汽車輪轂的結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)【cad圖紙全套】

1、<p><b>　　本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　汽車輪轂的結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)</p><p>　　院系名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 07-9班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 顧立鵬 </p>

2、<p>　　指導(dǎo)教師： 王國田 </p><p>　　職 稱： 實(shí)驗(yàn)師 </p><p>　　黑 龍 江 工 程 學(xué) 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(duì)象，基于產(chǎn)品研究開發(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CAD等工具，對(duì)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)。</p><p>　　首先介紹了我國輪轂?zāi)＞叩默F(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及我國模具發(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

6、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，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Pro/E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)。通過本次設(shè)計(jì)，對(duì)模具整個(gè)設(shè)計(jì)過程有了較好的了解。</p><p&

7、gt;　　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</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(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)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(shè)計(jì)的主要內(nèi)容5</p><p>　　第

14、2章 輪轂零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的基本術(shù)語9</p><p>　　2.2 汽車輪轂?zāi)＞叻桨傅脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)9</p><p>　　2.3 輪轂零件的3D設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.1 主要外形尺寸的確定10</p><p>　　2.3.2 設(shè)計(jì)原則10</p&g

15、t;<p>　　2.3.3 汽車輪轂輪廓三維實(shí)體生成10</p><p>　　2.3.4 汽車輪轂風(fēng)孔的生成11</p><p>　　2.4 本章小結(jié)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(diǎn)14</p><p>　　3.2 現(xiàn)行的輪轂

16、主要成形方法及其優(yōu)缺點(diǎn)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(jié)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(diǎn)20</p><p>　　4.2 低壓鑄造的性能特點(diǎn)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(shù)23</p><p>

18、;　　4.5 模具設(shè)計(jì)方案26</p><p>　　4.6 本章小結(jié)27</p><p>　　第5章 輪轂鑄造模具的設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.1 擠壓模具設(shè)計(jì)的基本原則28</p><p>　　5.2 擠壓鑄造模具的工藝參數(shù)29</p><p>　　5.2.1 汽車輪轂?zāi)＞叻帜Ｃ娴拇_定29</

19、p><p>　　5.2.2 凹模設(shè)計(jì)34</p><p>　　5.2.3 凸模設(shè)計(jì)34</p><p>　　5.2.4 模板設(shè)計(jì)35</p><p>　　5.3 模具裝配36</p><p>　　5.4 本章小結(jié)37</p><p><b>　　結(jié)論38</b>&l

20、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)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(dāng)今備受關(guān)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(shù)日新月異，模具的使用范圍已越來越廣，對(duì)模具的要求也越來越高，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

22、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。</p><p>　　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

23、用Pro/E對(duì)汽車輪轂?zāi)Ｐ蛯?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)過程簡便、快捷、可靠。</p><p>　　然而在當(dāng)今汽車技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，歐美、日本等國家基本壟斷了發(fā)達(dá)的汽車技術(shù)，我國在先進(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)汽車大國的技術(shù)水平。</p><p>　　1.2 輪轂國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p

24、><p>　　1.2.1 國內(nèi)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(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。</p><p>　　隨著我們國家公路設(shè)施的迅猛發(fā)展，鋁合金輪轂開始在全國范圍內(nèi)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(qiáng)勁增長勢頭。經(jīng)過十幾年的艱苦努力，年生產(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(jìn)水平相比，國內(nèi)企業(yè)在鋁合金輪轂的設(shè)計(jì)開發(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]。</p><p>

26、;　　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)2000t以上。東風(fēng)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(zhì)量僅為3.3kg，取代了4.8kg的鋁合金殼體，年產(chǎn)量達(dá)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(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，2004年已大批量裝車進(jìn)入市場。我國科技部也在“十五”國家科技攻關(guān)計(jì)劃中特別提出了“鎂合金開發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化”重大項(xiàng)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(jì)六七十年代開始發(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25.50kg的坦克鋁合金負(fù)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(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

