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在含有稀有元素Mg–Zn–Zr的合金中,加工工藝對(duì)相變的影響
Jitka Pelcov′a ?, Bohumil Smola, Ivana Stul′?kov′a
捷克人民共和國布拉格查爾斯大學(xué)的數(shù)學(xué)和物理教師 Ke Karlovu 5, CZ-121 16,
2005年8月30日被一般承認(rèn),從2005年12月13日開始校訂,2005年12月15日被接受。
摘要
我們進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查,旨在研究退火對(duì)鎂合金(鎂3%,鋅1%,釹0.5%鋯)在沉淀過程和顯微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的作用,這種合金是在多種凝固條件形成的。該合金是在有或者沒有后續(xù)擠出的情況下擠壓鑄造和噴霧成形的。在退火溫度從293變到783K的同時(shí)通過相對(duì)電阻率的變化研究相變,對(duì)選定狀態(tài)的顯微結(jié)構(gòu)在透射電鏡技術(shù)顯微鏡下進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
1.介紹
因?yàn)樗麄兙哂刑厥獾膶傩裕绲兔芏?,高?qiáng)度,良好的機(jī)械加工性和實(shí)用性鎂合金廣泛應(yīng)用于天空,航空,汽車或休閑工具。在穩(wěn)定升高時(shí)因?yàn)樗麄冞m度的機(jī)械延展性,鎂基合金的引用也是有限的。通過使用現(xiàn)代加工工藝(合成物,快速凝固合金,加入納米顆粒)或者使用非傳統(tǒng)的合金元素,像稀土元素可以改良鎂合金。[1]通過減少生產(chǎn)必要的步驟,并且提高微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化,壓制和宏觀分離的屬性的優(yōu)勢(shì),噴射成型,作為快速凝固的種加工工藝,是可能降低生產(chǎn)成本的。這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于含鎂3%,鋅1%,釹0.5%鋯的合金研究中。鋅通常作為一種合金元素加入商業(yè)鎂合金中,在過飽和的固體溶液分解過程中,鎂鋅合金的GP區(qū)和亞穩(wěn)態(tài)的MgZn, MgZn2, Mg2Zn3的沉淀物能夠被觀察到。Zr元素能夠細(xì)化晶粒尺寸,并且它還參與相的發(fā)展,這種相可以提高合金的抗拉強(qiáng)度和抗蠕變性能。大多數(shù)Mg-Zr合金含稀土元素,如鈰,釹和鑭系元素,由于晶界網(wǎng)絡(luò)的形成相對(duì)低的共溶性他們能與鎂形成共晶系統(tǒng)并且提高合金的鑄造性能。連續(xù)合金的開發(fā)能夠使以Mg-Zr為基體的合金的機(jī)械加工性能得到很大的改善[2]. 高溫性能的重大的改進(jìn)使近來許多的合金能夠在高達(dá)537K的溫度下使用而先前的Mg–Zr合金使用溫度才423K[3,4].Mg-Zn-Zr合金(被稱為ZK合金)被廣泛用于商業(yè)因?yàn)樗麄兊膹?qiáng)度高,良好的可塑性和耐腐蝕性[5]. 由于包含的稀土粒子的形成,Luo et al發(fā)現(xiàn)了在Mg–Zn–Zr–RE合金的鍛造過程中,稀土元素具有強(qiáng)化效應(yīng),在合金擠出的過程中它們能夠抑制抑制的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。[6]. 在中加入3 wt.% 的Nd能夠有效地提高合金的在更高溫度下的屈服強(qiáng)度和極限拉伸強(qiáng)度,最終導(dǎo)致晶粒細(xì)化并且有Mg12Nd 相的形成。如果冷切速率足夠高,在Mg–Zn–RE–(Zr)合金中能夠形成準(zhǔn)晶體 [7] Luo et al最先報(bào)道了在含鋅和釔的鎂合金中Mg–Zn–Y二十面體的準(zhǔn)晶相是呈五重對(duì)稱分布的。從這時(shí)起,Niikura et al. [8] 和 Tsai et al. [9]已經(jīng)用稀有元素 Y , Nd, Sm, Dy, Gd, Tb, Ho and Er合成了一個(gè)二十面體的準(zhǔn)晶體家族。
圖表1
合金成分:Mg-3 wt.% Zn-1 wt.% Nd-0.5 wt.% Zr(名義成分)
Alloy Zn [wt.%] REa [wt.%] Zr [wt.%] Mg [wt.%]
擠壓鑄造和擠壓材料4.19 0.98 0.58 94.25
噴射成形材料3.41 1.19 0.38 95.02
噴射成形擠壓材料3.08 0.91 0.32 95.69
稀土元素包含Nd和少量的Y
由于晶界的穩(wěn)定性,更高的耐腐蝕和延展性等,準(zhǔn)晶體的存在能夠提高合金的機(jī)械加工性能,如更高的硬度,更高的熱穩(wěn)定性。在這篇論文提到的工作中,退火溫度達(dá)到783K的同時(shí),通過相對(duì)電阻率的變化我們研究了Mg-3 wt.%Zn-1 wt.% Nd-0.5 wt.% Zr合金的相變,對(duì)選定狀態(tài)的顯微結(jié)構(gòu)在透射電鏡技術(shù)顯微鏡下進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
2.實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)
