汽車輪轂壓鑄模設計及其型芯加工仿真,汽車,輪轂,壓鑄,設計,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計，并且制定產品結構設計，工藝設計方案，模具設計的技術路線，最后利用三維軟件進行編程，加工出車輪轂的型芯模具。所謂的壓鑄，其實是將熔融狀態(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型腔的過程，然后保持壓力一段時間，使得金屬也冷卻凝固，從而得到質量均勻的鑄件。其工藝特點是效率極高，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，機械，電子，精密加工等領域有著廣泛的應用前景。日常生活中絕大部分的塑料產品都是由模具來完成的，效率之高可想而知。機床作為現(xiàn)代化機械，早在20世紀，中國就開始對機床這種機器開始應用，它的優(yōu)點很多，可以加工許多工件。早期的機床需要人力來操控，但隨著科技的不斷發(fā)展，數控機床的誕生，使得加工變得簡單，不僅提高的生產效率，同時也解放了很多的勞力，使得人們的觀念從勞力轉向智力，這可以說是歷史上一次機械革命。數控加工的好壞和數量上來看，從側面也能反映出一個國家的機械化行業(yè)水平。
關鍵詞：數控機床；型芯模具；數控加工
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本論文的研究內容和目標 2
1.3本項目的主要研究方法 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 5
2.2.3壓鑄缺陷 6
第三章 壓鑄機的選擇 7
3.1壓鑄機的類型 7
3.2壓鑄機重要參數的核算 9
3.2.1鎖模力的核算 9
3.2.2 壓鑄機校核 11
第四章 壓鑄結構分析 14
4.1模具設計分析 14
4.2輪壓鑄模具結構設計 14
4.2.1分型面設計 14
4.2.2澆注和排氣系統(tǒng)的設計 15
4.2.3液壓抽芯機構 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粗加工的各個參數設置及其刀具選擇 27
6.3半精加工 28
6.4精加工 30
6.5最后處理 31
結 論 32
致 謝 33
參考文獻 34
第一章 緒論
第一章 緒 論
隨著人們日益增長的物質需求的增加，在科學技術的不斷發(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備。由于我國人口眾多，對罐頭的需求量可想而知。據世界經濟發(fā)展預測的趨勢，中國將成為或已經成為世界上最大的加工基地。為了提高生產效率，必須設計出更先進的設備儀器，模具生產大大提高了勞動生產率。比如我設計模具，幾秒鐘就可以壓鑄出一個工件，這有利于汽車的生產，無害化，大大降低了生產成本和生產效率。
壓鑄模具是主要的金屬壓鑄的生產技術和設備，現(xiàn)代化的操作，如機械，汽車，電子制造業(yè)已得到廣泛應用。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，它也促進了國民經濟的增長。
鑄件結構設計及工業(yè)設計參數將會對壓鑄件的質量影響很大，所以在壓鑄件的設計方面，必須強調分析和疲勞強度計算，鑄造材料加工也應該通過測試。壓鑄模具成本較高，若不合理的設計和制造，會增加模具的成本，同時延長模具的生產周期，極大的經濟損失。壓鑄模具的成本是相當高的，所以壓鑄模具不適合小批量生產。
與此同時，因為，壓鑄模具生產和加工精度越來越高檔次，具有采用數控技術，使得過程變得更容易。數控機床被設定為現(xiàn)代機械和電控設備之一，可以實現(xiàn)精密機械，自動控制和自動檢測等一系列高精度的加工生產。在我國正在成為世界制造中心，這種形式，大量的數控機床，推廣應用制造業(yè)的振興已經成為中國經濟發(fā)展的重中之重。近年來，數控機床在中國的普及有一個全面的，很多工廠都實現(xiàn)了數字化生產，不僅提高了效率，而且勞動生產率的釋放，提高了人民的生活水平，所以NC的應用機床未來的發(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，汽車輪轂設計是比較大而寬，相對孔徑也越大，在該結構的中間對稱，提到一個新高水準的工藝要求。如鑄造要求在體無氣孔且沒有松動和裂紋等缺陷，它要求在加工參數和匹配精度設計嚴格控制，以達到所需的要求。在汽車的在這種情況下的快速發(fā)展，產量大，模具加工，使汽車輪轂變得相對簡單，效率顯著提高。