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(jī)部、六機(jī)部、八機(jī)部等相繼召開低壓鑄造經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，介紹了國內(nèi)先進(jìn)的低壓鑄造設(shè)備和工藝[3]。</p><p>　　1.2.2 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　國外對(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(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(jì)20年代就開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。</p&g

31、t;<p>　　世界各國近年來都高度重視對(duì)鎂合金的研究與開發(fā)，加強(qiáng)鎂合金在汽車等交通工具上的應(yīng)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(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。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(jì)五六十年代，先后傳入我國和世界各地。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，日本宇部公司開發(fā)成功HCSC和VSC系列擠壓鑄造機(jī)，日前已銷售300多臺(tái)；日本豐田公司的輪轂廠擁有14臺(tái)VSCl500．VSCl800擠壓鑄造設(shè)備，年產(chǎn)400多萬只高檔汽車鋁輪；日

33、本的日產(chǎn)汽車、馬自達(dá)、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(chǎn)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(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

34、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(yùn)動(dòng)部件，本文以汽車輪轂為研究對(duì)象，基于產(chǎn)品研究開發(fā)的一般流程，通過制定產(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)

35、路線，熟練掌握汽車零件設(shè)計(jì)和開發(fā)的流程，通過借助CAD、CAE等工具，對(duì)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)。</p><p>　　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(diǎn)，分析總結(jié)汽車輪轂擠壓鑄造模具要點(diǎn)，并通過對(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)過程了解鑄造的基本工藝，熟練應(yīng)用Pro/E、CAD等繪圖軟件，并具有一定的實(shí)

36、驗(yàn)技能和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)。</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(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，越來越受到各國的青睞。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)和應(yīng)

37、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題，嚴(yán)重阻礙了鎂合金產(chǎn)品的生產(chǎn)[7]。</p><p>　　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(huì)經(jīng)營管理委員會(huì)編制的《全國模具專業(yè)廠基本情況》統(tǒng)計(jì)

38、，鑄造模具約占各類模具總產(chǎn)值5%，每年增長速度高達(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%-90%的工業(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)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)的預(yù)測，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)

39、成為國民經(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]。</p><p>　　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Pro/E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(diǎn)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(jié)晶凝固,并在結(jié)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(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

41、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2min 即可生產(chǎn)一件輪轂,從澆注金屬液到取出鑄件整個(gè)過程都由計(jì)算機(jī)來控制,自動(dòng)化程度非常高。國內(nèi)也在廣東建造了一個(gè)現(xiàn)代化的擠壓鑄造

42、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</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　產(chǎn)品的開發(fā)，通常經(jīng)過以下幾道程序：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)、</p><p>　　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發(fā)流程，分為以下幾個(gè)內(nèi)容：<

43、;/p><p><b>　?。?）輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（2）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?zāi)＞叩脑O(shè)計(jì)</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(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、加壓開始時(shí)間、保壓時(shí)間、脫模、熱處理工藝參數(shù)等。</p><p>　　輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的流程圖如圖1.1所示</p><p>

45、;　　圖1.1 Pro/E模具設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　第2章 輪轂零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　汽車輪轂主要由輪芯、輪輞、輪輻三部分構(gòu)成由于輪輞按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB-T 3487- 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，就是通過調(diào)整輻板結(jié)構(gòu)及其與外輪圈的過渡圓角。輪轂結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)：</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(shí)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(fù)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(xì)的輪轂結(jié)構(gòu)可見圖2.1所示整體式車輪結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　圖2.1 整體式車輪 </p><p>　　表2.1 輪轂結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)&

48、lt;/p><p>　　LB型輪輞輪轂應(yīng)符合圖2.2</p><p>　　圖2.2 輪輞LB型輪廓</p><p>　　A 輪輞標(biāo)定寬度 153</p><p>　　B 輪緣寬度 13</p><p>　　D 輪輞標(biāo)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?zāi)＞咴O(shè)計(jì)的基本術(shù)語</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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。</p><p&

51、gt;　　（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。</p><p>　　2.2 汽車輪轂?zāi)＞叻桨傅脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　Pro/E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)品開發(fā)提供了強(qiáng)有力的工具。本論文以Pro/E為開發(fā)平臺(tái)

