【壓鑄模】汽車輪轂的結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)【帶PROE三維】【6張CAD圖紙】【優(yōu)秀】
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【壓鑄?！科囕嗇灥慕Y(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)【帶PROE三維】【6張CAD圖紙】【優(yōu)秀】,壓鑄,汽車,輪轂,結(jié)構(gòu),模具設(shè)計(jì),proe,三維,cad,圖紙,優(yōu)秀,優(yōu)良
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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 汽車輪轂的結(jié)構(gòu) 與模具設(shè)計(jì) 院系 名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 車輛工程 07 學(xué)生姓名 ： 顧立鵬 指導(dǎo)教師 ： 王國(guó)田 職 稱 ： 實(shí)驗(yàn)師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二 一一 年六月 s 07011龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 本文以汽車輪轂為研究對(duì)象，基于產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的一般流程，制定了產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的技術(shù)路線。借助 汽車輪轂結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 與性能 分析 、 并對(duì) 模具造型、鑄造工藝等進(jìn)行了設(shè)計(jì) 。 首先介紹了我國(guó) 輪轂?zāi)＞叩默F(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及我國(guó)模具發(fā)展的新技術(shù)，其次圍繞轎車輪轂?zāi)＞哌M(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定模具的型腔數(shù)目、分型面以及脫模機(jī)構(gòu)。 汽車輪轂的成型工藝 方法 較多，以擠壓鑄造生產(chǎn)輪轂的工藝方法現(xiàn)今多處于研究階段。本文根據(jù)擠壓鑄造的工藝特點(diǎn)，對(duì)汽車輪轂擠壓鑄造模具 設(shè)計(jì) 進(jìn)行了分析總結(jié)，并對(duì)模具型腔進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 查閱模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，完成模具的總體設(shè)計(jì)。同時(shí)充分利用計(jì)算機(jī) 繪圖軟件對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì) , 利用 對(duì)零件進(jìn)行三維造型 , 并實(shí)現(xiàn)零件的三維裝配和模具設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)模具整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程有了較好的了解。 關(guān)鍵詞 ： 模具； 鎂合金； 汽車輪轂； 擠壓鑄造 ；模具設(shè)計(jì) ；低壓鑄造 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) on on of is as of s of of to of as as of is is on of to of At of to E of to of a 龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 . I . 1 章 緒論 . 1 言 . 1 轂國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 1 外研究現(xiàn)狀 . 2 究的目的和意義 . 3 計(jì)的主要內(nèi)容 . 5 第 2 章 輪轂零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 7 轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ) . 9 車輪轂?zāi)＞叻桨傅脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) . 9 轂零件的 3. 10 要外形尺寸的確定 . 10 計(jì)原則 . 10 車輪轂輪廓三維實(shí)體生成 . 10 車輪轂風(fēng)孔的生成 . 11 章小結(jié) . 13 第 3 章 輪轂成形工藝介紹 . 14 轂成形的工藝特點(diǎn) . 14 行的輪轂主要成形方法及其優(yōu)缺點(diǎn) . 14 屬型重力鑄造 . 15 壓鑄造 . 15 鑄 . 15 壓鑄造 . 17 他成形方法 . 18 章小結(jié) . 19 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 輪轂成形工藝分析 . 20 轂材料及性能特點(diǎn) . 