在溫度線性增加的過程中我們用電阻仔細(xì)研究了顯微結(jié)構(gòu)的發(fā)展與相變。阻值測(cè)量的結(jié)果與微觀硬度的測(cè)量結(jié)果一樣,這些顯微硬度也是用阻值測(cè)量的方法測(cè)定的。分析利用透射電鏡(TEM)對(duì)物質(zhì)的選定的狀態(tài)進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的分析。含Mg-3 wt.% Zn-1 wt.% Nd-0.5 wt.% Zr的合金是在有或者沒有后續(xù)擠出的情況下擠壓鑄造和噴射成形的。熔體在噴射的過程中的溫度是1013K,過程氣體為Ar + 1 vol.%O2。擠壓鑄造是在Ar + 1%SF6的保護(hù)氛圍中進(jìn)行的。以50:1降低溫度在573K溫度下進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的預(yù)熱在623K的溫度下推出。所研究的合金在成分在圖表1中列出。等溫退火時(shí)相對(duì)電阻率的變化取決于在293–783K之間溫度以30 K/30 min的變化。每次退火后淬火于液氮中使退火溫度達(dá)到513K并且在室溫下淬火于水中得到更高的退火溫度。在513K溫度下油浴和在更高的溫度下處于氬保護(hù)氣氛的熔爐進(jìn)行熱處理。每一次加熱之后在電阻率的測(cè)量中使用以首寫字母為H形狀這四個(gè)接觸標(biāo)本。在一個(gè)虛擬的標(biāo)本系列中相對(duì)電阻率的變化_ρ/ρ是通過直流四分法精確到了
圖表2
所研究合金的測(cè)量與計(jì)算密度
合金的測(cè)量密度[kg/m3] 合金的計(jì)算密度[kg/m3]
擠壓鑄造和擠壓材料1828 ± 5 1819
噴射成形材料1598 ± 3 1813
噴射成形擠壓材料l 1813 ± 5 1803
電流換向抑制附加的溫差電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)。在材料選定的狀態(tài)下電阻率的價(jià)值也是在293K進(jìn)行測(cè)量的用以來獲取材料的剩余電阻率,RRR= ρ(293 K)/ρ(77 K),這不依賴于樣本的形式,也不需增加材料的純度。電阻率的測(cè)量反映了機(jī)械屬性的熱穩(wěn)定性和微觀機(jī)構(gòu)的發(fā)展,微觀硬度HV0.1的變化(維氏硬度0.1 kg的負(fù)載)的測(cè)量也是在這種處理下進(jìn)行的用透射電鏡、電子衍射(ED)和x射線顯微分析儀(EDX)來確定沉淀相的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征(使用一個(gè)JEOL JEM 2000FX電子顯微鏡和一個(gè)鏈接10000微量分析儀)跟那些測(cè)量電阻率和硬度的樣本制備一樣,透射電鏡樣本也是由等時(shí)退火過程制備的。
3.結(jié)果與討論
注射成形的合金晶粒尺寸一般為1 m物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)密度跟計(jì)算密度在表2中列出。注射成形材料的標(biāo)準(zhǔn)密度和計(jì)算密度的巨大差別表明,材料內(nèi)具有很多孔(大約12 vol.%),這表明材料有很大的脆性。圖表3總結(jié)了材料在指定熱處理狀態(tài)下RRR參數(shù)的測(cè)量值和在精制狀態(tài)下的維氏硬度。注射成形合金的最低硬度測(cè)量值和RRR 參數(shù)也支持空點(diǎn)的存在。對(duì)于在開始階段兩種擠出的合金—擠壓鑄造合金和注射合金的微觀硬度值相對(duì)要些。
圖表3
RRR參數(shù)和微觀硬度HV0.1的值
合金RRR(鑄態(tài))RRR(最小的電阻)RRR(退火到783 K)HV0.1
噴射成形擠壓材料3.529 (3.823)633K 2.487 95 ± 3
噴射成形材料2.665 – 3.084 52 ± 4
擠壓鑄造和擠壓材料3.120 (3.593)693K 2.672 86 ± 3
圖1. 在多種預(yù)備的狀態(tài)的Mg–Zn–RE–Zr合金中,隨著等時(shí)退火至783K相對(duì)電阻率的變化(噴射和擠壓成型;沒有推出的噴射成型;壓鑄和擠壓成型;壓鑄和二次推出;噴射和二次推出)
在研究的合金中由等時(shí)退火,退火曲線后相對(duì)電阻的變化_ρ/ρ0在圖1中進(jìn)行了比較。注射成形合金的退火曲線表明,電阻在等時(shí)退火到603K時(shí)只有微弱的增加,當(dāng)溫度到達(dá)783K時(shí)連續(xù)下降。這最有可能是由導(dǎo)致基體純凈的沉淀過程造成的,這已經(jīng)由(表3)漸增的RRR測(cè)量值得到了證實(shí)。在兩個(gè)溫度變化范圍內(nèi)(423–543K降低8%,和603–693降低18%K)退火對(duì)注射成形和擠出形成材料電阻的減小影響較大。在鑄態(tài)時(shí)在噴射成型和擠壓成型合金可以觀察到含鋅和Nd的復(fù)合相呈直角的粒子(l_um)集團(tuán),見圖2a。在Mg-Zn-Nd和含有Zr的合金的任何已知的基礎(chǔ)上的相中不能索引到艾德模式
圖表4
測(cè)角儀位置的測(cè)量角度和在他們極點(diǎn)間的角度 位置123
側(cè)向角度_ ?11.0 15.5 0.0
側(cè)向角度_ 1.0 ?7.3 8.0
1 – 27.3 13.0
2 27.3 – 21.3
3 13.0 21.3 –
圖表5
