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華東交通大學理工學院 本科生畢業(yè)設計 論文 開題報告 題 目 罩殼 壓鑄模具設計 分 院 機電分院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級 材料 2 班 學 號 20060410210210 姓 名 曾智洋 指導教師 莊文瑋 填表日期 2010 年 03 月 23 日 一 目 的 及 意 義 壓 鑄 是 一 種 合 金 液 在 高 壓 作 用 下 高 速 填 充 型 腔 并 在 高 壓 下 凝 固 形 成 鑄 件 的 特 殊 鑄 造 方 法 主 要 用 于 有 色 金 屬 如 鋅 合 金 鋁 合 金 鎂 合 金 銅 合 金 等 其 主 要 特 點 是 高 壓 和 高 速 常 用 壓 力 為 數 十 甚 至 上 百 兆 帕 填 充 速 度 內 澆 口 速 度 約 為 16 80 米 秒 金 屬 液 填 充 模 具 型 腔 的 時 間 極 短 約 為 0 01 0 2 秒 作 為 一 種 少 無 切 削 的 成 形 方 法 壓 鑄 具 有 生 產 效 率 高 鑄 件 尺 寸 精 度 高 表 面 粗 糙 度 好 經 濟 指 標 優(yōu) 良 的 優(yōu) 點 可 以 節(jié) 省 大 量 機 加 工 工 序 和 設 備 節(jié) 約 原 材 料 在 節(jié) 能 降 耗 追 求 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 浪 潮 中 壓 鑄 在 在 制 造 業(yè) 尤 其 是 規(guī) 模 化 產 業(yè) 獲 得 了 廣 泛 的 應 用 和 迅 速 的 發(fā) 展 就 世 界 范 圍 而 言 壓 鑄 業(yè) 發(fā) 展 的 主 要 推 動 力 是 汽 車 業(yè) 的 發(fā) 展 這 是 由 于 汽 車 生 產 商 追 求 整 車 輕 量 化 的 原 因 由 于 鋁 的 質 量 比 較 輕 在 汽 車 業(yè) 中 鋁 合 金 是 應 用 最 廣 泛 發(fā) 展 最 快 的 輕 金 屬 鋁 合 金 在 汽 車 工 業(yè) 中 的 應 用 以 壓 鑄 為 主 要 工 藝 壓 鑄 占 全 部 鑄 造 方 法 的 55 左 右 我 國 鋁 合 金 壓 鑄 件 占 主 導 地 位 其 應 用 范 圍 正 在 不 斷 擴 大 年 產 量 持 續(xù) 上 升 過 去 鋁 合 金 鑄 件 多 用 于 變 速 箱 汽 缸 頭 油 泵 化 油 器 等 不 受 強 烈 沖 擊 的 外 殼 由 于 汽 車 需 要 更 薄 壁 和 更 強 韌 的 結 構 件 能 夠 熱 處 理 和 焊 接 的 高 品 質 壓 鑄 件 的 應 用 范 圍 也 越 來 越 大 采 用 鋁 合 金 真 空 壓 鑄 的 底 盤 結 構 件 正 在 逐 漸 取 代 鋼 鐵 鑄 件 或 鍛 件 伴 隨 著 汽 車 壓 鑄 件 的 功 能 和 應 用 領 域 的 不 斷 擴 大 壓 鑄 業(yè) 獲 得 了 前 所 未 有 的 發(fā) 展 機 遇 市 場 競 爭 不 斷 加 劇 壓 鑄 件 正 在 向 大 型 化 復 雜 化 及 高 性 能 的 方 向 發(fā) 展 在 這 種 情 況 下 必 須 不 斷 提 高 壓 鑄 件 產 品 質 量 降 低 生 產 成 本 加 速 新 品 交 付 周 期 才 能 提 升 企 業(yè) 的 核 心 競 爭 力 壓 鑄 模 設 計 在 壓 鑄 生 產 中 起 著 至 關 重 要 的 作 用 高 新 技 術 特 別 是 計 算 機 技 術 在 壓 鑄 模 設 計 中 的 應 用 明 顯 地 提 高 了 壓 鑄 設 計 質 量 促 進 了 壓 鑄 業(yè) 的 飛 速 發(fā) 展 目 前 壓 鑄 生 產 常 用 的 計 算 機 技 術 包 括 CAD 計 算 機 輔 助 壓 