【壓鑄?！科囕嗇灥慕Y構與模具設計【帶PROE三維】【6張CAD圖紙】【優(yōu)秀】
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本科學生畢業(yè)設計 汽車輪轂的結構 與模具設計 院系 名稱 ： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級 ： 車輛工程 07 學生姓名 ： 顧立鵬 指導教師 ： 王國田 職 稱 ： 實驗師 黑 龍 江 工 程 學 院 二 一一 年六月 s 07011龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 本文以汽車輪轂為研究對象，基于產(chǎn)品研究開發(fā)的一般流程，制定了產(chǎn)品 結構設計、工藝方案設計、模具設計的技術路線。借助 汽車輪轂結構 設計 與性能 分析 、 并對 模具造型、鑄造工藝等進行了設計 。 首先介紹了我國 輪轂模具的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及我國模具發(fā)展的新技術，其次圍繞轎車輪轂模具進行設計，針對輪轂的結構特點，確定模具的型腔數(shù)目、分型面以及脫模機構。 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，對汽車輪轂擠壓鑄造模具 設計 進行了分析總結，并對模具型腔進行了結構設計， 查閱模具設計手冊，完成模具的總體設計。同時充分利用計算機 繪圖軟件對零件進行設計 , 利用 對零件進行三維造型 , 并實現(xiàn)零件的三維裝配和模具設計。通過本次設計，對模具整個設計過程有了較好的了解。 關鍵詞 ： 模具； 鎂合金； 汽車輪轂； 擠壓鑄造 ；模具設計 ；低壓鑄造 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 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 龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要 . I . 1 章 緒論 . 1 言 . 1 轂國內(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 計的主要內(nèi)容 . 5 第 2 章 輪轂零件的結構設計 . 7 轂模具設計的基本術語 . 9 車輪轂模具方案的設計標準 . 9 轂零件的 3. 10 要外形尺寸的確定 . 10 計原則 . 10 車輪轂輪廓三維實體生成 . 10 車輪轂風孔的生成 . 11 章小結 . 13 第 3 章 輪轂成形工藝介紹 . 14 轂成形的工藝特點 . 14 行的輪轂主要成形方法及其優(yōu)缺點 . 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 . 19 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 第 4 章 輪轂成形工藝分析 . 20 轂材料及性能特點 . 20 壓鑄造的性能特點 . 20 藝方案的確定 . 21 壓鑄造工藝參數(shù) . 23 具設計方案 . 26 章小結 . 27 第 5 章 輪轂鑄造模具的設計 . 28 壓模具設計的基本原則 . 28 壓鑄造模具的工藝參數(shù) . 29 車輪轂模具分模面的確定 . 29 模設計 . 34 模設計 . 34 板設計 . 35 具裝配 . 36 章小結 . 37 結論 . 38 參考文獻 . 39 致謝 . 41 附錄 . 42 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 言 能源、環(huán)境和安全是當今備受關注的三大問題，也正是這三大問題制約了汽車工業(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代越來越快，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，新技術日新月異，模具的使用范圍已越來越廣，對模具的要求也越來越高 ，使模具技術及制造方式發(fā)生了根本性的變化，已經(jīng)從傳統(tǒng)的手工設計，從有經(jīng)驗的鉗工師傅為主導的技藝型生產(chǎn)方式轉變到了以數(shù)字化、信息化、自動化生產(chǎn)為特征的現(xiàn)代模具工業(yè)生產(chǎn)時代 。 輪轂 是一個承受隨機疲勞載荷的旋轉薄殼結構，上面開 有孔洞，附有加強筋，形狀復雜，轎車在行駛中所受到的各種載荷向輪轂的傳遞也十分復雜。因此，輪轂的幾何形狀和力學特征的復雜性給研究工作帶來很大的困難。