汽車輪轂壓鑄成型工藝與模具設(shè)計開題報告

1、本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告（含論文綜述）學(xué)院：機(jī)械與控制工程學(xué)院所屬教研室：機(jī)械工程教研室課題名稱：汽車輪轂壓鑄成型工藝與模具設(shè)計 專業(yè)(方向)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級： 機(jī)械12-1班 學(xué)生： 李明 學(xué)號： 3150917126 指導(dǎo)教師： 職稱：講師開題日期： 2016年1月10日畢業(yè)設(shè)計（論文）選題的目的和意義（一）課題名稱 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，對模具的要求也越來越

2、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，從有經(jīng)驗的鉗工師傅為主導(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(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特，傳統(tǒng)的模具設(shè)計及制造方法很難滿足要求。而采用Pro/E對汽車輪轂?zāi)Ｐ蛯嶓w設(shè)計以及模具設(shè)計將解決這一設(shè)計難題，使得設(shè)計過程簡便、快捷、可靠。然而在當(dāng)今汽

3、車技術(shù)高速發(fā)展的時代，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)中處于落后與被動地位，因此，我國必須加大對汽車技術(shù)研發(fā)的力度，發(fā)明出更新更先進(jìn)的技術(shù)，跟上世界各個汽車大國的技術(shù)水平。（二）輪轂國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、國內(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(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

4、%。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，將鎂合金用于汽車，摩托車結(jié)構(gòu)，特別是高速運動構(gòu)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(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。

5、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種零件已通過臺架試驗和道路試驗，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(jì)六七十年代開始發(fā)展

6、擠壓鑄造，20世紀(jì)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25.50kg的坦克鋁合金負(fù)重輪以及大型載重汽車鋁輪轂等。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)驗交流會，介紹了國內(nèi)先進(jìn)的低壓鑄造設(shè)備和工藝3。2、國外研究現(xiàn)狀國外對輪轂材料的研究發(fā)展的比較迅速。20世紀(jì)初，當(dāng)鋼鐵制汽車輪轂已經(jīng)運用的

7、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(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(jì)20年代就開始用砂型鑄造賽車用鋁合金輪轂，其設(shè)計與制造技術(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。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(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1

8、990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(jì)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kg/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。在歐洲一些車型上， 鎂合金用量大約為kg/輛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(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；日本豐田公司的輪轂廠擁有14臺VSCl5

9、00VSCl800擠壓鑄造設(shè)備，年產(chǎn)400多萬只高檔汽車鋁輪；日本的日產(chǎn)汽車、馬自達(dá)、Art、Umold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。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(yīng)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(shè)備有了一個飛躍。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

10、汽車輪轂，其后美國、日本、西德相繼發(fā)展6。三、 研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(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案設(shè)計、模具設(shè)計的技術(shù)路線，熟練掌握汽車零件設(shè)計和開發(fā)的流程，通過借助CAD、CAE等工具，對汽車輪轂結(jié)構(gòu)與性能、模具造型、鑄造工藝等進(jìn)行設(shè)計。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(jié)汽車輪轂擠壓鑄造模具要點，并通過對模具型腔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，掌握汽車輪轂?zāi)＞叩脑O(shè)計過程了解鑄造的基本工藝，熟練應(yīng)用Pro/E、CAD等繪圖軟件，并具有一定的實驗技能和生產(chǎn)

11、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(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)和應(yīng)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(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)

12、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(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

13、工業(yè)已經(jīng)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。模具設(shè)計是保證轎車輪轂質(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特，傳統(tǒng)的模具設(shè)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(shè)計以及模具設(shè)計將解決這一設(shè)計難題，使得設(shè)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(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

14、接在壓力下結(jié)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(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全自動擠壓鑄造設(shè)備,每臺設(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過程都由計算機(jī)來控制,自動化程度非常高。國內(nèi)也在廣

15、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(zhì)量達(dá)到了國外同類產(chǎn)品先進(jìn)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。四、設(shè)計的主要內(nèi)容擬解決的主要問題產(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、工藝方案設(shè)計、模具設(shè)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(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，分為以下幾個內(nèi)容：1研究的主要內(nèi)容（1）輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)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?zāi)＞叩脑O(shè)計2擬解決的主要問題 （1）零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （2）汽車輪轂成型工藝的設(shè)計 （

16、3）完成輪轂壓鑄模具的設(shè)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(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)計為了充分發(fā)揮擠壓鑄造技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)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。五、研究方案 主要的技術(shù)方案如下圖所示：進(jìn)度安排 1、開題論證階段：查找資料，確定畢業(yè)設(shè)計實施方案。 2周（共2周）2、分析、研究、設(shè)計、實施、報告編寫階段。 311周（共9周）3、論文審核修改階段：指導(dǎo)教師審閱論文，提出修改意見，學(xué)生編輯修論文，學(xué)生論文打印稿經(jīng)指導(dǎo)老師評定之后交給評閱教師評閱。 1214周（共3周）4、畢業(yè)答辯階段： 15周（共1周）5、畢業(yè)設(shè)計工作總結(jié)階段。 1617周（共2周)七、主要參考文獻(xiàn)目錄 1 朱利民國內(nèi)鋁輪轂制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展. 2 曉青鎂合金在汽車上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢J上海汽車，2005(3)：38-40.3 李雙壽汽車用輕合金輪轂的發(fā)展及展望J鑄造縱橫，2006，1：28-32.4 鄭祥健. 鋁合金輪轂的生產(chǎn)和市場現(xiàn)狀. 輕合金加工技術(shù).2004.5 Masas