鑄 模 設 計 技 術 CAE 計 算 機 模 擬 分 析 技 術 CAM 計 算 機 輔 助 制 造 技 術 以 及 RPM 快 速 原 型 制 造 等 這 些 技 術 是 改 造 傳 統 生 產 方 式 的 關 鍵 技 術 它 以 計 算 機 軟 件 的 形 式 為 用 戶 提 供 多種 有 效 的 輔 助 工 具 使 工 程 技 術 人 員 能 借 助 計 算 機 對 產 品 模 具 結 構 壓 鑄工 藝 數 控 加 工 及 成 本 等 進 行 設 計 和 優(yōu) 化 其 中 CAD 改 變 了 壓 鑄 模 設 計 中 傳 統 的 手 工 畫 圖 的 模 式 不 僅 能 輕 松 完 成 復 雜 零 件 的 壓 鑄 模 設 計 拓 寬 了 壓 鑄 件 的 產 品 范 圍 而 且 減 輕 了 設 計 勞 動 強 度 將 設 計 人 員 從 從 繁 冗 的 繪 圖 和 計 算 中 解 放 出 來 以 從 事 更 多 的 創(chuàng) 造 性 工 作 同 時 CAD 技 術 的 應 用 為 后 續(xù) 的 CAM 和 CAE 奠 定 了 基 礎 從 而 為 提 高 壓 鑄 模 設 計 和 加 工 質 量 提 高 新 品 開 發(fā) 速 度 降 低 壓 鑄 模 設 計 和 制 造 成 本 縮 短 壓 鑄 件 開 發(fā) 周 期 創(chuàng) 造 了 極 為 有 利 的 條 件 是 未 來 壓 鑄 模 設 計 的 發(fā) 展 方 向 本 次 畢 業(yè) 設 計 正 是 利 用 CAD 技 術 來 完 成 閥 蓋 壓 鑄 模 的 設 計 通 過 本 次 畢 業(yè) 設 計 不 僅 可 以 鞏 固 所 學 的 理 論 知 識 還 可 以 培 養(yǎng) 運 用 所 學 專 業(yè) 理 論 知 識 的 能 力 同 時 提 高 了 應 用 Pro E 軟 件 的 能 力 因 而 是 一 次 很 好 的 理 論 和 實 踐 相 結 合 的 鍛 煉 機 會 本 次 畢 業(yè) 設 計 源 于 生 產 實 際 對 于 我 們 今 后 從 事 實 際 技 術 工 作 有 很 大 的 幫 助 有 利 于 我 們 掌 握 壓 鑄 模 設 計 的 過 程 和 要 點 熟 悉Pro E 軟 件 在 壓 鑄 模 設 計 中 的 應 用 步 驟 為 日 后 的 工 作 打 下 一 個 堅 實 的 基 礎 二 國 外 壓 鑄 現 狀 及 國 內 壓 鑄 的 發(fā) 展 特 點 2 1 國 外 壓 鑄 業(yè) 現 狀 由 于 科 學 技 術 水 平 的 提 高 和 經 濟 的 發(fā) 展 以 轎 車 為 主 體 的 汽 車 工 業(yè) 的 蓬 勃 發(fā) 展 加 速 了 壓 鑄 工 業(yè) 水 平 的 提 升 總 體 來 說 無 論 是 發(fā) 展 中 國 家 還 是 發(fā) 達 國 家 壓 鑄 工 業(yè) 都 是 在 發(fā) 展 中 以 美 國 日 本 德 國 等 為 代 表 的 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 雖 然 工 業(yè) 發(fā) 展 處 于 平 衡 或 有 時 下 降 特 別 是 鑄 造 業(yè) 在 上 世 紀 九 十 年 代處 于 產 量 降 低 時 期 但 由 于 汽 車 輕 量 化 日 益 受 到 重 視 許 多 鑄 鐵 件 已 被 鑄 鋁件 所 代 替 鎂 鑄 件 的 生 產 及 市 場 也 在 迅 速 擴 大 使 得 壓 鑄 業(yè) 的 技 術 上 平 和 生產 規(guī) 模 不 斷 上 升 美 國 是 名 符 其 實 的 壓 鑄 件 生 產 大 國 美 國 的 壓 鑄 工 業(yè) 很 發(fā) 達 產 量 和 技 術 都 屬 全 球 首 位 美 國 壓 鑄 業(yè) 的 發(fā) 展 對 全 球 有 一 定 的 影 響 近 年 來 保 持 略 有 增 長 由 于 汽 車 工 業(yè) 