汽車輪轂的結構與模具設計【cad圖紙全套】

1、<p><b>　　本科學生畢業(yè)設計</b></p><p>　　汽車輪轂的結構與模具設計</p><p>　　院系名稱： 汽車與交通工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 車輛工程 07-9班 </p><p>　　學生姓名： 顧立鵬 </p>

2、<p>　　指導教師： 王國田 </p><p>　　職 稱： 實驗師 </p><p>　　黑 龍 江 工 程 學 院</p><p><b>　　二○一一年六月</b></p><p>　　The Graduation Design for

3、Bachelor's Degree</p><p>　　The Structure of Automobile hub </p><p>　　With Mold design</p><p>　　Candidate：Gu Lipeng</p><p>　　Specialty：Vehicle Engineering</p>

4、<p>　　Class：07-9</p><p>　　Supervisor：Experimental division. Wang Guotian</p><p>　　Heilongjiang Institute of Technology</p><p>　　2011-06·Harbin</p><p><b&g

5、t;　　摘 要</b></p><p>　　本文以汽車輪轂為研究對象，基于產品研究開發(fā)的一般流程，制定了產品結構設計、工藝方案設計、模具設計的技術路線。借助CAD等工具，對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。</p><p>　　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

6、的型腔數目、分型面以及脫模機構。汽車輪轂的成型工藝方法較多，以擠壓鑄造生產輪轂的工藝方法現(xiàn)今多處于研究階段。本文根據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Pro/E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。</p><p&

7、gt;　　關鍵詞：模具；鎂合金；汽車輪轂；擠壓鑄造 ；模具設計；低壓鑄造</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper mainly research on automobile wheel．Based on the general process of product development，the technica

8、l route is made including product structure，process</p><p>　　scheme and mould．Using the software of CAD， such as the structure design of automobile hub with performance analysis, mould modelling, casting pro

9、cess design, etc.</p><p>　　China introduced the aluminum mold wheel status quo first time, development trends and China's development of new technologies die, followed aroundthe family car aluminum whee

10、l design tool for the structural characteristics of wheel, the mold cavity to determine the number of surface as well as from mode institutions. The method about molding process of magnesium alloy wheel is multiple．The w

11、ay ofmanufacturing automobile wheel wim squeeze casting is not ripe on its research stage．Thispaper summ</p><p>　　Key words: Mold；Magnesium Alloy；Automobile Wheel；Squeeze Casting；Mold Designing；Low Pessure C

12、sting</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言

13、1</b></p><p>　　1.2 輪轂國內外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國內研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.2 國外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 研究的目的和意義3</p><p>　　1.4 設計的主要內容5</p><p>　　第

14、2章 輪轂零件的結構設計7</p><p>　　2.1 輪轂模具設計的基本術語9</p><p>　　2.2 汽車輪轂模具方案的設計標準9</p><p>　　2.3 輪轂零件的3D設計10</p><p>　　2.3.1 主要外形尺寸的確定10</p><p>　　2.3.2 設計原則10</p&g

15、t;<p>　　2.3.3 汽車輪轂輪廓三維實體生成10</p><p>　　2.3.4 汽車輪轂風孔的生成11</p><p>　　2.4 本章小結13</p><p>　　第3章 輪轂成形工藝介紹14</p><p>　　3.1 輪轂成形的工藝特點14</p><p>　　3.2 現(xiàn)行的輪轂

16、主要成形方法及其優(yōu)缺點14</p><p>　　3.2.1 金屬型重力鑄造15</p><p>　　3.2.2 低壓鑄造15</p><p>　　3.2.3 壓鑄15</p><p>　　3.2.4 擠壓鑄造17</p><p>　　3.3 其他成形方法18</p><p>　　3.

17、4 本章小結19</p><p>　　第4章 輪轂成形工藝分析20</p><p>　　4.1 輪轂材料及性能特點20</p><p>　　4.2 低壓鑄造的性能特點20</p><p>　　4.3 工藝方案的確定21</p><p>　　4.4 擠壓鑄造工藝參數23</p><p>

18、;　　4.5 模具設計方案26</p><p>　　4.6 本章小結27</p><p>　　第5章 輪轂鑄造模具的設計28</p><p>　　5.1 擠壓模具設計的基本原則28</p><p>　　5.2 擠壓鑄造模具的工藝參數29</p><p>　　5.2.1 汽車輪轂模具分模面的確定29</

19、p><p>　　5.2.2 凹模設計34</p><p>　　5.2.3 凸模設計34</p><p>　　5.2.4 模板設計35</p><p>　　5.3 模具裝配36</p><p>　　5.4 本章小結37</p><p><b>　　結論38</b>&l

20、t;/p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　附錄42</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>

