摩托車后輪輪轂低壓鑄造模具設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1摩托車車輪發(fā)展概況</p><p>　　隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，摩托車工業(yè)也快速的壯大起來，摩托車成為了人們出行所使用的主要交通工具之一。尤其是在發(fā)展中國(guó)家里，摩托車的擁有數(shù)量非常龐大。在我國(guó)各大城市里，摩托車已經(jīng)成為許多家庭的主要交通工具。正是由于摩托車市場(chǎng)的龐大的需求量，從而促使了摩托車企業(yè)的

2、快速發(fā)展，制造摩托車的工藝也在不斷進(jìn)步。</p><p>　　摩托車車輪是摩托車中極其重要的部件之一，它的質(zhì)量好壞直接影響著摩托車行駛的安全和可靠。早期的摩托車速度較低，其車輪結(jié)構(gòu)為剛性連接，輪胎為高壓胎。隨著輪胎及車輪技術(shù)的發(fā)展，低壓輪胎逐漸取代了高壓輪胎。與此同時(shí)，低壓輪胎又出現(xiàn)了無內(nèi)胎輪胎。</p><p>　　目前，摩托車車輪主要有三種結(jié)構(gòu)形式：輪圈輻條組合式車輪、輻板式整體車輪和

3、輕合金車輪。</p><p>　　輪圈輻條組合式車輪是一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，該種車輪與早期剛性連接的車輪相比，減震性能較好。但是，這種車輪受結(jié)構(gòu)的限制，車輪的外形變化比較困難，不能適應(yīng)摩托車外觀造型日新月異的需要。并且由于這種結(jié)構(gòu)車輪受輪圈沖孔的限制，不能裝配無內(nèi)胎輪胎，使它的發(fā)展大受影響。</p><p>　　輻板式整體車輪分為輻板式整體鋼車輪和輻板式整體鋁車輪。輻板式整體鋼車輪主要用于中

4、、低擋小輪徑摩托車。其鋼制輪圈的工藝方法是用鋼板卷制后焊接成型，使用一段時(shí)間后，焊接部位易生銹造成無內(nèi)胎車輪漏氣。輻板式整體鋁車輪有質(zhì)量小、鋁輻板形狀容易變化等優(yōu)勢(shì)。另外，鋁合金輪圈和鋁輻板通過表面處理后，可以形成車輪所需要的各種顏色，滿足了消費(fèi)者對(duì)多種顏色的需求。</p><p>　　輕合金車輪是一種整體式車輪，主要有鋁合金車輪和鎂合金車輪。</p><p>　　鎂合金車輪具有比鋁合金車

5、輪更誘人的潛在優(yōu)勢(shì)。雖然目前鎂合金車輪已經(jīng)開始應(yīng)用于摩托車，但主要局限于賽車上，它不能像鋁合金車輪那樣進(jìn)行大批量生產(chǎn)，其主要是因?yàn)椋?lt;/p><p>　　鎂與氧氣有極大的親和力，在液態(tài)下鎂可以劇烈氧化和燃燒，在熔煉和整個(gè)鑄造過程中必須在保護(hù)性氣氛的覆蓋下進(jìn)行，否則會(huì)發(fā)生燃燒事故。而目前的保護(hù)性氣氛都涉及環(huán)保問題，不僅會(huì)破壞大氣臭氧層，而且對(duì)人體危害性較大，且極易損壞設(shè)備和建筑物。</p><p

6、>　　鎂合金的化學(xué)穩(wěn)定性差，車輪在使用過程中極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。</p><p>　　目前，尚無公認(rèn)的適合大批量生產(chǎn)的成套鎂合金加工設(shè)備和工藝。</p><p>　　鋁合金的初次登場(chǎng)是在50年代，鋁合金車輪首次被用于追求高性能的賽車中。因?yàn)殇X合金車輪質(zhì)量輕、散熱性能好，并且具有良好的外觀，所以，鋁合金車輪逐步代替了鋼制車輪。</p><p>　　鋁合金車輪具有以

7、下特點(diǎn)：</p><p>　　散熱快、安全。由于轎車在高速行駛時(shí)，輪胎與地面摩擦?xí)a(chǎn)生較高的溫度，制動(dòng)盤和制動(dòng)片摩擦?xí)a(chǎn)生較高的溫度，在這樣的高溫作用下，輪胎和制動(dòng)片均會(huì)加速磨損和老化，制動(dòng)效率下降，輪胎氣壓升高，易造成爆胎和剎車失靈的事故。鋁合金的傳熱系數(shù)比鋼材大3倍，可將輪胎和制動(dòng)盤上產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)到空氣中去，避免了輪子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的種種弊病，從而增強(qiáng)了制動(dòng)效能、提高了輪胎和制動(dòng)盤的使用壽命、有效的保

8、障了汽車的安全行駛。</p><p>　　重量輕、節(jié)能。鋁材比重比鋼材小，平均每只鋁合金車圈比鋼質(zhì)車圈要輕2公斤左右，一輛轎車以5只車輪（包括一只后備車輪）計(jì)算可減輕重量10公斤。減輕重量也就意味著節(jié)省燃料。 </p><p>　　舒適性好。鋁合金車圈是精密的鑄造件，精加工表面達(dá)到80％到90％，失圓度和不平衡很小，特別是鋁合金的彈性模數(shù)較小，抗振性好，能減少行駛中的車身振動(dòng)，提高了整車的

9、舒適性。 </p><p>　　外觀漂亮。鋁合金車圈外表是經(jīng)抗腐蝕處理再靜電粉體涂裝，它可以鑄成各種花式外形，讓人感到有一種美觀、精致和豪華的感覺。有車族往往不惜重金更換自己中意的花式外形。 </p><p>　　基于鋁合金材料有眾多的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)摩托車工業(yè)也主要是生產(chǎn)鋁合金車輪，本課題也采用應(yīng)用廣泛的鋁合金材料做為摩托車輪轂的材料。</p><p>　　1.2鋁合金

