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阀门盖压铸文献综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-09-26  浏览次数:250
核心提示:本课题来自东风(十堰)有色铸件有限公司,该公司是集压铸生产、机械加工、表 面处理、模具制造为一体的多元化企业,主要从事有色金属压铸件的生产与深加工、模 具和工装的设计与制造等,其产品以汽车类压铸件为主,合金种类有锌、铝、镁合金以 及少量的铜合金。
.课题来源、目的和意义
1.1 课题来源
本课题来自东风(十堰)有色铸件有限公司,该公司是集压铸生产、机械加工、表 面处理、模具制造为一体的多元化企业,主要从事有色金属压铸件的生产与深加工、模 具和工装的设计与制造等,其产品以汽车类压铸件为主,合金种类有锌、铝、镁合金以 及少量的铜合金。该公司的主要客户有东风汽车公司、神龙汽车公司、康明斯公司等。 该阀盖是汽车制动系统上的重要零件,材料为铝合金,其结构如图 1 所示。
图 1 阀盖模型
1.2 目的及意义
压铸是一种合金液在高压作用下高速填充型腔, 并在高压下凝固形成铸件的特殊铸 造方法,主要用于有色金属,如锌合金、铝合金、镁合金、铜合金等。其主要特点是高 压和高速,常用压力为数十甚至上百兆帕,填充速度(内浇口速度)约为 16~80 米/ 秒, 金属液填充模具型腔的时间极短, 约为 0.01~0.2 秒。 作为一种少无切削的成形方 法,压铸具有生产效率高,铸件尺寸精度高,表面粗糙度好,经济指标优良的优点,可 以节省大量机加工工序和设备,节约原材料。在节能降耗,追求可持续发展的浪潮中, 压铸在在制造业尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。 就世界范围而言,压铸业发展的主要推动力是汽车业的发展,这是由于汽车生产商 追求整车轻量化的原因。由于铝的质量比较轻,在汽车业中,铝合金是应用最广泛、发 展最快的轻金属。铝合金在汽车工业中的应用以压铸为主要工艺,压铸占全部铸造方法 的 55%左右。我国铝合金压铸件占主导地位,其应用范围正在不断扩大,年产量持续
上升。 过去, 铝合金铸件多用于变速箱、 汽缸头、 油泵、 化油器等不受强烈冲击的外壳。 由于汽车需要更薄壁和更强韧的结构件, 能够热处理和焊接的高品质压铸件的应用范围 也越来越大,采用铝合金真空压铸的底盘结构件正在逐渐取代钢铁铸件或锻件。 。 伴随着汽车压铸件的功能和应用领域的不断扩大, 压铸业获得了前所未有的发展机 遇,市场竞争不断加剧,压铸件正在向大型化、复杂化及高性能的方向发展。在这种情 况下,必须不断提高压铸件产品质量、降低生产成本,加速新品交付周期,才能提升企 业的核心竞争力。压铸模设计在压铸生产中起着至关重要的作用,高新技术特别是计算 机技术在压铸模设计中的应用明显地提高了压铸设计质量,促进了压铸业的飞速发展。 目前,压铸生产常用的计算机技术包括: CAD(计算机辅助压铸模设计技术) 、CAE(计 算机模拟分析技术) 、CAM(计算机辅助制造技术)以及 RPM(快速原型制造)等。这些 技术是改造传统生产方式的关键技术,它以计算机软件的形式,为用户提供多种有效的 辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、压铸工艺、数控加工及成 本等进行设计和优化。其中,CAD 改变了压铸模设计中传统的手工画图的模式,不仅能 轻松完成复杂零件的压铸模设计, 拓宽了压铸件的产品范围, 而且减轻了设计劳动强度, 将设计人员从从繁冗的绘图和计算中解放出来,以从事更多的创造性工作。同时,CAD 技术的应用为后续的 CAM 和 CAE 奠定了基础,从而为提高压铸模设计和加工质量,提高 新品开发速度,降低压铸模设计和制造成本,缩短压铸件开发周期创造了极为有利的条 件,是未来压铸模设计的发展方向 本次毕业设计正是利用 CAD 技术来完成阀盖压铸模的设计。通过本次毕业设计,不 仅可以巩固所学的理论知识,还可以培养运用所学专业理论知识的能力,同时提高了应 用 Pro/E 软件的能力,因而是一次很好的理论和实践相结合的锻炼机会。本次毕业设计 源于生产实际,对于我们今后从事实际技术工作有很大的帮助,有利于我们掌握压铸模 设计的过程和要点,熟悉 Pro/E 软件在压铸模设计中的应用步骤,为日后的工作打下一 个坚实的基础!