為了驗證在的優(yōu)點和缺點的模具在生產過程中，考慮到模具，優(yōu)化設計，本文所計算的應力和結構分析，進一步讓你知道模具的使用效果。與此同時，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容是汽車輪轂模具設計和數控編程的核心之下。在設計的前面，以確定壓鑄機的類型，設計方案中，模具的結構，并要求和研究方法的實施。
1.2本論文的研究內容和目標
這項研究的內容可分為：模具材料的選擇，模具的壓力檢查和計算，模具設計，模具核心處理和模擬。
研究的預期目標可分為：組織，然后在設計過程中需要的信息，學會發(fā)現(xiàn)，在與真正的儀表生產水平的組合，選擇合適的設計方案，所提出的設計路線，并確定模具裝配圖，提高運用各分支機構的知識，能看懂圖紙和修改的綜合能力。
1.3本項目的主要研究方法
本主題的變型設計和類比法來優(yōu)化設計，現(xiàn)有產品的基礎上，提高優(yōu)化設計，確定模具結構及壓鑄，壓鑄路線和布局位置。思想路線主要是：變型設計和類比方法
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。高壓和高溫下會產生鋁合金氧化夾雜物，包裹在金屬，這樣，當壓鑄件變得脆弱，容易疲勞損傷，將投入使用，該產品是危險的，這是不允許的。同時液態(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生化學反應，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，金屬本身具有高溫，隨溫度差和傳熱模腔時，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間的腔，模型層和較低的溫度，限制其膨脹，如此反復變化，容易使內部的拉伸應力，這在過去，往往可以使模具的疲勞極限，會產生模具表面變形，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，情況各個地方是不同的，他們的工作條件會有所不同。成型零件當與液態(tài)金屬直接接觸，最嚴重的部位的工作條件。由于注入時間也很短，在液態(tài)金屬的順序進不一致的空腔，液態(tài)金屬的流動的量各不相同，因此形成部分，每個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。鋅合金熔點溫度400℃;唯一的壓鑄鋁合金（熔點是600-700℃），壓鑄模腔表面溫度可高達600℃以上;死銅合金鑄件（熔點為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，低熔點合金壓鑄，金屬熱沖擊模鑄不嚴重大幅降低模鑄的使用壽命的表面上，壓鑄和高熔點合金。
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，由熱應力引起的熱傳遞; （2）壓鑄，五金模具材料化學和物理學; （3）在汽提器中，局部的機械應力。這些結果強調長期影響，會導致壓鑄模具材料的失敗。壓鑄模具的失效的主要形式是：（1）高速進入液態(tài)金屬，侵蝕造成的; （2）在粘合劑的化學侵蝕形式的腔的表面上; （3）熱應力導致的熱疲勞損傷; （4）抽芯機構或組織或彎曲。其中，如低熔點合金壓鑄鋁合金，腐蝕和機械侵蝕效應是模具失效的主要形式;對于高熔點合金壓鑄，壓鑄熱疲勞成型零件是失敗的主要形式;啟動或抽芯機構的強度和剛度不足，會導致彎曲或相關零件的斷裂。
2.1.2模鑄材料的性能應具有
（1）較大的高溫強度和韌性
（2）優(yōu)異的高溫耐磨損性和回火穩(wěn)定性和耐氧化性
（3）熱膨脹系數小，耐熱疲勞性，良好的熱傳導
（4）熔點高抗損傷
（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的氧化作用，而且還高溫下易和鋼鐵是生化反應，所以死變得非常重要的鋼鐵材料的選擇。
模具鋼有兩個決定因素：會不會產生粘膜，腔表面會不會出現(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，對鋁合金熔化溫度，模具材料的合理選擇是很重要的。有時，由于在高壓下操作中的壓鑄操作，導致在腔的表面上的材料和金屬之間也很強的壓縮，例如分子碰撞擠壓相互融合，可以很容易使鋁合金產生粘膜。亦可在高壓下的鋁合金液和模具材料產生化學反應，使銷到工件的內部缺陷，容易產生裂紋。不僅是高壓的作用壓鑄材料，在同一時間的高溫液態(tài)金屬的作用，材料的變形是很容易時，它被加熱時，膨脹的發(fā)生，這要求材料具有良好的韌性和硬度，變形和擴張隨著時間的流逝，工件會遇到冷收縮，在每一個處理，如此反復，經常過去，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，足夠高的強度，形狀和耐熱??性，并且也應具有良好的熱導率和低的熱膨脹系數，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。