21、;　　1.1 引言</b></p><p>　　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。隨著產品更新?lián)Q代越來越快，新產品不斷涌現(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，已經從傳統(tǒng)的手工設計，從有經驗的鉗工師傅為主導的技藝型

22、生產方式轉變到了以數字化、信息化、自動化生產為特征的現(xiàn)代模具工業(yè)生產時代。</p><p>　　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

23、用Pro/E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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.2 輪轂國內外研究現(xiàn)狀</p

24、><p>　　1.2.1 國內研究現(xiàn)狀　</p><p>　　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。</p><p>　　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得

25、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。經過十幾年的艱苦努力，年生產能力已超過了6500萬件。已成為了世界鋁合金輪轂生產大國。與世界先進水平相比，國內企業(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，總體的生產技術和裝備水平、產品的設計水平、產品的技術含量和質量水平還有待進一步的提高[1]。</p><p>

26、;　　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，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2000t以上。東風汽車公司開發(fā)的轎車用非承重鎂合金零件有變速箱殼、離

27、合器殼、變速箱蓋等，其中鎂合金變速箱殼體質量僅為3.3kg，取代了4.8kg的鋁合金殼體，年產量達到6萬件。長安汽車公司生產的變速器、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)應用和產業(yè)化”重大項目。</p><p>　　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

28、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300千萬只摩托車鋁輪轂的能力。目前國內外生產的大型受力零件有：重25.50kg的坦克鋁合金負重輪以及大型載重汽車鋁輪轂等。</p><p>　　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

29、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驗交流會，介紹了國內先進的低壓鑄造設備和工藝[3]。</p><p>　　1.2.2 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　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”，

30、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。</p&g

31、t;<p>　　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具上的應用開發(fā)和產業(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5.8-26.3kg/輛， 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

32、型上， 鎂合金用量大約為9.3-20.3kg/輛[4]。</p><p>　　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HCSC和VSC系列擠壓鑄造機，日前已銷售300多臺；日本豐田公司的輪轂廠擁有14臺VSCl500．VSCl800擠壓鑄造設備，年產400多萬只高檔汽車鋁輪；日

33、本的日產汽車、馬自達、Art、U．mold和Tosei等公司和美國SPX、Amcast等大公司也擁有擠壓鑄造生產廠或車間[5]。</p><p>　　低壓鑄造最早由英國人E.F.LAKE于1910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

34、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]。</p><p>　　1.3 研究的目的和意義</p><p>　　輪轂是車輛的重要運動部件，本文以汽車輪轂為研究對象，基于產品研究開發(fā)的一般流程，通過制定產品結構設計、工藝方案設計、模具設計的技術

35、路線，熟練掌握汽車零件設計和開發(fā)的流程，通過借助CAD、CAE等工具，對汽車輪轂結構與性能、模具造型、鑄造工藝等進行設計。</p><p>　　汽車輪轂的成形工藝類型較多，以擠壓鑄造生產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Pro/E、CAD等繪圖軟件，并具有一定的實

36、驗技能和生產實踐知識。</p><p>　　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。但鎂合金在生產和應

37、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，生產難度很大；鎂合金的生產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品的生產[7]。</p><p>　　鑄造模具市場異?；钴S，鑄造產業(yè)的高速增長帶來了鑄造模具制造工業(yè)的一片興旺。根據中國模具工業(yè)協(xié)會經營管理委員會編制的《全國模具專業(yè)廠基本情況》統(tǒng)計

38、，鑄造模具約占各類模具總產值5%，每年增長速度高達25%。模具是工業(yè)產品生產用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產中，60%-90%的工業(yè)產品需要使用模具，模具工業(yè)已經成為工業(yè)發(fā)展的基礎，許多新產品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產，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)，根據國際生產技術協(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

39、成為國民經濟的重要基礎工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關鍵是模具技術的進步[8]。</p><p>　　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Pro/E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。</p><p>　　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

40、,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

41、資大大低于低壓鑄造法。擠壓鑄造特別適合于生產汽車工業(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、壓力鑄造工藝生產的產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,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2min 即可生產一件輪轂,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。國內也在廣東建造了一個現(xiàn)代化的擠壓鑄造

42、汽車輪轂廠,已生產多種規(guī)格和型號的汽車鋁輪轂,經鑒定產品質量</p><p>　　1.4 設計的主要內容</p><p>　　產品的開發(fā)，通常經過以下幾道程序：產品結構設計、工藝方案設計、模具設計、</p><p>　　產品試樣、大批生產，對于試樣不合格的情況，則需要對模具、工藝方案甚至產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，分為以下幾個內容：<

43、;/p><p><b>　　（1）輪轂結構設計</b></p><p>　?。?）輪轂成形工藝研究現(xiàn)狀</p><p>　?。?）輪轂成形工藝方案的確定</p><p>　?。?）輪轂模具的設計</p><p>　　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

