摩托车后轮轮毂模具设计

目录1绪论1.1摩托车车轮发展概况…………………………………………………………11.2铝合金轮毂成形方法的选择与对比…………………………………………21.3铝合金轮毂铸造方法的选择和对比…………………………………………31.4国内外低压铸造发展概况……………………………………………………42低压铸造基本知识2.1低压铸造原理…………………………………………………………………52.2低压铸造工艺流程……………………………………………………………62.3低压铸造的特点………………………………………………………………72.4低压铸造工艺规范……………………………………………………………83模具总体方案设计3.1铝合金轮毂低压铸造模具一般方案…………………………………………103.2模具总体方案设计与对比……………………………………………………123.2.1零件轮辋的主要形式…………………………………………………………123.2.2轮毂零件的分析………………………………………………………………133.2.3铸件毛坯的工艺分析…………………………………………………………153.2.4模具总体方案1………………………………………………………………163.2.5模具总体方案2及与方案1的比较…………………………………………173.3模具的动作方式………………………………………………………………183.3.1模具的分模动作方式…………………………………………………………193.3.2模具的合模复位动作方式……………………………………………………204模具设计4.1铸件的材料及其性能…………………………………………………………224.2机械加工余量的确定…………………………………………………………224.3铸件收缩率的确定……………………………………………………………224.4起模斜度的确定………………………………………………………………234.5分型面的确定…………………………………………………………………234.6模架的设计……………………………………………………………………244.7冒口的设计……………………………………………………………………254.7.1冒口设计的基本原则…………………………………………………………254.7.2冒口设置的原因………………………………………………………………254.7.3冒口的设置与原理分析………………………………………………………264.8推出机构的设计………………………………………………………………274.8.1推出机构的组成及特点………………………………………………………274.8.2推出距离的计算………………………………………………………………284.8.3推杆截面积的计算……………………………………………………………294.9尺寸公差的确定………………………………………………………………314.10涂料的使用……………………………………………………………………315边模的工艺路线5.1定位基准的选择………………………………………………………………335.1.1精基准的选择原则……………………………………………………………335.1.2粗基准的选择原则……………………………………………………………335.1.3精基准和粗基准的确定………………………………………………………335.2边模表面加工工序的确定……………………………………………………345.2.1加工工序顺序的原则…………………………………………………………345.2.2加工阶段的划分………………………………………………………………345.2.3边模的工艺路线………………………………………………………………355.2.4边模的工艺规程………………………………………………………………356总结……………………………………………………………………………37参考文献………………………………………………………………………………38致谢……………………………………………………………………………………39附录……………………………………………………………………………………401绪论1.1摩托车车轮发展概况随着工业的飞速发展，摩托车工业也快速的壮大起来，摩托车成为了人们出行所使用的主要交通工具之一。