20 壓鑄造的性能特點(diǎn) . 20 藝方案的確定 . 21 壓鑄造工藝參數(shù) . 23 具設(shè)計(jì)方案 . 26 章小結(jié) . 27 第 5 章 輪轂鑄造模具的設(shè)計(jì) . 28 壓模具設(shè)計(jì)的基本原則 . 28 壓鑄造模具的工藝參數(shù) . 29 車輪轂?zāi)＞叻帜Ｃ娴拇_定 . 29 模設(shè)計(jì) . 34 模設(shè)計(jì) . 34 板設(shè)計(jì) . 35 具裝配 . 36 章小結(jié) . 37 結(jié)論 . 38 參考文獻(xiàn) . 39 致謝 . 41 附錄 . 42 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 言 能源、環(huán)境和安全是當(dāng)今備受關(guān)注的三大問(wèn)題，也正是這三大問(wèn)題制約了汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車的普及。而汽車的安全性和可靠很大程度上取決于所用輪轂的性能和使用壽命。 隨著產(chǎn)品 更新?lián)Q代越來(lái)越快，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，新技術(shù)日新月異，模具的使用范圍已越來(lái)越廣，對(duì)模具的要求也越來(lái)越高 ，使模具技術(shù)及制造方式發(fā)生了根本性的變化，已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)，從有經(jīng)驗(yàn)的鉗工師傅為主導(dǎo)的技藝型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到了以數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化生產(chǎn)為特征的現(xiàn)代模具工業(yè)生產(chǎn)時(shí)代 。 輪轂 是一個(gè)承受隨機(jī)疲勞載荷的旋轉(zhuǎn)薄殼結(jié)構(gòu)，上面開(kāi) 有孔洞，附有加強(qiáng)筋，形狀復(fù)雜，轎車在行駛中所受到的各種載荷向輪轂的傳遞也十分復(fù)雜。因此，輪轂的幾何形狀和力學(xué)特征的復(fù)雜性給研究工作帶來(lái)很大的困難。輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)是保證轎車輪轂 質(zhì)量的關(guān)鍵，由于模具型 面復(fù)雜，幾何構(gòu)造圖素和曲面造型獨(dú)特，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)及制造方法很難滿足要求。而采用 對(duì)汽車輪轂 模型實(shí)體設(shè)計(jì)以及模具設(shè)計(jì)將解決這一設(shè)計(jì)難題，使得設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便、快捷、可靠。 然而在當(dāng)今汽車技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，歐美、日本等國(guó)家基本壟斷了發(fā)達(dá)的汽車技術(shù)，我國(guó)在先進(jìn)的汽車技術(shù)中處于落后與被動(dòng)地位，因此，我國(guó)必須加大對(duì)汽車技術(shù)研發(fā)的力度，發(fā)明出更新更先進(jìn)的技術(shù)，跟上世界各個(gè)汽車大國(guó)的技術(shù)水平。 轂國(guó)內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 內(nèi)研究現(xiàn)狀 為了節(jié)能降耗，減少?gòu)U氣排放，提高駕乘舒適度和車輛動(dòng)力學(xué)性能?，F(xiàn)代 汽車正在向輕量化方向發(fā)展，從結(jié)構(gòu)材料的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)車輛輕量化的主要手段是采用具有高比性能的輕質(zhì)材料替代傳統(tǒng)材料，目前廣泛應(yīng)用于汽車輪轂的材料主要是鋁合金和鎂合金。 隨著我們國(guó)家公路設(shè)施的迅猛發(fā)展，鋁合金輪轂開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)得到推廣，并且發(fā)展迅速。 2002年，我國(guó)轎車鋁合金輪轂的裝車率已接近 45%。伴隨著中國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)鋁合金輪轂行業(yè)出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)勢(shì)頭。經(jīng)過(guò)十幾年的艱苦努力，年生黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 產(chǎn)能力已超過(guò)了 6500萬(wàn)件。已成為了世界鋁合金輪轂生產(chǎn)大國(guó)。與世界先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在鋁合金輪轂的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造技術(shù) 方面尚存在較大的差距，總體的生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量水平還有待進(jìn)一步的提高 1。 鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有低價(jià)格，高比性能、比強(qiáng)度和比剛度。突出的阻尼減振性能等特點(diǎn)，將鎂合金用于汽車，摩托車結(jié)構(gòu)，特別是高速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件能降低車輛自重及燃油消耗，降低車輛的振動(dòng)和噪聲，提高車輛的加減速動(dòng)力學(xué)特性，既能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，又能較顯著改善車輛的駕乘舒適度 2。 在國(guó)內(nèi)，上海汽車公司最早將鎂合金應(yīng)用在汽車上，目前桑塔納轎車鎂合金變速器外殼年用鎂量達(dá) 2000風(fēng)汽車公司開(kāi)發(fā) 的轎車用非承重鎂合金零件有變速箱殼、離合器殼、變速箱蓋等，其中鎂合金變速箱殼體質(zhì)量?jī)H為 代了 產(chǎn)量達(dá)到 6 萬(wàn)件。長(zhǎng)安汽車公司生產(chǎn)的變速器、上下箱體延伸體和缸罩等 7 種零件已通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)， 2004 年已大批量裝車進(jìn)入市場(chǎng)。我國(guó)科技部也在“十五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃中特別提出了“鎂合金開(kāi)發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化 ” 重大項(xiàng)目。 輪轂的鑄造工藝有低壓鑄造法 、 重力鑄造法 、 壓力鑄造法 、 擠壓鑄造法 、 輪轂的成形工藝主要有擠壓鑄造和低壓鑄造。我國(guó)從 20世紀(jì)六七十年代開(kāi)始發(fā)展擠壓鑄造，20世紀(jì)九十年代， 運(yùn)用于摩托車行業(yè)，使擠壓鑄造得到了飛躍發(fā)展，已形成年生產(chǎn) 300千萬(wàn)只摩托車鋁輪轂的能力。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的大型受力零件有：重 我國(guó)低壓鑄造工藝發(fā)展得較晚， 1955年天津拖拉機(jī)制造廠采用壓縮空氣緊密制造鋁合金型板， 1958年上海郵電器材廠應(yīng)用了低壓鑄造工藝，六十年代這一工藝在北京、天津、上海、遼寧等地得到了一定程度的發(fā)展。 1978年以來(lái)，一機(jī)部、六機(jī)部、八機(jī)部等相繼召開(kāi)低壓鑄造經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，介紹了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的低壓鑄造設(shè)備和工藝 3。 外研究現(xiàn) 狀 國(guó)外對(duì)輪轂材料的研究發(fā)展的比較迅速。 20世紀(jì)初，當(dāng)鋼鐵制汽車輪轂已經(jīng)運(yùn)用的很成熟的時(shí)候，一些賽車愛(ài)好者，為了追求速度與靈活性，而把汽車變得更加“輕量化”，就將鋼制輻條式輪轂與鋁質(zhì)軋制輪輞相結(jié)合的車輪裝上汽車。從此，汽車輪轂進(jìn)入了另一個(gè)時(shí)代 鋁合金輪轂時(shí)代。 1945年以后，汽車廠商紛紛開(kāi)展批量生產(chǎn)鋁合金輪轂的研究。德國(guó)是世界上最早開(kāi)始制造鋁合金輪轂的國(guó)家早在 20世紀(jì) 20年代就開(kāi)始用砂型鑄造賽車用鋁合金輪轂，其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)一直走在世界的前列。 20世紀(jì) 50年代末，聯(lián)邦德國(guó)還只能少量的生產(chǎn)鋁合金輪轂，到了 70年代后，他們開(kāi)始在小汽車上大量使用鑄造鋁合金輪轂，開(kāi)創(chuàng)了新的局面。 世界各國(guó)近年來(lái)都高度重視對(duì)鎂合金的研究與開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)鎂合金在汽車等交通工黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 具上的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化研究。 自 1990年以來(lái)，美國(guó)、日本、德國(guó)、澳大利亞等國(guó)家相繼出臺(tái)了自己的鎂合金研究計(jì)劃，把鎂合金列為 21世紀(jì)研究與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目。北美是汽車用鎂量最大的地區(qū)，其次是歐洲、日本和韓國(guó)。在北美一些車型上，鎂合金用量大約為 ， 美國(guó)通用、福特、克萊斯勒等三大汽車公司用鎂量均呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。在歐洲一些車型上， 鎂合金用量大約為 4。 國(guó)外的擠壓鑄造工藝是 1937年由前蘇聯(lián)發(fā)明的， 20世紀(jì)五六十年代，先后傳入我國(guó)和世界各地。擠壓鑄造技術(shù)的發(fā)展與擠壓鑄造機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 20世紀(jì) 80年代，日本宇部公司開(kāi)發(fā)成功 前已銷售 300多臺(tái)；日本豐田公司的輪轂廠擁有 14臺(tái) 產(chǎn) 400多萬(wàn)只高檔汽車鋁輪；日本的日產(chǎn)汽車、馬自達(dá)、 U 5。 