cbco相(在某種程度上)極點(diǎn)間的角度 極點(diǎn)123
極點(diǎn) [1 0 2] [0 0 1] [2 1 6]
[1 0 2] – 27.1 13.4
[0 0 1] 27.1 – 21.5
[2 1 6] 13.4 21.5 0
采用來自不同顆粒的四艾德模式建立cbco倒易點(diǎn)陣。cbco相的晶格參數(shù)估計(jì)為a = 0.997 nm, b = 1.149 nm and c = 0.974 nm這種解釋在一個(gè)使單一的粗晶傾斜試驗(yàn)中得到了證實(shí),這種相的粒子處在等時(shí)退火到543K的噴射成型和擠壓成型的合金中三艾德模式被索引為明確的[1 0 2], [0 0 1] 和 [2 1 6] cbco相的極模式,見圖3.極間測(cè)量和計(jì)算的角度匹配得非常好,在實(shí)驗(yàn)誤差±0.5?之內(nèi),見圖表4和5。在鑄態(tài)下噴射形成和擠壓成型的材料合金的晶粒中可以觀察到相對(duì)大的位錯(cuò)密度。
在含Y和Zn復(fù)合相的晶粒內(nèi)(約30 nm)和晶界處(約50 nm)的微粒已經(jīng)在這種材料中列出來,見圖2b。在退火到543K后,可以觀察到Cbco相的粗化和錯(cuò)位機(jī)構(gòu)的恢復(fù),這導(dǎo)致硬度HV0.1略有下降~?(7%)。
圖2. 噴射和擠壓成型的Mg–Zn–RE–Zr合金在預(yù)備狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),(a)Zn–Nd–(Mg)相的矩形微粒的黑色聚集物,(b)包含Y–Nd元素的微細(xì)顆粒。(明視場(chǎng)透射電子顯微鏡)
圖3. 等時(shí)退火到543K時(shí)在噴射和擠壓成型的Mg–Zn–RE–Zr合金中一個(gè)cbco粒子的衍射圖樣。(a)極點(diǎn)[1 0 2];(b) 極點(diǎn) [0 0 1],(c) 極點(diǎn) [2 1 6]
在退火到693 K后,可以檢測(cè)到細(xì)膩,致密散布的Zn-, Y沉淀物和含有Nd的相(圖表4),這導(dǎo)致在一個(gè)范圍內(nèi)的603-693 K,電阻率有所下降。
在這個(gè)過程中顯微硬度有輕微的上升(~+7%)。
退火到693K后RRR值有所增加,圖表3證實(shí)了由于沉淀過程,對(duì)基體的純度更有效。與非擠壓材料的退火不同,噴射成型和擠壓成型材料退火需要更高的溫度,這導(dǎo)致電阻率比原來的增加了超過25%以上。在噴射成型的材料中可以觀察到電阻率的增加,這支持了在精制狀態(tài)下溶質(zhì)更高程度的濃縮,但是在擠壓成型材料中不成立,擠壓成型材料在573–623 K進(jìn)行熱處理會(huì)出現(xiàn)沉淀。在噴射成型和擠壓成型合金中,電阻率比鑄態(tài)時(shí)的增加最可能是由于合金中包含Nd沉淀的溶質(zhì)和同時(shí)存在Zn–Zr(針狀和橢圓狀)相的沉淀物引起的,這些沉淀在退火到753K在透射電鏡式樣中觀察到,見圖表5.
圖4. 在等時(shí)退火至693K時(shí),在噴射和擠壓成型的Mg–Zn–RE–Zr合金中Zn–Y相的精細(xì)沉淀物。(明視場(chǎng)透射電子顯微鏡)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在鎂基體中1 at.% Nd對(duì)剩余電阻率的影響相對(duì)較大,(77 n_m/at.% [10], 79.4由于Zr–Zn相的存在這不能僅僅補(bǔ)償在基體中由于Zn 和 Zr溶質(zhì)的損耗而導(dǎo)致的電阻的降低,但是也能導(dǎo)致觀察到的電阻顯著增加。伴隨著壓鑄和擠壓試樣的等時(shí)退火到603K,相對(duì)電阻率的變化可以用輕微連續(xù)的電阻降低值描述(最小值 ?13%)。類似于噴射成型和擠壓成型材料,在更高的退火溫度下(超過633 K),能夠觀察到電阻率顯著的增加(比鑄態(tài)合金的值高過60%)。
有證據(jù)表明在基體中,沉淀相溶解之后溶質(zhì)的濃縮會(huì)增加,這由RRR值(圖表3)的降低得到了證實(shí)。這個(gè)結(jié)果調(diào)用所謂的第二次運(yùn)行的測(cè)量,在這個(gè)測(cè)量中,逐步等時(shí)退火的擠壓材料試樣(噴射成型材料和壓鑄材料)又重新從293 to 783 K等時(shí)退火。
圖5. 等時(shí)退火至753K時(shí)在噴射和擠壓成型的Mg–Zn–RE–Zr合金中包含Zn–Zr的精細(xì)針狀物(明視場(chǎng)透射電子顯微鏡)
在第二次進(jìn)行時(shí)的相對(duì)電阻率的變化(圖表1 虛線)大體上比第一次進(jìn)行時(shí)的大,并且電阻形狀退火曲線相似。這個(gè)結(jié)果清晰地表明等時(shí)熱處理到更高的溫度顯著地抑制加工工藝的影響。
在第二次從室溫到523K等時(shí)退火過程中,由第一次等時(shí)退火到783K產(chǎn)生的過飽和能夠促進(jìn)亞穩(wěn)態(tài)相的發(fā)展。主要的電阻率的降低(513–603 K)表明幾個(gè)沉淀過程是同事發(fā)生的。視電阻率的變化,噴射成型試樣在沉淀過程的溫度范圍不同,大幅擠壓之后同一標(biāo)本暴露再第二次進(jìn)行相同的等時(shí)熱處理。
4.結(jié)論