2.国外压铸现状及国内压铸的发展特点 2.1 国外压铸业现状
由于科学技术水平的提高和经济的发展,以轿车为主体的汽车工业的蓬勃发展,加 速了压铸工业水平的提升。总体来说,无论是发展中国家还是发达国家,压铸工业都是 在发展中。以美国、日本、德国等为代表的工业发达国家,虽然工业发展处于平衡或有 时下降,特别是铸造业在上世纪九十年代处于产量降低时期,但由于汽车轻量化日益受 到重视,许多铸铁件已被铸铝件所代替,镁铸件的生产及市场也在迅速扩大,使得压铸 业的技术上平和生产规模不断上升。美国是名符其实的压铸件生产大国,美国的压铸工 业很发达,产量和技术都属全球首位。美国压铸业的发展对全球有一定的影响,近年来
保持略有增长;由于汽车工业对压铸件需求的急剧增长,在本国总体经济不景气的背景 下,日本压铸取得了令人惊异的增长速度,压铸年产量不断创出新高。德国镁压铸件的 产量在大幅度的增加。另一方面,企业之间的兼并和重组的趋势也在加剧。为缓解竞争 压力,降低成本,发达国家压铸厂家纷纷移师海外发展。同时,国际上大型汽车厂家的 零部件采购进入全球化时代。 在这种大环境中, 发展中国家的压铸业获得了难得的机遇, 近 10 年来的发展非常迅速。中国平均年增长率在 10%以上,东南亚地区和中国台湾地 区都非常活跃。 (世界各国压铸件的产量及市场状况表 1) 。统计数据表明,大多数国家 的铝合金压铸件占总量的 70%左右,锌合金压铸件仅次于铝合金压铸件。每个国家都是 汽车制造业驱动着压铸行业, 汽车业使用的压铸件不低于 48% (美国) 多者可达 80% , (日 本) 。 表 1 世界各国压铸件的产量及市场状况
压铸件产量/t 国家 中国 日本 西班牙 德国 印度 墨西哥 加拿大 美国 澳大利亚 82056 611812 54000 10946 20593 300 21500 173728 6000 A 208993 711888 86000 271425 175000 3872 B 1724 2120 C 72712 40864 23000 65915 5200 D 或者 E D+E 1575 930 65 215 250 50 60 430 90 11 160 49 48 5 11 80 8 13 11 20 E 1166 28 15 72 各行业所占的市场份额比例% F 64.5 79.9 65 61 60 G 11.4 6.8 16 2.1 5 H 5.4 6.8 3 4 10 I 9.9 5.7 5 3.8 20 33 2 J 5.7 4 0.8 5 2 0.8 K L 8.8 7.6 5 27.5
注:A-铝合金;B-镁合金;C-锌合金;D-压铸厂数量;E-压铸车间数量;F-汽车; G-日用器具;H-机械工业;I-电机电器;J-电子工业;K-国防工业;L-其他 。
2.2 国内压铸业的发展特点
我国压铸业经历了半个世纪的发展,特别是近 l0 余年来,由于国民经济的高速发 展,汽车、摩托车工业的突飞猛进,推动了压铸生产的迅速增长 。压铸业的市场前景 持续看好,压铸企业和从业人员增多,规模扩大。压铸件正在向大型化、复杂化、薄壁 化、高性能化、高精度化以及集成化方向发展,如东风本田、东风日产以及上海皮尔伯 格公司都已经实现轿车铝合金缸体的大批量生产。压铸市场的发展,得益于压铸技术的 进步。这些先进技术的应用为高质量压铸件的大量生产创造了条件。总的说来,我国压 铸业技术的发展具有下列特点: 1) 、压铸设备能力提升,压铸机的自动化程度出现飞跃。由于国内制造水平的整体 提高和引进先进的计算机控制技术,我国的压铸机制造能力大幅提升,出现了许多具备 较强技术实力的大型压铸机制造厂商,如深圳领威科技公司、无锡新佳盛公司等。
2) 、压铸模制造水平大幅提高,压铸模制造周期缩短,压铸模使用得以延长寿命。 除了选用优秀的热作模具钢外,大型模具厂家纷纷采用数控加工、电火花、线切割和模 具抛光技术来提高模具精度和表面质量, 采用真空淬火等热处理工艺来提高模具的硬度 和刚性。 3) 、大量压铸新工艺得到应用。为降低铸件废品率,改善压铸件的热处理性能和焊 接性能,真空压铸技术、半固态技术、挤压铸造技术被应用到压铸生产中。 4) 、压铸新材料的研究和应用得到推广。一些改善了合金性能的复合材料,正在从 科研院校铸件应用到企业生产实践中。 镁合金压铸的应用更是遍地开花, 从熔炼、 压铸、 表面处理到回收再利用,形成了完整的产业链,正在产生规模化效益。 5) CAD/CAM/CAE 技术是提高压铸技术水平的重要途径, 、 能明显提升企业的竞争力, 因而得到广泛应用。CAD/CAM 技术在国内的应用日益成熟,CAE 技术也越来越受到大型 企业的重视。 6)先进的管理理念被导入到企业的日常管理中,如 TS16949 质量体系、丰田模式、 日产模式等,加强了压铸生产过程的控制,有效地降低了企业的浪费。