低壓鑄造最早由英 國(guó)人 910年提出并申請(qǐng)專利。其目的是解決重力鑄造中澆注系統(tǒng)充型和補(bǔ)縮的矛盾。低壓鑄造真正被推廣應(yīng)用時(shí)在“二戰(zhàn)”以后，由于有較高的補(bǔ)縮壓力和溫度梯度，有效地提高了厚大斷面鑄件的致密性。 1950年以后由于汽車工業(yè)的發(fā)展，使抵押鑄造工藝和設(shè)備有了一個(gè)飛躍。汽車輪轂由于質(zhì)量要求高，本身結(jié)構(gòu)又適于低壓鑄造，而且需求量大，因此極大地推動(dòng)了低壓鑄造技術(shù)的發(fā)展。英國(guó)在 60年代率先發(fā)展低壓鑄造汽車輪轂，其后美國(guó)、日本、西德相繼發(fā)展 6。 究的 目的和意義 輪轂是車輛的重要運(yùn)動(dòng)部件，本文以汽車輪轂 為研究對(duì)象，基于產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)的一般流程，通過(guò)制定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，熟練掌握汽車零件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的流程，通過(guò)借助 汽車輪轂結(jié)構(gòu)與性能、模具造型、鑄造工藝等進(jìn)行設(shè)計(jì)。 汽車輪轂的成形工藝類型較多，以擠壓鑄造生產(chǎn)鎂合金輪轂的工藝方法現(xiàn)今多處于研究階段。通過(guò)研究擠壓鑄造的工藝特點(diǎn)，分析總結(jié)汽車輪轂擠壓鑄造模具要點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)模具型腔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，掌握汽車輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計(jì)過(guò)程了解鑄造的基本工藝，熟練應(yīng)用 、 繪圖軟件，并具有一定的實(shí)驗(yàn)技能和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)。 資 源和環(huán)境是己成為世界各國(guó)越來(lái)越突出的問(wèn)題，為了節(jié)能降耗、減少?gòu)U氣排放、提高駕乘舒適度和車輛動(dòng)力學(xué)的性能，現(xiàn)代汽車、摩托車等交通工具正在向輕量化方向發(fā)展。鎂合金是現(xiàn)已知的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有多方面結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到各國(guó)的青睞。輪轂作為車輛的重要運(yùn)動(dòng)部件，它的輕量化生產(chǎn)有著非常重要的意義。而鎂合金由于其眾多優(yōu)點(diǎn)，成為輕量化發(fā)展的首選材料。但鎂合金在生產(chǎn)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 和應(yīng)用中還存在著諸多缺點(diǎn)，如由于鎂元素活潑，鎂合金在熔煉和加工過(guò)程中極容易氧化燃燒，生產(chǎn)難度很大；鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善，特別是鎂合金成形 技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展；鎂合金的耐蝕性較差，高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn) 7。 鑄造模具 市場(chǎng)異常活躍，鑄造產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)帶來(lái)了 鑄造模具 制造工業(yè)的一片興旺。根據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)經(jīng)營(yíng)管理委員會(huì)編制的全國(guó)模具專業(yè)廠基本情況統(tǒng)計(jì)，鑄造模具約占各類模具總產(chǎn)值 5%，每年增長(zhǎng)速度高達(dá) 25%。模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中， 60%工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工 、電子、航空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械行業(yè)，根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)， 21 世紀(jì)機(jī)械；制造工業(yè)的零件，其粗加工的 75%和精加工的 50%都將依靠模具完成，因此，模具工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進(jìn)步 8。 模具設(shè)計(jì)是保證轎車 輪轂 質(zhì)量的關(guān)鍵，由于模具型面復(fù)雜，幾何構(gòu)造圖素和曲面造型獨(dú)特，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)及制造方法很難滿足要求。