輪轂模具設計是保證轎車輪轂 質量的關鍵，由于模具型 面復雜，幾何構造圖素和曲面造型獨特，傳統(tǒng)的模具設計及制造方法很難滿足要求。而采用 對汽車輪轂 模型實體設計以及模具設計將解決這一設計難題，使得設計過程簡便、快捷、可靠。 然而在當今汽車技術高速發(fā)展的時代，歐美、日本等國家基本壟斷了發(fā)達的汽車技術，我國在先進的汽車技術中處于落后與被動地位，因此，我國必須加大對汽車技術研發(fā)的力度，發(fā)明出更新更先進的技術，跟上世界各個汽車大國的技術水平。 轂國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀 內(nèi)研究現(xiàn)狀 為了節(jié)能降耗，減少廢氣排放，提高駕乘舒適度和車輛動力學性能?，F(xiàn)代 汽車正在向輕量化方向發(fā)展，從結構材料的角度出發(fā)，實現(xiàn)車輛輕量化的主要手段是采用具有高比性能的輕質材料替代傳統(tǒng)材料，目前廣泛應用于汽車輪轂的材料主要是鋁合金和鎂合金。 隨著我們國家公路設施的迅猛發(fā)展，鋁合金輪轂開始在全國范圍內(nèi)得到推廣，并且發(fā)展迅速。 2002年，我國轎車鋁合金輪轂的裝車率已接近 45%。伴隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國鋁合金輪轂行業(yè)出現(xiàn)強勁增長勢頭。經(jīng)過十幾年的艱苦努力，年生黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 產(chǎn)能力已超過了 6500萬件。已成為了世界鋁合金輪轂生產(chǎn)大國。與世界先進水平相比，國內(nèi)企業(yè)在鋁合金輪轂的設計開發(fā)和制造技術 方面尚存在較大的差距，總體的生產(chǎn)技術和裝備水平、產(chǎn)品的設計水平、產(chǎn)品的技術含量和質量水平還有待進一步的提高 1。 鎂合金是最輕的金屬結構材料，具有低價格，高比性能、比強度和比剛度。突出的阻尼減振性能等特點，將鎂合金用于汽車，摩托車結構，特別是高速運動構件能降低車輛自重及燃油消耗，降低車輛的振動和噪聲，提高車輛的加減速動力學特性，既能達到節(jié)能環(huán)保的目的，又能較顯著改善車輛的駕乘舒適度 2。 在國內(nèi)，上海汽車公司最早將鎂合金應用在汽車上，目前桑塔納轎車鎂合金變速器外殼年用鎂量達 2000風汽車公司開發(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量僅為 代了 產(chǎn)量達到 6 萬件。長安汽車公司生產(chǎn)的變速器、上下箱體延伸體和缸罩等 7 種零件已通過臺架試驗和道路試驗， 2004 年已大批量裝車進入市場。我國科技部也在“十五”國家科技攻關計劃中特別提出了“鎂合金開發(fā)應用和產(chǎn)業(yè)化 ” 重大項目。 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。我國從 20世紀六七十年代開始發(fā)展擠壓鑄造，20世紀九十年代， 運用于摩托車行業(yè)，使擠壓鑄造得到了飛躍發(fā)展，已形成年生產(chǎn) 300千萬只摩托車鋁輪轂的能力。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的大型受力零件有：重 我國低壓鑄造工藝發(fā)展得較晚， 1955年天津拖拉機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，一機部、六機部、八機部等相繼召開低壓鑄造經(jīng)驗交流會，介紹了國內(nèi)先進的低壓鑄造設備和工藝 3。 外研究現(xiàn) 狀 國外對輪轂材料的研究發(fā)展的比較迅速。 20世紀初，當鋼鐵制汽車輪轂已經(jīng)運用的很成熟的時候，一些賽車愛好者，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軋制輪輞相結合的車輪裝上汽車。從此，汽車輪轂進入了另一個時代 鋁合金輪轂時代。 1945年以后，汽車廠商紛紛開展批量生產(chǎn)鋁合金輪轂的研究。德國是世界上最早開始制造鋁合金輪轂的國家早在 20世紀 20年代就開始用砂型鑄造賽車用鋁合金輪轂，其設計與制造技術一直走在世界的前列。 20世紀 50年代末，聯(lián)邦德國還只能少量的生產(chǎn)鋁合金輪轂，到了 70年代后，他們開始在小汽車上大量使用鑄造鋁合金輪轂，開創(chuàng)了新的局面。 世界各國近年來都高度重視對鎂合金的研究與開發(fā)，加強鎂合金在汽車等交通工黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 具上的應用開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化研究。 