44、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、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、熱處理工藝參數等。</p><p>　　輪轂模具設計的流程圖如圖1.1所示</p><p>

45、;　　圖1.1 Pro/E模具設計流程圖</p><p>　　第2章 輪轂零件的結構設計</p><p>　　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(GB-T 3487- 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：</p><p>　　1、輪輞：與輪胎裝配配

46、合，支撐輪胎的車輪部分。</p><p>　　2、輪輻：與車軸輪轂實施安裝連接，支撐輪輞的車輪部分。</p><p>　　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。</p><p>　　4、輪緣：保持并支撐輪胎方向的輪輞部分。</p><p>　　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。<

47、/p><p>　　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。</p><p>　　7、氣門孔：安裝輪胎氣門嘴的孔。</p><p>　　詳細的輪轂結構可見圖2.1所示整體式車輪結構。 </p><p>　　圖2.1 整體式車輪 </p><p>　　表2.1 輪轂結構的基本知識&

48、lt;/p><p>　　LB型輪輞輪轂應符合圖2.2</p><p>　　圖2.2 輪輞LB型輪廓</p><p>　　A 輪輞標定寬度 153</p><p>　　B 輪緣寬度 13</p><p>　　D 輪輞標定直徑 358</p><p>　　G

49、輪緣高度 17</p><p>　　H 槽底深度 25</p><p>　　L 槽底寬度 22</p><p>　　M 槽的位置尺寸 39</p><p>　　P 胎圈座寬度 22</p><p>　　輪緣接合半徑 R11.8</p&

50、gt;<p>　　胎圈座角度 </p><p>　　2.1 輪轂模具設計的基本術語</p><p>　?。?）參考模型：設計模型中的最終產品，本文中為汽車輪轂的最終三維實體模型。</p><p>　　（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控加工的可行性以及成本等因素決定。</p><p&

51、gt;　?。?）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。</p><p>　　2.2 汽車輪轂模具方案的設計標準</p><p>　　Pro/E提供的設計理念將設計、制造、裝配以及生產管理融為一體, 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管理人員在短期內完成高質量的產品開發(fā)提供了強有力的工具。本論文以Pro/E為開發(fā)平臺

52、, 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、數控編程的時間, 從而縮短了模具設計周期[10]。另外, Pro/E軟件具有的單一數據庫、參數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。</p><p>　　輪轂模具設計可分為兩步：① 設計出符合要求的輪轂三維實體模型。②根據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

53、及到模具的結構及尺寸精度。然后利用Pro/E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2.3所示：</p><p>　　圖2.3 汽車輪轂結構外形圖</p><p>　　2.3 輪轂零件的3D設計</p><p>　　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

54、形尺寸確定的合理性以及一般原則。</p><p>　　2.3.1 主要外形尺寸的確定</p><p>　　鑄件的最小壁厚：δ=5-7mm，其平均壁厚為6mm。鑄造內外圓角：R=2mm．</p><p>　　汽車輪轂的受阻收縮率：0.5%-1%</p><p>　　鑄造斜度(拔模斜度)：а=5º30´</p>

55、<p>　　2.3.2 設計原則</p><p>　　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。</p><p>　　2.3.3 汽車輪轂輪廓三維實體生成</p><p>　　Pro/E三維實體建模是利

56、用其強大三維造型功能中的零件模塊實體特性，遵循由線-面-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Pro/E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2.4所示。設計中出現(xiàn)的偏差或數據不精確造成曲線，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]。</p><p>　　圖

57、2.4 輪轂實體建模</p><p>　　2.3.4 汽車輪轂風孔的生成</p><p>　　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，并與汽車輪轂的內壁圓周面組合(m

58、erge)，然后用【實體化】命令移除曲組內側的材料，得到風孔的外形結構,如圖2.5所示，輪轂內側圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.5 生成風孔曲面</p><p><b>　　圖2.6 輪轂內側</b></p><p><b>　　圖2.7 輪轂實體</b></p><p><b&

59、gt;　　2.4 本章小結</b></p><p>　　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。根據國家標準(GB-T 3487- 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，根據輪轂的尺寸利用Pro/E進行三維實體建模。</p><p>　　第3章 輪轂成形工藝介紹</p><p>　　輪轂是汽

60、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。</p><p>　　3.1 輪轂成形的工藝特點</p><p>　　在輪轂的鑄造生產過程中,主要生產工序包括:鑄造成形、熱處理、機加工和檢驗涂

61、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。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點在輪轂的生產工藝過程中較為關鍵：</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）外輪緣在澆注過程中要防止卷氣,與輪輻