而采用 對(duì)汽車鋁輪模型實(shí)體設(shè)計(jì)以及模具設(shè)計(jì)將解決這一設(shè)計(jì)難題，使得設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便、快捷、可靠。 擠壓鑄造也稱為液態(tài)模鍛 ,是一種集鑄造和 鍛造特點(diǎn)于一體的新工藝 ,該工藝是將一定量的 熔融金屬液 直接 注 入敞 口的金屬模腔 ,隨后合模， 通過(guò)沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上 ,使之充填、成形和結(jié)晶凝固 ,并在結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生一定量的塑性變形 ，從而獲得毛坯或零件的一種金屬加工方法 。擠壓鑄造充型平穩(wěn) ,沒(méi)有湍流和不包卷氣體 ,金屬直接在壓力下結(jié)晶凝固 ,所以鑄件不會(huì)產(chǎn)生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷 ,且組織致密、晶粒細(xì)化 ,機(jī)械性能比低壓鑄造件高 9。 產(chǎn)品既有接近鍛件的優(yōu)良機(jī)械性能 ,又有精鑄件一次精密成形的高效率、高精度 ,且投資大大低于低壓鑄造法。 擠壓鑄造特別適合于生產(chǎn)汽車工 業(yè)中的安全性零件 ,汽車輪轂是一種要求較高的保安件 ,金屬型重力鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品雖能滿足使用要求 ,但整體質(zhì)量比擠壓鑄造鋁輪轂相差一個(gè)檔次。日本已有相當(dāng)部分的汽車 輪轂采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn) ,豐田汽 車公司擁有十幾臺(tái)全自動(dòng)擠壓鑄造設(shè)備 ,每臺(tái)設(shè)備不到 2可生產(chǎn)一件 輪轂 ,從澆注金屬液到取出鑄件整個(gè)過(guò)程都由計(jì)算機(jī)來(lái)控制 ,自動(dòng)化程度非常高 。國(guó)內(nèi)也在廣東建造了一個(gè)現(xiàn)代化的擠壓鑄造汽車 輪轂廠 ,已生產(chǎn)多種規(guī)格和型號(hào)的汽車鋁輪轂 ,經(jīng)鑒定產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。目前世界各國(guó)都把擠壓鑄造作為汽車鋁 輪轂生產(chǎn)的方向之一。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 計(jì) 的主要 內(nèi)容 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，通常經(jīng)過(guò)以下幾道程序：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、 產(chǎn)品試樣、大批生產(chǎn)，對(duì)于試樣不合格的情況，則需要對(duì)模具、工藝方案甚至產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行修整的工作。本文所研究的汽車輪轂的開(kāi)發(fā)流程，分為以下幾個(gè)內(nèi)容： （ 1） 輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 2） 輪轂成形工藝研究現(xiàn)狀 （ 3） 輪轂成形工藝方案的確定 （ 4） 輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計(jì) 輪轂擠壓鑄造的模具主要由凸模、凹模、上下模板和充型速度 、 澆注速度等組成。由于擠壓鑄造技術(shù)是使液態(tài)金屬在壓力作用下充型，并在高壓下凝固和產(chǎn)生塑性變形 ，所以能擠壓出各種形狀復(fù)雜的零件，本設(shè)計(jì)為了充分發(fā)揮擠壓鑄造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)， 綜合考慮了各種因素，尤其是擠壓鑄造工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)，擠壓鑄造工藝包括涂料、模具溫度、澆注溫度、 充型速度、澆注速度、 加壓壓力、加壓開(kāi)始時(shí)間、保壓時(shí)間、脫模、熱處理工藝參數(shù)等。 輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì) 的流程圖 如圖 示 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 模具設(shè)計(jì)流程圖 實(shí)體設(shè)計(jì) 建立模具工件 設(shè)置收縮率 模型檢測(cè) 滿足要求 ? 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng) 創(chuàng)建分型面 創(chuàng)建體積塊 創(chuàng)建鑄模 設(shè)置模具進(jìn)料孔 開(kāi)模模擬 、 干涉檢測(cè) 生成模座系統(tǒng) 生成裝配圖和零件工程圖 修改零件 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 輪轂零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 汽車輪轂主要由輪芯、輪輞、輪輻三部分構(gòu)成由于輪輞按照國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn) (487- 2005汽車輪輞規(guī)格系列 )規(guī)定的尺寸設(shè)計(jì)，對(duì)輪轂的結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)而言，就是通過(guò)調(diào)整輻板結(jié)構(gòu)及其與外輪圈的過(guò)渡圓角 。