gbw92外圆滚压装置设计dwg复件表格

1、摘要本说明书详细介绍了车滚压的加工原理，而且以活柱筒为例，详细设计了一个用于活柱筒外圆加工的车滚压装置，最后仔细分析了本装置的适用范围和经济价值等内容。活柱筒的外圆加工通常采用(车磨)等工序，但是本装置采用一种新的方法滚压加工，来实现外圆表面的粗糙度的要求，而且滚压加工还有提高工件硬度、耐磨性、耐腐蚀性等在切削加工中无法得到的特性。本装置只需对普通车床加以改造，把大托板上的刀架换成本装置，就可以实现精密加工的效果。本装置适用于几乎所有外圆表面加工，而且对那些对表面有较高要求的工件，更能发挥出本装置的优势。本装置是一种工艺装备，而且结构简单，对于一般的厂家都有能力自行设计并制造出适合其产品的车滚

2、压装置。：车滚压、外圆、滚子、粗糙度SummaryThe specification expounds the lathing-grinding prosing principle,takes Innrop drum as an exle in designing a lathing-grinding device usedin outer-circle prosing of Innrop drum in details, andast anatomizesthe application scope and economic value multipd with other informati

3、on ofthis installation. The outer-circle prosing of Innrop drum usually usesa working procedure, called Lathing Grinding and so forth. However, thisdevice mentioned above adopts a new way named Rolling prosing, aiming atachieving the requests of coarseness degree of outer-circle, improving theunobta

4、inable characteristics of the workpiehe pros of Cutting, suchand so on. Theas hardness, abrasiveas well as tarnishprecifinishing could comeo effelong as the engine lathes arereconstructed and the tool holders on the spls are exchanged with theLathing-Grinding, which could apply to every outer-circle

5、 surface prosingand moreover make full use of it with reference to those workpiewhosesurface prosing calls for a higher demand. Almost every ecumenicalmanufacturer could have the capability to produuitable lathing-grinding deviall by themselves, because this device, as technological equipment,is of

6、simple configuration.Key words: Lathing-Grinding、Outer-circle、Roller、Coarseness degree目录摘要S u m m a r y1 章1.1 1.2 第绪论1选题意义1滚压加工的概况11 . 2 . 11 . 2 . 21 . 2 . 31 . 2 . 4滚压加工的概念1滚压加工的原理1滚压加工的特点及其应用场合2滚压加工的分类21 . 3 本文主要研究内容4章2 . 12 . 2章 3 . 1 3 . 2 3 . 3 3 . 4 3 . 5 3 . 6 3 . 7章4.1 第设计方案的确定5设计参数5设计方案的确定

7、5工作参数的选择7滚压力7过 盈 量7滚压速度8滚压进给量8切削用量8工件原始表面质量9冷却液9第第主的确定及校核10 滚子设计及计算10 4 . 1 . 1 滚子的设计12 4 . 1 . 2 滚子的失效分析12 滚压器的尺寸计算13 轴承的选择及计算15 4 . 3 . 1 轴承的受力分析15 4 . 3 . 2 轴承计算16 导轨的选定16 其余结构的确定17 4 . 5 . 14 . 5 . 24 . 5 . 34 . 5 . 44 . 5 . 5滚压过盈量的调节机构17 吃刀深度的调节机构17 车刀的选用17 挡屑装置18 冷却装置18 第第章章 6 . 1 6 . 26 . 3外圆

8、滚压加工注意事项19 车滚压的加工效果20 尺寸精度和表面粗糙度20 金属的物理变化20 表面性能的变化21 车滚压装置的用途22 经济价值分析23 第第78章章结论致谢 24 25 参考文献26 专题快速制模技术 27 附录 136附录 242 第 1 章绪论1.1 选题意义对于活柱筒的外圆表面加工，按照传统加工方法(车磨)，虽然也能够满足设计要求 ，但是，随着产量的增加，设备需要量也加大，辅助时间加长。在这种情况下，可以利用 CA6140等普通车床，加装一种外圆车滚压装置。该装置对外圆柱面同时进行切削和滚压加工，能获得一定的精糙度和抗疲劳强度。通过这个装置，不仅可能稳定地控制了活柱筒的表面

9、质量，而且提高了加工效率,进而降低了生产成本。1.2 滚压加工的概况1.2.1 滚压加工的概念滚压加工是用滚柱滚压金属表面，将表面凸起部分碾压到凹陷部分，加工成平滑如镜的表面。与切削加工不同，滚压加工是一种塑性加工。滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间可以达到 Ra0.10. 8m，而且由于加工硬化提高其耐磨耗性的同时疲劳强度提高 30%，拥有在切削加工中无法得到的特性。由于可简单而低成本的进行零的超精密加工，滚压加工日益被以汽车产业为首的精密机械、化学、家电等产业广泛应用，发挥其优势。1.2.2 滚压加工的原理图 1-1 滚压加工原理图，根据金属变形的理论，工作表面在外力的作用下，被滚压金属的原

10、子间距离会暂时发生变动或晶粒间产生滑移。当外力达到一定数值时，被加工表面金属除产生弹性变形外，还会有塑性变形（即金属的残余变形）。由于塑性变形，不仅零件被加工表面的形状发生了变化，而且，其组织结构和物理性能也发生了变化，使金属被滚压层的组织变得紧密。晶粒变细、晶粒形状也沿着变形最大的方向延伸。同时在被滚压金属表面层内产生极大的压缩应力，使金属表面得到强化，提高了表面层的硬度；熨压平了微观不平度，大大降低了零件的表面粗糙度。被滚压金属表面的强度极限、屈服极限和疲劳极限行也都有所提高，但其相对延伸率和冲击强度则有所降低。这就使零件的抗腐蚀能力有所增加，使用性能也得到了改善。滚压加工时，在碾入区域滚