由噴射成型制備的含Mg-3 wt.% Zn-1 wt.% Nd-0.5 wt.% Zr的合金表現(xiàn)多孔性(約12%),這導(dǎo)致極大的脆性。在623K下擠出消除了這種多孔性并且顯著地改變了等時(shí)退火對(duì)電阻率的影響。新的沒有報(bào)道的包含Zn,Nd 和Mg 的C-基相在噴射和擠壓合金中是以呈直角粒子的團(tuán)聚物呈現(xiàn)的。
在等時(shí)退火過程中,這些團(tuán)聚物變粗糙轉(zhuǎn)變成單一的粒子并且在高溫(753K)下部分溶解。包含微細(xì),致密的Zn和Y相的沉淀會(huì)導(dǎo)致退火到693K電阻率顯著降低。噴射成型合金等時(shí)退火到783K,壓鑄成型合金在623K擠壓導(dǎo)致沉淀相的溶解并且消除在重復(fù)退火電阻變化的差別。
感謝
特別感覺捷克科學(xué)委員會(huì)的支持。
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開題報(bào)告
題 目
軸端擋圈落料、沖孔、沖槽連續(xù)模
學(xué)生姓名
班級(jí)學(xué)號(hào)
專業(yè)
一、課題的目的和意義:
沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力,使之產(chǎn)生塑性變形或分離,從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。模具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ),在我國模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。沖壓加工作為一個(gè)行業(yè),在國民經(jīng)濟(jì)的加工行業(yè)中占有重要地位。根據(jù)統(tǒng)計(jì),沖壓件在各個(gè)行業(yè)中均占有相當(dāng)大的比重,尤其在汽車、電機(jī)、儀表、軍工、家電等方面所占比重更大。采用沖壓模具生產(chǎn)零部件,具有生產(chǎn)效益高,質(zhì)量好,成本低,節(jié)約能源和原料等一系列優(yōu)點(diǎn),它已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要手段和工藝發(fā)展方向。
模具工業(yè)已被我國正式確定為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),早在“十五”期間就被列為重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)。從1997年開始,我國模具工業(yè)產(chǎn)值超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。因此模具對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。
對(duì)于沖壓生產(chǎn)而言,單工位模具結(jié)構(gòu)單一,生產(chǎn)效率低,而且鈑金零件不能過于復(fù)雜,否則就需要多副單工位模具才能實(shí)現(xiàn)。如果采用級(jí)進(jìn)模進(jìn)行生產(chǎn),就可以改變這些缺點(diǎn)。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的精密多工位級(jí)進(jìn)模,具有生產(chǎn)周期短、用操作人員少、精度高、壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),因此我國重點(diǎn)發(fā)展的精密沖模。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì),指導(dǎo)老師給我安排的是大法蘭筒形件落料拉深沖壓模具設(shè)計(jì)。通過對(duì)零件進(jìn)行工藝分析,得出零件的主要加工工序主要有:落料、拉深等。經(jīng)過回顧大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí),參考相關(guān)文獻(xiàn)資料,以及指導(dǎo)老師指導(dǎo)之后,我初步理清了本次設(shè)計(jì)的基本思路,掌握了有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本方法。希望通過完成本次設(shè)計(jì),我能更好地了解模具設(shè)計(jì)過程,進(jìn)一步的掌握模具的相關(guān)結(jié)構(gòu),為今后步入模具行業(yè)打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
二、文獻(xiàn)綜述
1、中國沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
中國沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀改革開放帶了我國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期,模具的市場(chǎng)的需求量也進(jìn)一步的增加。模具行業(yè)也一直以15%左右的增速再發(fā)展。因此帶來的模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分的巨大變化,一些國有專業(yè)模具廠也如雨后春筍般的建立起來,同時(shí)也帶來了以集體、獨(dú)資、私營和合資等形式的快速發(fā)展。