輪轂結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)： 1、輪輞：與輪胎裝配配合，支撐輪胎的車輪部分。 2、輪輻：與車軸輪轂實(shí)施安裝連接，支撐輪輞的車輪部分。 3、偏距：輪輞中心面到輪輻安裝面間的距離。有正偏距、零偏距、負(fù)偏距之分。 4、輪緣：保持并支撐輪胎方向的輪輞部分。 5、胎圈座：與輪胎圈接觸，支撐維持輪胎半徑方向的輪輞部分。 6、槽底：為方便輪胎裝拆，在輪輞上留有一定深度和寬度的凹坑。 7、氣門孔：安裝輪胎氣門嘴的孔。 詳細(xì) 的輪轂結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖 示整體式車輪結(jié)構(gòu)。 圖 體式車輪 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 表 轂結(jié)構(gòu)的基本知識(shí) 1 輪輞寬度 10 螺栓孔節(jié)圓直徑 2 輪輞名義直徑 11 螺栓孔直徑 3 輪緣 12 輪輻安裝面 4 胎圈座 13 安裝面直徑 5 凸峰 14 后距 6 槽底 15 輪輻 7 氣門孔 16 輪輞 8 偏距 17 輪輞中心線 9 中心孔 輪輞 輪廓 A 輪輞標(biāo)定寬度 153 B 輪緣寬度 13 D 輪輞標(biāo)定直徑 358 G 輪緣高度 17 H 槽底深度 25 L 槽底寬度 22 M 槽的位置尺寸 39 P 胎圈座寬度 22 1R 輪緣接合半徑 胎圈座角度 6 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的基本 術(shù)語(yǔ) （ 1）參考模型：設(shè)計(jì)模型中的最終產(chǎn)品，本文中為汽車輪轂的最終三維實(shí)體模型。 （ 2）工件：在工程上為毛坯，即為加工對(duì)象，其幾何形狀由設(shè)計(jì)者對(duì)整個(gè)模具的數(shù)控加工的可行性以及成本等因素決定。 （ 3）制造 模型：由參考模具和工件組成，為后面的模具的生成提供模板。 車輪轂?zāi)＞叻桨傅?設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 提供的設(shè)計(jì)理念將設(shè)計(jì)、制造、裝配以及生產(chǎn)管理融為一體 , 賦予“設(shè)計(jì)”完整的概念。它提供的強(qiáng)大功能尤其是曲面造型和模具設(shè)計(jì)功能為工程技術(shù)人員和生產(chǎn)管理人員在短期內(nèi)完成高質(zhì)量的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具。本論文以 為開(kāi)發(fā)平臺(tái) , 以并行工程為思想 , 最終完成對(duì)擠壓鑄造模具智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) ,實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化 , 智能化 , 大大縮短了設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的時(shí)間 , 從而縮短了模具設(shè)計(jì)周期 10。另外 , 軟件具有的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化實(shí)體特征造型技術(shù)為實(shí)現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術(shù)保證。 輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)可分為兩步： 設(shè)計(jì)出符合要求的輪轂三維實(shí)體模型。根據(jù)輪轂的三維模型設(shè)計(jì)出輪轂?zāi)＞?。其中，輪轂?shí)體設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，直接涉及到模具的結(jié)構(gòu)及尺寸精度。然后利用 軟件提供的功能，在實(shí)體的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維造型，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的輪轂?zāi)＞?。 汽車輪轂由鋼圈，輪輻，風(fēng)孔等組成。其主要結(jié)構(gòu)如圖 圖 車輪轂結(jié)構(gòu)外形圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 轂零件的 3D 設(shè)計(jì) 由于汽車輪轂外形表面的不 規(guī)則，所以在進(jìn)行鑄造時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)過(guò)程中輪轂主要外形尺寸確定的合理性以及一般原則。 要外形尺寸的確定 鑄件的最小壁厚： =5平均壁厚為 6造內(nèi)外圓角： R=2 汽車輪轂的受阻收縮率： 1% 鑄造斜度 (拔模斜度 )： =530 計(jì)原則 起模方便，在起模方向上留有結(jié)構(gòu)斜度。 鑄件 的壁厚盡可能均勻，減少和消除應(yīng)力，防止縮孔和裂紋缺陷的產(chǎn)生。零件的轉(zhuǎn)角處要留有鑄造圓角，以防止裂紋，縮孔。