11、柱将与切削加工面接触并渐渐加压，在塑性变形区域接触压力超过材料的屈服点，产生局部塑性变形。在滚柱下端最大负载作用后，在平滑区域开始弹性复原，滚柱渐渐与加工表面分离。在滚压器的滚压下，工件表面的不平度波峰和波谷被熨平和填平，故在一定的有效范围内，提高了工件的加工精度。1.2.3 滚压加工的特点及其应用场合滚压加工的特点滚压加工是一种无屑光整加工方法。它是在常温状态下，利用硬材料（如淬火钢、硬质合金以及红宝石等）制成的工具，对被加工零件表面施加一定的压力，使表面层金属产生塑性变形，改变金属表面层的组织结构和物理性质，以达到光整表面，校正工件几何形状，提高加工精度的目的。由于滚压的结果，零件表层金属

12、中产生了极大的压缩应力，因而强化了表面层金属，提高了强度极限、屈服极限和疲劳极限，使用零件表面产生一层冷硬层，增加了其耐磨性和谢腐蚀性能。从而，改善了零件的使用性能。滚压加工的应用场合滚压加工常用于加工内圆表面、圆柱面、圆锥面、开式圆弧表面、丝杆螺纹表面、齿轮齿形表面和平面以及一些不易加工的特殊形状表面等到。工件的材料可以是钢、铸铁或有色金属。滚压加工工艺简单，易于掌握，又不需要昂贵的设备，大、中、小型工厂企业均可采用，适用性强，是一种生产效率高能保证产品质量，提高经济效益的加工方法，具有较高的应用价值。1.2.4 滚压加工的分类1.滚压加工的分类滚压加工在目前还没有的分类方法。按加工原理大致

13、可分为单珠（柱）式滚压加工、多珠（柱）行星式滚压加工、旋风式滚压加工、脉冲式滚压加工、轮式滚压加工、镗滚压复合加工以及车滚压复合加工等。单珠（柱）式滚压加工主要用于外圆、内孔、平面和丝杠螺纹表面的滚压加工，多珠（柱）行星式滚压加工主要用于直径较大的内孔表面的加工；旋风式滚压加工主要用于外圆表面的加工，特别是用于细长杆圆柱表面的加工，效果更为显著；脉冲式滚压加工用于内孔表面加工，并能加工不通孔和非对称间断表面类型的孔，对于壁厚不均匀的内孔，采用脉冲式加工，能获得较细的内孔表面粗糙度和较高的精度；轮式滚压加工用于大直径深孔的加工，对于直径大于400mm，超过去 10m 的大直径深孔，采用轮式滚压加

14、工，能获得较理想的内孔表面粗糙度和精度；镗滚复合加工用于内2.车滚压加工工，深工特别常用。车滚压加工是由车滚压机床来实现的，车滚压机床主要由滚压器、车刀架、顶尖、冷却系统和普通车床组成，其中车刀架位于滚压器前，车刀紧挨着滚压器，使车削滚压同时顺序进行。3.车滚压的加工条件(1)加工前表面由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响。如果加工前表面状态粗糙（凸起部分高，凹陷部分深），则不能将凸起部分完全添埋凹陷部分，造成加工表面粗糙。另外，凸起部分的形状也影响加工后的表面。由车床或镗床单点切削得到的规则的凹凸形状，且为容易碾压的高度时，

15、到最理想的表面。一般加工前的表面状况越好，加工后的表面状况越好，同时滚压头的磨耗也少。如果需要，可增加一道工序。(2)加工前尺寸由于滚压加工是利用滚柱碾压的加工方法，所以加工前后工件的直径将发生变化（内径将扩大，外径将减小）。为了能加工到尺寸公差范围内，应考虑这个变化量决定前工序的尺寸。直径的变化量与工件的材质、硬度、滚压量有关，所以最初进行 23 次试加工后决定其尺寸。(3)驱械滚压加工与切削加工不同，不需大扭矩，小功率车床也可以使用。(4)加工部分的壁厚滚压加工是用滚柱滚压加工部分的表面，使其致密化。所以，为了能够承受加工压力，待加工部分应有充分的壁厚（内径的 20%）。壁厚太薄或部分薄时

16、，加工后将发生起伏或真圆度下降。通常按以下方法解决这个问题：减少滚压量；利用夹具支撑外周；在削薄壁厚以前实施滚压加工。(5)加工部分的硬度滚压头可加工的工件硬度上限值为 40HRC，但是也特制加工高硬度工件(硬度上限值为55HRC)用的滚压头。滚压加工高硬度工件时，加工部分由于承受压力大，工具为得到所需精度的加工面，主要措施是减少滚压量。(6)转速和进给量缩短。所以向右旋转滚压头进行滚压加工；也可固定滚压头，工件旋转也速度根据加工直径不同而不同。4.车滚压加工的优点一、滚压效率明显高于磨削，而且质量稳定；二、造价低，调整方便，减少辅助时间；到同样结果。转速与进给三、滚压后表面得以强化提高活柱简

17、的使用，经济效益显著。1.3 本文主要研究内容一、采用合理的结构，同时进行车削和滚压加工；二、设计合适的滚子以及所需的相关的计算；三、采用合理的冷却系统；四、采用有效的微量进给系统；五、采用合理的结构便于机械的安装、维修和调节。第 2 章设计方案的确定2.1 设计参数设计内容：工件材料：加工方法：活柱筒的外圆加工27SiMn车滚压加工要求：外径为图 2-1 车滚压装置简图第 3 章 工作参数的选择3.1 滚压力滚压力是滚压过程中的主要参数，滚压力的大小直接关系到工件表面的变形程度和加工效率，滚压力的确定是比较复杂的，因为影响滚压力的很多材料的强度和硬度越高，原始表面粗糙度值越大。滚压元件直径越