自 1990年以來，美國、日本、德國、澳大利亞等國家相繼出臺了自己的鎂合金研究計劃，把鎂合金列為 21世紀研究與開發(fā)的重點項目。北美是汽車用鎂量最大的地區(qū)，其次是歐洲、日本和韓國。在北美一些車型上，鎂合金用量大約為 ， 美國通用、福特、克萊斯勒等三大汽車公司用鎂量均呈逐年增長趨勢。在歐洲一些車型上， 鎂合金用量大約為 4。 國外的擠壓鑄造工藝是 1937年由前蘇聯(lián)發(fā)明的， 20世紀五六十年代，先后傳入我國和世界各地。擠壓鑄造技術的發(fā)展與擠壓鑄造機技術的發(fā)展密切相關。 20世紀 80年代，日本宇部公司開發(fā)成功 前已銷售 300多臺；日本豐田公司的輪轂廠擁有 14臺 產(chǎn) 400多萬只高檔汽車鋁輪；日本的日產(chǎn)汽車、馬自達、 U 5。 低壓鑄造最早由英 國人 910年提出并申請專利。其目的是解決重力鑄造中澆注系統(tǒng)充型和補縮的矛盾。低壓鑄造真正被推廣應用時在“二戰(zhàn)”以后，由于有較高的補縮壓力和溫度梯度，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備有了一個飛躍。汽車輪轂由于質量要求高，本身結構又適于低壓鑄造，而且需求量大，因此極大地推動了低壓鑄造技術的發(fā)展。英國在 60年代率先發(fā)展低壓鑄造汽車輪轂，其后美國、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動部件，本文以汽車輪轂 為研究對象，基于產(chǎn)品研究開發(fā)的一般流程，通過制定產(chǎn)品結構設計、工藝方案設計、模具設計的技術路線，熟練掌握汽車零件設計和開發(fā)的流程，通過借助 汽車輪轂結構與性能、模具造型、鑄造工藝等進行設計。 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。通過研究擠壓鑄造的工藝特點，分析總結汽車輪轂擠壓鑄造模具要點，并通過對模具型腔進行結構設計，掌握汽車輪轂模具的設計過程了解鑄造的基本工藝，熟練應用 、 繪圖軟件，并具有一定的實驗技能和生產(chǎn)實踐知識。 資 源和環(huán)境是己成為世界各國越來越突出的問題，為了節(jié)能降耗、減少廢氣排放、提高駕乘舒適度和車輛動力學的性能，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)已知的最輕金屬結構材料之一，具有多方面結構和性能的優(yōu)勢，越來越受到各國的青睞。輪轂作為車輛的重要運動部件，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，成為輕量化發(fā)展的首選材料。但鎂合金在生產(chǎn)黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 和應用中還存在著諸多缺點，如由于鎂元素活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，生產(chǎn)難度很大；鎂合金的生產(chǎn)技術還不成熟和完善，特別是鎂合金成形 技術有待進一步發(fā)展；鎂合金的耐蝕性較差，高溫強度、蠕變性能較低等諸多問題，嚴重阻礙了鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn) 7。 鑄造模具 市場異常活躍，鑄造產(chǎn)業(yè)的高速增長帶來了 鑄造模具 制造工業(yè)的一片興旺。根據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會經(jīng)營管理委員會編制的全國模具專業(yè)廠基本情況統(tǒng)計，鑄造模具約占各類模具總產(chǎn)值 5%，每年增長速度高達 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，許多新產(chǎn)品的開發(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)基礎的機械行業(yè)，根據(jù)國際生產(chǎn)技術協(xié)會的預測， 21 世紀機械；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)成為國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關鍵是模具技術的進步 8。 模具設計是保證轎車 輪轂 質量的關鍵，由于模具型面復雜，幾何構造圖素和曲面造型獨特，傳統(tǒng)的模具設計及制造方法很難滿足要求。