要有合理的鑄件壁厚，其最薄的部分應(yīng)保證液體金屬充滿。 車 輪轂輪廓三維實(shí)體生成 三維實(shí)體建模是利用其強(qiáng)大三維造型功能中的零件模塊實(shí)體特性，遵循由線 實(shí)體的方式進(jìn)行的，汽車輪轂的外形三維實(shí)體的生成，其關(guān)鍵在于外形尺寸在中的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)繪制直線，圓弧，自由曲線等基本因素，并做 拉伸 、 旋轉(zhuǎn) 、鏡像、等距、剪切等操作最終生成所需的曲線外形 ，如圖 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的偏差或數(shù)據(jù)不精確造成曲線，曲面不光滑或曲面結(jié)合不好的現(xiàn)象可以通過(guò) 【特征 /編輯定義】 命令對(duì)其進(jìn)行外形尺寸的修改 11。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 轂實(shí)體建模 車輪轂風(fēng)孔的生成 風(fēng)孔的三個(gè) 側(cè)面均為不規(guī)則曲面，其中一個(gè)側(cè)面為汽車輪轂的內(nèi)壁圓周面，另外的兩個(gè)曲面的尺寸確定是要考慮風(fēng)孔的分布及拔模斜度因素的影響。在鋼圈的兩端 和中間適當(dāng)位置 各建立一平面，根據(jù)風(fēng)孔的尺寸和拔模斜度定出 三條 曲線，使用 【插入基準(zhǔn)曲線 /邊界混合工具】 生成風(fēng)孔的外形輪廓曲面，并與汽車輪轂的內(nèi)壁圓周面組合(然后用 【實(shí)體化】 命令 移除 曲 組內(nèi)側(cè) 的 材料，得到風(fēng)孔的外形結(jié)構(gòu) ,如圖 轂內(nèi)側(cè)圖如圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 成風(fēng)孔曲面 圖 轂內(nèi)側(cè) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 轂實(shí)體 章小結(jié) 本章 主要 介 紹了 輪轂零件的基本知識(shí)、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和 輪轂零件的三維建模 ，引出了輪轂?zāi)＞叩姆桨浮８鶕?jù)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn) (487- 2005 汽車輪輞規(guī)格系列 )規(guī)定的尺寸設(shè)計(jì)輪轂的基本尺寸，根據(jù)輪轂的尺寸利用 進(jìn)行 三維實(shí)體建模。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 第 3 章 輪轂 成形 工藝介紹 輪轂是汽車 上極為重要的安全性能結(jié)構(gòu)件。早期輪轂均為鋼板沖壓加工成型 ,后隨制造技術(shù)的進(jìn)步及汽車摩托車輕量化的要求逐漸發(fā)展為鑄造鋁合金輪轂。目前的市場(chǎng)上鑄造鋁合金輪轂占據(jù)著主導(dǎo)地位。隨著汽車輕量化和節(jié)能環(huán)保要求的逐步提高 ,現(xiàn)已有鑄造和鍛壓成形的鎂合金輪 轂面世。 轂 成形 的工藝特點(diǎn) 在輪轂的鑄造生產(chǎn)過(guò)程中 ,主要生產(chǎn)工序包括 :鑄造成形、熱處理、機(jī)加工和檢驗(yàn)涂裝等幾個(gè)步驟。其中 ,澆注系統(tǒng)、鑄型溫度、充型速度和冷卻速度均為關(guān)鍵控制要素。要得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的輪轂鑄件 ,必須嚴(yán)格控制其工藝過(guò)程中的上述各參數(shù)。由于輪轂的鑄造工藝主要采用中心澆注方式進(jìn)行 ,因此以下 4 點(diǎn)在輪轂的生產(chǎn)工藝過(guò)程中較為關(guān)鍵： （ 1） 輪轂的輪輻是主要受力區(qū)域 ,屬于重要部位 ,該部位必須達(dá)到輪轂性能使用要求 。 （ 2） 外輪緣在澆注過(guò)程中要防止卷氣 ,與輪輻連接部位需要防止產(chǎn)生縮孔、縮松 ,以保證無(wú)內(nèi)胎輪轂 的氣密性 。 （ 3） 輪轂的中心厚大部位需要防止縮孔和縮松的產(chǎn)生 ， 以保證輪轂連接性能 。 （ 4） 整個(gè)輪轂鑄件應(yīng)采用工藝手段消除構(gòu)件內(nèi)部疲勞缺陷 (如渣孔、氣孔、縮孔、疏松、宏觀偏析等 )。 除合金熔體冶金質(zhì)量外 ,在鑄件的澆注和凝固過(guò)程中 ,充型流動(dòng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)是控制鑄件內(nèi)部工藝質(zhì)量和力學(xué)性能的關(guān)鍵 ,凝固壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及其分布則更直接關(guān)系到鑄件中縮孔、縮松、氣孔等缺陷的消除。因此 ,必須要有合理的充型模式、理想的凝固壓力和溫度場(chǎng)才能獲得高質(zhì)量的輪轂鑄件。 行的輪轂主要 成形 方法及其優(yōu)缺點(diǎn) 目前 ,國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)輪轂 的主要鑄造成形方法有金屬型重力鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造和擠壓鑄造 12。下面結(jié)合輪轂的成形過(guò)程中的關(guān)鍵工藝要素對(duì)現(xiàn)行各種主要輪轂鑄造成形方法進(jìn)行論述與比較。