10、輪轂成形方法的選擇與對(duì)比</p><p>　　生產(chǎn)鋁合金輪轂的方法有鑄造法、鍛造法、沖壓法以及大直徑焊管輥壓輪圈法。</p><p>　　熱鍛鋁輪轂的應(yīng)用較早，多采用加工性、耐腐蝕性、切削性均較好的6061鋁合金。鍛造鋁輪轂的質(zhì)量好，但成本高，效率低，適于年產(chǎn)10萬件的生產(chǎn)規(guī)模，只模鍛輪盤效果較好。</p><p>　　沖壓法是將5454合金的板材深沖成圓筒，再去掉

11、下底和上緣，得到無縫大直徑管坯，經(jīng)輥壓成型制得得輪圈性能好，但材料利用率僅為50％，且壁厚不均勻。</p><p>　　使用大直徑焊管輥壓輪圈法也能加工出性能高得鋁輪轂，但這種方法主要適合于制造二件式鋁輪轂。</p><p>　　鑄造法是目前鋁合金輪轂成型方法中非常成熟的一種成型方法，它擁有成套的制造鋁合金輪轂的設(shè)備和工藝，非常適合制造輪轂這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求較高的重要部件，被廣泛的應(yīng)用于摩

12、托車鋁合金輪轂的制造當(dāng)中。根據(jù)本課題零件材料為ZL101A，年生產(chǎn)綱領(lǐng)為50000件，應(yīng)選擇鑄造法來鑄造出該摩托車輪轂。</p><p>　　1.3鋁合金輪轂鑄造方法的選擇和對(duì)比</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)輪轂的主要鑄造成型方法有壓力鑄造、金屬型重力鑄造、擠壓鑄造、和低壓鑄造。下面對(duì)現(xiàn)行各種主要輪轂鑄造成型方法進(jìn)行論述和比較。</p><p>　　壓力鑄造

13、的特點(diǎn)是在高壓高速下充型，高壓下結(jié)晶。在這一過程中，金屬液容易卷入氣體、夾雜物。高壓射流會(huì)破碎氣體，形成彌散的小氣孔留在鑄件中，致使鑄件不能通過熱處理來提高強(qiáng)度。所以壓鑄一般適宜生產(chǎn)不需承受較大沖擊載荷的薄壁類殼體、外罩體，根本不適合制造作為摩托車重要安全部件的輪轂。</p><p>　　在輪轂的金屬型重力鑄造中，鑄件的凝固收縮補(bǔ)償只能通過建立順序凝固必需的溫度梯度來保證，因此必須在輪輻輪緣交接的熱結(jié)處及中心厚大

14、部位設(shè)置冒口，導(dǎo)致金屬熔體工藝收得率較低，只有40％～60％。同時(shí)，由于補(bǔ)縮所需得溫度梯度及壓力均較低，該方法得工藝過程必須嚴(yán)格控制，否則容易產(chǎn)生縮孔、縮松、夾渣、氣孔等缺陷。相比于其他幾種利用壓力進(jìn)行充型和凝固的鑄造方法，該方法得到的輪轂鑄件外部和內(nèi)部質(zhì)量都較差。由于僅靠重力作用下結(jié)晶，所產(chǎn)生的輪轂組織致密度、抗拉強(qiáng)度和硬度低于差壓鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造和壓鑄等。其伸長(zhǎng)率也遠(yuǎn)不及差壓鑄造和低壓鑄造。</p><p

15、>　　擠壓鑄造是借助擠壓鑄機(jī)壓頭的機(jī)械壓力，把澆入鑄型的合金液擠壓成型，并在壓力下凝固。擠壓鑄造的輪轂，表面粗糙度低，結(jié)晶壓力高，組織致密。但是一般普通的油壓機(jī)的功能簡(jiǎn)單，達(dá)不到擠壓鑄機(jī)的要求。另外，擠壓鑄造不如重力鑄造有澆注系統(tǒng)，也不如低壓鑄造的升液管進(jìn)液口在合金液中間有效避渣，其鑄件氧化夾渣嚴(yán)重。擠壓鑄造雖然結(jié)晶壓力大，但由于摩托車車輪特殊的結(jié)構(gòu)，輪輻處很多窄小的薄壁處凝固后失去補(bǔ)縮通道作用，輪輞局部得不到補(bǔ)縮。</p&

16、gt;<p>　　低壓鑄造中，金屬液在數(shù)倍于大氣壓的壓力下進(jìn)行充型和保壓凝固，鑄件的致密度較高，縮孔縮松較少，產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量較好。并且由于該方法利用壓力進(jìn)行充型和補(bǔ)縮，一般不需在輪輻上設(shè)置冒口，并簡(jiǎn)化了澆注系統(tǒng)，因此大大提高了金屬熔體的工藝收得率。低壓鑄造的“緩慢充型” 、“順序凝固”比壓鑄優(yōu)越而不易產(chǎn)生氣孔、補(bǔ)縮不足。它的“低壓充型” 、“增壓結(jié)晶”也比金屬型鑄造充型、補(bǔ)縮更好。</p><p>　

17、　另外，在低壓鑄造的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出一種差壓鑄造方法。這種方法比低壓鑄造充型更平穩(wěn)、補(bǔ)縮更充分、結(jié)晶壓力更大，因此差壓鑄造產(chǎn)品輪廓更清晰、組織更致密、力學(xué)性能提高較大。但是，由于國(guó)產(chǎn)差壓鑄造設(shè)備奇缺，工藝過程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，很少用此方法生產(chǎn)摩托車輪轂。</p><p>　　所以，對(duì)各種鑄造方法進(jìn)行比較后，覺得低壓鑄造是制造摩托車鋁合金輪轂的最佳的成型方法。</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)

