酒杯的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作

摘 要：對(duì)比傳統(tǒng)的酒杯外形，采用UG三維軟件優(yōu)化酒杯結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)，使之更接近人體仿生學(xué)設(shè)計(jì)。為滿足使用功能要求，采用了質(zhì)地輕且易加工的1080鋁材作為酒杯的被加工材料。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)，采用CK6141數(shù)控車床加工酒杯，創(chuàng)新了酒杯的生產(chǎn)工藝。通過酒杯創(chuàng)新的實(shí)踐，培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)現(xiàn)代大學(xué)生對(duì)創(chuàng)新的興趣。

關(guān)鍵詞：酒杯；加工工藝；創(chuàng)新

緒論

酒杯根據(jù)質(zhì)料和器形不同，名目繁多，有金杯、銀杯、琉璃杯、菊花杯、梅花杯、八角杯等等。范成大詩(shī)：“風(fēng)簾疏爽月徘徊，悵望家人把酒杯。”陸游在《文君井》說：“落魄西州泥酒杯，酒酣幾度上琴臺(tái)”。酒杯是人常用的飲酒工具。

進(jìn)入21世紀(jì)，制造業(yè)已成為推進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的重要力量，數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代制業(yè)的先進(jìn)方式，已應(yīng)用于各行各業(yè)。作為數(shù)控專業(yè)的學(xué)生，除了掌握數(shù)控機(jī)床的操作，還需要了解應(yīng)用于不同行業(yè)的生產(chǎn)工藝以及如何創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，改進(jìn)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，進(jìn)一步提高生產(chǎn)力。此次創(chuàng)新設(shè)計(jì)就是通過對(duì)酒杯外形設(shè)計(jì)的改良與制造，提高對(duì)數(shù)控加工技術(shù)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新數(shù)控生產(chǎn)工藝的能力。

1 酒杯設(shè)計(jì)

酒杯屬于薄壁、細(xì)長(zhǎng)的懸伸件，自身結(jié)構(gòu)剛性和承受切削、加緊能力差，加工過程中易產(chǎn)生多種變形。綜合考慮以上問題，結(jié)合人體仿生學(xué)[1]、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，要保證酒杯的正常加工，產(chǎn)品的理論設(shè)計(jì)將結(jié)合實(shí)際加工，依據(jù)加工情況修改和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，生產(chǎn)出符合使用要求的酒杯產(chǎn)品。

盛酒的不同，所用的酒杯要求也不同。此次我們以一般要求的工藝酒杯為例，從滿足人的使用舒適度和功能出發(fā)。采用UG設(shè)計(jì)了圖1所示的酒杯實(shí)體造型。由于工藝酒杯形狀主要以回轉(zhuǎn)面為主，造型過程相對(duì)比較單一。可先作出工藝酒杯輪廓的截面曲線草圖，再利用回旋命令生成工藝酒杯實(shí)體，最后利用邊倒角命令使杯口和底座光滑圓潤(rùn)。具體UG造型步驟如下：

2 材料的選擇

與傳統(tǒng)的酒杯使用玻璃、陶瓷相比較，我們采用了適合機(jī)械加工的且適合做日常生活器皿的牌號(hào)1080鋁棒材[2]，此牌號(hào)鋁的純度為99.0%～99.9%。其相應(yīng)的力學(xué)性能如下：彈性模量：69000～71000Mpa；抗拉強(qiáng)度：90～120Mpa；屈服強(qiáng)度：20～90Mpa；伸長(zhǎng)率：11%～25%；布氏硬度：24～32HB；沖擊韌度：10～20 J/cm2。

該鋁材可以看作是鐵、硅含量很低的鋁一鐵一硅系合金。在雜質(zhì)相中除了有針狀硬脆的FeAl3和塊狀硬脆的硅質(zhì)點(diǎn)外，還能形成兩個(gè)三元相，當(dāng)Fe>Si時(shí)，形成α（Fe2SiAl8）相；當(dāng)Si>Fe時(shí)，形成β（FeSiAl5）相。兩相都是脆性化合物，后者對(duì)塑性的危害更大些。因此，一般在工業(yè)純鋁中都使Fe>Si。當(dāng)Fe>Si時(shí)，還能縮小結(jié)晶溫度區(qū)間和減小產(chǎn)生鑄造裂紋傾向。當(dāng)Fe/Si≥2～3時(shí)，可生產(chǎn)出晶粒細(xì)小、有良好加工性能純鋁棒材。

