1、燕山大學課 程 設 計 說 明 書題目：金剛石砂輪成型模具的設計學院（系）：材料科學與工程學院 年級專業： 09級超硬 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 教授 設計日期： 2012.10.24-11.6 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：材料科學與工程學院 基層教學單位： 學 號學生姓名專業（班級）設計題目金剛石砂輪成型模具的設計設計技術參數1.金剛石砂輪成型模具選用碳素工具鋼作為模套、定位套、下壓板以及上壓板的材料。許用應力=3000Kg/ cm ²，波桑系數=0.3。2設計平行砂輪的尺寸為：150×22×10×20。工作層的厚度為6

2、mm，基體的直徑為150mm，工作高度為22mm，凹面高度10mm。砂輪內徑為20mm。3.結合劑選用金屬基結合劑（鐵基結合劑），相對密度為0.80.87，選取=0.8，側壓系數=0.38。4. 壓機的垂直應力為2500Kg/，其他尺寸詳見課程設計說明書及工廠相關設備圖紙。設計要求學生必須在規定的期限內完成下述任務：1）規劃設計：熟悉設計步驟，確定結構方案。2)設計計算：選擇所用材料及確定材料的力學性能，根據材料性能及設備功能的要求設計結構尺寸，確定金剛石砂輪模具的生產效率。3)繪圖：計算機上利用Auto-CAD軟件4)編寫設計說明書本設計書設計的是一套砂輪模具用以大批量生產，結構上為內為基體

3、外為工作層的平行砂輪。工作量技術熟練型員工平均日產500件。一套模具至少可以正常生產十萬件而不出現較大的尺寸誤差。工作計劃任 務時 間安 排設 計 內 容規劃設計1.5天1 1、布置設計任務書；2、熟悉設計步驟；3、確定結構方案；設計計算2.5天1 選擇設備材料；2 確定所需設計設備的基本結構，計算結構尺寸；3 設備能力校驗計算；4 使用操作方法說明。繪 圖3天1 繪制草圖；2 繪制總圖；3 繪制零件圖。寫說明書2天 說明書應使用統一格式的16開紙書寫（或B5紙打印），并附有封皮，裝訂成冊。考 核1天面試考核參考資料1.萬隆，陳石林，劉小磐主編超硬材料與工具北京化學工業出版社出版2.呂智，鄭超

4、，莫時雄，章兼植合編超硬材料工具設計與制造冶金工業出版社出版3.張紹和編金剛石與金剛石工具中南大學出版社出版 4.劉鴻文編簡明材料力學高等教育出版社出版指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。2012年 11月 5 日 目錄 一、原始數據及資料 二、對設計課題的分析 三、設計設備的簡圖 四、設計計算 五、設計小結 六、參考文獻 設計說明書超硬材料設備課程設計是無機非金屬材料與工程專業超硬材料專業方向的一門專業方向必修課。該課程設計需要綜合運用已學到的理論知識，包括CAD畫圖工具的應用、材料力學知識、機械設計與制造技術以及有關超硬材料的知識，

5、尤其是金剛石砂輪的相關知識。本次課程設計是培養學生用理論知識來解決實際工程問題的一次訓練，加深了學生對課本所學知識的理解和應用，培養了自己獨立分析問題、解決問題的能力。一、 原始數據及資料選用碳素工具鋼作為模套、定位套、下壓板以及上壓板的材料。許用應力=3000Kg/，波桑系數=0.3。設計平行砂輪的尺寸為：150×10×22×6。即外為工作層，內為基體的結構，外徑為150mm，工作高度為22mm，凹面厚度為10mm，砂輪內徑為20mm。結合劑選用金屬基結合劑（鐵基結合劑），相對密度為0.80.87，選取=0.8，側壓系數=0.38。壓機的垂直應力為2500Kg/

6、。二、設計分析1、模具由模套、上壓環、上定位套，下壓環和下定位套組成，各個零件的結構形狀和數量則根據砂輪的類型和壓制方法確定。各個零件的作用如下：（1）、模套：是模具的外套，是關鍵零件，直接影響砂輪的壓制質量。其厚度受材料自身強度的限制，根據不同材料的許用應力，通過強度計算或經驗推算確定。壁太厚浪費材料，又不便搬運。模套高度根據砂輪高度和粉末松裝密度等因素確定。其厚度大概為模框平均直徑的1/10。材料選用耐熱合金鋼或球墨鑄鐵。本實驗采用碳素工具鋼。（2）上壓環：是本次平行砂輪設計中的壓制零件，直接承受和傳遞壓力，要求有高的抗壓強度、硬度，和適當的韌性傳遞壓力至壓腔，提供結合劑壓制成型所需的高壓