3.主要研究内容及可行性分析
3.1 主要研究内容
根据图纸,对阀盖零件进行工艺分析,并确定分型方案、浇注系统位置和大小、抽 芯方案、顶出方案等。然后选择合适的压铸机及相关参数。在此基础上,进一步确定模 具整体结构布置方案。最后采用 Pro/E 软件,完成阀盖压铸模的模具设计。
3.2 可行性分析
该零件是用于制动系统汽车上的铝合金零件,形状较为复杂,其结构上的特点有: 一, 壁薄但在一定气压下有严格的密封性要求; 有四处小直径但深度大的通孔和两 二, 处需要加工出螺纹的铸孔;三,有两个成 90°相交的铸孔需要布置侧向抽芯和镶块; 四,该零件需要得到很好的冷却,局部需要设置“点通水” 。此外,该零件壁厚较均匀, 避免热节,减少局部热量集中,能降低模具材料的热疲劳 。东风有色铸件公司作为从 事阀类压铸件生产多年的企业, 在此类零件的模具设计和生产控制方面已积累了丰富的 经验。 为了做好本次设计本人查阅了大量的参考文献,从理论上做好充足的准备,进行了 模具设计与制造专业学习,同时学习了材料成型原理等课程,并做过模具设计的课程设 计,能熟练使用 Pro/E 软件进行建模、装配、开模和出图。此外,指导本次设计的老师 长期在工厂从事技术工作,有大量的实践经验,相信在我们的共同努力下,一定能做好 本次设计。
4.设计方案
进行工艺分析,完成铸件 CAD 建模和铸件图,估算出铸件体积与质量,选择压铸机, 设计浇注系统、型腔镶块、导向机构模板、推出机构等,并选用材质,最后完成模具设 计,输出全套图纸(其设计流程如图 2) 。
5.预期达到目标
查阅相关文献,完成开题报告。采用 Pro/E 软件,按照压铸模设计流程图完成阀盖 压铸件全套模具设计,输出完整的图纸,并撰写设计说明书。在这个过程中,巩固以往 所学的理论知识,熟悉压铸模结构,掌握压铸模的设计方法和 Pro/E 软件在压铸模设计 中的应用步骤,提高动手能力,为将来从事具体的技术工作打下良好的基础。
图 2 设计流程图
6.关键技术难点
本次设计的阀盖零件具有形状复杂、壁薄、加工面多和气密性要求高的特点。熔融 金属进入模具型腔中, 气体也随其一起进入到型腔, 它不仅阻碍熔融金属的流动, 而且, 合金凝固后留在铸件中会形成气孔。特别是对此类薄壁但形状复杂的零件,型腔对收缩 的阻力大,其成型过程复杂,液体金属在流动过程中极易裹气好形成紊流。铝合金材料 的熔点温度高,粘模严重,流动时对型腔的冲刷和侵蚀也较严重。而浇注系统的位置和
大小是解决这些问题的关键, 因为通过控制内浇口的截面尺寸可以不仅保证合金液的流 向, 还可以使其具有一定的流量流速和压力, 零件在成型过程中表面能得到很好的冷却, 形成较厚的冷凝层,这也是保证气密性的重要途径。因此,本次设计的难点在于深刻理 解浇注系统和铸件成型的关系,冷却系统和气孔、粘模的关系,合理设计浇注系统和冷 却系统。
7.工作计划
序号 1
设计(论文)各阶段名称 制定工作计划,了解并学习相关知识(压铸机、压铸模、 压铸铝合金、Pro/E 软件等) 熟悉课题任务要求,收集有关设计资料,查阅相关文献, 掌握相关压铸知识和 Pro/E 软件,完成开题报告和英文 翻译 进行工艺分析,完成铸件 CAD 建模,输出铸件图,根据评 审结果进行修改 选择压铸机,布置模具结构,输出模具装配草图,并提
交评审 完成模具设计,输出全套图纸 完善设计、撰写设计说明书,准备答辩 毕业答辩 毕业设计资料整改和完善
日期
1.18-2.25
2
2.25-3.19
3 4 5 6 7 8
3.20-3.28 3.29-4.13 4.14-5.20 5.21-6.10 6.11-6.18 6.19-6.20
8.参考文献
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陈光明.压铸模 CAD/CAE/CAM 的研究现状与发展.铸造技术, 2004, : (2) 148~149
4 唐玉林 苏仕方 徐爽等.世界压铸工业和市场的概况.铸造,2004, (10) :951~957
5 SU Shifang,TANG Yulin,XU Shuang.The status of China die casting industry.Proceedings of the third China international diecasting congress, Shenyang,2004.4 6 赵爱萍 田蓉. 压铸铝合金制件的质量控制. 西南林学院学报,2006, (8)80~82 7 赖清华.压铸工艺及模具.北京:机械工业出版社,2007.7
 
 
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