18、外低壓鑄造發(fā)展概況</p><p>　　低壓鑄造與我們普遍應(yīng)用的金屬型鑄造、壓力鑄造、熔模精密鑄造等工藝相比較，它是一種新的特種鑄造。低壓鑄造工藝具有優(yōu)于其它鑄造工藝的獨(dú)特之處。</p><p>　　我國(guó)是從五十年代開始研究低壓鑄造的。它的發(fā)展非常迅速，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)僅有三十余年的時(shí)間。目前，國(guó)內(nèi)汽車、拖拉機(jī)、摩托車等制造廠已經(jīng)形成專業(yè)化的低壓鑄造車間，造船、電機(jī)、儀表、輕工和國(guó)防工業(yè)也廣

19、泛采用了這種工藝，并由生產(chǎn)簡(jiǎn)單件發(fā)展到了生產(chǎn)復(fù)雜件。</p><p>　　由于低壓鑄造工藝有著上馬快、投資少、占地小、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。所以，我國(guó)的許多工廠和單位，可以成熟的運(yùn)用低壓鑄造工藝來生產(chǎn)高要求的鋁合金復(fù)雜鑄件。如生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的鋁合金汽缸體、汽缸頭、曲軸箱、活塞體等復(fù)雜鑄件。甚至有些單位已成功的運(yùn)用低壓鑄造法來澆注大型簿壁葉片復(fù)雜鑄件，實(shí)現(xiàn)了以鑄代鍛。</p><p>

20、　　鋁合金產(chǎn)品由于具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱率好、吸收沖擊能力強(qiáng)以及不易生銹、外表美觀等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛的應(yīng)用在航空、汽車及輕工業(yè)等領(lǐng)域中。低壓鑄造則主要應(yīng)用于鋁合金鑄件的產(chǎn)品上，隨著對(duì)鋁合金鑄件的質(zhì)量要求和性能要求越來越高，鋁合金低壓鑄造幾乎已成為一項(xiàng)必不可少的工藝，并在一定情況下代替了部分壓鑄鋁合金鑄件。</p><p>　　在國(guó)外，低壓鑄造的研究開始于二十世紀(jì)初期。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，隨著航空工業(yè)的發(fā)展，英國(guó)廣泛地

21、采用低壓鑄造生產(chǎn)技術(shù)要求較高地航空發(fā)動(dòng)機(jī)地汽缸等輕合金鑄件。并采用金屬型低壓鑄造，大量生產(chǎn)北美的汽車工業(yè)和電子轉(zhuǎn)子等重要鑄件。這樣，低壓鑄造工藝迅速擴(kuò)散到通用機(jī)械、紡織機(jī)械、儀表和商業(yè)產(chǎn)品等領(lǐng)域。</p><p>　　目前，國(guó)外的低壓鑄造設(shè)備，已由專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，使低壓鑄造生產(chǎn)逐步向?qū)I(yè)化生產(chǎn)發(fā)展。專用的低壓鑄造設(shè)備的商品化，把低壓鑄造工藝技術(shù)提高到了一個(gè)較高的水平。</p><p>　

22、　2 低壓鑄造基本知識(shí)</p><p><b>　　2.1低壓鑄造原理</b></p><p>　　低壓鑄造是液體金屬在壓力的作用下，完成充型及凝固過程而獲得鑄件的一種鑄造方法。它屬于一種特種鑄造工藝，由于低壓鑄造壓力較低（一般為20～60kPa），故稱之為低壓鑄造。就低壓鑄造的工藝氣壓而言，它是介于壓力鑄造和重力鑄造之間的一種新的澆注工藝。</p>

23、<p>　　圖2－1低壓鑄造工藝示意圖</p><p>　　保溫爐 2.液態(tài)金屬 3.升液管 4.下型 5.滑套 6.導(dǎo)柱 7.頂板 </p><p>　　8. 頂桿 9.上型 10.型腔 11.澆口 12.密封墊 13.坩鍋</p><p>　　低壓鑄造的裝置簡(jiǎn)圖如圖2－1所示。鑄型由下型4和上型9組成，并安放在密封的保溫坩鍋13的上方，當(dāng)給密閉的容器坩

24、鍋中通入干燥的壓縮空氣或惰性氣體時(shí)，氣體通過在金屬液面2上的壓力作用，使液態(tài)金屬沿升液管3自下而上上升，經(jīng)鑄型下方的澆口11緩慢而平穩(wěn)地充填型腔10，隨后在壓力作用下凝固。待型腔中的合金液體凝固成形后，即可解除坩鍋內(nèi)合金液體2表面的氣體壓力，使升液管3和澆口11中尚未凝固的合金液體靠自重流回坩鍋內(nèi)，完成一次澆注過程，經(jīng)脫模后便得到了所需的鑄件。</p><p>　　低壓鑄造的實(shí)質(zhì)是物理學(xué)中的帕斯卡原理在鑄造方面的

25、具體運(yùn)用，根據(jù)帕斯卡原理有</p><p><b>　　PFH = PFH</b></p><p>　　式中：P—金屬液面上的壓力；</p><p>　　F—金屬液面上的受壓面積；</p><p>　　H—坩鍋內(nèi)液面下降的距離；</p><p>　　P—升液管中使金屬液上升的壓力；</p&g

26、t;<p>　　F—升液管的內(nèi)截面積；</p><p>　　H—金屬液在升液管中上升的距離。</p><p>　　圖2－2 低壓鑄造原理示意圖</p><p>　　1.密封容器 2. 金屬液 3. 升液管 4.密封蓋 5.澆口 </p><p>　　6. 鑄件7. 鑄型 8.緊固件 9.通氣管</p><p&