52、, 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, Pro/E軟件具有的單一數(shù)據(jù)庫、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。</p><p>　　輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)可分為兩步：① 設(shè)計(jì)出符合要求的輪轂三維實(shí)體模型。②根據(jù)輪轂的三維模型設(shè)計(jì)出輪轂?zāi)＞摺Ｆ渲?，輪轂?shí)體設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，直接涉

53、及到模具的結(jié)構(gòu)及尺寸精度。然后利用Pro/E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)＞摺Ｆ囕嗇炗射撊?，輪輻，風(fēng)孔等組成。其主要結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 汽車輪轂結(jié)構(gòu)外形圖</p><p>　　2.3 輪轂零件的3D設(shè)計(jì)</p><p>　　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(nèi)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(shè)計(jì)原則</p><p>　　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。</p><p>　　2.3.3 汽車輪轂輪廓三維實(shí)體生成</p><p>　　Pro/E三維實(shí)體建模是利

56、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-面-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Pro/E中的實(shí)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(zhuǎn)、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(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【特征/編輯定義】命令對(duì)其進(jìn)行外形尺寸的修改[11]。</p><p>　　圖

57、2.4 輪轂實(shí)體建模</p><p>　　2.3.4 汽車輪轂風(fēng)孔的生成</p><p>　　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(m

58、erge)，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2.5所示，輪轂內(nèi)側(cè)圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.5 生成風(fēng)孔曲面</p><p><b>　　圖2.6 輪轂內(nèi)側(cè)</b></p><p><b>　　圖2.7 輪轂實(shí)體</b></p><p><b&

59、gt;　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　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?。根?jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB-T 3487- 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Pro/E進(jìn)行三維實(shí)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(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。</p><p>　　3.1 輪轂成形的工藝特點(diǎn)</p><p>　　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(jī)加工和檢驗(yàn)涂

61、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)量優(yōu)良的輪轂鑄件,必須嚴(yán)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(jìn)行,因此以下4點(diǎn)在輪轂的生產(chǎn)工藝過程中較為關(guān)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(dá)到輪轂性能使用要求。</p><p>　　（2）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(chǎn)生縮孔、縮松,以保證無內(nèi)胎輪轂的氣密性。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　　除合金熔體冶金質(zhì)量外,在鑄件的澆注和凝固過程中,充型流動(dòng)場、溫度場與應(yīng)力場是控制

63、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、溫度場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才能獲得高質(zhì)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(diǎn)</p><p>　　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(jié)合輪轂的成形過程中的

64、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。</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(bǔ)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(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,該方法的工藝過程必須嚴(yán)格控制,否則

65、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。但是由于工序簡單、設(shè)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(jià)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(shù)倍于大氣壓的壓力下進(jìn)行充

66、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,加料、換模具的時(shí)間長,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。</p>&l

67、t;p>　　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。</p><p><b>　　該工藝的優(yōu)點(diǎn)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(zhì)量改善;</p><p>　　與低壓鑄造相比,差壓鑄造輪轂的抗拉強(qiáng)度可提高10%～30%,伸長率可</p><p>　　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(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

69、在國內(nèi)外均少見。</p><p><b>　　3.2.3 壓鑄</b></p><p>　　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)壓鑄工藝生產(chǎn)出來的輪轂的最大缺點(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)含氣體在熱處理過程中會(huì)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(shí),由于壓鑄缺乏長程補(bǔ)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(duì)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(chǎn)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(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

72、的氣孔率較原來減少15%,并可熱處理強(qiáng)化。</p><p>　　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(huì)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(zhì)量減少了15%,機(jī)加工切削量由原來的2~3 mm減少到0.75 mm,輪轂價(jià)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(zhì)量減輕了18%。由于