62、連接部位需要防止產生縮孔、縮松,以保證無內胎輪轂的氣密性。</p><p>　　（3）輪轂的中心厚大部位需要防止縮孔和縮松的產生，以保證輪轂連接性能。</p><p>　?。?）整個輪轂鑄件應采用工藝手段消除構件內部疲勞缺陷(如渣孔、氣孔、縮孔、疏松、宏觀偏析等)。</p><p>　　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

63、鑄件內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。</p><p>　　3.2 現(xiàn)行的輪轂主要成形方法及其優(yōu)缺點</p><p>　　目前,國內外生產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

64、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。</p><p>　　3.2.1 金屬型重力鑄造</p><p>　　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

65、容易產生縮孔、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部質量都較差。但是由于工序簡單、設備投資較少、生產成本較低等因素,國內摩托車輪轂基本上全部用該工藝生產,也有不少汽車輪轂生產廠在使用此工藝生產廉價汽車輪轂[13]。</p><p>　　3.2.2 低壓鑄造</p><p>　　在低壓鑄造中,金屬熔體在數倍于大氣壓的壓力下進行充

66、型和保壓凝固,鑄件的致密度較高,縮孔縮松較少,產品內部質量較好。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。</p>&l

67、t;p>　　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。</p><p><b>　　該工藝的優(yōu)點是:</b></p><p>　　可獲得較佳的充型速度；</p><p>　　可避免充型熔體吸氣和卷氣,獲得無氣孔和少針孔的鑄件</p>

68、<p>　　鑄件尺寸精度與表面質量改善;</p><p>　　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</p><p>　　提高5%～20%。采用該工藝生產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的報道

69、在國內外均少見。</p><p><b>　　3.2.3 壓鑄</b></p><p>　　用壓鑄工藝生產的鑄件尺寸精確、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)壓鑄工藝生產出來的輪轂的最大缺點是內部含有大量的氣體,降低了輪轂的疲勞抗力,且因內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

70、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 mm),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3.1和圖3.2均為采用壓鑄方法生產的輪轂。</p><p>　　圖3.1 壓鑄鋁合金輪轂 圖3.2 壓鑄鎂合金輪轂</p><p>

71、;　　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。用充氧壓鑄法生產的鑄件,內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、內部組織致密、抗拉強度和耐疲勞性能良好等優(yōu)點,生產的汽車輪轂

72、的氣孔率較原來減少15%,并可熱處理強化。</p><p>　　國外現(xiàn)已將該方法廣泛用于鋁輪轂的生產中。日本輕金屬株式會社于1983年開始用此方法大批量生產轎車鋁合金輪轂,較采用其他鑄造方法生產的同類產品質量減少了15%,機加工切削量由原來的2~3 mm減少到0.75 mm,輪轂價格降低了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

73、有較高的力學性能和較輕的質量,用充氧壓鑄法生產的鋁輪轂用于緊急救援車和高速車輛是十分理想的。</p><p>　　真空壓力鑄造方法在普通壓力鑄造的基礎上,利用輔助真空設備將壓鑄型腔預抽真空,然后將金屬熔體壓鑄成形。該方法可以消除鑄件內部氣孔,提高壓鑄件的力學性能和表面品質,并且鑄件可以進行熱處理強化,獲得較好的力學性能。其缺點是機械密封結構復雜,制造及安裝困難,使用成本較高,而且難以控制。真空壓鑄鎂合金件與普通壓

74、力鑄件相比,鑄件強度可提高10%以上，韌度提高20%～50%,伸長率由8%提高到16%。</p><p>　　3.2.4 擠壓鑄造</p><p>　　由于擠壓鑄造充型過程較為平穩(wěn),并且金屬熔體在高壓作用下以較高速度凝固,獲得的鑄件內部組織致密、晶粒細小、外表光潔,可進行T4,T5,T6或T7等多種熱處理,力學性能遠高于低壓鑄造件(見表3.1) [15]。在鋁合金輪轂生產中,擠壓鑄造設備投

75、資略低于低壓鑄造,但由于采用高壓,模具制造費用較高且使用壽命較短。</p><p>　　表3.1 擠壓鑄造與低壓鑄造鋁合金輪轂的力學性能比較</p><p>　　目前,日本已經有相當部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產。如豐田汽車公司擁有的全自動擠壓鑄造設備已超過10臺,從澆注金屬熔體到取出鑄件的整個過程都由計算機來控制完成,自動化程度非常高,每臺設備不到2 min就可以生產出一件鋁輪轂。

76、現(xiàn)在擠壓鑄造在世界上是汽車輪轂的重要生產工藝之一。國內的擠壓鑄造摩托車鋁合金輪轂首先由五二研究所在20世紀90年代初研制成功,并迅速在我國輪轂企業(yè)推廣應用,但由于生產成本偏高及質量不穩(wěn)定,在劇烈的價格競爭面前,采用擠壓鑄造工藝生產鋁輪轂的企業(yè)正在逐漸減少。但是,就鎂合金輪轂生產而言,由于鎂合金較大的凝固收縮,擠壓鑄造不失為一種理想的輪轂成形工藝。圖3.3為武漢理工大學與廣東某企業(yè)開發(fā)的擠壓鑄造鋁合金輪轂。圖3.4為擠壓鑄造摩托車鎂合金輪

