摩托车后轮轮毂低压铸造模具设计说明书【毕业论文,绝对精品】

摩托车后轮轮毂低压铸造模具设计说明书【毕业,绝对精品】 1 绪论1.1 摩托车车轮发展概况 随着全球工业的迅猛快速发展，摩托车工业也快速不断地壮大起来，摩托车成为人们出行所用的主要交通工具之一。在我国的大多数城市里，摩托车已经成为许多家庭的主要交通工具。正是摩托车市场的需求量在不断地快速增长，从而促使了我国的摩托车行业的快速发展。 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。 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体的覆盖下进行，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。锻造铝轮毂的质量好，但成本高，效率低，适于年产 10 万件的生产规模，只模锻轮盘效果较好。 冲压法是将 5454 合金的板材深冲成圆筒，再去掉下底和上缘，得到无缝大直径管坯，经辊压成型制得得轮圈性能好，但材料利用率仅为 50,，且壁厚不均匀。 使用大直径焊管辊压轮圈法也能加工出性能高得铝轮毂，但这种方法主要适合于制造二件式铝轮毂。 铸造法是目前铝合金轮毂成型方法中非常成熟的成型方法之一，它拥有成套的制造铝合金轮毂的设备和工艺，非常适合制造轮毂这种结构复杂、要求较高的重要部件，被广泛的应用于摩托车铝合金轮毂的制造当中。根据本课题零件材料为 ZL101A，年生产纲领为 50000 件，应选择铸造法来铸造出该摩托车轮毂。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 “顺序凝固”比压铸优越而不易产生气孔、补艺收得率。低压铸造的“缓慢充型” 、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近四十年，随着科学技术和工业的生产的进步，尤其是随着汽车、摩托车以及家用电器等的工业发展，又从节能、节省原料诸多方面出发，压 铸技术得到了迅速的发展。压铸是将熔融状态或半熔状态合金浇入压铸机的压室，在高压力的作用下，以极高的速度充填在压铸模(压铸型)的型腔内，并在高压下使熔融合金冷却凝固而成形的高效益、高效率的精密铸造方法。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。 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。并采用金属型低压铸造，大量生产北美的汽车工业和电子转子等重要铸件。这样，低压铸造工艺迅速扩散到通用机械、纺织机械、仪表和商业产品等领域。 目前，国外的低压铸造设备，已由专业生产厂家生产，使低压铸造生产逐步向专业化生产发展。专用的低压铸造设备的商品化，把低压铸造工艺技术提高到了一个较高的水平。2 低压铸造基本知识2.1 低压铸造原理 低压铸造工艺是一种特种铸造工艺。它是巴斯加原理在铸造生产中的应用。就低压铸造的工艺气压而言，它是介于压力铸造和重力铸造之间的一种新的浇注工艺。低压铸造的基本原理是在装有金属液的封闭容器 中。 (坩埚) 通入干燥的压缩惰性气体，作用在保持一定浇注温度 低压铸造工艺是一种特种铸造工艺。它是巴斯加原理在铸造生产中的应用。就低压铸造的工艺气压而言的金属液面上，造成密封容器内与铸造型腔的压力差，使金属液在较低的充型压力下作用下，沿着升液管内孔自下而上地经输液在较高的压力作用下结晶凝固;然后卸除密封容器内的压力，让升液管、输液过道内未凝固的金属液依靠自重回落到坩埚内。至此，即完成了一个低压浇注工艺过程。再经起模取件而得到所需的铸件。 图 2,1 低压铸造工艺示意图 1(保温炉 2.液态金属 3.升液管 4.下型 5.滑套 6.导柱 7.顶板 8. 顶杆 9.上型 10.型腔 11.浇口 12.密封垫 13.坩锅 低压铸造的装置简图如图 2,1 所示。