汽車輪轂壓鑄模設(shè)計(jì)及其型芯加工仿真,汽車,輪轂,壓鑄,設(shè)計(jì),及其,加工,仿真
摘 要
本課題主要研究和加工以鋁合金為材料的車輪轂設(shè)計(jì)，并且制定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)方案，模具設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，最后利用三維軟件進(jìn)行編程，加工出車輪轂的型芯模具。所謂的壓鑄，其實(shí)是將熔融狀態(tài)下或者半熔融狀態(tài)下的金屬液通過澆口倒入到型腔，然后施加很大的壓力，使得金屬液快速的充滿整個(gè)型腔的過程，然后保持壓力一段時(shí)間，使得金屬也冷卻凝固，從而得到質(zhì)量均勻的鑄件。其工藝特點(diǎn)是效率極高，無需金屬切削加工或只需少量切削加工，即可投入日常使用。壓鑄模具在汽車，輪船，機(jī)械，電子，精密加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。日常生活中絕大部分的塑料產(chǎn)品都是由模具來完成的，效率之高可想而知。機(jī)床作為現(xiàn)代化機(jī)械，早在20世紀(jì)，中國就開始對(duì)機(jī)床這種機(jī)器開始應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)很多，可以加工許多工件。早期的機(jī)床需要人力來操控，但隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的誕生，使得加工變得簡單，不僅提高的生產(chǎn)效率，同時(shí)也解放了很多的勞力，使得人們的觀念從勞力轉(zhuǎn)向智力，這可以說是歷史上一次機(jī)械革命。數(shù)控加工的好壞和數(shù)量上來看，從側(cè)面也能反映出一個(gè)國家的機(jī)械化行業(yè)水平。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；型芯模具；數(shù)控加工
II
Abstract
The main topic of research and processing of aluminum alloy as the material of the wheel hub design and development of product design, process design, mold design and technical route. Finally, three-dimensional software for programming, processed wheel hub core mold. The so-called die-casting, in fact, the molten metal in a molten state or a semi-molten state is poured into the cavity through the gate, then applying a lot of pressure, so that the liquid metal fast filled throughout the cavity, and then maintain the pressure for some time, so that the metal has cooled and solidified, to obtain a uniform quality castings. Which process is characterized by high efficiency, no or only a small amount of metal cutting machining, can be put into everyday use. Casting molds in the field of cars, ships, machinery, electronics, precision machining and other fields have broad application prospects. The vast majority of everyday plastic products are done by the mold, high efficiency can be imagined. As modern machinery and machine tools, as early as in the 20th century, China began to start such a machine tool applications, many of its advantages, many workpiece can be machined. Early machines required manpower to control, but with the continuous development of technology, the