73、有較高的力學(xué)性能和較輕的質(zhì)量,用充氧壓鑄法生產(chǎn)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(chǔ)上,利用輔助真空設(shè)備將壓鑄型腔預(yù)抽真空,然后將金屬熔體壓鑄成形。該方法可以消除鑄件內(nèi)部氣孔,提高壓鑄件的力學(xué)性能和表面品質(zhì),并且鑄件可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,獲得較好的力學(xué)性能。其缺點(diǎn)是機(jī)械密封結(jié)構(gòu)復(fù)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(qiáng)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(nèi)部組織致密、晶粒細(xì)小、外表光潔,可進(jìn)行T4,T5,T6或T7等多種熱處理,力學(xué)性能遠(yuǎn)高于低壓鑄造件(見表3.1) [15]。在鋁合金輪轂生產(chǎn)中,擠壓鑄造設(shè)備投

75、資略低于低壓鑄造,但由于采用高壓,模具制造費(fèi)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(xué)性能比較</p><p>　　目前,日本已經(jīng)有相當(dāng)部分的汽車鋁輪轂采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)。如豐田汽車公司擁有的全自動(dòng)擠壓鑄造設(shè)備已超過10臺(tái),從澆注金屬熔體到取出鑄件的整個(gè)過程都由計(jì)算機(jī)來控制完成,自動(dòng)化程度非常高,每臺(tái)設(shè)備不到2 min就可以生產(chǎn)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(chǎn)工藝之一。國內(nèi)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(jì)90年代初研制成功,并迅速在我國輪轂企業(yè)推廣應(yīng)用,但由于生產(chǎn)成本偏高及質(zhì)量不穩(wěn)定,在劇烈的價(jià)格競爭面前,采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)鋁輪轂的企業(yè)正在逐漸減少。但是,就鎂合金輪轂生產(chǎn)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(xué)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(dòng)壓力梯度實(shí)現(xiàn)熔體受控充型,防止熔體流與鑄型型腔內(nèi)存空氣混合,實(shí)現(xiàn)輪轂的無氣孔、可熱處理生產(chǎn);還能在充型完成后建立從充型遠(yuǎn)端的輪輻向加壓中心澆道的溫度梯度,實(shí)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(nèi),故只簡介如下。</p><p>　　鍛造法是輪轂應(yīng)用較早的成形工藝之一,其最大的缺陷是生產(chǎn)工序多、生產(chǎn)效率較低、成本遠(yuǎn)高于鑄造成形法。由于成本過高,用鍛造工藝生產(chǎn)的輪轂一直限于小批量生產(chǎn)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(chǎn)。</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(jī)械加工量少,表面平整、內(nèi)部組織致密、成形溫度低、模具壽命長,力學(xué)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(chǎn)方法多種多樣且各具優(yōu)缺點(diǎn)。但無論選擇哪一種工藝方法,都要在保證其產(chǎn)品滿足相關(guān)品質(zhì)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(chǎn)的鑄件品質(zhì)的比較。</p><p>　　表3.2 各種鑄造方法經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較</p><p>　　表3.3 幾種不同鑄造成型方法生產(chǎn)的鎂合金鑄件質(zhì)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(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了輪轂成形的工藝特點(diǎn)，以及輪轂的幾個(gè)主要成形方法和他們的優(yōu)缺點(diǎn)。通過對(duì)本章的學(xué)習(xí)我知道了更多關(guān)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(chǔ)。</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(diǎn)及工藝參數(shù)。選擇輪轂的鑄造工藝方式，工藝方案的確定及模具的設(shè)計(jì)方案。輪轂生產(chǎn)的主要工序包括: 鑄造、熱處理、機(jī)加工及檢驗(yàn)涂裝。生產(chǎn)流程為:鑄造→固溶時(shí)效處理→非加工表面清理→機(jī)加工→檢驗(yàn)→清洗和涂裝。</p><p>　　4.1 輪轂材料及性能特點(diǎn)</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(nèi)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(dá)、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(dá)和桑塔納部分車型為鋁合金輪轂。</p><p>　　由于AM91D鎂合會(huì)具有優(yōu)良的韌性和塑性，適合用于經(jīng)受沖擊載荷和安全性較高的場合。其力學(xué)性能及常用汽車輪轂材料的力學(xué)性能見表4-1。</p><p>　　表4.1 輪轂材料的相莢力學(xué)性能對(duì)比</p>