賦有“模具之鄉(xiāng)”的浙江寧波和黃巖地區(qū)是現(xiàn)今我國規(guī)模最大的兩個(gè)地方;廣東地區(qū)也漸漸掀起了開建模具廠的浪潮;其中科龍、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心;中外合資或是外商獨(dú)資形式的模具企業(yè)現(xiàn)也有幾千家。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度,將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD,并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件,個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件,并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步,東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外,許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步;在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
例如,吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件,華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件,上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展,但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如,精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低;CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高;許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等,致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。
2、中國沖壓模具的發(fā)展方向
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng):
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步,普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟,各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度;進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能,實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合,使虛擬制造成為可能。
(2)高速銑削加工國外近年來發(fā)展的高速銑削加工,大幅度提高了加工效率,并可獲得極高的表面光潔度。另外,還可加工高硬度模塊,還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展,對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪P退璧闹T多功能,大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng),可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上,實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù),用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用,相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
(4)電火花銑削加工電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù),這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù),它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣),因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極,這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高,估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
(7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作,以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
(8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展這是我國長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合;配有隨行定位夾具或定位盤;有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫;有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng);有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
我國沖壓模具與發(fā)達(dá)國家企業(yè)之間的差距不小,因此要發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)和綜合競(jìng)爭(zhēng)力,要加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、完善合作機(jī)制,創(chuàng)造性地工作。也需要加大對(duì)模具相關(guān)專業(yè)人才的綜合素質(zhì)培訓(xùn)投入。
課題名稱為大法蘭筒形件落料拉深沖壓模設(shè)計(jì),法蘭筒形件如上圖所示;材料08鋼,料厚1mm。
三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟
1)分析沖壓件的工藝性:主要分析沖壓件的形狀特點(diǎn)、盡寸大小、精度要求及所用材料是否符合沖壓工藝要求。
2)制定沖壓件工藝方案:在分析了沖壓件的工藝性之后,通??梢粤谐鰩追N不同的沖壓工藝方案(包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式),從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、模具制造的難易程度和模具壽命高低、工藝成本、操作方便和安全程度等方面,進(jìn)行綜合分析、比較,然后確定最經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案。
3)確定毛坯形狀、尺寸和下料方式:在最經(jīng)濟(jì)的原則下,決定毛坯的形狀、尺寸和下料方式,并確定材料的消耗量。
4)確定沖模類型及結(jié)構(gòu)型式:根據(jù)所確定的工藝方案和沖壓件的形狀特點(diǎn)、精度要求、生產(chǎn)批量、模具制造條件、操作方便及安全的要求,以及利用現(xiàn)有通用機(jī)械化、自動(dòng)化裝置的可能,選定沖模類型及結(jié)構(gòu)型式,繪制模具結(jié)構(gòu)草圖。
5)進(jìn)行必要的工藝計(jì)算:1)計(jì)算毛坯尺寸。2)計(jì)算沖壓力。3)計(jì)算模具壓力中心。4)計(jì)算或估算模具各主要零件的外形尺寸,以及卸料橡膠或彈簧的自由高度等。5)計(jì)算凸、凹模工作部分尺寸。6)對(duì)于拉深模,需要計(jì)算是否采用壓邊圈,計(jì)算拉深次數(shù)、各中間工序模具的尺寸分配等。
6)選擇壓力機(jī)
7)繪制模具總圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
8)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
9)所有設(shè)計(jì)文檔、資料的整理、收尾、答辯。
四、繪圖任務(wù)
(1) 模具總裝配圖
(2) 模具零件圖
(3) 模具總成三維圖(可選)
(4) 模具主要零件三維圖(可選)
五、主要參考文獻(xiàn)及資料獲得情況
【1】王孝賠.沖壓手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998
【2】楊玉英.實(shí)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005
【3】肖景容、姜奎華 沖壓工藝學(xué). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010
【4】王新華.模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用計(jì)算手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003
【5】黃毅宏、李明輝 模具制造工藝. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010
【6】薛啓翔.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)實(shí)例分析. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008
【7】王芳.冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)主編. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009
【8】鄭家賢.沖壓工藝模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005
【9】牟林、胡建華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì). 北京:北京大學(xué)出版社,2006
【10】呂瑛波、王影.機(jī)械制圖手冊(cè). 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008
六、設(shè)計(jì)過程進(jìn)度計(jì)劃