尤其是在发展中国家里，摩托车的拥有数量非常庞大。在我国各大城市里，摩托车已经成为许多家庭的主要交通工具。正是由于摩托车市场的庞大的需求量，从而促使了摩托车企业的快速发展，制造摩托车的工艺也在不断进步。摩托车车轮是摩托车中极其重要的部件之一，它的质量好坏直接影响着摩托车行驶的安全和可靠。早期的摩托车速度较低，其车轮结构为刚性连接，轮胎为高压胎。随着轮胎及车轮技术的发展，低压轮胎逐渐取代了高压轮胎。与此同时，低压轮胎又出现了无内胎轮胎。目前，摩托车车轮主要有三种结构形式：轮圈辐条组合式车轮、辐板式整体车轮和轻合金车轮。轮圈辐条组合式车轮是一种传统的结构型式，该种车轮与早期刚性连接的车轮相比，减震性能较好。但是，这种车轮受结构的限制，车轮的外形变化比较困难，不能适应摩托车外观造型日新月异的需要。并且由于这种结构车轮受轮圈冲孔的限制，不能装配无内胎轮胎，使它的发展大受影响。辐板式整体车轮分为辐板式整体钢车轮和辐板式整体铝车轮。辐板式整体钢车轮主要用于中、低挡小轮径摩托车。其钢制轮圈的工艺方法是用钢板卷制后焊接成型，使用一段时间后，焊接部位易生锈造成无内胎车轮漏气。辐板式整体铝车轮有质量小、铝辐板形状容易变化等优势。另外，铝合金轮圈和铝辐板通过表面处理后，可以形成车轮所需要的各种颜色，满足了消费者对多种颜色的需求。轻合金车轮是一种整体式车轮，主要有铝合金车轮和镁合金车轮。镁合金车轮具有比铝合金车轮更诱人的潜在优势。虽然目前镁合金车轮已经开始应用于摩托车，但主要局限于赛车上，它不能像铝合金车轮那样进行大批量生产，其主要是因为：1)镁与氧气有极大的亲和力，在液态下镁可以剧烈氧化和燃烧，在熔炼和整个铸造过程中必须在保护性气氛的覆盖下进行，否则会发生燃烧事故。而目前的保护性气氛都涉及环保问题，不仅会破坏大气臭氧层，而且对人体危害性较大，且极易损坏设备和建筑物。2)镁合金的化学稳定性差，车轮在使用过程中极易发生腐蚀现象。3)目前，尚无公认的适合大批量生产的成套镁合金加工设备和工艺。铝合金的初次登场是在50年代，铝合金车轮首次被用于追求高性能的赛车中。因为铝合金车轮质量轻、散热性能好，并且具有良好的外观，所以，铝合金车轮逐步代替了钢制车轮。铝合金车轮具有以下特点：1)散热快、安全。由于轿车在高速行驶时，轮胎与地面摩擦会产生较高的温度，制动盘和制动片摩擦会产生较高的温度，在这样的高温作用下，轮胎和制动片均会加速磨损和老化，制动效率下降，轮胎气压升高，易造成爆胎和刹车失灵的事故。铝合金的传热系数比钢材大3倍，可将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去，避免了轮子在高速运转下产生的种种弊病，从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。2)重量轻、节能。铝材比重比钢材小，平均每只铝合金车圈比钢质车圈要轻2公斤左右，一辆轿车以5只车轮（包括一只后备车轮）计算可减轻重量10公斤。减轻重量也就意味着节省燃料。3)舒适性好。铝合金车圈是精密的铸造件，精加工表面达到80％到90％，失圆度和不平衡很小，特别是铝合金的弹性模数较小，抗振性好，能减少行驶中的车身振动，提高了整车的舒适性。4)外观漂亮。铝合金车圈外表是经抗腐蚀处理再静电粉体涂装，它可以铸成各种花式外形，让人感到有一种美观、精致和豪华的感觉。有车族往往不惜重金更换自己中意的花式外形。基于铝合金材料有众多的优点，我国摩托车工业也主要是生产铝合金车轮，本课题也采用应用广泛的铝合金材料做为摩托车轮毂的材料。1.2铝合金轮毂成形方法的选择与对比生产铝合金轮毂的方法有铸造法、锻造法、冲压法以及大直径焊管辊压轮圈法。