27、gt;　　由圖2－2可知：由于F遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 F，因此，當(dāng)坩鍋中液面下降高度H 時(shí)，只要在坩鍋中金屬液面上施加一個(gè)很小的壓力，升液管中的金屬液就能上升一個(gè)相當(dāng)?shù)母叨菻。這也就是“低壓”的來源。</p><p>　　低壓鑄造所用的鑄型可以是金屬型、干砂型、濕砂型、石膏型、石墨型、熔模型殼和陶瓷型等。</p><p>　　2.2 低壓鑄造工藝流程</p><p>　　通常低

28、壓鑄造的工藝流程為：</p><p>　　金屬的熔煉及模具的準(zhǔn)備；</p><p>　　澆注前的準(zhǔn)備:包括坩鍋密封（裝配密封蓋），升液管中的扒渣，測(cè)量液面高度，密封性試驗(yàn)，配模，緊固模具等；</p><p>　　澆注：包括升液，充型，結(jié)晶凝固，放氣解壓等四個(gè)過程；</p><p>　　脫模：包括松型脫模和取件。</p><

29、p>　　圖2－3 低壓鑄造工藝操作過程</p><p>　　通過圖2－3可以了解低壓鑄造的工藝流程的操作過程。這些工藝中不同工序之間的相互作用，直接影響鑄件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。有些工序若操作不慎，會(huì)增加不必要的時(shí)間浪費(fèi)，降低勞動(dòng)生產(chǎn)效率，例如坩鍋密封不好，會(huì)使氣體泄漏，影響進(jìn)氣壓力參數(shù)的正?？刂?，泄漏嚴(yán)重的需要反工。模具裝配不當(dāng)，澆注時(shí)會(huì)漏箱跑火，不僅使鑄件報(bào)廢，嚴(yán)重的還會(huì)使整天的生產(chǎn)受到影響。</p&

30、gt;<p>　　2.3低壓鑄造的特點(diǎn)</p><p>　　由于液態(tài)金屬是在壓力推動(dòng)下進(jìn)入型腔，并在壓力作用下結(jié)晶凝固進(jìn)行補(bǔ)縮，其充型過程既與重力鑄造法不同，也不同于高壓高速充型的壓力鑄造。低壓鑄造形成了某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　液態(tài)金屬充型比較平穩(wěn)。由于低壓鑄造采用底注式充型，且充型速度容易控制，相對(duì)減少了液態(tài)金屬澆注時(shí)的飛濺、對(duì)型壁和型芯的沖刷

31、及氧化夾雜等鑄造缺陷。同時(shí)，型腔內(nèi)液流與氣流方向一致，減小了產(chǎn)生氣孔缺陷的可能性。</p><p>　　鑄件成形性好。低壓鑄造時(shí)液態(tài)金屬是在外界壓力作用下強(qiáng)迫流動(dòng)的，提高了液態(tài)金屬的充填性，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件，這對(duì)于薄壁葉片和大型復(fù)雜薄壁鑄件的成形更為有利。</p><p>　　鑄件組織致密、力學(xué)性能高。因?yàn)殍T件是在壓力作用下結(jié)晶凝固，大幅度提高了補(bǔ)縮效果，從而提高了鑄件的

32、力學(xué)性能。如鑄件的抗拉強(qiáng)度和硬度比重力鑄造提高約10％左右。由于鑄件組織致密，鑄件的氣密性、耐壓性都得到提高，這對(duì)于要求耐壓和防滲漏的鑄件具有明顯效果。</p><p>　　提高了液態(tài)金屬的工藝出品率。由于低壓鑄造利用壓力充型和補(bǔ)縮，簡(jiǎn)化了澆冒口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使工藝出品率可提高到90％左右。</p><p>　　生產(chǎn)效率高，加工余量小，機(jī)械加工工時(shí)少。</p><p>

33、;　　低壓鑄造對(duì)鑄型材料沒有特殊的要求，凡可作為鑄型的各種材料，都可以用作為低壓鑄造的鑄型材料。</p><p>　　設(shè)備簡(jiǎn)單、便于制造、投資少、占地面積小、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。</p><p>　　改善了澆注時(shí)的勞動(dòng)條件。在低壓鑄造的澆注過程中，操作人員只要控制氣閥或按動(dòng)電鈕就可以進(jìn)行了。同時(shí)，澆包置于密封的壓力罐中，也減少了高溫合金液對(duì)人體的熱輻射，有利于工人的健康。</

34、p><p>　　同時(shí)，低壓鑄造的缺點(diǎn)是坩鍋和升液管長(zhǎng)時(shí)間被液態(tài)金屬侵蝕，使用壽命較短。另外，鋁合金液容易增鐵。</p><p>　　2.4 低壓鑄造工藝規(guī)范</p><p>　　低壓鑄造的工藝規(guī)范包括預(yù)壓、充型、增壓、保壓、模具預(yù)熱溫度、澆注溫度，以及模具的涂料等內(nèi)容。</p><p><b>　　預(yù)壓和預(yù)壓速度</b>&l

35、t;/p><p>　　預(yù)壓壓力是指當(dāng)金屬液面上升到澆口附近所需要的壓力。金屬液在升液管內(nèi)的上升速度應(yīng)盡可能快，同時(shí)也需要避免金屬液在進(jìn)入澆口時(shí)不致產(chǎn)生噴濺。</p><p><b>　　充型壓力和充型速度</b></p><p>　　充型壓力是指使金屬液充型上升到鑄型頂部所需的壓力。在充型階段，金屬液面上的升壓速度就是充型速度。</p>