18、大，进给量越大，则滚压力相应的也越大。滚压力选取过大 ，滚压后粗犍度不但得不到降低，相反会引起表面金属疲劳，出现起皮现象。滚压力的选择是有一定范围的，直观的办法是调节滚压量来控制滚压力的大小，并根据滚压后的零件表面粗糙度来判断滚压力是否合适。3.2 过 盈 量滚压过盈量的选择，原则上应尽量使用较小的滚压力，保证精度和粗糙度的要求。选择过盈量不仅要考虑工件的塑性变形量，而且要考虑到工件在半径方向上的弹性变形量。活柱筒外圆滚压装置的安装尺寸为被加工圆柱筒的最小尺寸。以尾座顶尖外套直径来调整滚柱所在圆直径，每次调整到滚压试件的尺寸及粗糙度满足要求后，再投入批量生产。根据文献1，滚压的过盈量按下式选取

19、：图 3-1 进给量与残留高度的关系进给量是滚压加工中的主要工艺参数它直接影响到滚压后工件表面的粗糙度和加工效率。从中可以看出，决定残留高度 h 的为滚压元件圆弧半径 R 和进给量,进给量愈小,则表面残留高度 h 愈小。因此，较小的进给量有利于降低表面粗糙度，但进给量增大可提高生产率。由于滚柱滚压接触面积较大,能承受较大滚压力,可选取较大的进给量。通过试验，对进给量的选择一般为f=(0.010.02)dmmr，取 f=0.3mmr 试验效果良好。3.5 切削用量有关试验证明，加工高强度低合金结构钢 27SiMn 时，欲保证高质量、高效率条件下刀具的耐用度（t=40min）,选用普通硬质合金刀片

20、远远满足不了要求，刀具过大磨损导致轴的粗造度值上升，故采用 YW2、726 等普通硬质合金涂层刀片，能取得满意的效果。根据文献1记载，切削深度为第 4 章主的确定及校核4.1 滚子设计及计算4.1.1 滚子的设计1.滚子的选择常用的滚子有滚珠、圆柱滚子和圆锥滚子等。滚珠仅用于滚压力较小，生产率低及刚性差的工件滚压；圆柱滚子由于没有滚压后角，加工时金属层塑性变形的条件比较恶劣，圆柱在加工中处于滚动旋转连带进给的运动状态，因此常在加工表面产生滑移，留下滚柱后缘的进给压痕，加之摩擦力较大，影响了加工表面质量，且一般径向不能调整；圆锥滚子是在克服圆柱滚子缺陷的基础上发展的一种滚压工具，其优点是：由于存

21、在滚压后角，使滚柱与工件表面加工中易于形成“水滴”状压痕，宽度方向，向后渐窄，这样不仅避免了挤压时塑性材料流向加工表面形成加工中易于形成的鱼鳞状堆积，而且还可防止滚柱后沿在已加工表面所产生的进给压痕，使工质量得以改善，其次锥柱滚子加工时与工件表面的实际接触面积较大，故能承受圈套的滚压力，选用的较大的进给量，生产率比用圆柱滚子为高。相比而言，圆锥滚子优点较多，故本滚压装置采用的是圆锥滚子。2.滚子的尺寸的确定下图为圆锥滚子的结构图：图 4-1 滚子结构滚子直径及圆弧半径会影响加工表面的质量：滚子直径越大，滚子接触工件表现积越大，塑性变形不充分；当滚子直径及圆弧半径过小时，则会给加工表现留下压痕。

22、根据文献1P6 有：已知接触疲劳一般按最大接触压力可知滚压前的尺寸图 4-3 滚子受力分析其中 Fz=36770N, 且有二、刀头的前角、后角、偏角都比较小，增加了刀尖强度；尖磨有 0.5mm 圆角，起过渡和修光刃作用，同时付偏角较小，使刀痕的峰谷较平缓，利于滚压。4.5.4 挡屑装置因为存在切削动作，而且还有冷却液，所以在装置前后都设置挡板，前罩要以后罩大些。为了可以方面观察车削的状况，把前罩挡住视线的那一块独立出来，用一个铰链连接，再加个手柄，这样就方面随时打开观察。挡板材料采用碳素结构钢 Q235，其焊接性能好，常用于金属结构件，心部强度要求不高的的渗碳或 化零件，拉杆、连杆、吊钩、车钩

23、、螺栓、螺母、套筒、轴及焊接件，可用于重要的焊接结构。4.5.5 冷却装置由于加工过程中速度不是很高，所以对冷却系统没有很高要求，用 CA6140 的冷却装置就可以了，冷却液有液就可以了。用车床的水泵给装置提供一定压力的液，可以冲掉铁屑，而且需要有沉淀过滤装置，保持液的清洁，减少不必要的磨损。第 5 章外圆滚压加工注意事项一、外滚压加工配套设备精度要求：车床主轴径向跳动在 0.04mm 以下,尾架中心与主轴中心同轴度要求 0.03mm。车床导轨刚性要求较高，其直线度为 0.06mm/m。这样才能保证滚压加工尺寸精度和表面精度的稳定性。二、滚压加工中要使用冷却液。一般采用液来降低滚压加工过程温度

24、和冲掉工件外圆表面的屑末，特别是当车削滚压联合使用时，要以一定的压力进行冷却润滑，并冲掉车削下来切屑。否则，这些切屑会夹杂到滚压装置中去，影响滚压加工效果，甚至划伤滚压装置的滚柱，使滚压加工无法进行。三、滚压加工中途不宜停车。不然，滚压装置中的滚柱会在工件停留处压出一道环形槽而无法消除。若遇到特殊情况一定要停车时，应及时退出滚压装置。四、提高工件表面粗糙度，有利于滚压加工效果。在预加工粗糙度达 Ra1.6 时，只要过盈量合适，粗糙度可达 Ra0.2 以上。但当预加工粗糙度只有 Ra6.4Ra3.2，加工表面有振刀纹时，那么较深的刀纹不能被滚压光，这只有增加过盈量再次滚压。如果孔的椭圆度和锥度过