birth of CNC machine tools, making the process easier, not only increase productivity, but also liberated a lot of labor, so that people's ideas are turned from intellectual labor, this could be a mechanical revolution in history. CNC machining The quality and quantity point of view, from the side also reflects the level of mechanization of the industry of a country.
Key words: NC machining; NC verification; Machining environment; Help Files
目錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒 論 1
1.1圖像本課題的研究 2
1.2本論文的研究內(nèi)容和目標(biāo) 2
1.3本項(xiàng)目的主要研究方法 2
第二章 模鑄 3
2.1壓鑄模具材料 3
2.1.1工作條件和失效模式 3
2.1.2模鑄材料的性能應(yīng)具有 4
2.1.3鋁合金壓鑄模具鋼的合理選擇 4
2.2壓鑄成形 5
2.2.1壓鑄的特性 5
2.2.2壓鑄的優(yōu)點(diǎn) 5
2.2.3壓鑄缺陷 6
第三章 壓鑄機(jī)的選擇 7
3.1壓鑄機(jī)的類型 7
3.2壓鑄機(jī)重要參數(shù)的核算 9
3.2.1鎖模力的核算 9
3.2.2 壓鑄機(jī)校核 11
第四章 壓鑄結(jié)構(gòu)分析 14
4.1模具設(shè)計(jì)分析 14
4.2輪壓鑄模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.2.1分型面設(shè)計(jì) 14
4.2.2澆注和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
4.2.3液壓抽芯機(jī)構(gòu) 17
第五章 型芯的加工與仿真 18
5.1模具型芯加工工藝 18
5.2 車輪轂型芯的加工刀路 18
5.2.1 型芯粗加工 19
5.2.2 型芯的半精加工 20
5.2.3 型芯的清角加工 22
5.2.4 型芯的精加工 24
5.3 處理生成NC加工程序 26
第六章 下型芯的加工 27
6.1工件的安裝與定位 27
6.2粗加工的各個(gè)參數(shù)設(shè)置及其刀具選擇 27
6.3半精加工 28
6.4精加工 30
6.5最后處理 31
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
第一章 緒論
第一章 緒 論
隨著人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求的增加，在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以滿足這種需求，這種情況的出現(xiàn)，使得需要使用大量設(shè)備。由于我國人口眾多，對(duì)罐頭的需求量可想而知。據(jù)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測的趨勢，中國將成為或已經(jīng)成為世界上最大的加工基地。為了提高生產(chǎn)效率，必須設(shè)計(jì)出更先進(jìn)的設(shè)備儀器，模具生產(chǎn)大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。比如我設(shè)計(jì)模具，幾秒鐘就可以壓鑄出一個(gè)工件，這有利于汽車的生產(chǎn)，無害化，大大降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。
壓鑄模具是主要的金屬壓鑄的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，現(xiàn)代化的操作，如機(jī)械，汽車，電子制造業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。近年來，迅猛發(fā)展的勢頭，壓力鑄造業(yè)在中國帶來了大量的就業(yè)崗位，同時(shí)，它也促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的增長。
鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工業(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)將會(huì)對(duì)壓鑄件的質(zhì)量影響很大，所以在壓鑄件的設(shè)計(jì)方面，必須強(qiáng)調(diào)分析和疲勞強(qiáng)度計(jì)算，鑄造材料加工也應(yīng)該通過測試。壓鑄模具成本較高，若不合理的設(shè)計(jì)和制造，會(huì)增加模具的成本，同時(shí)延長模具的生產(chǎn)周期，極大的經(jīng)濟(jì)損失。壓鑄模具的成本是相當(dāng)高的，所以壓鑄模具不適合小批量生產(chǎn)。