而采用 對汽車鋁輪模型實體設計以及模具設計將解決這一設計難題，使得設計過程簡便、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， 通過沖頭以一定的壓力作用于液體金屬上 ,使之充填、成形和結晶凝固 ,并在結晶過程中產(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) ,沒有湍流和不包卷氣體 ,金屬直接在壓力下結晶凝固 ,所以鑄件不會產(chǎn)生氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷 ,且組織致密、晶粒細化 ,機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 ,但整體質量比擠壓鑄造鋁輪轂相差一個檔次。日本已有相當部分的汽車 輪轂采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn) ,豐田汽 車公司擁有十幾臺全自動擠壓鑄造設備 ,每臺設備不到 2可生產(chǎn)一件 輪轂 ,從澆注金屬液到取出鑄件整個過程都由計算機來控制 ,自動化程度非常高 。國內(nèi)也在廣東建造了一個現(xiàn)代化的擠壓鑄造汽車 輪轂廠 ,已生產(chǎn)多種規(guī)格和型號的汽車鋁輪轂 ,經(jīng)鑒定產(chǎn)品質量達到了國外同類產(chǎn)品先進水平。目前世界各國都把擠壓鑄造作為汽車鋁 輪轂生產(chǎn)的方向之一。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 計 的主要 內(nèi)容 產(chǎn)品的開發(fā)，通常經(jīng)過以下幾道程序：產(chǎn)品結構設計、工藝方案設計、模具設計、 產(chǎn)品試樣、大批生產(chǎn)，對于試樣不合格的情況，則需要對模具、工藝方案甚至產(chǎn)品結構進行修整的工作。本文所研究的汽車輪轂的開發(fā)流程，分為以下幾個內(nèi)容： （ 1） 輪轂結構設計 （ 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） 輪轂模具的設計 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雜的零件，本設計為了充分發(fā)揮擠壓鑄造技術的優(yōu)點， 綜合考慮了各種因素，尤其是擠壓鑄造工藝參數(shù)、模具結構設計和零件設計，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、加壓開始時間、保壓時間、脫模、熱處理工藝參數(shù)等。 輪轂模具設計 的流程圖 如圖 示 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 圖 模具設計流程圖 實體設計 建立模具工件 設置收縮率 模型檢測 滿足要求 ? 設計澆注系統(tǒng) 創(chuàng)建分型面 創(chuàng)建體積塊 創(chuàng)建鑄模 設置模具進料孔 開模模擬 、 干涉檢測 生成模座系統(tǒng) 生成裝配圖和零件工程圖 修改零件 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 第 2 章 輪轂零件的結構設計 汽車輪轂主要由輪芯、輪輞、輪輻三部分構成由于輪輞按照國家標 準 (487- 2005汽車輪輞規(guī)格系列 )規(guī)定的尺寸設計，對輪轂的結構再設計而言，就是通過調整輻板結構及其與外輪圈的過渡圓角 。輪轂結構的基本知識： 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 的輪轂結構可見圖 示整體式車輪結構。 圖 體式車輪 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 表 轂結構的基本知識 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 輪輞標定寬度 153 B 輪緣寬度 13 D 輪輞標定直徑 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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 轂模具設計的基本 術語 （ 1）參考模型：設計模型中的最終產(chǎn)品，本文中為汽車輪轂的最終三維實體模型。 （ 2）工件：在工程上為毛坯，即為加工對象，其幾何形狀由設計者對整個模具的數(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。 車輪轂模具方案的 設計標準 提供的設計理念將設計、制造、裝配以及生產(chǎn)管理融為一體 , 賦予“設計”完整的概念。它提供的強大功能尤其是曲面造型和模具設計功能為工程技術人員和生產(chǎn)管理人員在短期內(nèi)完成高質量的產(chǎn)品開發(fā)提供了強有力的工具。