77、轂。采用這種新型擠壓鑄造工藝,不僅能夠利用流動壓力梯度實現(xiàn)熔體受控充型,防止熔體流與鑄型型腔內存空氣混合,實現(xiàn)輪轂的無氣孔、可熱處理生產;還能在充型完成后建立從充型遠端的輪輻向加壓中心澆道的溫度梯度,實現(xiàn)順序凝固,消除鎂合金輪轂中的凝固縮孔縮松和裂紋傾向[16]。</p><p>　　圖3.3 擠壓鑄造汽車鋁合金輪轂 圖3.4 擠壓鑄造摩托車鎂合金輪轂</p><p>　　3

78、.3 其他成形方法</p><p>　　輪轂還可以用鍛造、半固態(tài)模鍛和半固態(tài)壓鑄成形。由于這兩種方法不在本文討論范圍之內,故只簡介如下。</p><p>　　鍛造法是輪轂應用較早的成形工藝之一,其最大的缺陷是生產工序多、生產效率較低、成本遠高于鑄造成形法。由于成本過高,用鍛造工藝生產的輪轂一直限于小批量生產特殊用途輪轂(如高性能鋁合金賽車輪轂和鎂合金輪轂)的生產。</p>&

79、lt;p>　　半固態(tài)模鍛是將半固態(tài)坯料加熱到50%左右體積比液相的半固態(tài)狀態(tài)后一次模鍛成形,以獲得所需的接近成品零件尺寸的工藝。半固態(tài)鍛件近凈成形,機械加工量少,表面平整、內部組織致密、成形溫度低、模具壽命長,力學性能高于低壓鑄造件。</p><p>　　輪轂作為汽車摩托車上最為重要的安全性能部件之一,其生產方法多種多樣且各具優(yōu)缺點。但無論選擇哪一種工藝方法,都要在保證其產品滿足相關品質要求的前提下,用最少

80、的投入換來最大的收益。表3.2給出了各種鑄造方法經濟指標的比較,表3.3則列出了以鎂合金鑄件為例的幾種不同的鑄造成形方法所生產的鑄件品質的比較。</p><p>　　表3.2 各種鑄造方法經濟指標的比較</p><p>　　表3.3 幾種不同鑄造成型方法生產的鎂合金鑄件質量的比較</p><p>　　注:A-好;B-良;C-中;D-差.</p><

81、;p><b>　　3.4 本章小結</b></p><p>　　本章主要介紹了輪轂成形的工藝特點，以及輪轂的幾個主要成形方法和他們的優(yōu)缺點。通過對本章的學習我知道了更多關于輪轂成形工藝的方法為后面的輪轂成形工藝打下了牢固的基礎。</p><p>　　第4章 輪轂成形工藝分析</p><p>　　輪轂的鑄造工藝有很多，最常見的有擠壓鑄造與低

82、壓鑄造工藝。本章主要介紹兩種工藝的性能特點及工藝參數。選擇輪轂的鑄造工藝方式，工藝方案的確定及模具的設計方案。輪轂生產的主要工序包括: 鑄造、熱處理、機加工及檢驗涂裝。生產流程為:鑄造→固溶時效處理→非加工表面清理→機加工→檢驗→清洗和涂裝。</p><p>　　4.1 輪轂材料及性能特點</p><p>　　現(xiàn)今的小轎車輪轂多為鋼制和鋁合金制，06年至08年國內汽車銷量前三位的企業(yè)上海通

83、用、一汽大眾和上海大眾，銷量前三位的車型分別是一汽大眾捷達、上海大眾桑塔納和上海通用別克凱越，其中凱越車型的輪轂均為鋁合金輪轂，捷達和桑塔納部分車型為鋁合金輪轂。</p><p>　　由于AM91D鎂合會具有優(yōu)良的韌性和塑性，適合用于經受沖擊載荷和安全性較高的場合。其力學性能及常用汽車輪轂材料的力學性能見表4-1。</p><p>　　表4.1 輪轂材料的相莢力學性能對比</p>

84、;<p>　　由表可知，鎂合金的抗拉強度、屈服點比鋼低很多，與鋁合金較接近，只略低于鋁合金。</p><p>　　4.2 低壓鑄造的性能特點</p><p>　　1、 主機機械結構 </p><p>　　合型機構為四立柱導向，采用快速合型、慢速到位的合型方式，提高工作效率并減少對模具的沖擊。靜模板與機架采用剛性連接。上模板下部裝有四根頂出桿，開型到位時