與此同時(shí)，因?yàn)?，壓鑄模具生產(chǎn)和加工精度越來越高檔次，具有采用數(shù)控技術(shù)，使得過程變得更容易。數(shù)控機(jī)床被設(shè)定為現(xiàn)代機(jī)械和電控設(shè)備之一，可以實(shí)現(xiàn)精密機(jī)械，自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測等一系列高精度的加工生產(chǎn)。在我國正在成為世界制造中心，這種形式，大量的數(shù)控機(jī)床，推廣應(yīng)用制造業(yè)的振興已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重。近年來，數(shù)控機(jī)床在中國的普及有一個(gè)全面的，很多工廠都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化生產(chǎn)，不僅提高了效率，而且勞動(dòng)生產(chǎn)率的釋放，提高了人民的生活水平，所以NC的應(yīng)用機(jī)床未來的發(fā)展中起到了巨大的作用。
現(xiàn)代汽車正成為越來越高的要求舒適性和穩(wěn)定性，以提高舒適性，汽車輪轂設(shè)計(jì)是比較大而寬，相對(duì)孔徑也越大，在該結(jié)構(gòu)的中間對(duì)稱，提到一個(gè)新高水準(zhǔn)的工藝要求。如鑄造要求在體無氣孔且沒有松動(dòng)和裂紋等缺陷，它要求在加工參數(shù)和匹配精度設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制，以達(dá)到所需的要求。在汽車的在這種情況下的快速發(fā)展，產(chǎn)量大，模具加工，使汽車輪轂變得相對(duì)簡單，效率顯著提高。
為了驗(yàn)證在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的模具在生產(chǎn)過程中，考慮到模具，優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文所計(jì)算的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)一步讓你知道模具的使用效果。與此同時(shí)，鑒于市場的合理改善目前的模具，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
1.1圖像本課題的研究
本課題研究的主要內(nèi)容是汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)和數(shù)控編程的核心之下。在設(shè)計(jì)的前面，以確定壓鑄機(jī)的類型，設(shè)計(jì)方案中，模具的結(jié)構(gòu)，并要求和研究方法的實(shí)施。
1.2本論文的研究內(nèi)容和目標(biāo)
這項(xiàng)研究的內(nèi)容可分為：模具材料的選擇，模具的壓力檢查和計(jì)算，模具設(shè)計(jì)，模具核心處理和模擬。
研究的預(yù)期目標(biāo)可分為：組織，然后在設(shè)計(jì)過程中需要的信息，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在與真正的儀表生產(chǎn)水平的組合，選擇合適的設(shè)計(jì)方案，所提出的設(shè)計(jì)路線，并確定模具裝配圖，提高運(yùn)用各分支機(jī)構(gòu)的知識(shí)，能看懂圖紙和修改的綜合能力。
1.3本項(xiàng)目的主要研究方法
本主題的變型設(shè)計(jì)和類比法來優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，提高優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定模具結(jié)構(gòu)及壓鑄，壓鑄路線和布局位置。思想路線主要是：變型設(shè)計(jì)和類比方法
6
第二章 模鑄
第二章 模鑄
2.1壓鑄模具材料
2.1.1工作條件和失效模式