铸型由下型 4 和上型 9 组成，并安放在密封的保温坩锅 13 的上方，当给密闭的容器坩锅中通入干燥的压缩空气或惰性气体时，气体通过在金属液面 2 上的压力作用，使液态金属沿升液管 3 自下而上上升，经铸型下方的浇口 11 缓慢而平稳地充填型腔 10，随后在压力作用下凝固。待型腔中的合金液体凝固成形后，即可解除坩锅内合金液体 2 表面的气体压力，使升液管 3 和浇口 11 中的金属液回到坩埚内。 低压铸造的实质是物理学中的帕斯卡原理在铸造方面的具体运用，根据帕斯卡原理有 P1F1H 1 P 2 F 2 H 2式中:P 1 —金属液面上的压力;F 1 —金属液面上的受压面积;H 1 —坩锅内液面下降的距离;P 2 —升液管中使金属液上升的压力;F 2 —升液管的内截面积; H 2 —金属液在升液管中上升的距离。 图 2,2 低压铸造原理示意图 1.密封容器 2. 金属液 3. 升液管 4.密封盖 5.浇口 6. 铸件 7. 铸型 8.紧固件 9.通气管 由图 2,2 可知:由于 F 1 远远大于 F 2 ，因此，当坩锅中液面下降高度 H 1 时，只要在坩锅中金属液面上施加一个很小的压力，升液管中的金属液就能上升一个相当的高度 H 2 。这也就是“低压”的来源。 10 低压铸造所用的铸型可以是金属型、干砂型、湿砂型、石膏型、石墨型、熔模型 :壳和陶瓷型等。2.2 低压铸造工艺过程 通常低压铸造的工艺过程为: 1 升液阶段 气体进入密封容器内合金液面以上的空间，迫使合金液沿着升液 管上升至型腔处，这个阶段称为升液阶段。为有利于型腔中气体的排除及液 流不引起飞溅，金属液上升平稳。 2 充型阶段 指金属液进入型腔，直至将型腔充满为止。 3 增压阶段 金属液充满铸件后，立即进行增压，是型腔中的金属液在增压作 用下结晶凝固。 4 结晶凝固阶段 是型腔中的金属液，在压力作用下完成从液态到固态转变的 阶段。 5 卸压阶段 逐渐凝固完毕，即可卸除坩埚内液面上的压力，使升液管和浇注 系统中尚未凝固的合金液依靠自重落回坩埚。 6 延迟冷却阶段 卸压后，为使铸件得到一定的凝固强度，防止开型，脱模取 件时发生变形和损坏，需延时冷却。 密封盖准备 金属的熔炼 砂 金属型准备: 模 造 表面清理升液管上涂料 熔化 型 喷刷涂料 除气 造 芯 排气道检查 调节开合型升液管的加热 精炼 开 装配检查 速度和开合和装配 炉前检验 关 模具预热 型的顺序控 型 制(并调节 控 制 控制铸件凝 台 固后的静止 坩锅的密封 配模 合型 时间) 通过气动元 气 扒去升液管中的浮渣 升液 充型 保压 件来(装配密封盖) 浇注 调节浇 动 放气 注各阶段的 控 压力参数， 制 以控制其浇 台 脱模取件 测量液面高度 注工艺 清理工作 铸 成品 做密封性试验 台面和升 件 并浇注试棒 液管内浮 清 渣 理 图 2,3 低压铸造工艺操作过程 通过图 2,3 可以了解低压铸造的工艺流程的操作过程。这些工艺中不同工序之间的相互作用，直接影响铸件的质量和生产效率。有些工序若操作不慎，会增加不必要的时间浪费，降低劳动生产效率，例如坩锅密封不好，会使气体泄漏，影响进气压力参数的正常控制，泄漏严重的需要反工。模具装配不当，浇注时会漏箱跑火，不仅使铸件报废，严重的还会使整天的生产受到影响。2.3 低压铸造的优越性 生产实践证明，低压铸造有许多优越性，归纳起来有如下的特点: 1 低压铸造的工艺参数均可入为控制。都可根据铸件的不同结构和铸型的不同材料来确定。浇注时，金属液在可控制的压力作用下充型，能有效地控制充型速度，使金属液充型平稳，因此减少或避免了金属液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，提高了? 闹柿浚 善仿室话憧纱?95左右。 2 金属液在压力作用下充型，可以提高金属液的流动性，有利于获得轮廓清晰的铸件，它可适应于不同的壁厚、不同大小、不同高低和不同结构的铸件。 3 铸件在压力作用下结晶凝固，并能得到充分地补缩，使之获得组织细密的铸 件，从而提高了铸件的力学性能。 4 金属利用率高。低压铸造铸型的浇注系统简单，并可大大减少甚至完全去除 冒口，因而提高了金属的利用率，通常达到 90,95。 