25、大，滚压后上述缺陷仍然存在，同时粗糙度大。因此，预加工表面最好小于 Ra3.2，几何精度在一、二级以上，能获得小的粗糙度，较理想的精度。五、滚压的次数不宜太多。一次滚压效果最为显著，可降低粗糙度 23 级。二、三次次之。车滚压一般就加工一次，如果效果不理想，也是调结其它参数。第 6 章车滚压的加工效果6.1 尺寸精度和表面粗糙度事实试明，用该装置滚压后，尺寸能稳定地控制在轴的尺寸公差范围内，而且表面粗糙度也能稳定达到。滚压时，滚柱将零件表面的波峰压下，产生塑性变形，填入波谷中去，从而使表面粗糙度提高。如下图所示：图 6-1 滚压时零件表面情况：影响表面粗糙度的主要一、原始表面质量：滚压前车削的

26、表面质量必须达到 Ra3.2m 以上，且要求整个表面均匀、平整、无划伤，经滚压后才可以保证加工件达到粗糙度 Ra0.8m。二、滚压过盈量：过盈量的大小直接影响着金属的变形。过盈量太小不能使原始表面的波峰压下去，达不到理想的粗糙度；过盈量太大，零件表面局部应力很大，以到长超过材料本身的强度，造成零件表面破裂、剥落，反而破坏了表面粗糙度。三、加工零件的材料机械性能：主要是材料的硬度及延伸率。一般软而塑性好的材料比较容易提高表面粗糙度，宜采用较大的滚压过盈量。6.2 金属的物理变化在车滚压加工过程中，车刀的车削作用使加工面产生了冷加工硬化，滚压使原有的金属表面进一步产生塑性变形，冷加工硬化程度加强，

27、改变了表层金属材料的机械性能（屈服极限、强度极限提高，延伸率、冲击韧性降低）。一般冷硬层的厚度在 1.5mm 左右，冷硬层的硬度分布为表层最硬，约比心部提高 25左右，延壁厚方向硬度向心部递减，直至与心部硬度相同。金属表面经过滚压加工以后产生了塑性变形，变形随深度的增加而减少。塑性变形区再往里是弹性变形区，当外力消除后，变形也就消除了。在塑性变形区中，表层产生很大的残余压缩应力。6.3 表面性能的变化经过车滚压装置加工的零件的表面耐磨性、耐蚀性和疲劳强度均的提高。以下介绍表面性能提高的原因。耐磨性提高的原因：零件表面经过滚压以后，表层产生冷作硬化现象，表面硬度提高。经过滚压后的表面有较大的支承

28、面积，表面的承载能力加大。零件表面经过挤压，初磨损很小。滚压加工过的表面，其波峰形状特别有得产生稳定的油膜，有利于润滑。耐蚀性提高的原因：零件表面经过滚压以后，表面晶粒细化 ，组织致密，使化学反应不易产生并不易沿晶界深入。表面强度提高的原因：工件滚压后的表面形成有利的残余压缩应力，减少表面应力集中现象。表层的硬度、强度提高。第 7 章车滚压装置的用途本工艺装备的用途是加工外圆柱面，让车、滚压一次完成，从而缩短加工工时，此外经过滚压加工的工件不仅表面粗糙度瞬间可以达到 Ra0.10.8m，而且由于加工硬化提高其耐磨性的同时疲劳强度提高 30%，拥有在切削加工中无法得到的特性。滚压加工能解决目前某

29、些工艺方法不易实现的关键问题。例如对特大形缸体的加工。滚压加工使用范围广，在各大、中及小型工厂均能使用，因为在所有零件的设计中，圆柱形结构是比较常用的，对于对表面有较高要求的轴或筒类零件一般都能用车滚压加工。不论是从加工质量、生产效率，生产成本等方面来看，滚压加工都是一项比较优越的加工方法。在某些方面，它完全可代替精磨、研磨、珩磨等光整加工。车滚压装置只算是工艺装备，并不适合批量生产，其只能算一个加工设备，除了加工外圆表面，基本没有。而且其工艺范围还是有限的，现在一些有更高精度要求的处圆表面光有滚压加工就难以实现了。虽然市场上没有相应的产品，但是车滚压是由普通车床改装而成的，结构也比较简单，一

30、般工厂都有能力自行改装，所以这种技术的推广还有有前途的。可以看出，一些对圆柱表面有精糙度、耐磨性以及抗疲劳强度要求的零件，最适合采用车滚压加工。目前，在单体支柱活柱筒外圆的加工中，不少厂家均采用车滚压的方法，一些轴类零件的加工，特别是长轴类零件，也有采用车滚压加工的。第 8 章经济价值分析对于粗糙度要求 Ra0.8m 的外圆加工有多种加工方法都能实现，例如粗车精车粗磨精磨、粗车精车滚压、粗车珩磨等。零件的经济价值主要体现在设备成本和加工效率两个方面，下面依次与车滚压相比较：粗车精车粗磨精磨共有四道工序组成，而车滚压只需一道工序，在车滚压前加一道粗车工序，所以前者使用的设备明显多于车滚压，而且车

31、滚压的加工时间要比者少多了,而且磨削的加工不稳定。粗车精车滚压是把车削和滚压分开加工，而且采用的滚压装备及方式还有所不同，常用滚压器进行滚压加工，其加工质量远比不上车滚压，而且加工效率也比不上车滚压，因为该种滚压器滚压通常要滚压二到三次。从车设备成本上两种差别不大。粗车珩磨，工作效率要比车滚压低些，但是要求的设备要比车滚压高些。因为珩磨需要珩磨机，而车滚压只须普通车床即可。经过比较可以看出，车滚压无论在设备成本，还是加工效率上都其优势，而且车滚压加工的表面还具有一定的抗疲劳性和抗腐蚀性等优点，故在产品销售上更有优势，总的来说车滚压还是有较大经济价值的。某厂采用本方法加工单体支拄的活柱筒外表面，