85、，可將鑄件從模具中頂出；合型缸座上部設置由氣缸驅動的安全限位裝置，在動模板行程范圍內可防止動模板下滑；四個靜模抽芯機構安裝在靜模板上，由四只油缸驅動，實現(xiàn)模具四側垂直分型；機架采用焊接件式框架結構，直接與靜模板剛性連接；自動安全防護門與光電保護裝置設置在設備操作面，防止人體在設備運行時進入，確保操作者安全工作；取件機械手具有X軸、Y軸及旋轉三個運動自由度，保證取件時鑄件不受損傷，并可正確判斷鑄件是否落下； </p><

86、;p><b>　　2、 液壓系統(tǒng) </b></p><p>　　液壓泵、閥均采用進口產品，保證系統(tǒng)的可靠性；液壓泵采用變量柱塞泵，保證系統(tǒng)恒壓，流量自動調節(jié)，節(jié)約能源；各油缸運行速度均可單獨手動調節(jié)；所有油缸的密封件均采用進口耐高溫密封件； </p><p><b>　　3、 模具冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　

87、　機器可設置多路氣冷、水冷冷卻回路，可進行時間方式的冷卻自動控制；冷卻參數可在上位機設置修改。</p><p><b>　　4、 保溫爐</b></p><p>　　采用熔池式保溫爐。輻射加熱，PID控制。額定溫度范圍：680~750℃，控溫精度：±5℃；保溫爐固定在傳動小車上，通過舉升機構完成爐體的升降，由液壓馬達驅動完成小車的前后平穩(wěn)移動； </p

88、><p>　　5、 電氣控制系統(tǒng) </p><p>　　電氣控制系統(tǒng)采用上下位機的監(jiān)控方式。采用進口PLC作為下位控制機，完成低壓鑄造機的主機順序動作、液面加壓及模具冷卻等控制。采用進口人機界面或工控計算機作為上位機，完成低壓鑄造機的參數設置與修改，壓力數據與曲線及機器工作狀態(tài)與故障報警等信息的監(jiān)控顯示。上下位機的監(jiān)控方式保證即使在上位機出現(xiàn)故障時，下位控制系統(tǒng)仍然能夠根據預設的工藝參數自動運

89、行，從而進一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性?？刂蒲b置具有短路、過載等保護措施，并具備完善的動作互鎖功能，可有效保證機器安全可靠的運行?？刂乒裱b備有機柜空調，保證控制系統(tǒng)能在惡劣條件下正常工作，提高系統(tǒng)可靠性。 </p><p>　　6、 液面加壓裝置 </p><p>　　裝置采用氣動進口比例閥+高精度壓力傳感器實現(xiàn)保溫爐內壓力的檢測和實時閉環(huán)反饋控制,PID調節(jié)方式。具有多級線性加壓、自動跟蹤設定加

90、壓曲線、保溫爐泄漏補償、液面補償等功能。壓力控制精度高，重復再現(xiàn)性好，確保低壓澆注工藝的穩(wěn)定一致性，有效提高鑄件成品率。</p><p>　　4.3 工藝方案的確定</p><p>　　目前80％以上的汽車輪轂通過低壓鑄造生產，其次是采用工藝簡便的重力鑄造，約占20％。另外也有少數采用擠壓成型方法和鍛造成型方法等。與低壓鑄造和重力鑄造相比，擠壓鑄造有著不可比擬的特點優(yōu)勢：使用材料方面：工藝

91、簡便性、經濟性、高效性；力學性能顯著提高，接近于變形鎂合金，優(yōu)于重力鑄造和低壓鑄造；成型件缺陷少，可經T6處理；適用合金范圍廣，由于鑄造時實行加壓措施，從而削弱了對合金液流動性的要求；擠壓鑄造生產工藝容易實現(xiàn)自動化；擠壓鑄件表面光潔，金相組織、各種機械性能接近于鍛件。采用擠壓鑄造方式生產汽車輪轂，將使汽車輪轂性能更加優(yōu)異，增強汽車的安全性。</p><p>　　目前，擠壓鑄造方式主要有以下三種：</p>

92、;<p>　　A．柱塞擠壓，合模加壓時液態(tài)金屬基本上不發(fā)生充型運動，適用范圍是實心或厚壁(大于5mm)形狀不太復雜的鑄件。</p><p>　　B．直接沖頭擠壓，合模加壓時液態(tài)金屬法充填擠壓沖頭與凹模組成的封閉型腔中，擠壓沖頭直接擠壓在鑄件上，適于生產形狀不太復雜的空心或通孔件，壁厚可至2～3mm。</p><p>　　C．間接擠壓鑄造，沖頭加壓時液態(tài)金屬充填己合模的型腔中，