84、;<p>　　由表可知，鎂合金的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)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(diǎn)</p><p>　　1、 主機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu) </p><p>　　合型機(jī)構(gòu)為四立柱導(dǎo)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(duì)模具的沖擊。靜模板與機(jī)架采用剛性連接。上模板下部裝有四根頂出桿，開型到位時(shí)

85、，可將鑄件從模具中頂出；合型缸座上部設(shè)置由氣缸驅(qū)動(dòng)的安全限位裝置，在動(dòng)模板行程范圍內(nèi)可防止動(dòng)模板下滑；四個(gè)靜模抽芯機(jī)構(gòu)安裝在靜模板上，由四只油缸驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模具四側(cè)垂直分型；機(jī)架采用焊接件式框架結(jié)構(gòu)，直接與靜模板剛性連接；自動(dòng)安全防護(hù)門與光電保護(hù)裝置設(shè)置在設(shè)備操作面，防止人體在設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)入，確保操作者安全工作；取件機(jī)械手具有X軸、Y軸及旋轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，保證取件時(shí)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(jìn)口產(chǎn)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(dòng)調(diào)節(jié)，節(jié)約能源；各油缸運(yùn)行速度均可單獨(dú)手動(dòng)調(diào)節(jié)；所有油缸的密封件均采用進(jìn)口耐高溫密封件； </p><p><b>　　3、 模具冷卻系統(tǒng)</b></p><p>　

87、　機(jī)器可設(shè)置多路氣冷、水冷冷卻回路，可進(jìn)行時(shí)間方式的冷卻自動(dòng)控制；冷卻參數(shù)可在上位機(jī)設(shè)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(dòng)小車上，通過舉升機(jī)構(gòu)完成爐體的升降，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)完成小車的前后平穩(wěn)移動(dòng)； </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(jī)的監(jiān)控方式。采用進(jìn)口PLC作為下位控制機(jī)，完成低壓鑄造機(jī)的主機(jī)順序動(dòng)作、液面加壓及模具冷卻等控制。采用進(jìn)口人機(jī)界面或工控計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，完成低壓鑄造機(jī)的參數(shù)設(shè)置與修改，壓力數(shù)據(jù)與曲線及機(jī)器工作狀態(tài)與故障報(bào)警等信息的監(jiān)控顯示。上下位機(jī)的監(jiān)控方式保證即使在上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，下位控制系統(tǒng)仍然能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)自動(dòng)運(yùn)

89、行，從而進(jìn)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(hù)措施，并具備完善的動(dòng)作互鎖功能，可有效保證機(jī)器安全可靠的運(yùn)行?？刂乒裱b備有機(jī)柜空調(diào)，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(dòng)進(jìn)口比例閥+高精度壓力傳感器實(shí)現(xiàn)保溫爐內(nèi)壓力的檢測和實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制,PID調(diào)節(jié)方式。具有多級(jí)線性加壓、自動(dòng)跟蹤設(shè)定加

90、壓曲線、保溫爐泄漏補(bǔ)償、液面補(bǔ)償?shù)裙δ堋毫刂凭雀?，重?fù)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(chǎn)，其次是采用工藝簡便的重力鑄造，約占20％。另外也有少數(shù)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(diǎn)優(yōu)勢：使用材料方面：工藝

91、簡便性、經(jīng)濟(jì)性、高效性；力學(xué)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(jīng)T6處理；適用合金范圍廣，由于鑄造時(shí)實(shí)行加壓措施，從而削弱了對(duì)合金液流動(dòng)性的要求；擠壓鑄造生產(chǎn)工藝容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；擠壓鑄件表面光潔，金相組織、各種機(jī)械性能接近于鍛件。采用擠壓鑄造方式生產(chǎn)汽車輪轂，將使汽車輪轂性能更加優(yōu)異，增強(qiáng)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(shí)液態(tài)金屬基本上不發(fā)生充型運(yùn)動(dòng)，適用范圍是實(shí)心或厚壁(大于5mm)形狀不太復(fù)雜的鑄件。</p><p>　　B．直接沖頭擠壓，合模加壓時(shí)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(chǎn)形狀不太復(fù)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(shí)液態(tài)金屬充填己合模的型腔中，

