephosphorized steels are significantly less ductile, and are produced solely to improve machinability.

20.9.2 Machinability of Various Other Metals

Aluminum is generally very easy to machine, although the softer grades tend to form a built-up edge, resulting in poor surface finish. High cutting speeds, high rake angles, and high relief angles are recommended. Wrought

34

洛阳理工学院毕业设计论文

aluminum alloys with high silicon content and cast aluminum alloys may be abrasive; they require harder tool materials. Dimensional tolerance control may be a problem in machining aluminum, since it has a high thermal coefficient of expansion and a relatively low elastic modulus.

Beryllium is similar to cast irons. Because it is more abrasive and toxic, though, it requires machining in a controlled environment.

Cast gray irons are generally machinable but are. Free carbides in castings reduce their machinability and cause tool chipping or fracture, necessitating tools with high toughness. Nodular and malleable irons are machinable with hard tool materials.

Cobalt-based alloys are abrasive and highly work-hardening. They require sharp, abrasion-resistant tool materials and low feeds and speeds.

Wrought copper can be difficult to machine because of built-up edge formation, although cast copper alloys are easy to machine. Brasses are easy to machine, especially with the addition pf lead (leaded free-machining brass). Bronzes are more difficult to machine than brass.

Magnesium is very easy to machine, with good surface finish and prolonged tool life. However care should be exercised because of its high rate of oxidation and the danger of fire (the element is pyrophoric).

Molybdenum is ductile and work-hardening, so it can produce poor surface finish. Sharp tools are necessary.

35

洛阳理工学院毕业设计论文

Nickel-based alloys are work-hardening, abrasive, and strong at high temperatures. Their machinability is similar to that of stainless steels.

Tantalum is very work-hardening, ductile, and soft. It produces a poor surface finish; tool wear is high.

Titanium and its alloys have poor thermal conductivity (indeed, the lowest of all metals), causing significant temperature rise and built-up edge; they can be difficult to machine.

Tungsten is brittle, strong, and very abrasive, so its machinability is low, although it greatly improves at elevated temperatures.

Zirconium has good machinability. It requires a coolant-type cutting fluid, however, because of the explosion and fire.

20.9.3 Machinability of Various Materials

Graphite is abrasive; it requires hard, abrasion-resistant, sharp tools. Thermoplastics generally have low thermal conductivity, low elastic modulus, and low softening temperature. Consequently, machining them requires tools with positive rake angles (to reduce cutting forces), large relief angles, small depths of cut and feed, relatively high speeds, and

proper support of the workpiece. Tools should be sharp.

External cooling of the cutting zone may be necessary to keep the chips from becoming “gummy” and sticking to the tools. Cooling can usually be achieved with a jet of air, vapor mist, or water-soluble oils. Residual stresses

36

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v6q.html