93、沖頭通過內澆道將壓力傳遞到鑄件中，適于生產形狀較復雜，壁厚較薄的鑄件。</p><p>　　本文所研究的對象是汽車輪轂，具有復雜的結構并且輪輞處壁厚較薄，所以采用間接擠壓鑄造的方法[17]。</p><p>　　在“壓力補縮”的問題上，要考慮以下3個因素：</p><p>　　A．對厚薄不勻鑄件，要考慮順序凝固的設計原則；</p><p>　

94、　B．對壁厚相對均勻的鑄件，要考慮“同時凝固”的設計原則；</p><p>　　C．為達到更好的擠壓效果，有時模具設計還須考慮進行雙向擠壓、局部的或整體的再補壓(鍛壓)。</p><p>　　間接擠壓鑄造方式，能使擠壓鑄造機產生較大的擠壓比壓，在鑄件凝固過程中產生較大的補縮壓力。</p><p>　　鎂合金汽車輪轂間接擠壓鑄造的工藝流程如圖4.1所示，主要包括合金液

95、澆入壓室、壓射筒上升進入模具、壓頭擠壓充型凝固和壓頭下降開模等幾個步驟。其特點是閉式充型，采用“低壓充型一高壓凝固"的方式鑄造高品質的鑄件，其“擠壓壓鑄”的工藝特點，要求鑄件設備同時提供較高的鎖模力和壓射力。</p><p>　　圖4.1 汽車輪轂擠壓鑄造工藝流程</p><p>　　為經濟、穩(wěn)定地獲得高品質的鑄件，鎂合金汽車輪轂擠壓鑄造工藝還需要解決以下問題。</p>

96、;<p>　　(1)在熔煉和澆注過程中為合金液提供保護，確保合金液從坩堝到充填型腔是不氧化。</p><p>　　(2)將鑄造模具預熱到合適的溫度，防止充型、凝固缺陷。</p><p>　　(3)澆注過程中，在保證充型的情況下盡可能慢的速度。</p><p>　　(4)熔體充型后盡量提供足夠的壓力強化補縮，最大限度地消除凝固收縮缺陷。</p>

97、;<p>　　4.4 擠壓鑄造工藝參數</p><p>　　擠壓鑄造輪轂在液態(tài)模鍛時沒有澆口和冒口，所以要比較精確地定量澆注。采用漏斗澆注，漏斗需加熱至與金屬液相近的溫度，進行“底注”，以避免金屬液噴濺到模具上造成缺陷。擠壓鑄造是鑄鍛結合的工藝,其工藝過程是:模具的準備(清理、預熱、噴涂涂料) 、金屬的澆注、液態(tài)金屬的加壓、壓力的保持、壓力的去除及鑄件的取出等。為保證鑄件品質,須合理選擇擠壓鑄造工藝

98、參數。</p><p><b>　　1、 涂料</b></p><p>　　涂料的作用是保護模具,提高鑄件表面品質和便于從模具內取出鑄件。擠壓鑄造模具受熱腐蝕和熱疲勞嚴重,在模具型腔內噴涂涂料,可以減少高溫對模具型腔的熱沖擊,降低模具的熱導率,使鑄液的熱量在充型時損失較小;還可使鑄液與型腔壁隔開,避免鑄液與型腔的粘附和熔焊,減少擠壓鑄造件與型腔表面的摩擦,有利于脫模和

99、提高鑄件的表面品質及模具壽命。由于涂料具有一定的退讓作用,還可有效防止產生收縮裂紋。選擇合適的涂料成份和正確的噴涂方法,是獲得優(yōu)質鑄件和提高模具壽命的重要環(huán)節(jié)。本課題中采用水劑石墨涂料噴涂在模具型腔表面上,其厚度為0.05~0.10 mm,過厚會影響鑄件表面品質。</p><p><b>　　2、 模具溫度</b></p><p>　　模具溫度的高低影響鑄件品質及鑄模

100、使用壽命。模具溫度過低,澆入的液態(tài)金屬凝固快,結殼厚而加壓效果差,不能成形,晶體粗大,同時增加了鑄件冷隔,形成柱狀晶等缺陷產生的幾率,也使涂料噴涂困難。但是過高的模溫,會使鑄件發(fā)生粘模,容易產生熱裂紋,影響到鑄件的品質,同時也會加速模具表面機械磨損和模具熱裂的傾向性,降低模具的使用壽命。因此,控制模具溫度在工藝參數中十分重要。對于本輪轂毛坯的擠壓鑄造模具,凸模模溫設定為120~180 ℃,凹模模溫設定為140~180 ℃, 工作溫度為2