對 壓 鑄 件 需 求 的 急 劇 增 長 在 本 國 總 體 經 濟 不 景 氣 的 背 景 下 日 本 壓 鑄 取 得 了 令 人 驚 異 的 增 長 速 度 壓 鑄 年 產 量 不 斷 創(chuàng) 出 新 高 德 國 鎂 壓 鑄 件 的 產 量 在 大 幅 度 的 增 加 另 一 方 面 企 業(yè) 之 間 的 兼 并 和 重 組 的 趨 勢 也 在 加 劇 為 緩 解 競 爭 壓 力 降 低 成 本 發(fā) 達 國 家 壓 鑄 廠 家 紛 紛 移 師 海 外 發(fā) 展 同 時 國 際 上 大 型 汽 車 廠 家 的 零 部 件 采 購 進 入 全 球 化 時 代 在 這 種 大 環(huán) 境 中 發(fā) 展 中 國 家 的 壓 鑄 業(yè) 獲 得 了 難 得 的 機 遇 近 10 年 來 的 發(fā) 展 非 常 迅 速 中 國 平 均 年 增 長 率 在 10 以 上 東 南 亞 地 區(qū) 和 中 國 臺 灣 地 區(qū) 都 非 常 活 躍 世 界 各 國 壓 鑄 件 的 產 量 及 市 場 狀 況 表 1 統 計 數 據 表 明 大 多 數 國 家 的 鋁 合 金 壓 鑄 件 占 總 量 的 70 左 右 鋅 合 金 壓 鑄 件 僅 次 于 鋁 合 金 壓 鑄 件 每 個 國 家 都 是 汽 車 制 造 業(yè) 驅 動 著 壓 鑄 行 業(yè) 汽 車 業(yè) 使 用 的 壓 鑄 件 不 低 于 48 美 國 多 者 可 達 80 日 本 表 1 世 界 各 國 壓 鑄 件 的 產 量 及 市 場 狀 況 壓鑄件產量 t D 或者 E 各行業(yè)所占的市場份額比例 國家 A B C D E E F G H I J K L 中國 2089 93 1724 7271 2 157 5 116 6 64 5 11 4 5 4 9 9 5 7 8 8 日本 7118 2120 4086 930 28 79 6 8 6 5 4 7 6 88 4 9 8 7 西班 牙 8600 0 2300 0 65 15 65 16 3 5 0 8 2 5 德國 2714 25 3872 6591 5 215 72 61 2 1 4 3 8 5 0 8 27 5 印度 1750 00 5200 250 60 5 10 20 墨西 哥 50 33 加拿 大 8205 6 1094 6 2150 0 60 11 49 5 13 2 美國 6118 12 2059 3 1737 28 430 160 48 11 8 11 澳大 利亞 5400 0 300 6000 90 80 20 注 A 鋁 合 金 B 鎂 合 金 C 鋅 合 金 D 壓 鑄 廠 數 量 E 壓 鑄 車 間 數 量 F 汽 車 G 日 用 器 具 H 機 械 工 業(yè) I 電 機 電 器 J 電 子 工 業(yè) K 國 防 工 業(yè) L 其 他 2 2 國 內 壓 鑄 業(yè) 的 發(fā) 展 特 點 我 國 壓 鑄 業(yè) 經 歷 了 半 個 世 紀 的 發(fā) 展 特 別 是 近 l0 余 年 來 由 于 國 民 經 濟 的 高 速 發(fā) 展 汽 車 摩 托 車 工 業(yè) 的 突 飛 猛 進 推 動 了 壓 鑄 生 產 的 迅 速 增 長 壓 鑄 業(yè) 的 市 場 前 景 持 續(xù) 看 好 壓 鑄 企 業(yè) 和 從 業(yè) 人 員 增 多 規(guī) 模 擴 大 壓 鑄 件 正在 向 大 型 化 復 雜 化 薄 壁 化 高 性 能 化 高 精 度 化 以 及 集 成 化 方 向 發(fā) 展 如 東 風 本 田 東 風 日 產 以 及 上 海 皮 爾 伯 格 公 司 都 已 經 實 現 轎 車 鋁 合 金 缸 體 的大 批 量 生 產 壓 鑄 市 場 的 發(fā) 展 得 益 于 壓 鑄 技 術 的 進 步 這 些 先 進 技 術 的 應 用 為 高 質 量 壓 鑄 件 的 大 量 生 產 