36、<p><b>　　增壓和增壓速度</b></p><p>　　金屬液充滿型腔后，再繼續(xù)增壓，使鑄件的結(jié)晶凝固在一定大小的壓力作用下進(jìn)行，這時(shí)的壓力叫結(jié)晶壓力。結(jié)晶壓力越大，補(bǔ)縮效果越好，最后獲得的鑄件組織也愈致密。但通過結(jié)晶增大壓力來提高鑄件質(zhì)量，不是任何情況下都能采用的。</p><p><b>　　保壓時(shí)間</b></p

37、><p>　　保壓時(shí)間是指型腔壓力增至結(jié)晶壓力后，并在結(jié)晶壓力下保持一段時(shí)間，直到鑄件完全凝固所需要的時(shí)間。如果保壓時(shí)間不夠，鑄件未完全凝固就卸壓，型腔中的金屬液將會(huì)全部或部分的回流，造成鑄件報(bào)廢。如果保壓時(shí)間過久，則澆口殘留過長(zhǎng)，這不僅降低了工藝收得率，而且還會(huì)造成澆口被堵死，使鑄件出型困難，故生產(chǎn)中必須選擇適宜的保壓時(shí)間。</p><p><b>　　鑄型溫度及澆注溫度</

38、b></p><p>　　低壓鑄造時(shí)，因?yàn)榻饘僖后w的填充條件得到改善，且金屬液體直接自密封保溫坩鍋進(jìn)入鑄型，故澆注溫度一般比重力鑄造澆注溫度低10～20℃。當(dāng)采用金屬型鑄造鋁合金鑄件時(shí)，鑄型的工作溫度為200～250℃。鑄造復(fù)雜的薄壁鑄件時(shí)，鑄型的工作溫度可以提高到300～350℃。</p><p><b>　　涂料</b></p><p&g

39、t;　　在金屬型低壓鑄造時(shí)，為了提高其壽命及鑄件質(zhì)量，必須刷涂料。涂料應(yīng)均勻，涂料厚度要根據(jù)鑄件表面光潔度、鑄件結(jié)構(gòu)及鑄件的冷卻方向來確定。此外，保溫坩鍋也應(yīng)噴涂涂料。因升液管長(zhǎng)期浸在液體金屬中，增加了鋁合金溶液中的含鐵量，降低了鑄件的力學(xué)性能。所以，應(yīng)先將升液管的內(nèi)、外表面預(yù)熱至200℃左右，再涂刷一層較厚的涂料。</p><p>　　3 模具總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1

40、鋁合金輪轂低壓鑄造模具一般方案</p><p>　　在輪轂的制造過程中，鑄件毛坯質(zhì)量對(duì)于鋁合金輪轂的整體質(zhì)量有著很大的影響。毛坯鑄造的好壞，直接影響輪轂的加工和其使用性能。而鑄件毛坯的質(zhì)量又取決于合金的選擇、模具質(zhì)量、熔煉工藝、合金變質(zhì)和熱處理等一系列工藝控制過程。在這其中，模具又是成型輪轂的關(guān)鍵工藝裝備，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是輪轂生產(chǎn)的工藝關(guān)鍵。</p><p>　　根據(jù)輪轂零件的不同，鑄

41、造輪轂的方法也不盡相同，其模具的總體方案也要根據(jù)零件的實(shí)際情況而定。如果輪轂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則需要模具增加相應(yīng)的成型鑲塊，其頂出裝置也要根據(jù)零件的復(fù)雜程度來設(shè)計(jì)。在冷卻系統(tǒng)方面，也要根據(jù)實(shí)際情況，可采用有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)或風(fēng)、水共用系統(tǒng)以及風(fēng)冷等方式。在排氣系統(tǒng)方面，由于模具結(jié)構(gòu)的差異，其排氣方式也有很多不同之處。</p><p>　　下面是鋁合金輪轂低壓鑄造的兩種模具結(jié)構(gòu)：</p><p>　　

42、例如，圖3-1所示的是200整體式鋁合金輪轂低壓鑄造模具結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖中可以看出，在這個(gè)模具中采用了上下模冷卻環(huán)組件的設(shè)計(jì)，使鑄型的冷卻充分。設(shè)計(jì)了分流錐，使金屬液充型速度加快。上模連接環(huán)使上模與上模座很好的連接。</p><p>　　圖3-1 整體式鋁合金輪轂低壓鑄造模具結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.下模冷卻環(huán)組件 2.下模 3.側(cè)模 4.鐵澆口

43、套</p><p>　　5.上模冷卻環(huán)組件 6.上模 7.分流錐 8.上模連接環(huán)</p><p>　　該模具屬于典型的金屬型型腔模具。模具包括成型系統(tǒng)、鑄型排氣系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)五大組成部分。在澆口與分流錐之間，設(shè)置有過濾網(wǎng)，分流錐設(shè)計(jì)為（平）圓頂，以頂住過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)一模一件以濾渣，還可避免紊流。</p><p>　　本模具冷卻位置在輪轂的熱節(jié)處，

44、模具外圍設(shè)置保溫棉，以均衡冷卻過程，模具采用水冷卻方式。冷卻部位主要集中在車輪輪輻、中心澆口處，而輪輞部位則無須冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　在模具的上方設(shè)置有吊耳機(jī)構(gòu)，便于將模具吊裝到鑄造機(jī)上。在頂出系統(tǒng)的設(shè)置中，設(shè)置了相應(yīng)的頂桿系統(tǒng)，將鑄件在模具分模時(shí)頂出鑄型。</p><p>　　另外，圖3-2所示的是輪轂低壓鑄造模具結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　這種低壓鑄造