在金屬鑄造，金屬液以高壓（150-500兆帕），高速（150-70米/秒）到空腔中，在模具表面擠壓，變形，液體金屬在高壓下的可以附著在模具的表面上。高壓和高溫下會(huì)產(chǎn)生鋁合金氧化夾雜物，包裹在金屬，這樣，當(dāng)壓鑄件變得脆弱，容易疲勞損傷，將投入使用，該產(chǎn)品是危險(xiǎn)的，這是不允許的。同時(shí)液態(tài)金屬，有些人可能甚至滲透到模具中，夾雜物和模具表面的表面也有可能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而加速腐蝕的發(fā)生和裂紋的表面上;腔表面除了受壓力等，也受高溫時(shí)，金屬本身具有高溫，隨溫度差和傳熱模腔時(shí)，所以很容易使液體金屬凝固不均勻，由于快速膨脹在高溫使得在同一時(shí)間的腔，模型層和較低的溫度，限制其膨脹，如此反復(fù)變化，容易使內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，這在過去，往往可以使模具的疲勞極限，會(huì)產(chǎn)生模具表面變形，局部開始出現(xiàn)裂縫，這就是所謂的熱疲勞失效。
在同樣的壓鑄模具，情況各個(gè)地方是不同的，他們的工作條件會(huì)有所不同。成型零件當(dāng)與液態(tài)金屬直接接觸，最嚴(yán)重的部位的工作條件。由于注入時(shí)間也很短，在液態(tài)金屬的順序進(jìn)不一致的空腔，液態(tài)金屬的流動(dòng)的量各不相同，因此形成部分，每個(gè)部分和熱的同一部分的甚至不同部分被也不同。柵極被加熱的最具戲劇性的，在同一時(shí)間，溫度是最高的;空腔的表面上，金屬液直接接觸加熱是僅次于柵極的狀況;其它不接觸比低溫度直接接觸的金屬部分，溫度差較小。
所需要的合金材料的不同工況條件壓鑄模具有很大差異。鋅合金熔點(diǎn)溫度400℃;唯一的壓鑄鋁合金（熔點(diǎn)是600-700℃），壓鑄模腔表面溫度可高達(dá)600℃以上;死銅合金鑄件（熔點(diǎn)為900-1000℃），澆鑄模腔溫度800℃以上的表面上;黑色金屬壓鑄，溫度變得更高。因此，低熔點(diǎn)合金壓鑄，金屬熱沖擊模鑄不嚴(yán)重大幅降低模鑄的使用壽命的表面上，壓鑄和高熔點(diǎn)合金。
分析表明，在模鑄主要由以下三種壓力的工作過程：（1）在填充的過程中，由熱應(yīng)力引起的熱傳遞; （2）壓鑄，五金模具材料化學(xué)和物理學(xué); （3）在汽提器中，局部的機(jī)械應(yīng)力。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)長期影響，會(huì)導(dǎo)致壓鑄模具材料的失敗。壓鑄模具的失效的主要形式是：（1）高速進(jìn)入液態(tài)金屬，侵蝕造成的; （2）在粘合劑的化學(xué)侵蝕形式的腔的表面上; （3）熱應(yīng)力導(dǎo)致的熱疲勞損傷; （4）抽芯機(jī)構(gòu)或組織或彎曲。其中，如低熔點(diǎn)合金壓鑄鋁合金，腐蝕和機(jī)械侵蝕效應(yīng)是模具失效的主要形式;對(duì)于高熔點(diǎn)合金壓鑄，壓鑄熱疲勞成型零件是失敗的主要形式;啟動(dòng)或抽芯機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不足，會(huì)導(dǎo)致彎曲或相關(guān)零件的斷裂。
2.1.2模鑄材料的性能應(yīng)具有
（1）較大的高溫強(qiáng)度和韌性
（2）優(yōu)異的高溫耐磨損性和回火穩(wěn)定性和耐氧化性
（3）熱膨脹系數(shù)小，耐熱疲勞性，良好的熱傳導(dǎo)
（4）熔點(diǎn)高抗損傷
（5）良好的淬透性，熱處理變形小
（6）良好的切削加工性能
（7）內(nèi)部組織，即使沒有缺陷
2.1.3鋁合金壓鑄模具鋼的合理選擇
鋁合金本身具有很強(qiáng)的氧化作用，而且還高溫下易和鋼鐵是生化反應(yīng)，所以死變得非常重要的鋼鐵材料的選擇。
模具鋼有兩個(gè)決定因素：會(huì)不會(huì)產(chǎn)生粘膜，腔表面會(huì)不會(huì)出現(xiàn)因熱疲勞裂紋的效果。使用不同的材料，在模具的表面溫度只是有明顯的變化，因此，對(duì)鋁合金熔化溫度，模具材料的合理選擇是很重要的。有時(shí)，由于在高壓下操作中的壓鑄操作，導(dǎo)致在腔的表面上的材料和金屬之間也很強(qiáng)的壓縮，例如分子碰撞擠壓相互融合，可以很容易使鋁合金產(chǎn)生粘膜。亦可在高壓下的鋁合金液和模具材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使銷到工件的內(nèi)部缺陷，容易產(chǎn)生裂紋。不僅是高壓的作用壓鑄材料，在同一時(shí)間的高溫液態(tài)金屬的作用，材料的變形是很容易時(shí)，它被加熱時(shí)，膨脹的發(fā)生，這要求材料具有良好的韌性和硬度，變形和擴(kuò)張隨著時(shí)間的流逝，工件會(huì)遇到冷收縮，在每一個(gè)處理，如此反復(fù)，經(jīng)常過去，發(fā)生工件的熱疲勞破壞。所以需要鋁合金壓鑄模具鋼必須具有高耐回火性，足夠高的強(qiáng)度，形狀和耐熱??性，并且也應(yīng)具有良好的熱導(dǎo)率和低的熱膨脹系數(shù)，等等。在工藝性能，特別要求是提高熱治療變形，具有良好的碳和氮共滲透率或滲氮工藝性能。首先，我選擇的材料是低碳鉻鋼中氮。低碳鉻鋼氮用于制造鋁壓鑄模具鋼的碳含量較低，冷熱疲勞性能好，鋁合金壓鑄模具，壽命也更高。