5 生产效率高，余量小，机械加工工事少。 6 低压铸造对铸型材料没有特殊的要求，凡是可以作为铸型的各种材料，都可 以作为低压铸造的铸型材料。与重力铸造和特殊铸造应用的铸型基本相同。 总之，低压铸造对铸型材料要求没有严格的限制。 7 设备简单、便于制造、投资少、占地面积小、易于实现机械化、自动化生产。 一个人可以操作 2,4 台低压浇注机。由于自动化程度高，有利于实现生产 过程的质量控制。 8 改善 了浇注时的劳动条件。在低压铸造的浇注过程中，操作人员只要控制气阀或按动电钮就可以进行了。同时，浇包置于密封的压力罐中，也减少了高温合金液对人体的热辐射，有利于工人的健康。 9 低压铸造对合金牌号的适应范围较宽，基本上可用于各种铸造合金。不仅用于铸造有色合金，而且可用于铸铁、铸钢。特别是对于易氧化的有色合金，更显示它的优越性能，能有效地防止金属液在浇注的过程中产生的氧化夹渣。2.4 低压铸造工艺规范 低压铸造的工艺规范包括预压、充型、增压、保压、模具预热温度、浇注温度，以及模具的涂料等内容。 1 预压和预压速度 预压压力是指当金属液面上升到浇口附近所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能快，同时也需要避免金属液在进入浇口时不致产生喷溅。 2 充型压力和充型速度 充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。在充型阶段，金属液面上的升压速度就是充型速度。 3 增压和增压速度 金属液充满型腔后，再继续增压，使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行，这时的压力叫结晶压力。结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。 4 保压时间 保压时间是指型腔压力增至结晶压力后，并在结晶压力下保持一段时间，直到铸件完全凝固所需要的时间。如果保压时间不够，铸件未完全凝固就卸压，型腔中的金属液将会全部或部分的回流，造成铸件报废。如果保压时间过久，则浇口残留过长，这不仅降低了工艺收得率，而且还会造成浇口被堵死，使铸件出型困难，故生产中必须选择适宜的保压时间。 5 铸型温度及浇注温度 低压铸造时，因为金属液体的填充条件得到改善，且金属液体直接自密封保温坩锅进入铸型，故浇注温度一般比重力铸造浇注温度低 10,20?。当采用金属型铸造铝合金铸件时，铸型的工作温度为 200,250?。铸造复杂的薄壁铸件时，铸型的工作温度可以提高到 300,350?。 6 涂料 压铸过程中，为了避免铸件与压铸模的焊合，减少铸件顶出的摩擦阻力和避免压铸模过分受热而采用涂料。压铸涂料指的是在压铸过程中，使压铸模易磨损部分在高温下具有润滑性能，并减少活动件阻力和防止粘模所用的润滑材料和稀释剂的混合物。它可以金属液直接冲刷型腔和型芯表面，可以减少铸型的热导率，保持金属液的流动性，以改善金属的成形性。3 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 在轮毂的制造过程中，铸件毛坯质量对于铝合金轮毂的整体质量有着很大的影响。毛坯铸造的好坏，直接影响轮毂的加工和其使用性能。而铸件毛坯的质量又取决于合金的选择、模具质量、熔炼工艺、合金变质和热处理等一系列工艺控制过程。在这其中，模具又是成型轮毂的关键工艺装备，其结构的设计与优化是轮毂生产的工艺关键。 根据轮毂零件的不同，铸造轮毂的方法也不尽相同，其模具的总体方案也要根据零件的实际情况而定。如果轮毂结构复杂，则需要模具增加相应的成型镶块，其顶出装置也要根据零件的复杂程度来设计。在冷却系统方面，也要根据实际情况，可采用有循环水冷却系统或风、水共用系统以及风冷等方式。在排气系统方面，由于模具结构的差异，其排气方式也有很多不同之处。 下面是铝合金轮毂低压铸造的两种模具结构: 例如，图 3-1 所示的是 200 整体式铝合金轮毂低压铸造模具结构。 图中可以看出，在这个模具中采用了上下模冷却环组件的设计，使铸型的冷却充分.