101、00～300 ℃。模具預熱方法采用了預熱效率較高的鑄液直接預熱,為節(jié)省能源,供預熱模具的毛坯可重復加熱使用。</p><p><b>　　3、 充型速度</b></p><p>　　加壓速度是指沖頭接觸到金屬液面以后的運行速度,對鑄件品質的影響較敏感,因此必須選擇合適的加壓速度。擠壓鑄造要求加壓速度快一點為好。加壓速度快時,上模能很快地將壓力施加于液態(tài)金屬上,便于成形

102、、結晶和塑性變形。加壓速度的控制以不出現(xiàn)液態(tài)飛濺、金屬內部不出現(xiàn)渦流的情況下越快越好。但加壓速度過快,鑄液流動太快,易引起沖擊、渦流,容易卷入氣體和氧化皮,產生應力、裂紋、氣泡等缺陷。加壓速度過慢,液態(tài)金屬自由結殼太厚而影響加壓效果,又會產生澆不足、冷隔等缺陷,影響制件內部品質。根據設備技術參數和試驗情況,采用在空行程時以大于100 mm / s的速度快速下行,使沖頭剛接觸到液面時改變?yōu)槁贁D壓,速度為10 mm / s,直至壓力升到保

103、壓壓力。</p><p><b>　　4、 澆注溫度</b></p><p>　　澆注溫度過高或過低都對合金成形有明顯影響,理想的澆注溫度是鑄液能夠充滿模腔的最低溫度。澆注溫度為580～650 ℃。為了減少鑄液中的含氣量和縮孔、裂紋的產生,選取較低的溫度是有利的,而且擠壓鑄造是靠壓力低速充型,在澆注溫度低時,氣體易于從鑄液內部逸出,易于消除氣孔。但澆注溫度過低,鑄液流

104、動性差,極易凝固,容易產生澆不足、冷隔等缺陷。澆注溫度過高,會引起晶粒粗大、針孔、縮孔、裂紋等缺陷,模具受熱浸蝕也愈嚴重。</p><p><b>　　5、 加壓壓力</b></p><p>　　加壓的主要作用是消除材料的縮松和氣孔及提高其力學性能。壓力大小對鑄件的力學性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的壓強是很重要的。壓力大小的

105、選擇取決于合金的種類和性質及鑄件的大小、形狀、高度等因素。如果比壓過小,鑄件表面與內在品質都不能達到技術指標;比壓過大,對性能的提高不十分明顯,還容易使模具損壞,且要求較大合模力的設備。</p><p><b>　　6、 加壓開始時間</b></p><p>　　加壓開始時間對于加壓效果有很大的影響。當鑄液以一定的溫度注入型腔后,加壓應盡早進行,加壓時間愈早,制件的伸

106、長率和抗拉強度愈高。這一點對于本課題中輪轂這樣的壁厚差大的鑄件非常重要。因為鑄液注入型腔后,在凹模的表面造成硬殼,上模下行時,熔液充滿型腔后在硬殼處必定造成冷隔層,這樣的冷隔層在鑄造過程中是不易清除的,它的存在嚴重地影響著鑄件的品質。本輪轂在擠壓鑄造時,從鑄液注入型腔到加壓開始時間不超過20s。</p><p><b>　　7、 保壓時間</b></p><p>　　

107、壓力保持時間主要取決于鑄件厚度,在保證成形和結晶凝固條件下,保壓時間以短為好。但保壓時間過短,鑄件熱節(jié)處未完全凝固就卸壓,會使__熱節(jié)處不能補縮,鑄件內部容易產生縮孔、裂紋等缺陷;保壓時間過長,則鑄件溫度低收縮應力大,脫型因難,鑄件表面品質差,同時也降低了生產率,降低模具壽命。在加壓壓力小時,制件的強度、塑性指標均隨保壓時間的延續(xù)而增加,在加壓壓力大時,強度指標下降,塑性指標增大。由于研制的鋁輪轂為厚壁件,保壓時間設計為45s。<

108、/p><p><b>　　8、 脫模</b></p><p>　　擠壓鑄造毛坯卸壓后,一般應立即脫模,但此時毛坯剛成形,出模溫度較高,硬度較低,強行出模易造成毛坯變形,因此在毛坯適當水冷后,壓機頂出毛坯進行退模。</p><p><b>　　9、 熱處理工藝</b></p><p>　　根據輪轂結構,在

109、擠壓鑄造后的輪轂底部機械加工出熱處理孔,然后進行固溶處理。固溶處理溫度對鑄件的力學性能影響很大。溫度越高,強化元素溶解速度越快,數量越多,強化效果越好。但為了防止發(fā)生過燒,固溶處理應略低于合金的過燒溫度。根據以往的試驗結果:該合金固溶處理溫度為530 ℃時發(fā)生輕微過燒(出現(xiàn)復熔球) , 545 ℃時嚴重過燒(出現(xiàn)三角晶界) ,所以設定輪轂固溶處理溫度為(505 ±5) ℃[18]。</p><p>