3 創(chuàng)新加工工藝

傳統(tǒng)的玻璃酒杯常用的加工方法就是吹制，這是一項(xiàng)古老而成本昂貴的玻璃成型技術(shù)，起源于19世紀(jì)末。主要生產(chǎn)工藝就是通過壓、吹、拉等方法成形，用研磨、雕刻、腐蝕等工藝進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，最后進(jìn)行退火或冷加工等一些列工序過程。

如今，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。有了數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生，我們可以借助數(shù)控機(jī)床加工出高質(zhì)量、高質(zhì)感的金屬酒杯，從而提高酒杯的使用壽命和收藏價(jià)值。

下面以圖2設(shè)計(jì)金屬酒杯為例，探索一下金屬酒杯的加工工藝，為金屬酒杯的機(jī)械化加工創(chuàng)新新的生產(chǎn)工藝做個(gè)鋪墊。

（1）工藝分析。分析圖2所示酒杯的結(jié)構(gòu)，該酒杯結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)、薄壁以及輪廓形狀特別復(fù)雜的零件。結(jié)合圖樣尺寸綜合分析，可以采取如下工藝措施：①由于所設(shè)計(jì)尺寸公差按自由公差計(jì)算，故數(shù)控編程全部取其基本尺寸即可；②在輪廓曲線上，有多處圓弧，且圓弧處既過象限又改變進(jìn)給方向的輪廓曲線，在加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行刀尖圓弧隙補(bǔ)償[4]，以保證輪廓曲線的準(zhǔn)確性；③酒杯結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)且酒杯部分屬于薄壁類零件，所以在加工完酒杯內(nèi)壁后，要采用一夾一頂?shù)难b夾方法，保證酒杯加工好后不變形。

（2）加工工序：①裝夾棒料，保證懸出長(zhǎng)度100mm；②車平面，鉆定位孔；③用Ф20mm鉆頭鉆削酒杯內(nèi)腔底孔；④鏜酒杯內(nèi)壁型腔；⑤粗車酒杯外形（留0.2mm精車余量）；⑥精車酒杯外形（留0.2mm精車余量）；⑦割斷，去除毛刺。

（3）酒杯制作：依據(jù)加工工序，采用液壓三爪自定心卡盤夾緊和一夾一頂兩種裝夾方式，選擇合理的切削用量，編寫數(shù)控加工程序。

根據(jù)被加工酒杯的外形和1080鋁材的機(jī)械性能等條件，選用CK6141數(shù)控車床加工酒杯，設(shè)備操作按照西門子802S數(shù)控車床操作與編程說明書[5]執(zhí)行，酒杯實(shí)物如圖3。

4 結(jié)語(yǔ)

酒杯創(chuàng)新實(shí)踐受經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、時(shí)間等因素影響，只是初步初步探討了酒杯的數(shù)控加工技術(shù)，在具體的生產(chǎn)實(shí)踐只能起到一個(gè)引導(dǎo)作用。通過酒杯創(chuàng)新實(shí)踐，充分地培養(yǎng)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)濃厚的學(xué)習(xí)興趣，有利于建立合理知識(shí)結(jié)構(gòu)，有利于增強(qiáng)我們創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而有利于培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力，為我們將來的就業(yè)增添了機(jī)會(huì)和機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)

[1]任露泉，梁云虹.耦合仿生學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[2]余強(qiáng)，魏青周，周京平等.UG零件設(shè)計(jì)技術(shù)與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]錢士強(qiáng)，林文松，劉繼華，王偉等.工程材料[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[4]楊建明.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[5]西門子802S數(shù)控車床操作與編程[M].

作者簡(jiǎn)介：陶陽(yáng)（1991，9-），男，無錫科技學(xué)院數(shù)控1001班級(jí)學(xué)生，學(xué)號(hào)：100101021主要負(fù)責(zé)酒杯創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

朱華（1992，4-），男，無錫科技學(xué)院數(shù)控1002班級(jí)學(xué)生，學(xué)號(hào)：100100832 主要負(fù)責(zé)酒杯創(chuàng)新實(shí)踐。