2011年2月—6月
1.3、21—3、28 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題和開題報(bào)告;
2、4月1日 ~ 4月10日 英文論文翻譯
3、4月15日 ~4月25日 明確設(shè)計(jì)任務(wù),收集相關(guān)資料
4、5月3日 ~5月6日 沖壓工藝設(shè)計(jì):沖壓工藝性分析,制定沖壓工藝方案,確定毛坯形狀,尺寸和主要參數(shù)的計(jì)算,排樣和材料利用率的計(jì)算
5、5月7日 ~5月20日 沖壓模具設(shè)計(jì):確定沖壓類型及機(jī)構(gòu)形式,計(jì)算工序壓力初選壓力機(jī),計(jì)算模具的壓力中心,模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模具其他零件的設(shè)計(jì)及計(jì)算,模具的裝配。
6、5月21日 ~5月23日 編寫設(shè)計(jì)說明書,按照學(xué)院得規(guī)范要求排版打印設(shè)計(jì)說明書
7、5月25日 ~5月29日 上交畢業(yè)設(shè)計(jì)資料,評(píng)閱
8、6月1日 ~6月10日 準(zhǔn)備答辯
指導(dǎo)教師批閱意見
指導(dǎo)教師(簽名): 年 月 日
課題任務(wù)書
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
課題名稱
軸端擋圈落料、沖孔、沖槽連續(xù)模
內(nèi)容及任務(wù)
設(shè)計(jì)圖紙
模具總裝圖一張
全部模具零件圖紙(其中至少有一張電腦繪圖)
所有圖紙折合成0號(hào)圖不得少于3張。
設(shè)計(jì)說明書
1、資料數(shù)據(jù)充分,并標(biāo)明數(shù)據(jù)出處。
2、計(jì)算過程詳細(xì)、完全。
3、公式的字母含義應(yīng)標(biāo)明,有時(shí)還應(yīng)標(biāo)注公式的出處。
4、內(nèi)容條理清楚,按步驟書寫。
5、說明書要求用計(jì)算機(jī)打印。
6、設(shè)計(jì)說明書按要求格式獨(dú)立撰寫,不少于12000字。
自選一個(gè)重要模具零件編制加工工藝路線,進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算,并編制加工工藝卡和工序卡。
翻譯一篇本專業(yè)外文文獻(xiàn)(10000個(gè)以上印刷符號(hào)),并附譯文。
擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)
1、保證規(guī)定的生產(chǎn)率和高質(zhì)量的沖壓件的同時(shí),力求成本低、模具壽命長(zhǎng)。
2、設(shè)計(jì)的冷沖模必須保證操作安全、方便。
3、沖模零件必須具有良好的工藝性,即制造裝配容易、便于管理。
4、便于搬運(yùn)、安裝、緊固到?jīng)_床上并且方便、可靠。
5、保證模具強(qiáng)度前提下,注意外形美觀,各部分比例協(xié)調(diào)。
進(jìn)度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
第2~5周(2.28~3.27)
畢業(yè)調(diào)研及實(shí)習(xí)、搜集設(shè)計(jì)的相關(guān)資料
第6周(3.28~4.3)
根據(jù)工件形狀,確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)型式
第7~8周(4.4~4.17)
進(jìn)行主要參數(shù)計(jì)算,畫出模具裝配結(jié)構(gòu)草圖
第9~10周(4.18~5.1)
繪制模具總裝配圖
第11~12周(5.2~5.15)
繪制模具各零件圖
第13周(5.16~5.22)
編制主要模具零件的加工工藝路線和工序卡
第14~15周(5.23~6.5)
整理設(shè)計(jì)說明書、打印圖紙資料,申請(qǐng)答辯
第16周(6.6~6.10)
畢業(yè)答辯
主要參考資料
1、《冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)》 劉心治主編重慶大學(xué)出版社
2、《沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)》萬戰(zhàn)勝主編 鐵道出版社
3、《沖模設(shè)計(jì)》 吉林人民出版社
4、《實(shí)用沖壓技術(shù)》 機(jī)工出版社
5、《冷沖壓及塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)資料》 機(jī)工出版社
6、《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》 馮炳堯等編 上海出版社
7、《沖壓工藝模具設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)》 鄭家賢編 機(jī)械工業(yè)出版社
8、《實(shí)用板金沖壓工藝圖集》 梁炳文主編 機(jī)械工業(yè)出版社
9、《幾何量公差與檢測(cè)》甘永立主編 上海科學(xué)技術(shù)出版社
10、《機(jī)械制造專業(yè)英語》章躍主編 機(jī)械工業(yè)出版社
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