93、沖頭通過內(nèi)澆道將壓力傳遞到鑄件中，適于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜，壁厚較薄的鑄件。</p><p>　　本文所研究的對(duì)象是汽車輪轂，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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(bǔ)縮”的問題上，要考慮以下3個(gè)因素：</p><p>　　A．對(duì)厚薄不勻鑄件，要考慮順序凝固的設(shè)計(jì)原則；</p><p>　

94、　B．對(duì)壁厚相對(duì)均勻的鑄件，要考慮“同時(shí)凝固”的設(shè)計(jì)原則；</p><p>　　C．為達(dá)到更好的擠壓效果，有時(shí)模具設(shè)計(jì)還須考慮進(jìn)行雙向擠壓、局部的或整體的再補(bǔ)壓(鍛壓)。</p><p>　　間接擠壓鑄造方式，能使擠壓鑄造機(jī)產(chǎn)生較大的擠壓比壓，在鑄件凝固過程中產(chǎn)生較大的補(bǔ)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(jìn)入模具、壓頭擠壓充型凝固和壓頭下降開模等幾個(gè)步驟。其特點(diǎn)是閉式充型，采用“低壓充型一高壓凝固"的方式鑄造高品質(zhì)的鑄件，其“擠壓壓鑄”的工藝特點(diǎn)，要求鑄件設(shè)備同時(shí)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(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地獲得高品質(zhì)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(hù)，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(yù)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(qiáng)化補(bǔ)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(shù)</p><p>　　擠壓鑄造輪轂在液態(tài)模鍛時(shí)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(jìn)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(jié)合的工藝,其工藝過程是:模具的準(zhǔn)備(清理、預(yù)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(zhì),須合理選擇擠壓鑄造工藝

98、參數(shù)。</p><p><b>　　1、 涂料</b></p><p>　　涂料的作用是保護(hù)模具,提高鑄件表面品質(zhì)和便于從模具內(nèi)取出鑄件。擠壓鑄造模具受熱腐蝕和熱疲勞嚴(yán)重,在模具型腔內(nèi)噴涂涂料,可以減少高溫對(duì)模具型腔的熱沖擊,降低模具的熱導(dǎo)率,使鑄液的熱量在充型時(shí)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(huì)影響鑄件表面品質(zhì)。</p><p><b>　　2、 模具溫度</b></p><p>　　模具溫度的高低影響鑄件品質(zhì)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(jié)殼厚而加壓效果差,不能成形,晶體粗大,同時(shí)增加了鑄件冷隔,形成柱狀晶等缺陷產(chǎn)生的幾率,也使涂料噴涂困難。但是過高的模溫,會(huì)使鑄件發(fā)生粘模,容易產(chǎn)生熱裂紋,影響到鑄件的品質(zhì),同時(shí)也會(huì)加速模具表面機(jī)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(shù)中十分重要。對(duì)于本輪轂毛坯的擠壓鑄造模具,凸模模溫設(shè)定為120~180 ℃,凹模模溫設(shè)定為140~180 ℃, 工作溫度為2

101、00～300 ℃。模具預(yù)熱方法采用了預(yù)熱效率較高的鑄液直接預(yù)熱,為節(jié)省能源,供預(yù)熱模具的毛坯可重復(fù)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(yùn)行速度,對(duì)鑄件品質(zhì)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(diǎn)為好。加壓速度快時(shí),上模能很快地將壓力施加于液態(tài)金屬上,便于成形