32、质量好，尺寸稳定，误差在0.001mm范围内，表面粗糙度可达到 Ra0.40.2。该厂组装了 4 台这样的滚压器，使产品的年产量达到 10万根以上。生产效率有了很大的提高，收到了很好的经济效果。结论在绪论中已经把滚压加工的原理和分类等介绍了很详细了，滚压加工在加工质量上还是有其优势的。车滚压装置充分利用了滚压加工的特点，而且利用现在比较常见，甚至可以说有点过时的普通车床加以改造而成，可以加工出较好质量的产品，这也算是一种对资源的充分利用。由于车滚压中只对车床主轴的跳动有明确的要求，所以只要车床不是因为主轴跳动满足不了加工要求而报废外，其它原因导致的报废机床完全可以用来改造成车滚压加工装备，而且

33、加工效果不会影响，这也算是一种对废物的再利用。现今外圆加工往往采用(车磨)等工序，但是本项目的创新之处在于其采用滚压加工来实现外圆表面的粗糙度的要求，这样不仅可以比通常采用的(车磨)工序更省时，而且所加工的圆柱面还具有一定的抗疲劳强度。工厂生产的目的在很在程度上就是为了利润，如何用最低的成本制造出最好的产品是工厂最关心的，一般情况下这两者是相互的。但是车滚压装置却能比较好实现了这个目标，这就是本装置的最大优势。事实证明，车滚压在实际应用能收到了良好的效果，它车削削、滚压平稳，被加工缸体表面质量稳定，完全达到了图纸的要求，而且它还具有效率高、耐用度高、结构合理、工序集中、辅助时间短、操作方便、劳

34、动强度优点，因此车滚压装置还是有较大的使用和推广价值。致谢大学时光弥足珍贵的，大学的四年学习生活是丰富多彩的，是充实而有意义。大学四年来我一直认真学习本专业知识，所以专业课方面有了很大的提高，在设计中掌握了大量有关机械设计制造方面的理论知识，在毕业实习中又将大量的理论知识运用于实践，为毕业设计打下了实践基础。通过这次毕业设计，使我又强化了专业了知识的实际运用能力，收获颇丰。在本次毕业设计中也得到了院、各位机制教研室的老师们、鸡西校办工厂等的大力支持和帮助，特别是导老师牛曙光老师的大力帮助，指导和极大的与帮助。没有所有辛勤、老师、工人师傅及在此培育老师们就没有我今天所取得的一切成绩。所以在此向各

35、位次毕业设计中给予我帮助的所有同学表示衷心的感谢。愿我最敬爱的老师们工作顺利，身体健康，合家欢乐，心想事成。参考文献：1.2.精密复合镗滚工具的设计与应用 机械工艺师 1991 年第 3 期，于宏伟，张国君 活柱简的车滚压加工原理及提高加工质量的方法 煤炭技术 1999 年第 18 卷第3 期3.4.5.6.7.8.9 .10. 活柱筒外圆滚压装置 . 煤矿机械 1998 年第 2 期. 80 镗滚压头的设计. 煤矿机械. 2000 年第 9 期高春花，.介绍一种外圆滚压器的结构和原理.机械制造 . 1997 年第 12 期1 月滚压和挤压光整加工：机械工业汴抗疲劳设计：机械工业1995 年

36、8 月2002 年 3 月年 模具钢手册：冶金工业机械设计实用手册 第二版：化学工业2003 年 6 月. 机械设计师手册. 机械工业.11.王建中公差与制图技术手册 沈阳：辽宁科学技术1999 年 1 月专题快速制模技术模具是制造业中使用量大、影响面广的工具产品。没有型腔模、压铸模、铸模、深拉模和冲压模，就无法生产出被广泛应用和具有竞争价格的件、合金压铸件、钢板件和锻件。在现代批量生产中，没有高水平的模具，就没有高质量的产品，它对企业提高生产效率、降低生产成本统计分析，金属零件粗加工的 75%、精加工的 50%和也有重要的作用。据国外零件的90%是用模具加工完成的。因此，模具工业也被称为“工

37、业”。 由于市场竞争的日益激烈，产品更新换代的速度不断加快，多品种小批量将成为制造业的重要生产方式，在这种情况下，制造业对产品原型的快速制造和模具的快速制造提出了要求。高速加工技术的出现，为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。快速制模技术是一种快捷、方便、实用的模具制造技术。特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。快速制模技术特点快速模具制造技术与传统的模具制造技术相比,具有如下特点：（1)制造方法简单，工艺范围广由于快速模具制造是基于材料逐层堆积的成形方法，工艺过程相对简单、方便和快捷，它不仅能适应各种生产类型特别是单件小批的模具生产，而且能适应各种复杂程度的模具制造

38、；它既能制造模具，也能制造金属模具。模具的结构愈复杂，快速模具制造的优越性就更突出。（2）模具材料可强韧化和复合化快速模具制造工艺能方便地利用在合金中添加元素或结晶，改变金属凝固过程或热处理等，可改善和提高模具材料的性能；或者在合金中添加其它材料，可制造复合材料模具。(3)设计周期短，质量高由于 RT 的模具设计极少依赖人的，因而可有效地降低人为的设计缺陷。设计师可利用RP 制造的高精度模型，在设计阶段就可对产品的整体或局部进行装配和综合评价，并不断改进，大大地提高了产品的设计质量。（4）便于由于 RT 对的制造服务的应用，缩短了用户和制造商之间的距离，利用互联网可进行设计和远程服务，能使有限