創(chuàng) 造 了 條 件 總 的 說 來 我 國 壓 鑄 業(yè) 技 術 的 發(fā) 展 具 有 下 列 特 點 1 壓 鑄 設 備 能 力 提 升 壓 鑄 機 的 自 動 化 程 度 出 現 飛 躍 由 于 國 內 制 造 水 平 的 整 體 提 高 和 引 進 先 進 的 計 算 機 控 制 技 術 我 國 的 壓 鑄 機 制 造 能 力 大 幅 提 升 出 現 了 許 多 具 備 較 強 技 術 實 力 的 大 型 壓 鑄 機 制 造 廠 商 如 深 圳 領 威 科 技 公 司 無 錫 新 佳 盛 公 司 等 2 壓 鑄 模 制 造 水 平 大 幅 提 高 壓 鑄 模 制 造 周 期 縮 短 壓 鑄 模 使 用 得 以 延 長 壽 命 除 了 選 用 優(yōu) 秀 的 熱 作 模 具 鋼 外 大 型 模 具 廠 家 紛 紛 采 用 數 控 加 工 電 火 花 線 切 割 和 模 具 拋 光 技 術 來 提 高 模 具 精 度 和 表 面 質 量 采 用 真 空 淬 火 等 熱 處 理 工 藝 來 提 高 模 具 的 硬 度 和 剛 性 3 大 量 壓 鑄 新 工 藝 得 到 應 用 為 降 低 鑄 件 廢 品 率 改 善 壓 鑄 件 的 熱 處 理 性 能 和 焊 接 性 能 真 空 壓 鑄 技 術 半 固 態(tài) 技 術 擠 壓 鑄 造 技 術 被 應 用 到 壓 鑄 生 產 中 4 壓 鑄 新 材 料 的 研 究 和 應 用 得 到 推 廣 一 些 改 善 了 合 金 性 能 的 復 合 材 料 正 在 從 科 研 院 校 鑄 件 應 用 到 企 業(yè) 生 產 實 踐 中 鎂 合 金 壓 鑄 的 應 用 更 是 遍 地 開 花 從 熔 煉 壓 鑄 表 面 處 理 到 回 收 再 利 用 形 成 了 完 整 的 產 業(yè) 鏈 正 在 產 生 規(guī) 模 效 益 5 CAD CAM CAE 技 術 是 提 高 壓 鑄 技 術 水 平 的 重 要 途 徑 能 明 顯 提 升 企 業(yè) 的 競 爭 力 因 而 得 到 廣 泛 應 用 CAD CAM 技 術 在 國 內 的 應 用 日 益 成 熟 CAE 技 術 也 越 來 越 受 到 大 型 企 業(yè) 的 重 視 6 先 進 的 管 理 理 念 被 導 入 到 企 業(yè) 的 日 常 管 理 中 如 TS16949 質 量 體 系 豐 田 模 式 日 產 模 式 等 加 強 了 壓 鑄 生 產 過 程 的 控 制 有 效 地 降 低 了 企 業(yè) 的 浪 費 三 主 要 研 究 內 容 及 可 行 性 分 析 3 1 主 要 研 究 內 容 根 據 圖 紙 對 罩 殼 零 件 進 行 工 藝 分 析 并 確 定 分 型 方 案 澆 注 系 統 位 置 和 大 小 抽 芯 方 案 頂 出 方 案 等 然 后 選 擇 合 適 的 壓 鑄 機 及 相 關 參 數 在 此 基 礎 上 進 一 步 確 定 模 具 整 體 結 構 布 置 方 案 最 后 采 用 Pro E 軟 件 完 成 罩 殼 壓 鑄 模 的 模 具 設 計 3 2 可 行 性 分 析 該 壓 鑄 件 為 長 方 體 模 腔 較 深 頂 部 無 孔 內 腔 有 長 凸 臺 壁 厚 較 薄 而 均 勻 一 般 為 2mm 材 料 采 用 zl102 鋁 合 金 為 了 做 好 本 次 設 計 本 人 查 閱 了 大 量 的 參 考 文 獻 從 理 論 上 做 好 充 足 的 準 備 進 行 了 模 具 設 計 與 制 造 專 業(yè) 學 習 同 時 學 習 了 材 料 成 型 原 理 等 課 程 并 做 過 模 具 設 計 的 課 程 設 計 能 熟 練 使 用 Pro E 軟 件 進 行 建 模 裝 配 開 模 和 出 圖 此 外 指 導 本 次 設 計 的 老 師 在 工 廠 從 事 過 技 術 工 作 有 大 量 的 實 踐 經 驗 相 信 在 我 們 的 共 同 努 力 下 一 