模具在模具生產(chǎn)的工藝路線鑄造鋁合金一般為：鍛造球化退火 - 應(yīng)付粗加工（65??0℃）的應(yīng)力 - 精加工 - 熱處理 - 最終潛修 - 拋光 - 滲氮碳共滲透率（或氮?dú)猓?- 部件。
低碳鉻鋼氮淬火及回火工藝：在565-565℃回火1010年至1050℃加熱，油淬火一次。最后再進(jìn)行回火。洛氏硬度達(dá)到35?39 HRC。
下面是我用鋁合金加工模芯
。
圖2.1
2.2壓鑄成形
2.2.1壓鑄的特性
壓鑄是金屬的液體或泵入所述腔的半固體金屬熔融狀態(tài)，和大量的上壓力室的壓力，使金屬快速填充空腔，和保持時(shí)間，使得液體金屬凝固，形成鑄造方法。他的特點(diǎn)是：高壓和高速。這是從其它鑄造方法區(qū)分。
鑄造下面的生產(chǎn)工藝。
圖2.2
2.2.2壓鑄的優(yōu)點(diǎn)
（1）可以制造以產(chǎn)生更復(fù)雜的工件
（2）高的材料利用率。
（3）壓鑄成形的工件的尺寸精度越高，表面粗糙度低
（4）可對(duì)其它材料在工件上的澆鑄設(shè)置
（5）鑄件更均勻密度的內(nèi)部組織，并且它可以具有高強(qiáng)度和硬度
（6）生產(chǎn)效率高
下面圖為不同的材料和不同的鑄造方法的機(jī)械性能
圖2.3
2.2.3壓鑄缺陷
（1）鑄生產(chǎn)由工件的尺寸嚴(yán)格限制
（2）不適合用于小批量生產(chǎn)。
（3）壓鑄的氧化分子往往存在，也有氣孔等可能的缺陷
（4）壓鑄合金的種類受到限制。
第三章 壓鑄機(jī)的選擇
第三章 壓鑄機(jī)的選擇
3.1壓鑄機(jī)的類型
壓鑄機(jī)壓鑄生產(chǎn)所需的設(shè)備，他提供了能量，壓鑄，壓鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵。為了獲得高品質(zhì)的鑄件，必須選擇合適的壓鑄工藝參數(shù)，這是獲得高品質(zhì)的壓鑄的前提。
我是在模具設(shè)計(jì)好的前提下，選擇合適的壓鑄機(jī)，所以我設(shè)計(jì)的壓鑄機(jī)的大小要和模具的尺寸相對(duì)應(yīng)。
總之，選擇用于臥式冷室壓鑄機(jī)。
所謂的水平冷室壓鑄機(jī)，是指壓力室和噴射機(jī)構(gòu)在同一水平，壓力室的中心線平行于所述模具的方向。
其特點(diǎn)是：
1.液態(tài)金屬到模腔依次較少，他消耗更少的壓力，同時(shí)，這有利于發(fā)揮增強(qiáng)器的作用，因此，壓力越大。
2.操作過程簡單，生產(chǎn)效率高，維修方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
3.一般設(shè)置有兩個(gè)澆筑的中心和偏心的位置，并且可以在偏心的中心和任意之間進(jìn)行調(diào)整。
4.在室內(nèi)空氣的接觸面積液態(tài)金屬是很大，但如果不當(dāng)注射速度選擇時(shí)，容易涉足空氣和氧化渣。
5.與此不便壓鑄封入鑄造的方法，因?yàn)橹行臇艠O壓鑄模具的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜
6.是最廣泛使用的類型，通常在鋁，鎂，銅合金壓鑄使用，也可用于鐵合金壓鑄
臥式冷室壓鑄機(jī)的基本參數(shù)
表3.1
根據(jù)表格參數(shù)（動(dòng)模行程和澆注量），我所選擇的壓鑄機(jī)型號(hào)為J11125型臥式冷室壓鑄機(jī)。它的主要參數(shù)見下表。
J11125型臥式冷室壓鑄機(jī)的主要參數(shù)
表3.2
圖3.1
3.2壓鑄機(jī)重要參數(shù)的核算
3.2.1鎖模力的核算
壓鑄時(shí)，在高壓下金屬液以極快的速度填滿型腔，型腔內(nèi)也瞬間壓力變得很大，這時(shí)，金屬液向四周擴(kuò)張，試圖擠出模具，型腔內(nèi)各個(gè)地方都受到壓力作用，這種力通常稱作脹型力。使之不讓它脹開的力稱為鎖模力。為了防止壓鑄模脹開，鎖模力要大于脹型力。
1．鎖模力的計(jì)算式為
主脹型力的計(jì)算：
F主=Ap10
式中：
2．分脹型力的計(jì)算：
本模具中設(shè)有4個(gè)方向的液壓側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，在主分型面上會(huì)產(chǎn)生分型脹力F分，其液壓分型脹力為：
F分=[ A芯ptanα-F插]
式中：
液壓抽芯器可按下式計(jì)算：
如果已知這兩個(gè)量（模具分型面上鑄件總投影面積與選用的壓射壓力），則可從下
35
第三章 壓鑄機(jī)的選擇
圖中查出所選用的壓鑄機(jī)型號(hào)與壓室直徑。
圖3.2
3.2.2 壓鑄機(jī)校核
(1) 壓室實(shí)際容量核算：
設(shè)G室為壓鑄機(jī)壓室容量，L為壓室與澆口套的有效長度和，D為壓室直徑，則壓室容量為：
G室=π4D2Lρ
第三章 壓鑄機(jī)的選擇
G澆應(yīng)該滿足：
(2) 模具開模距離與閉合高度：
模具閉合高度必須要滿足的條件為：Hmin
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