45、模具結(jié)構(gòu)也是一種典型的模具結(jié)構(gòu)，是一種適用于常規(guī)機(jī)臺(tái)的低壓鑄造模具，它按系統(tǒng)也分為澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和成型系統(tǒng)，按模塊功能又可分為結(jié)構(gòu)件、成型件、標(biāo)準(zhǔn)件。成型件是參與制品成型的零件及部件，結(jié)構(gòu)件則為除成型件外的組成一副完整型腔模具的部分，它包含導(dǎo)向部分、頂出部分和模具固定連接部分。而在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中則將原成型件分解為成型鑲件和成型標(biāo)準(zhǔn)件。成型鑲件由圖3-2中上模鑲塊6、上模芯8、分流錐7、下模塊3及澆口套4等組成。</p&

46、gt;<p>　　圖3-2 輪轂低壓鑄造模具結(jié)構(gòu)</p><p>　　1. 下模板 2. 陶瓷澆口套 3. 下模塊 4. 澆口套 5. 側(cè)模 6. 上模鑲塊 </p><p>　　7.分流錐 8. 上模芯 9. 模芯壓板 10. 上模體 11. 三角導(dǎo)向塊 </p><p>　　12. 上模固定塊 13.推桿固定板 14. 推板 15.上模板</

47、p><p>　　另外，該模具的側(cè)模為四開模，有三角導(dǎo)向塊，澆注系統(tǒng)采用陶瓷澆口套，使它的硬度大為提高。根據(jù)零件的復(fù)雜程度，加裝了模芯和模芯壓板。冷卻系統(tǒng)為風(fēng)冷，而對(duì)于不同的生產(chǎn)廠家及設(shè)備而言，另有導(dǎo)柱卡裝式模具結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)也有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)或風(fēng)、水共用系統(tǒng)。</p><p>　　3.2 模具總體方案設(shè)計(jì)與對(duì)比</p><p>　　3.2.1 零件輪輞的主要形式<

48、/p><p>　　輪輞是摩托車輪轂與外輪胎直接接觸的部件，它的幾何形狀較為復(fù)雜，并且已經(jīng)形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，摩托車輪輞系列GB13202—91，輪輞的類型分很多種，主要有圓柱型（WM型）、5°斜底式（MT型）、斜底式（直邊式）、對(duì)開槽式以及深（槽）式。</p><p>　　圖3-3 所示的是5°斜底式圈座輪輞（MT型），這種型號(hào)的輪輞適用于代號(hào)標(biāo)志系列和公制80

49、、90和100系列的摩托車輪胎。它的特點(diǎn)是，輪輞的外形是由一些半徑較小的圓弧組成，并且在輪輞上有凸峰（R5.5處）和斜度（5°±1°）。這些特點(diǎn)可以使輪輞與外輪胎的連接有很好的穩(wěn)定性。</p><p>　　圖3-3 5°斜底式圈座輪輞（MT型）</p><p>　　圖3-4 所示的是圓柱型圈座輪輞（WM型），這種輪輞適用于代號(hào)標(biāo)志系列，也適用于公制

50、80、90和100系列的摩托車輪胎。這種型號(hào)的輪輞底部由弧形代替了MT型底部平底的形式，但沒有凸峰和外形線傾斜的設(shè)計(jì)，在與外部輪胎相連接時(shí)，穩(wěn)定性沒有那么好。</p><p>　　圖3-4 圓柱型圈座輪輞（WM型）</p><p>　　3.2.2 輪轂零件的分析</p><p>　　輪轂零件圖如圖3-5所示。</p><p>　　由零件圖可以

51、看出，該輪轂雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但它的對(duì)稱度很好，輪輞采用5度斜底式圈座輪輞（MT型）。輪轂有三個(gè)成120度的加強(qiáng)筋，輪轂中部設(shè)有花鍵連接，整體壁厚沒有非常薄的地方，鑄造性良好，且容易出模。該輪轂的輪輞與輪盤整體成型，是一件式鋁輪轂。</p><p>　　圖3-5 鋁合金輪轂零件圖</p><p>　　圖3-6 鋁合金輪轂零件實(shí)體圖 </p><p>　　3.2.

52、3 鑄件毛坯的工藝分析</p><p>　　鑄件毛坯的工藝性，是指鑄件毛坯對(duì)鑄造工藝的適應(yīng)性，即鑄件毛坯的形狀結(jié)構(gòu)等是否符合鑄造工藝的要求。鑄件毛坯的工藝性好壞，直接影響鑄件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及鑄造設(shè)備的選用。</p><p>　　鑄件毛坯的形狀結(jié)構(gòu)要適合于模具的脫模，在鑄件的脫模方向上不能有阻礙鑄件脫開的凸臺(tái)、斜度等結(jié)構(gòu)。若存在少部分這種情況，則

53、要求模具能夠采用鑲塊，來輔助鑄件的脫模。只有滿足了脫模這個(gè)基本條件，才可以說鑄件毛坯的結(jié)構(gòu)形狀基本上合理。但即使鑄件模具通過鑲塊的輔助能夠脫模，但這種鑄件毛坯的工藝結(jié)構(gòu)還是不夠合理。實(shí)際中應(yīng)盡量避免鑄件毛坯出現(xiàn)這種有阻礙鑄件脫模的結(jié)構(gòu)，盡量使鑄件毛坯的形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，甚至要求鑄件毛坯在脫模方向上的結(jié)構(gòu)形狀有一定的傾斜度，這樣就更有利于鑄件毛坯的脫模。</p><p>　　另外，在鑄件毛坯的形狀結(jié)構(gòu)中，不同型面的連接

54、處要有一定的圓弧過渡，這個(gè)工藝要求是為了模具制造的方便以及脫模的方便。</p><p>　　圖3-7 鑄件毛坯圖</p><p>　　圖3-7所示的是輪轂鑄件的毛坯圖，與輪轂零件圖（圖3-5）相比，該毛坯中將一些不利于鑄造成型的地方增加了余量。如不鑄造處花鍵處的臺(tái)階，制動(dòng)襯套處的臺(tái)階和凹槽也不易直接鑄造出來。另外，輪輞與輪轂中部相連的加強(qiáng)筋處，一些地方都有圓弧過渡。</p>