39、的资源得到充分的发挥，用户的需求能得到最快的响应。快速制模技术类型快速制模技术与传统的机械加工相比，具有制模周期短、成本低、精度与又能满足生产上的使用要求，是综合经济效益比较显著的一类制造模具的技术，概括起来，有以下几种类别。1 快速原型制造技术快速原型制造技术简称 RPM，是 80 年代后期发展起来的一种新型制造技术。本、英国、以色列、德国、中国都推出了自己的商业化产品，并逐渐形成了新型产业。、日RPM 是电脑、激光、光学扫描、计算机辅助设计（CAD)、计算机辅助加工(CAM)、数控(CNC)综合应用的高新技术。在成型概念上以平面离散、堆积为指导，在控制上以计算机和数控为基础，以最大柔性为总

40、体目标。它摒弃了传统的机械加工方法，对制造业的是一个的突破，利用 RPM 技术可以直接或间接地快速制模，该技术已被汽车、航空、家电、船舶、医疗、模具等行业广泛应用。下面简述一下目前已经商业化的几种典型快速成型工艺。1.1 激光光刻技术(SLA)SLA 技术是交计算机 CAD 造型系统获得制品的三维模型，通过微机控制激光，按着确定的轨迹，对液态的光敏树脂进行逐层扫描，使被扫描区层层，连成一体，形成最终的三维实体，再经过有关的最终硬化打光等后处量，形成制件或模具。激光光刻技术主要特点是可成型任意复杂形状，成型精度真性强，材料利用率高，性能可靠，性能价格比较高。适合产品外型评估、功能实验、快速制造电

41、极和各种快速经济模具。但该技术所用的设备和光敏树脂价格昂贵，使其成本较高。1.2 叠层轮廓制造技术(LOM)LOM 技术是通过计算机的三维模型，利用激光选择性地对其分层切片，将得到的各层截面轮廓层层粘结，最终叠加成三维实体产品。其工艺特点是成型速度快，成型材料便宜、成本低，因无相变，故无热应力、收缩、膨胀、翘曲等，所以形状与尽寸精度稳定，但成型后废料块剥离较费事，特别是复杂件的制作。的废料剥离。该工艺适用于航空、汽车等和中体积较大制件1.3 激光粉末选区烧结成型技术(SLS)SLS 技术是将计算机的三维模型通过分层将其分层，在计算机控制下，使激光束依据分层的切片截面信息对粉末逐层扫描，扫描到的

42、粉末烧结(聚合、烧结、粘结、化学反应等)，层层叠加，堆积成三维实体制件。该技术最大特点是能同时用几种不同材料(聚碳酸脂、聚乙烯氯化物、石蜡、尼龙、ABS、铸造砂)制造一个零件。1.4 熔融沉积成型技术(FDM)FDM 技术是由计算机控制可挤出熔融状态材料的喷嘴，根据 CAD 产品模型分层确定的几何信息，挤出半状态的热塑材料沉积成精确的实际制件薄层 ，自下而上层层堆积成一个三维实体，可直接具或产品。1.5 三维印刷成型技术(3D-P)3D-P 技术用微机控制续喷墨印刷头，依据分层逐层选择性地在粉末层上沉积液体粘结材料，最终由顺序印刷的二维层堆积成一个三维实体，犹如不使用激光的快速制模技术。该技术

43、主要应用在金属陶瓷复合材料的多孔陶瓷预成型件上，其目标是由 CAD 产品模型直接生产模具或功能性制作。2 表面成型制模技术表面成型制模技术，主要是利用喷涂、电铸、化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术，实际应用中包括以下几种类型。2.1 电弧喷涂成型制模技术电弧喷涂成型技术的原理是：利用 2 根通电的金属丝之间产生电弧的热量将金属丝熔化，依靠高压气体将其充分雾化，并给予一定的动能，高速喷射在样模表面，层层镶嵌，形成一金属壳体，即型腔的内表面，再用充填基体材料(一般为金属粉粒与树脂的复合材料)加以支撑加固，提高其强度和刚性，连同金属模架组模具。这种制模技术工艺简单、成本低，制

44、造周期非常短，型腔表面的成型仅需几个小时，节省能源和金属材料，一般型腔表面仅 2-3mm 厚，仿真性极强，花纹精度可达到 0.5m。目前该技术被广泛地用于飞机、汽车的内饰件模具、家电、家具、制鞋、美术工艺品等表面形状复杂及花纹精细的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC 注射、PU 发泡及各类注射成型模具中。2.2 电铸成型技术电铸成型技术的原理镀一样，是依样模(现成制品或按制品图纸制成的母模)为基准(阴极)，置放在电铸液中(阳极)，使电铸液中的金属离子还原后一层一层地沉积在样模上，形成金属壳体，将其剥离后，与样模接触的表面即为模具的型腔内表面。该技术主要特点是节省材料、模具制造周期短，电铸层硬度

45、可达 40HRC，提高了耐磨性和，粗糙度、尺寸精度与样模完全一致，适用于注射、吸塑、吹塑、搪塑、胶木模、玻璃模、压铸模等模具型腔及电火花成型电极的制造。2.3 型腔表面精细花纹成型的蚀刻技术蚀刻技术是光学、化学、机加工综合应用的一种技术，它的基本原理是先把花纹图案制成胶片，再把胶片上的花纹图案在已涂上光敏材料的模具型腔表面上，经过化学处理，模具型腔表面形成不被蚀刻部分的保护层，再根据模具材质，选择相应蚀刻工艺，将花纹图案蚀刻在模具内表面上。该技术的主要特点是时间短、费用低，修补破损花纹图案可做到天衣无缝。3 浇铸成型制模技术浇铸成型制模技术的共同特点是依样件为基准，浇铸出凸、凹模，型腔表面不需