7、強。（3）下壓環：下壓環與模套和定位螺絲構成容納粉末的壓制腔體，其定位螺絲對機體起定位作用，要求有高的耐磨性。下壓環底部支撐模具，是壓制粉末的底部，承受一部分壓力。 （4）上、下定位套：起固定基體，確定砂輪工作層的厚度。 2、 模具結構的設計模具結構要根據砂輪的用途和形狀以及不同的基體和生產工藝方法來進行設計，其區別于普通磨料磨具的是：（a） 所得產品為金剛石砂輪，系超硬工具； （b）結合劑采用的是金屬基，即鐵粉，不同與普通的陶瓷基砂輪。因此模具結構和壓制操作過程相對復雜。而且燒結溫度比較高，一般達到750-850攝氏度，因此對材料的耐熱和耐磨性都有嚴格的要求，下面說一下模具零件的設計：A、

8、模套設計：模套從材料力學考慮，實際上它是一個厚壁圓筒，也就是其壁厚至少大于平均直徑的十分之一。因此，按壁厚圓筒的應力計算方法，根據所選材料的許用應力、泊桑比和彈性模量以及砂輪的外徑，即可求得模框的外徑尺寸。a模套外徑尺寸的確定:模具在壓制過程中，對粉末胚體施加垂直壓力，粉末壓縮沿著圓周向外膨脹，把壓力傳遞給模框內壁，這叫“側壓力”。由于受到粉末之間的摩擦力和與內壁之間摩擦力的影響，側壓力總是小于施加的垂直壓力。而側壓力對模框形成徑向應力和切向應力，徑向應力是壓應力，越接近壁厚內徑壓應力越大；切向應力是拉應力，越接近壁厚內徑表面，其值越大。具體計算過程見下。b模套高度的確定:模套高度H由裝粉高度

9、h0，下模沖定位高度h1兩部分組成。裝粉高度h0與粉末的松裝密度有關，松裝密度越小，裝粉高度越高。提高粉末的松裝密度可以降低模框的高度，不但節省材料，還可以減少密度梯度，有利操作。h0一般取胎體厚度的2.5到3.5倍,本設計用3倍。本模具所壓砂輪工作層厚度為6mm，所以h0=18mm,根據需求h1取44mm，所以H=h0+h1=18+44=62mmc模套材質的選擇:本設計采用碳素合金鋼。這類鋼,由于具有合適的淬透性，經適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性脆性轉變溫度，可用于制造

10、受變載、中速中載、強烈磨損的重要零件。B、壓環設計：上壓環采用碳素合金鋼，許用應力為=3000Kg/，由于金剛石砂輪的工作層不留有加工余量，因此，壓環的外直徑就是成型砂輪的外徑尺寸，為150mm,壓環的內徑為砂輪基體的外徑，為130mm，高度為26mm，強化環厚度為8mm，強化環外徑為184mm。C、定位套的設計： 定位套主要起固定砂輪基體，限制工作層壓縮高度的作用，其高度根據需求設計為24mm，直徑為130mm，內徑為20mm。D、定位螺絲的設計：定位螺絲除了起導向、定心作用外，還用來將上下定位套連接在一起，其高度視基體高度和上下定位套的厚度而定，在這取H=60mm，直徑為砂輪內徑，取R=2

11、0mm,螺帽高度為6mm，螺帽直徑為30mm，螺母高度為6mm，螺母外切圓直徑為26mm。墊片厚度為3mm，直徑為30mm。3、 設計設備的簡圖 四、設計計算： 套筒的計算：一、 徑向計算 砂輪直徑為150 ，砂輪凹面基體厚度為10 mm，孔為20，套筒內徑尺寸為150.陰模和模套的厚度計算：P側=P,已知=0.38,p=2700kgcm ²,=0.8。m P側（1）½÷ P側1½1.36,取m=1.4。m組m P側（k）½÷ P側k½=1.26，取m=1.4，k1=0.88。R=mr112.5 r中=92P預=mm1

12、47;3m1m1 P側r中=2P預r中³Em²1÷m²1r中²2R²=0.16二、 求熱裝所需溫度tr中0.1÷r中=133.8所以外模的厚度=R-r218.75熱裝所需溫度為134五 設計小結本次課程設計是培養學生用理論知識來解決實際工程問題的一次訓練，加深了學生對課本所學知識的理解和應用，培養了自己獨立分析問題、解決問題的能力。通過這次課程設計，我了解到不帶非工作層的整體式砂輪成型模具的設計原理，然后加以實際應用，順利的解決了砂輪帶孔部分容易掉邊的現象，大大降低了砂輪胚體成型后脫模的難度，成功的設計出帶有盲孔結構的細長桿狀且不帶非工作層整體式砂輪成型模具。解決了實際生產中經常遇到的細長桿狀砂輪難以大批量優質生產的問題，此方法既解決了生產問題也節省了原理，提高了實際生產的效率。六 參考文獻1.萬隆，陳石林，劉小磐.超硬材料與工具.北京化學工業出版社20062.閆瑞軍.盲孔砂輪成型模具結構設計的改進.哈爾濱20043.呂智，鄭超，莫時雄，章兼植.超硬材料工具設計與制造.北京冶金工業出版社20104.張紹和.金剛石與金剛石工具.長沙中南大學出版社20055.劉鴻文.簡明材料力學 高等教育出版社