本論文以 為開發(fā)平臺 , 以并行工程為思想 , 最終完成對擠壓鑄造模具智能設計系統(tǒng)的開發(fā) ,實現(xiàn)模具設計的自動化 , 智能化 , 大大縮短了設計、數(shù)控編程的時間 , 從而縮短了模具設計周期 10。另外 , 軟件具有的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化實體特征造型技術為實現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術保證。 輪轂模具設計可分為兩步： 設計出符合要求的輪轂三維實體模型。根據(jù)輪轂的三維模型設計出輪轂模具。其中，輪轂實體設計是關鍵，直接涉及到模具的結構及尺寸精度。然后利用 軟件提供的功能，在實體的基礎上進行三維造型，并設計出相應的輪轂模具 。 汽車輪轂由鋼圈，輪輻，風孔等組成。其主要結構如圖 圖 車輪轂結構外形圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 轂零件的 3D 設計 由于汽車輪轂外形表面的不 規(guī)則，所以在進行鑄造時應充分考慮設計過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 計原則 起模方便，在起模方向上留有結構斜度。 鑄件 的壁厚盡可能均勻，減少和消除應力，防止縮孔和裂紋缺陷的產(chǎn)生。零件的轉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，其最薄的部分應保證液體金屬充滿。 車 輪轂輪廓三維實體生成 三維實體建模是利用其強大三維造型功能中的零件模塊實體特性，遵循由線 實體的方式進行的，汽車輪轂的外形三維實體的生成，其關鍵在于外形尺寸在中的實現(xiàn)。通過繪制直線，圓弧，自由曲線等基本因素，并做 拉伸 、 旋轉 、鏡像、等距、剪切等操作最終生成所需的曲線外形 ，如圖 設計中出現(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合不好的現(xiàn)象可以通過 【特征 /編輯定義】 命令對其進行外形尺寸的修改 11。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 圖 轂實體建模 車輪轂風孔的生成 風孔的三個 側面均為不規(guī)則曲面，其中一個側面為汽車輪轂的內(nèi)壁圓周面，另外的兩個曲面的尺寸確定是要考慮風孔的分布及拔模斜度因素的影響。在鋼圈的兩端 和中間適當位置 各建立一平面，根據(jù)風孔的尺寸和拔模斜度定出 三條 曲線，使用 【插入基準曲線 /邊界混合工具】 生成風孔的外形輪廓曲面，并與汽車輪轂的內(nèi)壁圓周面組合(然后用 【實體化】 命令 移除 曲 組內(nèi)側 的 材料，得到風孔的外形結構 ,如圖 轂內(nèi)側圖如圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 圖 成風孔曲面 圖 轂內(nèi)側 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 圖 轂實體 章小結 本章 主要 介 紹了 輪轂零件的基本知識、 結構設計 和 輪轂零件的三維建模 ，引出了輪轂模具的方案。根據(jù)國家 標準 (487- 2005 汽車輪輞規(guī)格系列 )規(guī)定的尺寸設計輪轂的基本尺寸，根據(jù)輪轂的尺寸利用 進行 三維實體建模。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 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構件。早期輪轂均為鋼板沖壓加工成型 ,后隨制造技術的進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。目前的市場上鑄造鋁合金輪轂占據(jù)著主導地位。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 在輪轂的鑄造生產(chǎn)過程中 ,主要生產(chǎn)工序包括 :鑄造成形、熱處理、機加工和檢驗涂裝等幾個步驟。其中 ,澆注系統(tǒng)、鑄型溫度、充型速度和冷卻速度均為關鍵控制要素。要得到質量優(yōu)良的輪轂鑄件 ,必須嚴格控制其工藝過程中的上述各參數(shù)。由于輪轂的鑄造工藝主要采用中心澆注方式進行 ,因此以下 4 點在輪轂的生產(chǎn)工藝過程中較為關鍵： （ 1） 輪轂的輪輻是主要受力區(qū)域 ,屬于重要部位 ,該部位必須達到輪轂性能使用要求 。 （ 2） 外輪緣在澆注過程中要防止卷氣 ,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） 整個輪轂鑄件應采用工藝手段消除構件內(nèi)部疲勞缺陷 (如渣孔、氣孔、縮孔、疏松、宏觀偏析等 )。 除合金熔體冶金質量外 ,在鑄件的澆注和凝固過程中 ,充型流動場、溫度場與應力場是控制鑄件內(nèi)部工藝質量和力學性能的關鍵 ,凝固壓力場、溫度場及其分布則更直接關系到鑄件中縮孔、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才能獲得高質量的輪轂鑄件。 行的輪轂主要 成形 方法及其優(yōu)缺點 目前 ,國內(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。下面結合輪轂的成形過程中的關鍵工藝要素對現(xiàn)行各種主要輪轂鑄造成形方法進行論述與比較。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 屬型重力鑄造 在輪轂的金屬型重力鑄造中 ,鑄件的凝固收縮補償只能通過建立順序凝固必需的溫度梯度來保證 ,因此必須在輪輻輪緣交接的熱結處及中心厚大部位設置冒口 ,導致金屬熔體工藝收得率較低 ,只有 40% 60%。同時 ,由于補縮所需的溫度梯度及壓力均較低 ,該方法的工藝過程必須嚴格控制 ,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)部質量都較差。但是由于工序簡單、設備投資較少、生產(chǎn)成本較低等因素 ,國內(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)部質量較好。并且由于該方法利用壓力進行充型和補縮 ,一般不需在輪輻上設置冒口 ,并簡化了澆注系統(tǒng) ,因此大大提高了金屬熔體的工藝收得率 (一般可達 90%)。低壓鑄造法的缺點主要 是鑄造時間較長 ,加料、換模具的時間長 ,設備投資大 ,低壓鑄造機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、外表面質量改進不顯著 ,成品輪轂的壁厚較大 ,鑄造后機加工量較大。 另外 ,在低壓鑄造法的基礎上 ,衍生出一種差壓鑄造法。該方法是先在鑄型內(nèi)預抽真空 ,再用氣壓將金屬熔體驅入充填鑄型 ,并保壓凝固成形的工藝方法。 該工藝的優(yōu)點是 : 可獲得較佳的充型速度 ； 可避免充型熔體吸氣和卷氣 ,獲得無氣孔和少針孔的鑄件 鑄件尺寸精度與表面質量改善 ; 與低壓鑄造相比 ,差壓鑄造輪轂的抗拉強度可提高 10% 30%,伸長率可 提高 5% 20%。采用該工藝生產(chǎn)出來的輪轂鑄件具有優(yōu)良的力學性能 ,是制造高品質輪轂的工藝方 法 之一 14。但該工藝最大的缺點就是生產(chǎn)效率太低 ,設備購置和使用成本較高 ,致使其推廣應用受到較大的限制。目前使用該工藝進行輪轂生產(chǎn)的報道在國內(nèi)外均少見。 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院本科生畢業(yè)設計 16 生產(chǎn)出來的輪轂的最大缺點是內(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 理過程中會發(fā)生膨脹而使得鑄件“起泡” ,故無法用熱處理來改善和提高輪轂的性能。同時 ,由于壓鑄缺乏長程補縮能力 ,輪轂輪輻一般不宜深加工 (只限 1 且輪轂的氣密性也較差。針對上述問題 ,近年來開發(fā)了一些無氣孔壓鑄新工藝 ,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性氣體充入型腔以置換型腔內(nèi)的空氣 ,當金屬熔體充填時 ,部 分反應性氣體通過排氣槽排出 ,未排出的反應性氣體與噴散的金屬熔體發(fā)生反應 ,形成彌散在鑄件內(nèi)部的反應物顆粒 ,達到在消除氣孔隱患的同時進一步強化材料的目的。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廢率低、內(nèi)部組織致密、抗拉強度和耐疲勞性能良好等優(yōu)點 ,生產(chǎn)的汽車輪轂的氣孔率較原來減少15%,并可熱處理強化。 國外現(xiàn)已將該方法廣泛用于鋁輪轂的生產(chǎn)中。日 本輕金屬株式會社于 1983 年開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)品質量減少了 15%,機加工切削量由原來的 23 少到 轂價格降低了 10%。美國鑄鍛公司于 1982 年開始用充氧壓鑄法生產(chǎn)汽車鋁合金輪轂 ,代替了原來的低壓鑄造法 ,并使鋁輪轂的質量減輕了 18%。由于
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