铝合金轮毂压铸模具设计

1XXXX大学本科生毕业论文姓名：XX学号：XX学院：专业：设计题目：铝合金轮毂压铸模具设计专题：指导教师：XXX职称：XXX2012年6月XX2XXXX大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任务下达日期：毕业设计日期：毕业设计题目：毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：院长签字：指导教师签字：3XXXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：4XXXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：5XXXX大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日6摘要轮毂是电动自行车上极为重要的行驶部件和安全部件，应具有良好的综合力学性能，在正常行驶过程中不应发生变形和疲劳失效。近几年来半固态加工技术因其节能、高效、环保式生产以及成型件的高性能等诸多优点，得到了世界各国的广泛关注。半固态铸造成形技术不但综合了铸造成形和锻压成形的优点。而且部分产品的性能会接近甚至于达到锻压产品的性能。因此，采用半固态挤压成形工艺来加工电动自行车轮毂将会是一个新的发展方向。模具在半固态挤压成型方法中是至关重要的一部分，因此，它的设计和制造成了成品件质量的关键所在。本文对电瓶车轮毂进行二维造型比较形象的展示轮毂的外形。并主要从电动自行车轮毂的发展状况、铝合金的成型与铸造方法、半固态挤压成型工艺及特点，模具总体方案的选择以及模具结构的设计等方面介绍了轮毂半固态挤压模具的设计。该款轮毂的材料采用了铝合金材料（ZL101A），分析了轮毂零件的特点。另外，主要从铸件收缩率、铸型分型面、冒口的设置以及推出机构等几个方面介绍了模具设计的要点。关键词：轮毂;半固态挤压;模具设计7ABSTRACT8目录一般部分1绪论……………………………………………………………………………11.1压力铸造………………………………………………………………21.1.1典型的压铸填充理论………………………………………………21.1.2压力铸造的特点……………………………………………………21.1.3压铸生产过程简介………………………………………………21.2压铸业发展历史、现状及趋势……………………………………………31.2.1压铸的发展历史…………………………………………………………21.2.2我国压铸业的发展………………………………………………………21.2.3压铸产业的发展趋势……………………………………………………21.3本课题的研究内容及意义…………………………………………………41.3.1研究内容………………………………………………………………61.3.2开展本课题的意义……………………………………………………7模具设计专题部分3压铸件设计……………………………………………………………103.1压铸件基本结构设计………………………………………………………103.1.1壁厚和肋…………………………………………………………103.1.2铸造和圆角……………………………………………………113.1.3起模斜度………………………………………………………113.2压铸件结构设计的工艺性………………………………………………113.3压铸件技术要求……………………………………………………1193.3.1尺寸精度…………………………………………………………113.3.2表面质量…………………………………………………………123.3.3机械加工余量……………………………………………………134压铸机的选用及相关计算与校核……………………………………………114.1确定压铸机的锁模力………………………………………………134.1.1计算主胀型力……………………………………………………………104.1.2计算锁模力………………………………………………………………104.1.3开模行程的核算…………………………………………………………105半固态挤压模具设计概述……………………………………………………115.1半固态挤压模具基本结构………………………………………………135.2分型面的设计……………………………………………………………155.3浇注系统的设计…………………………………………………………185.3.1浇注系统的结构与分类……………………………………………185.3.2内浇口的设计…………………………………………………195.3.3直浇道的设计…………………………………………………195.3.4横浇道的设计…………………………………………………195.4排溢系统的设计………………………………………………………195.4.1溢流槽的设计…………………………………………………205.4.2排气槽的设计…………………………………………………205.5模架的设计………………………………………………………………185.5.1模架的设计原则…………………………………………………185.6模具加热系统设计……………………………………………………195.7成形零件的设计………………………………………………………19105.7.1半固态挤压件的收缩率…………………………………………205.7.2成形部分尺寸的计算………………………………………………205.8推出机构设计…………………………………………………………18结论与展望…………………………………………………………37参考文献……………………………………………………………………38翻译部分英文原文…………………………………………………………………40中文译文…………………………………………………………………49致谢…………………………………………………………………………5911一般部分1绪论1.1压力铸造压铸是压力铸造的简称，是一种将处于熔融状态或半熔融状态的金属注入压铸机的压室，在高压力的作用下，以极高的速度充填在压铸模具的型腔内，并在高压下冷却凝固成型而获得铸件的高效益、高效率的精密铸造方法。