55、<p>　　輪轂鑄件毛坯圖中的其它地方的結(jié)構(gòu)形狀還是比較合理的，沒有影響鑄件脫模的地方，毛坯的鑄造工藝性良好。</p><p>　　3.2.4 模具總體方案1</p><p>　　摩托車輪轂屬于復(fù)雜零件，存在壁厚較薄的地方。但由于零件的對(duì)稱度較好，又是使用低壓鑄造，所以，相比較其它鑄造方式或低壓鑄造其它模具形式而言，其模具總體結(jié)構(gòu)沒有非常復(fù)雜的地方，如復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)。&

56、lt;/p><p>　　根據(jù)低壓鑄造的特點(diǎn)，并結(jié)合本零件的結(jié)構(gòu)，在模具中不需設(shè)置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的冒口，澆注系統(tǒng)也大為簡(jiǎn)化。澆注系統(tǒng)有很多種形式，按金屬液導(dǎo)入方式分為切向澆注、徑向澆注；按澆口位置分為中心澆注、頂澆注和側(cè)澆口；按澆口形狀分為環(huán)形澆口、縫隙澆口和點(diǎn)澆口；按橫澆道過渡區(qū)形式分為扇形澆道系統(tǒng)和錐形切線澆道系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-7 所示的是方案1的模具裝配圖，該方案采用中心澆注方式

57、，鋁液通過模具底部的澆注口進(jìn)入型腔。橫澆道由輪轂自身的三個(gè)加強(qiáng)筋來代替，由于鑄件中輪輞部分沒有特別細(xì)小的型腔，所以也沒有設(shè)置直澆道和內(nèi)澆道。澆口形式非常簡(jiǎn)單，只設(shè)置了澆注過道和過道外環(huán)。通過鑄型本身的形狀，即可使鋁合金液體充分充滿鑄型，液體也不會(huì)產(chǎn)生紊流。</p><p>　　圖3-8 模具裝配圖（方案1）</p><p>　　在模具中使鑄件從模具的成型零件中脫出的機(jī)構(gòu)，稱為推出機(jī)構(gòu)。推出

58、機(jī)構(gòu)一般由推出元件（如推桿、推管、卸料板、成型推塊、斜滑塊等）、復(fù)位元件、限位元件、導(dǎo)向元件、結(jié)構(gòu)元件等組成。推出機(jī)構(gòu)的基本傳動(dòng)形式分為：機(jī)動(dòng)推出、液壓推出器推出和手動(dòng)推出三種。本方案中，由于鑄件形狀對(duì)稱，強(qiáng)度適中，便于推出，所以采用了機(jī)動(dòng)推出方式。</p><p>　　推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，按動(dòng)作分為直線推出、旋轉(zhuǎn)推出、擺動(dòng)推出；按機(jī)構(gòu)形式分為推桿推出、推管與推叉推出、卸料板推出、斜滑塊推出及其他推出機(jī)構(gòu)。在本鑄

59、型中沒有管狀的部件，也沒有較大的平面，所以不易采用推管、推叉推出機(jī)構(gòu)和卸料板推出機(jī)構(gòu)。由于鑄型有圓環(huán)狀型面，利于推桿進(jìn)行推出和布置推桿的位置。所以推桿推出機(jī)構(gòu)是本方案最佳的選擇，其他機(jī)構(gòu)基本都不適宜。另外，鑄件的外形比較規(guī)則，沒有比較復(fù)雜的幾何形狀，主要以直線型線型為主，所以動(dòng)作方式采用直線推出方式。</p><p>　　壓鑄模的動(dòng)模與定模的結(jié)合表面通常稱為分型面。模具一般只有一個(gè)分型面，但有時(shí)由于鑄件結(jié)構(gòu)的特殊

60、性，或者為滿足壓鑄生產(chǎn)的工藝要求，往往需要再增加一個(gè)或兩個(gè)輔助分型面。分型面一般分為單分型面和多分型面，單分型面又分為直線、傾斜、折線和曲面分型面。多分型面則分為雙分型面、三分型面以及組合分型面。分析本課題的輪轂零件后，認(rèn)為零件形狀對(duì)稱，故采用直線型單分型面。</p><p>　　另外，由于在該輪轂鑄件的輪輞結(jié)構(gòu)中，輪輞中部的直徑尺寸比外圍的直徑尺寸要小。所以在模具的設(shè)計(jì)中就不能只采用上下模合模方式，如果采用這種

61、方式，則當(dāng)在鑄件凝固后開模的過程中，鑄件無法和模具脫開，顯然是不合理的設(shè)計(jì)。介于這種情況，在方案1中除了使用了上、下模，還采用了邊模的設(shè)計(jì)。將邊模設(shè)計(jì)成輪輞的外型形狀，這樣在開模的過程中就不會(huì)產(chǎn)生鑄件無法脫開模具的情況，解決了設(shè)計(jì)不合理的問題。</p><p>　　在本方案中，輪轂的形狀不很復(fù)雜，鑄造工藝性好，其鑄件對(duì)模具溫度控制的要求不高，模具溫度在較大范圍內(nèi)變動(dòng)仍能生產(chǎn)出合格的鑄件。另外，該模具中沒有特別容易

62、過熱的部位，如沒有直澆道、型芯、凸出部位等需要考慮快速冷卻的地方。再加上模具的散熱性比較好。所以，本方案中的冷卻方式不必采用水冷等方式，采用風(fēng)冷就能滿足模具散熱的要求。模具內(nèi)不必采用冷卻裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　　3.2.5 模具總體方案2及與方案1的比較</p><p>　　圖3-8所示的是模具總體方案2，方案2與方案1的主要不同之處是在鑄件的型腔位置方面。方案1中，鑄型中部有