46、要机械加工。实际制模中主要有以下几种类型。3.1 铋锡合金制模技术铋锡合金快速制模技术是经样件为基准，以 Bi-Sn(铋锡)二元合金(138，胀缩率万分之三)为材料，有精密铸造的方法同时铸出凸模、凹模、压边圈的一种技术。该技术的特点是制模成本低，合金可重复使用，制造周期短，尺寸精度高，形状、尺寸与样件完全相符，一次铸模可达 500-3000 件，非常适合新产品开发、工艺验证、样品试制及中小批量和平。3.2 锌基合金制模技术这是一种以样件(或样模)为基准，以为 380左右的锌基合金为材料，分别浇注凸、凹模，原则上型腔表面不进行机械加工的一种制模技术。该技术特点是制模成本低、周期短，适用于制作薄板

47、大型拉伸模、冲裁模及模。3.3 树脂复型模具技术这是一种以样模(或工艺模型)为基准，以树脂或其复合材料为流体材料，先浇注出凸(凹)模，再依据凸(凹)模贴上蜡片(间隙层)，浇注凸(凹)模。该技术成型的型腔表面不需机械加工。该技术与 CAD/CAM 相结合，特点是模具尺寸精度高、制造周期短、成本低，是新产品试制、小批量生产工艺装备的新途径。适用于制作大型覆盖件拉伸模(也可局部镶钢)、真空吸塑、聚氨酯发泡成型模、陶瓷模、仿型靠模、铸造模等。3.4 硅橡胶制模技术该技术以制件原型或模型为基准，将柔态硅橡胶制作成块，再靠高压力与模型完全吻合。挤压成型技术冷挤压成型利用铍铜合金的良好的导热性和稳定性，经固

48、熔时效处理后，采用冷挤压制造模具凹模型腔。其特点是制造周期短，型腔精度高(IT7 级)，表面粗糙度 Ra=0.025m,强度高，次，无环境污染。4.2 超塑成型制模技术可达 50 万该技术是利用金属材料在细化晶粒、一定成型温度、低变形速率条件下，材料具有最佳超塑性时，将事先制作好的凸模，用较小的力便可挤压出凹模的一种快速经济制模技术。超塑成型材料的典型代表是 Zn-22%AL。5 无模多点成形技术无模多点快速成形技术是以 CAD/CAM/CAT 技术为主要，利用计算机控制高度可调基本体群形成上下成形面，代替传统模具对板料进行三维曲面成形的又一现代先进制造技术。此项技术可以随意改变变形路径与受力

49、状态，提高材料的成形极限，可反复成形，以此消除材料的残余应力，实现无回弹成形。6(KEVRON)钢带冲裁落料制模技术新型钢带冲裁落料制模技术是一种不同于一般具有凸、凹模结构的钢带模，它是由单刃钢带与特制垫板组成的新型快速经济制模技术。这种模具重量轻，一般只有 200kg，加工精度为0.35-0.50mm，可适合各种黑色和有色金属的 0.5-0.65mm 厚的板料加工。制造成本低。7 模具毛坯的快速制造技术实型铸造可达到 5-25 万次，由于大量的模具是属于单件或小批量生产，模具毛坯的制造质量和周期及成本对最终的模具质量和周期及成本的影响是的。现代模具毛坯已广泛地采用子实型铸造技术，所谓实型铸造

50、就是利用(聚苯乙烯PS 或聚甲基丙烯酸酯PMMA)制作代替传统的木模或金属模，造型后不需取出模型，便可以浇铸，模型的高温液体金属作用下，迅速燃烧气化而，金属液取代原来模型所占有的位置，冷凝后形成铸件。实型铸造在实际应用中有下列几种情况。7.1 干砂实型铸造即用 55-100 目的全干没有任何粘结剂的石英砂造型，用 EPS 或 PMMA制作的模型涂挂 0.2-1mm 厚透气性良好的耐火涂料层，以提高铸件表面粗糙度，防止粘砂或塌箱。7.2 负压实型铸造负压实型铸造又称 V 法造型。该技术是使用全干而无粘结剂的石英砂做型砂，用 EPS或 PMMA型，在薄膜的密封条件下，让整个铸型在负压条件下( 真空

51、度0.4-0.67MPa)进行液体金属浇铸，铸件凝固后解除负压即到表面光洁的铸件。7.3 树脂砂实型铸造利用树脂砂做型砂，用 EPS 或 PMMA型，在常温、常压下进行液体金属浇铸而铸件。利用实型铸造的技术制造模具毛坯具有尺寸精度高(ISO9 级)，加工余量小(一般在 5mm 左右)，不需要拔模斜度，不需要制型芯与泥芯撑，节省金属材料，节省做木模型的木材，制造周期短，成本低。该技术适合大型、复杂、单件模具毛坯的生产。陶瓷型精铸、失蜡精铸等技术在提高模具毛坯精度、降低加工工时、缩短制造周期、降低成本等方面也显示出其特有的优越性。8 其它方面技术 为了简化模具的结构设计，降低模具成本，缩短模具制造

52、周期，在国内外也先后出现了一些其它方面新技术的应用，如快换模架、冲压单元、刃口堆焊、镶块铸造、氮气弹簧等。8.1 氮气弹簧在模具上的应用氮气弹簧是一种新型弹性功能，用它代替弹簧、橡胶、聚氨酯或者气垫，它能够准确地提供压边力，在较小空间便可产生较大初始弹压力，不需预紧，在模具整个工作过程压力基本恒定。弹压力大小及受力点位置可随时、准确、方便地调整，简化模具拉伸、压边、卸料等结构，简化模具设计，缩短制模周期，调试模具方便，缩短更换模具时间，提高生产效率。8.2 快速换模技术由于产品品种的增多，使模具在生产中更换变得十分频繁，于是如何缩短冲压设备的停机时间，提高生产效率，快速换模技术受到了人们的关注