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 屬型重力鑄造 在輪轂的金屬型重力鑄造中 ,鑄件的凝固收縮補(bǔ)償只能通過(guò)建立順序凝固必需的溫度梯度來(lái)保證 ,因此必須在輪輻輪緣交接的熱結(jié)處及中心厚大部位設(shè)置冒口 ,導(dǎo)致金屬熔體工藝收得率較低 ,只有 40% 60%。同時(shí) ,由于補(bǔ)縮所需的溫度梯度及壓力均較低 ,該方法的工藝過(guò)程必須嚴(yán)格控制 ,否則容易產(chǎn)生縮孔、縮松、夾渣、氣孔等缺陷。相比于其他幾種利用壓力 進(jìn)行充型和凝固的鑄造方法 ,該方法得到的輪轂鑄件外部和內(nèi)部質(zhì)量都較差。但是由于工序簡(jiǎn)單、設(shè)備投資較少、生產(chǎn)成本較低等因素 ,國(guó)內(nèi)摩托車輪轂基本上全部用該工藝生產(chǎn) ,也有不少汽車輪轂生產(chǎn)廠在使用此工藝生產(chǎn)廉價(jià)汽車輪轂 13。 壓鑄造 在低壓鑄造中 ,金屬熔體在數(shù)倍于大氣壓的壓力下進(jìn)行充型和保壓凝固 ,鑄件的致密度較高 ,縮孔縮松較少 ,產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量較好。并且由于該方法利用壓力進(jìn)行充型和補(bǔ)縮 ,一般不需在輪輻上設(shè)置冒口 ,并簡(jiǎn)化了澆注系統(tǒng) ,因此大大提高了金屬熔體的工藝收得率 (一般可達(dá) 90%)。低壓鑄造法的缺點(diǎn)主要 是鑄造時(shí)間較長(zhǎng) ,加料、換模具的時(shí)間長(zhǎng) ,設(shè)備投資大 ,低壓鑄造機(jī)使用的升液管成本較高且易損壞。但由于凝固壓力偏低 ,鑄件內(nèi)部組織較粗大、外表面質(zhì)量改進(jìn)不顯著 ,成品輪轂的壁厚較大 ,鑄造后機(jī)加工量較大。 另外 ,在低壓鑄造法的基礎(chǔ)上 ,衍生出一種差壓鑄造法。該方法是先在鑄型內(nèi)預(yù)抽真空 ,再用氣壓將金屬熔體驅(qū)入充填鑄型 ,并保壓凝固成形的工藝方法。 該工藝的優(yōu)點(diǎn)是 : 可獲得較佳的充型速度 ； 可避免充型熔體吸氣和卷氣 ,獲得無(wú)氣孔和少針孔的鑄件 鑄件尺寸精度與表面質(zhì)量改善 ; 與低壓鑄造相比 ,差壓鑄造輪轂的抗拉強(qiáng)度可提高 10% 30%,伸長(zhǎng)率可 提高 5% 20%。采用該工藝生產(chǎn)出來(lái)的輪轂鑄件具有優(yōu)良的力學(xué)性能 ,是制造高品質(zhì)輪轂的工藝方 法 之一 14。但該工藝最大的缺點(diǎn)就是生產(chǎn)效率太低 ,設(shè)備購(gòu)置和使用成本較高 ,致使其推廣應(yīng)用受到較大的限制。目前使用該工藝進(jìn)行輪轂生產(chǎn)的報(bào)道在國(guó)內(nèi)外均少見(jiàn)。 鑄 用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件尺寸精確、表面光潔 ,但由于金屬熔體充型速度極快 ,型腔中的氣體很難完全排除 ,以高度壓縮的氣孔形式存留在鑄件中 ,因此 ,用傳統(tǒng) 壓鑄工藝黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 生產(chǎn)出來(lái)的輪轂的最大缺點(diǎn)是內(nèi)部含有大量的氣體 ,降低了輪轂的疲勞抗力 ,且因內(nèi)含氣體在熱處 理過(guò)程中會(huì)發(fā)生膨脹而使得鑄件“起泡” ,故無(wú)法用熱處理來(lái)改善和提高輪轂的性能。同時(shí) ,由于壓鑄缺乏長(zhǎng)程補(bǔ)縮能力 ,輪轂輪輻一般不宜深加工 (只限 1 且輪轂的氣密性也較差。針對(duì)上述問(wèn)題 ,近年來(lái)開(kāi)發(fā)了一些無(wú)氣孔壓鑄新工藝 ,具有代表性的就是充氧壓鑄法和真空壓鑄法。圖 圖 為采用壓鑄方法生產(chǎn)的輪轂。 圖 鑄鋁合金輪轂 圖 鑄鎂合金輪轂 充氧壓鑄法是在充型前將氧氣或其他反應(yīng)性氣體充入型腔以置換型腔內(nèi)的空氣 ,當(dāng)金屬熔體充填時(shí) ,部 分反應(yīng)性氣體通過(guò)排氣槽排出 ,未排出的反應(yīng)性氣體與噴散的金屬熔體發(fā)生反應(yīng) ,形成彌散在鑄件內(nèi)部的反應(yīng)物顆粒 ,達(dá)到在消除氣孔隱患的同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化材料的目的。用充氧壓鑄法生產(chǎn)的鑄件 ,內(nèi)部含氣量只有普通壓鑄法的 1/10,可進(jìn)行固溶熱處理和焊接。與傳統(tǒng)壓鑄法相比 ,充氧壓鑄的鑄件具有氣孔報(bào)廢率低、內(nèi)部組織致密、抗拉強(qiáng)度和耐疲勞性能良好等優(yōu)點(diǎn) ,生產(chǎn)的汽車輪轂的氣孔率較原來(lái)減少15%,并可熱處理強(qiáng)化。 國(guó)外現(xiàn)已將該方法廣泛用于鋁輪轂的生產(chǎn)中。日 本輕金屬株式會(huì)社于 1983 年開(kāi)始用此方法大批量生產(chǎn)轎車鋁合金輪轂 ,較采用其他鑄造方法生產(chǎn)的同類產(chǎn)品質(zhì)量減少了 15%,機(jī)加工切削量由原來(lái)的 23 少到 轂價(jià)格降低了 10%。美國(guó)鑄鍛公司于 1982 年開(kāi)始用充氧壓鑄法生產(chǎn)汽車鋁合金輪轂 ,代替了原來(lái)的低壓鑄造法 ,并使鋁輪轂的質(zhì)量減輕了 18%。由于
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