定 能 做 好 本 次 設 計 四 設 計 方 案 進 行 工 藝 分 析 完 成 鑄 件 CAD 建 模 和 鑄 件 圖 估 算 出 鑄 件 體 積 與 質 量 選 擇 壓 鑄 機 設 計 澆 注 系 統 型 腔 鑲 塊 導 向 機 構 模 板 推 出 機構 等 并 選 用 材 質 最 后 完 成 模 具 設 計 輸 出 全 套 圖 紙 五 預 期 達 到 目 標 查 閱 相 關 文 獻 完 成 開 題 報 告 采 用 Pro E 軟 件 按 照 壓 鑄 模 設 計 流 程 圖 完 成 罩 殼 壓 鑄 件 全 套 模 具 設 計 輸 出 完 整 的 圖 紙 并 撰 寫 設 計 說 明 書 在 這 個 過 程 中 鞏 固 以 往 所 學 的 理 論 知 識 熟 悉 壓 鑄 模 結 構 掌 握 壓 鑄 模 的 設 計 方 法 和 Pro E 軟 件 在 壓 鑄 模 設 計 中 的 應 用 步 驟 提 高 動 手 能 力 為 將 來 從 事 具 體 的 技 術 工 作 打 下 良 好 的 基 礎 圖 2 設 計 流 程 圖 六 關 鍵 技 術 難 點 本 次 設 計 的 罩 殼 零 件 具 有 形 狀 復 雜 壁 薄 加 工 面 多 和 氣 密 性 要 求 高 的 特 點 熔 融 金 屬 進 入 模 具 型 腔 中 氣 體 也 隨 其 一 起 進 入 到 型 腔 它 不 僅 阻 礙 熔 融 金 屬 的 流 動 而 且 合 金 凝 固 后 留 在 鑄 件 中 會 形 成 氣 孔 特 別 是 對 此 類 薄 壁 但 形 狀 復 雜 的 零 件 型 腔 對 收 縮 的 阻 力 大 其 成 型 過 程 復 雜 液 體 金 屬 在 流 動 過 程 中 極 易 裹 氣 好 形 成 紊 流 鋁 合 金 材 料 的 熔 點 溫 度 高 粘 模 嚴 重 流 動 時 對 型 腔 的 沖 刷 和 侵 蝕 也 較 嚴 重 而 澆 注 系 統 的 位 置 和 大 小 是 解 決 這 些 問 題 的 關 鍵 因 為 通 過 控 制 內 澆 口 的 截 面 尺 寸 可 以 不 僅 保 證 合 金 液 的 流 向 還 可 以 使 其 具 有 一 定 的 流 量 流 速 和 壓 力 零 件 在 成 型 過 程 中 表 面 能 得 到 很 好 的 冷 卻 形 成 較 厚 的 冷 凝 層 這 也 是 保 證 氣 密 性 的 重 要 途 徑 因 此 本 次 設 計 的 難 點 在 于 深 刻 理 解 澆 注 系 統 和 鑄 件 成 型 的 關 系 冷 卻 系 統 和 氣 孔 粘 模 的 關 系 合 理 設 計 澆 注 系 統 和 冷 卻 系 統 七 工 作 計 劃 序 號 設計 論文 各階段名稱 日 期 1 制定工作計劃 了解并學習相關知識 壓鑄機 壓鑄模 壓鑄鋁合金 Pro E 軟件等 1 18 2 25 2 熟悉課題任務要求 收集有關設計資料 查閱 相關文獻 掌握相關壓鑄知識和 Pro E 軟件 完成開題報告和英文翻譯 2 25 3 19 3 進行工藝分析 完成鑄件 CAD 建模 輸出鑄件圖 3 20 根據評審結果進行修改 3 28 4 選擇壓鑄機 布置模具結構 輸出模具裝配草 圖 并提交評審 3 29 4 13 5 完成模具設計 輸出全套圖紙 4 14 5 20 6 完善設計 撰寫設計說明書 準備答辯 5 21 6 10 7 畢業(yè)答辯 6 11 6 18 8 畢業(yè)設計資料整改和完善 6 19 6 20 參考文獻 1 駱柟生 許琳 金屬壓鑄工藝與模具設計 北京 清華大學出版社 2004 2 肖乾 Pro Engineer Wildfire 3 0 中文版實用教程 北京 中國電力出版 2008 3 肖乾 周慧蘭 Pro Engineer Wildfire 3 0 中文版模具設計與制造實用教程 北京 中國電力出版 2008 4 王伯平 互換性與測量基礎第 2 版 北京 機械工業(yè)出版社 2007 5 鄒玉堂 路慧彪 王躍輝 AUTOCAD2006 實用教程 北京 機械工業(yè)出版 2008