53、。目前发达工业国家的一些大公司换模速度达到了惊人的程度，是否具有快速换模技术已成为企业技术进步的一项标志。总的趋势就是减少模具在设备上安装、固定、调整的时间，这既要在设备结构设计上予以考虑，又要在模具的结构设计、标准化方面予以考虑，将机上的作业尽可能地放在机下做。8.3 冲压单元组合技术冲压单元组合技术是将常规的冲模分解为一个个简单的单元冲模，根据工序件的要求，排列组合，在同一次冲程内完成多种冲压工序的新型工艺装备，工作时冲压单元不与冲床滑块联接，只需滑块打击即可完成冲压工作。单独使用时它就是 1 副完整模具。它可以用来加工板料或型材的冲孔、落料、切角、切槽、切断及浅拉伸等。具有组装快捷、使用

54、方便、通用性强、经济性好等特点，特别适合多品种、中小批量生产。8.4 刃口堆焊技术在冲模制造中，以普通灰铸铁为基体，在刃口部位堆焊高硬度的合金钢，以代替模具钢镶块，这一技术成为世界先进工艺之一。这是一项节省制造工时，节省昂贵的模具钢材，缩短模具制造周期的快速经济制模技术。目前熔化极氩弧焊技术的应用，大大地提高了刃口堆焊的速度和质量。这项技术世界各国模具行业已广泛采用，取得了良好的经济效益。8.5 实型铸造冲模刃口镶块技术这是一种用实型铸造的工艺方造冲模刃口的方法，即用合金钢铸件镶块代替锻造合金钢镶块。目前由于铸造工艺和热处理工艺不断完善和提高，铸造镶块的内在质量有了保证，故其应用范围在不断扩大

55、。这项以铸代锻的新技术的突出特点是节省贵重模具钢材，简化模具制造工序，由于加工余量小，节省了大量机加工工时，缩短模具制造周期，降低模具成本。8.6 可加工在模具制造中的应用可加工在发达的工业国家应用较普遍，特别是在汽车、飞机等制造业中，主要代替木材或金属制作汽车车身主模型、靠模、检具和铸造模型等。可加工的主要特点是兼备木材和金属的优良加工性能，制作工艺简捷(可采用模塑、浇注、拼粘、雕塑等方法)、尺寸稳定性好、不变形、耐潮湿、耐腐蚀、易修复、易改型、重量轻、制作周期短、成本低。国内外快速制模技术现状制造模具的材料通常是一些难加工材料，目前国内模具型腔一般都釆用电火花加工（EDM）成型。随着生产的

56、发展和产品更新换代速度的加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在就逐渐出来。从物理本质上说，电火花加工是一种靠放电烧蚀的“微切削”工艺，加工过程非常之缓慢；在电火花对工件表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件材料表面的物理-机械性能会受到一定程度的损伤，常常会在型腔表面产生微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而经过电加工后的型腔类零件一般还要进行费力、费时工研磨和抛光。因此，电火花加工的生产效率很低，制造质量不稳定，在许多场合，模具已成为影响新产品开发速度的一个关键。20 世纪 90 年代以来，在国外模具工业中开始逐渐应用高速切削(HSC)方法进行型腔的加工

57、，并且取得了很好的效果。高速切削方法优点如下：产品质量好高速切削以高于常规切速 10 倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小；切削过程中产生的绝大多数热量（95%以上）被切屑迅速带走，工件的热变形小；高速加工过程中，机床主轴以极高的转速（1000080000 r/min）运转，激振频率远远离开了“机床刀具工件”系统的固有频率範围，零件加工过程平稳无冲击。因此零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达 Ra 0.6m 以上。经过高速铣削的型腔，表面质量能达到磨削的水平，故常常可省去后续的许多精加工工序。生产效率高用高速加工中心

58、或高速铣床加工模具，可以在工件一次装夹中，完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，即所谓“一次过”技术（One Pass Machining），切削速度很高，加工过程本身的效率比电加工要高出好几倍。除此以外，它既不要做电极，常常也不需要后续工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。因此，高速加工技术的应用，使模具的开发速度大为提高。工艺范围广能加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件由高速切削机理可知，高速切削时，切削力大为减少，切削过程变得比较轻松。高速切削可以加工淬火钢，材料硬度可高达 60HRC 以上，加工过程甚至可以不用切削液，这就是所谓的硬切削（Hard Machining）和干切削

59、(Dry Machining)。尤其可贵的是，在高速加工中，横向切削力很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至可以小于 1mm。展望技术在制造业中所处的关键地位，快速制模尤其是快速制造金属模具技术的开发研究受到高度关注，概括该技术的关键问题和发展趋势有以下几个特点：快速软模及陶瓷等模具的使用范围受到限制，压铸、注塑、冲压等主导模具的金属模具快速制造是 RPN 技术努力的目标；以快速原型等各种原型和铸造、熔射等技术相结合的间接法与直接法相比实用化方面占优势，但因工序增加和受材料性质及制造环境的影响，致使精度控制难度大。开发尺寸稳性好的制模材料、减少制模工序、实现工作环境的安定

60、化是提高间接模精度的关键；基于堆积成形原理的直接制模法在表面及尺寸精度、综合机械性能等方面尚难以满足高精度、高表面质量的耐久模具制造要求，且成本高、尺寸规格受限制。以低成本且适于精细加工及多种材料成形的堆积和去除成形技术集成，将是提高直接制模法的实用性、材料适应性和表面精度的有效方法；快速制模法适合我国国情，具有广阔的应用前景。与高速铣削加工相比，在表面带精细复杂形状和电火花加工难以省去的金属模具制造方面占有优势。要进一步提高快速制模技术的竞争力，必须开发加工数据生成较数控加工数据生成更容易，并能获得所需的尺寸及表面精度材料选择范围广的直接快速制模新方法。附录 1：机器人技术发展趋势作者:Ji