模具在模具生產的工藝路線鑄造鋁合金一般為：鍛造球化退火 - 應付粗加工（65??0℃）的應力 - 精加工 - 熱處理 - 最終潛修 - 拋光 - 滲氮碳共滲透率（或氮氣） - 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。最后再進行回火。洛氏硬度達到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，和保持時間，使得液體金屬凝固，形成鑄造方法。他的特點是：高壓和高速。這是從其它鑄造方法區(qū)分。
鑄造下面的生產工藝。
圖2.2
2.2.2壓鑄的優(yōu)點
（1）可以制造以產生更復雜的工件
（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）可對其它材料在工件上的澆鑄設置
（5）鑄件更均勻密度的內部組織，并且它可以具有高強度和硬度
（6）生產效率高
下面圖為不同的材料和不同的鑄造方法的機械性能
圖2.3
2.2.3壓鑄缺陷
（1）鑄生產由工件的尺寸嚴格限制
（2）不適合用于小批量生產。
（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 壓鑄機的選擇
第三章 壓鑄機的選擇
3.1壓鑄機的類型
壓鑄機壓鑄生產所需的設備，他提供了能量，壓鑄，壓鑄生產的關鍵。為了獲得高品質的鑄件，必須選擇合適的壓鑄工藝參數，這是獲得高品質的壓鑄的前提。
我是在模具設計好的前提下，選擇合適的壓鑄機，所以我設計的壓鑄機的大小要和模具的尺寸相對應。
總之，選擇用于臥式冷室壓鑄機。
所謂的水平冷室壓鑄機，是指壓力室和噴射機構在同一水平，壓力室的中心線平行于所述模具的方向。
其特點是：
1.液態(tài)金屬到模腔依次較少，他消耗更少的壓力，同時，這有利于發(fā)揮增強器的作用，因此，壓力越大。
2.操作過程簡單，生產效率高，維修方便，易于實現(xiàn)自動化。
3.一般設置有兩個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行調整。
4.在室內空氣的接觸面積液態(tài)金屬是很大，但如果不當注射速度選擇時，容易涉足空氣和氧化渣。
5.與此不便壓鑄封入鑄造的方法，因為中心柵極壓鑄模具的結構更復雜
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
臥式冷室壓鑄機的基本參數
表3.1
根據表格參數（動模行程和澆注量），我所選擇的壓鑄機型號為J11125型臥式冷室壓鑄機。它的主要參數見下表。
J11125型臥式冷室壓鑄機的主要參數
表3.2
圖3.1
3.2壓鑄機重要參數的核算
3.2.1鎖模力的核算
壓鑄時，在高壓下金屬液以極快的速度填滿型腔，型腔內也瞬間壓力變得很大，這時，金屬液向四周擴張，試圖擠出模具，型腔內各個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．鎖模力的計算式為
主脹型力的計算：
F主=Ap10
式中：
2．分脹型力的計算：
本模具中設有4個方向的液壓側抽芯機構，在主分型面上會產生分型脹力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算：
如果已知這兩個量（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
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第三章 壓鑄機的選擇
圖中查出所選用的壓鑄機型號與壓室直徑。
圖3.2
3.2.2 壓鑄機校核
(1) 壓室實際容量核算：
設G室為壓鑄機壓室容量，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 壓鑄機的選擇
G澆應該滿足：
(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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