热锻铝轮毂的应用较早，多采用加工性、耐腐蚀性、切削性均较好的6061铝合金。锻1.3铝合金轮毂铸造方法的选择和对比目前，国内外生产轮毂的主要铸造成型方法有压力铸造、金属型重力铸造、挤压铸造、和低压铸造。下面对现行各种主要轮毂铸造成型方法进行论述和比较。压力铸造的特点是在高压高速下充型，高压下结晶。在这一过程中，金属液容易卷入气体、夹杂物。高压射流会破碎气体，形成弥散的小气孔留在铸件中，致使铸件不能通过热处理来提高强度。所以压铸一般适宜生产不需承受较大冲击载荷的薄壁类壳体、外罩体，根本不适合制造作为摩托车重要安全部件的轮毂。在轮毂的金属型重力铸造中，铸件的凝固收缩补偿只能通过建立顺序凝固必需的温度梯度来保证，因此必须在轮辐轮缘交接的热结处及中心厚大部位设置冒口，导致金属熔体工艺收得率较低，只有40％～60％。同时，由于补缩所需得温度梯度及压力均较低，该方法得工艺过程必须严格控制，否则容易产生缩孔、缩松、夹渣、气孔等缺陷。相比于其他几种利用压力进行充型和凝固的铸造方法，该方法得到的轮毂铸件外部和内部质量都较差。由于仅靠重力作用下结晶，所产生的轮毂组织致密度、抗拉强度和硬度低于差压铸造、低压铸造、挤压铸造和压铸等。其伸长率也远不及差压铸造和低压铸造。挤压铸造是借助挤压铸机压头的机械压力，把浇入铸型的合金液挤压成型，并在压力下凝固。挤压铸造的轮毂，表面粗糙度低，结晶压力高，组织致密。但是一般普通的油压机的功能简单，达不到挤压铸机的要求。另外，挤压铸造不如重力铸造有浇注系统，也不如低压铸造的升液管进液口在合金液中间有效避渣，其铸件氧化夹渣严重。挤压铸造虽然结晶压力大，但由于摩托车车轮特殊的结构，轮辐处很多窄小的薄壁处凝固后失去补缩通道作用，轮辋局部得不到补缩。低压铸造中，金属液在数倍于大气压的压力下进行充型和保压凝固，铸件的致密度较高，缩孔缩松较少，产品内部质量较好。并且由于该方法利用压力进行充型和补缩，一般不需在轮辐上设置冒口，并简化了浇注系统，因此大大提高了金属熔体的工艺收得率。低压铸造的“缓慢充型”、“顺序凝固”比压铸优越而不易产生气孔、补缩不足。它的“低压充型”、“增压结晶”也比金属型铸造充型、补缩更好。另外，在低压铸造的基础上，又发展出一种差压铸造方法。这种方法比低压铸造充型更平稳、补缩更充分、结晶压力更大，因此差压铸造产品轮廓更清晰、组织更致密、力学性能提高较大。但是，由于国产差压铸造设备奇缺，工艺过程复杂，生产效率低，很少用此方法生产摩托车轮毂。所以，对各种铸造方法进行比较后，觉得低压铸造是制造摩托车铝合金轮毂的最佳的成型方法。1.4国内外低压铸造发展概况低压铸造与我们普遍应用的金属型铸造、压力铸造、熔模精密铸造等工艺相比较，它是一种新的特种铸造。低压铸造工艺具有优于其它铸造工艺的独特之处。我国是从五十年代开始研究低压铸造的。它的发展非常迅速，应用于工业生产仅有三十余年的时间。目前，国内汽车、拖拉机、摩托车等制造厂已经形成专业化的低压铸造车间，造船、电机、仪表、轻工和国防工业也广泛采用了这种工艺，并由生产简单件发展到了生产复杂件。由于低压铸造工艺有着上马快、投资少、占地小、容易实现机械化、自动化等优点。所以，我国的许多工厂和单位，可以成熟的运用低压铸造工艺来生产高要求的铝合金复杂铸件。如生产发动机上的铝合金汽缸体、汽缸头、曲轴箱、活塞体等复杂铸件。甚至有些单位已成功的运用低压铸造法来浇注大型簿壁叶片复杂铸件，实现了以铸代锻。铝合金产品由于具有质量轻、导热率好、吸收冲击能力强以及不易生锈、外表美观等优点，近年来广泛的应用在航空、汽车及轻工业等领域中。低压铸造则主要应用于铝合金铸件的产品上，随着对铝合金铸件的质量要求和性能要求越来越高，铝合金低压铸造几乎已成为一项必不可少的工艺，并在一定情况下代替了部分压铸铝合金铸件。在国外，低压铸造的研究开始于二十世纪初期。第二次世界大战爆发后，随着航空工业的发展，英国广泛地采用低压铸造生产技术要求较高地航空发动机地汽缸等轻合金铸件。并采用金属型低