用该方式成型的铸件，常常成为压铸件。目前压铸所采用的金属主要是各种合金，其中铝合金占比例最高（30%～60%），锌合金次之（在国外，锌合金铸件绝大部分为压铸件）。镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，铜合金仅占压铸件总量的1%～2%。1.1.1典型的压铸填充理论压铸过程中金属液的填充形态与铸件致密度、气孔率、力学性能和表面粗糙度等质量因素密切相关，在极短的填充瞬间其受到压铸件结构、填充速度、比压、温度、内浇口与压铸件端面厚度之比、合金液的黏度及表面张力、浇注系统的形状等的制约。长期以来人们对此进行广泛的研究，提出了一些论点，但这些论点都是在特定的实验条件下得到的，有一定的局限性，要求人们在应用中具体情况具体分析，使填充理论进一步完善和深化。目前局域代表性的金属充填理论有三种：喷射充填理论、全壁厚充填理论和三阶段充填理论。①喷射填充理论该理论是1932年由佛罗梅尔（L.Frommer）在矩形截面型腔一端开设浇口，研究锌合金压铸填充过程中得到的。他认为液体金属的填充过程遵循流体力学定律，并且有摩擦和涡流现象；液体金属填充矩形型腔时的运动特性和内浇道截面积与型腔截面积之比有关。佛罗梅尔认为：当液流在速度、压力不变时，保持内浇口截面的形状喷射至对面型壁，成为喷射阶段；由于对面型壁的阻碍，部分金属呈涡流状返回，部分金属向所有其他方向喷射并沿型腔壁由四面向内浇口方向折回，成为涡流阶段。涡流中容易卷入空气及涂料燃烧产生的气体，使压铸件凝固后形成0.1～1mm的孔洞，降低了压铸件的致密度。②全壁厚填充理论该理论是1937年由勃兰特（W.G.Brandt）用0.5～2mm厚的内浇口（且与压铸件厚度之比为0.1～0.6）研究铝合金压铸填充过程中得到的。勃兰特认为，金属液经内浇口进入型腔后，即扩展至型壁后沿整个型壁截面向前填充，直到充满为止。12③三阶段填充理论该理论是1944--1952年由巴顿（H.KBarton）提出来的。巴顿认为，填充过程是包含力学、热力学和流体力学因素的复合问题，大致可分为三个阶段。第一阶段：受内浇口截面限制的金属射入型腔后，首先冲击对面型壁，沿型腔表面向各方向扩展，并形成压铸件表面的薄壳层，在型腔转角处产生涡流。第二阶段：后续金属液沉积在薄壳层内的空间里，直至填满，凝固曾逐渐向内延伸，液相逐渐减少。第三阶段：金属液完全充满型腔后，与浇注系统和压室构成一个封闭的水力学系统，在压力作用下，补充熔融金属，压实压铸件。以上是早期的三种典型的填充理论。由于压铸过程中，压铸件的填充是在极短的时间内完成的，并且过程是不连续的，变化迅速，压铸件是不透明的，因而不可能直接观察到压铸件内填充过程。此外，填充过程还与压射工艺参数、压铸件和内浇道的形状及两者截面积之比、压铸合金的性能等因素有关。因此，对填充理论一直存在着不同的看法。1.1.2压力铸造的特点高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500MPa。其充填速度一般在0.5～70m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.01～0.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为IT12～IT11面粗糙度一般为3.2～0.8μm，最低可达0.4μm。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用[1黄]。压铸的主要优点是：(1)铸件的强度和表面硬度较高。由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度13都比较高。压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%～30%，但收缩率较低。(2)生产率较高。压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5s～3min,这种方法适于大批量生产。虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：(1)压铸件表层常存在气孔。这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。(2)压铸的合金类别和牌号有所限制。目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。(3)压铸的生产准备费用较高。由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产[2]1.1.3压铸生产过程简介图1压铸工艺过程流程图141.2压铸业发展历史、现状及趋势1.2.1压铸的发展历史压铸始于19世纪，其最初被用于压铸铅字。早在1822年，威廉姆·乔奇（WillamChurch）博士曾制造一台日产1.2～2万铅字的