102、、結(jié)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(nèi)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(dòng)太快,易引起沖擊、渦流,容易卷入氣體和氧化皮,產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、氣泡等缺陷。加壓速度過慢,液態(tài)金屬自由結(jié)殼太厚而影響加壓效果,又會(huì)產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷,影響制件內(nèi)部品質(zhì)。根據(jù)設(shè)備技術(shù)參數(shù)和試驗(yàn)情況,采用在空行程時(shí)以大于100 mm / s的速度快速下行,使沖頭剛接觸到液面時(shí)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(duì)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(chǎn)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(shí),氣體易于從鑄液內(nèi)部逸出,易于消除氣孔。但澆注溫度過低,鑄液流

104、動(dòng)性差,極易凝固,容易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。澆注溫度過高,會(huì)引起晶粒粗大、針孔、縮孔、裂紋等缺陷,模具受熱浸蝕也愈嚴(yán)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(xué)性能。壓力大小對(duì)鑄件的力學(xué)性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點(diǎn)及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的壓強(qiáng)是很重要的。壓力大小的

105、選擇取決于合金的種類和性質(zhì)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(nèi)在品質(zhì)都不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo);比壓過大,對(duì)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(shè)備。</p><p><b>　　6、 加壓開始時(shí)間</b></p><p>　　加壓開始時(shí)間對(duì)于加壓效果有很大的影響。當(dāng)鑄液以一定的溫度注入型腔后,加壓應(yīng)盡早進(jìn)行,加壓時(shí)間愈早,制件的伸

106、長率和抗拉強(qiáng)度愈高。這一點(diǎn)對(duì)于本課題中輪轂這樣的壁厚差大的鑄件非常重要。因?yàn)殍T液注入型腔后,在凹模的表面造成硬殼,上模下行時(shí),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(yán)重地影響著鑄件的品質(zhì)。本輪轂在擠壓鑄造時(shí),從鑄液注入型腔到加壓開始時(shí)間不超過20s。</p><p><b>　　7、 保壓時(shí)間</b></p><p>　　

107、壓力保持時(shí)間主要取決于鑄件厚度,在保證成形和結(jié)晶凝固條件下,保壓時(shí)間以短為好。但保壓時(shí)間過短,鑄件熱節(jié)處未完全凝固就卸壓,會(huì)使__熱節(jié)處不能補(bǔ)縮,鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷;保壓時(shí)間過長,則鑄件溫度低收縮應(yīng)力大,脫型因難,鑄件表面品質(zhì)差,同時(shí)也降低了生產(chǎn)率,降低模具壽命。在加壓壓力小時(shí),制件的強(qiáng)度、塑性指標(biāo)均隨保壓時(shí)間的延續(xù)而增加,在加壓壓力大時(shí),強(qiáng)度指標(biāo)下降,塑性指標(biāo)增大。由于研制的鋁輪轂為厚壁件,保壓時(shí)間設(shè)計(jì)為45s。<

108、/p><p><b>　　8、 脫模</b></p><p>　　擠壓鑄造毛坯卸壓后,一般應(yīng)立即脫模,但此時(shí)毛坯剛成形,出模溫度較高,硬度較低,強(qiáng)行出模易造成毛坯變形,因此在毛坯適當(dāng)水冷后,壓機(jī)頂出毛坯進(jìn)行退模。</p><p><b>　　9、 熱處理工藝</b></p><p>　　根據(jù)輪轂結(jié)構(gòu),在

109、擠壓鑄造后的輪轂底部機(jī)械加工出熱處理孔,然后進(jìn)行固溶處理。固溶處理溫度對(duì)鑄件的力學(xué)性能影響很大。溫度越高,強(qiáng)化元素溶解速度越快,數(shù)量越多,強(qiáng)化效果越好。但為了防止發(fā)生過燒,固溶處理應(yīng)略低于合金的過燒溫度。根據(jù)以往的試驗(yàn)結(jié)果:該合金固溶處理溫度為530 ℃時(shí)發(fā)生輕微過燒(出現(xiàn)復(fù)熔球) , 545 ℃時(shí)嚴(yán)重過燒(出現(xiàn)三角晶界) ,所以設(shè)定輪轂固溶處理溫度為(505 ±5) ℃[18]。</p><p>