63、待充型的空間較大，澆口澆注的面積較大，有利于鋁合金液體迅速的充型，輪輞外圈部分也能較快的充滿鋁合金液。這種設(shè)置比較合理。而在方案2中，型腔的形狀與方案1相比是對(duì)稱放置，在澆注口附近只有很小的一個(gè)圓環(huán)面積可供鋁合金液體壓入型腔中，這樣則在充型結(jié)束后，輪輞中有些地方可能充型不足，或者產(chǎn)生液體的紊流。這些都會(huì)在很大程度上影響輪轂的質(zhì)量。</p><p>　　另外，在方案2中的澆注系統(tǒng)與下模接合的部分，澆注過道固定環(huán)與下

64、模無法很好的連接。若用螺釘在圖示位置與下模連接，則下模的形狀就不夠合理，甚至難以加工出下模。</p><p>　　圖3-8 模具裝配圖（方案2）</p><p>　　方案2中的其它設(shè)計(jì)與方案1基本相同。澆注系統(tǒng)仍然采用中心澆注，從鑄型的底部開始充型；推出系統(tǒng)仍采用推桿推出系統(tǒng)，進(jìn)行直線式推出；分型面也為直線型分型面，分型面在鑄型的中部；模具方式采用上模、下模和邊模的方式。</p>

65、;<p>　　在將兩種方案進(jìn)行對(duì)比后，認(rèn)為方案1在澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面比方案2更為合理。所以，本設(shè)計(jì)采用方案1。</p><p>　　3.3 模具的動(dòng)作方式</p><p>　　為了便于看清楚模具的分模和合模是如何動(dòng)作的，是如何達(dá)到將鑄件推出和模具復(fù)位的作用。下面根據(jù)幾幅模具的動(dòng)作示意圖來分析模具的基本動(dòng)作方式。在示意圖中，整個(gè)模具的各個(gè)部分都采用了簡(jiǎn)化的畫法，一些細(xì)節(jié)的部分均

66、為畫出。頂桿和螺紋連接等地方都用一條直線表示，鑄件輪廓用虛線表示，其形狀也采用了簡(jiǎn)化畫法。圖中箭頭表示模具的移動(dòng)方向。</p><p>　　3.3.1 模具的分模動(dòng)作方式</p><p>　　如圖3-9所示，模具整體是放置在低壓鑄造機(jī)（圖中未畫出）中的，其中下模3連接在下模座2上，而下模座2又固定在低壓鑄造機(jī)的工作臺(tái)1上。這樣在分模時(shí)，下模3則是固定在鑄造機(jī)的工作臺(tái)1上，不會(huì)向上移動(dòng)。&l

67、t;/p><p>　　圖3-9 上模分模示意圖</p><p>　　1. 工作臺(tái) 2. 下模座 3. 下模 4. 邊模 5. 導(dǎo)桿 6. 拉桿</p><p>　　7.復(fù)位桿 8. 夾板 9.頂桿 10. 上模座 11.上模 </p><p>　　在上模部分，模具上模11與上模座10相連，而上模座10與低壓鑄造機(jī)的拉桿6相連。模具在進(jìn)行分模時(shí)，上

68、模與上模座一起在鑄造機(jī)拉桿6的作用下向上移動(dòng)，這其中，導(dǎo)桿5起到導(dǎo)向作用。與此同時(shí)，頂桿9和復(fù)位桿7在夾板8的作用下固定不動(dòng)。這樣，頂桿9與上模的向上移動(dòng)相比較就產(chǎn)生了向下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而將鑄件從上模中頂出。在上模向上移動(dòng)的過程中，上模也會(huì)帶動(dòng)邊模向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)了鑄件的向上移動(dòng)，使鑄件從下模中脫出。</p><p>　　另外，如圖3-10所示的是邊模脫開的過程。當(dāng)上模隨低壓鑄造機(jī)向上移動(dòng)，鑄件從上下模具中脫開

69、的同時(shí)，邊模也分為四塊向外脫開。至此，則完成了鑄件從模具中脫模的全過程。</p><p>　　圖3-10 邊模分模示意圖</p><p>　　1. 工作臺(tái) 2. 下模座 3. 下模 4. 邊模 5. 導(dǎo)桿 6. 拉桿</p><p>　　7.復(fù)位桿 8. 夾板 9.頂桿 10. 上模座 11.上模 </p><p>　　3.3.2 模具的合模

70、復(fù)位動(dòng)作方式</p><p>　　當(dāng)鑄件從模具中脫出后，模具在完全冷卻后，將進(jìn)行合模。合模的運(yùn)動(dòng)方式基本和分模的運(yùn)動(dòng)相反，在這個(gè)過程中，起主要作用的是復(fù)位桿。</p><p>　　如圖3-11所示，在合模的過程中，上模11與上模座10在低壓鑄造機(jī)的拉桿6的作用下向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于夾板8、頂桿9以及復(fù)位桿7等部件均固定在固定板（圖中未畫出）上，所以它們的相對(duì)位置在整個(gè)合模過程中不變，沒有產(chǎn)

71、生任何運(yùn)動(dòng)。其中，復(fù)位桿7的下端一直頂在下模的上表面，這樣在上模11和上模座10向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于復(fù)位桿7頂在下模3的上表面上不動(dòng)，從而產(chǎn)生了向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使夾板8、固定板以及頂桿9等部件復(fù)位。</p><p>　　圖3-11 合模示意圖</p><p>　　1. 工作臺(tái) 2. 下模座 3. 下模 4. 邊模 5. 導(dǎo)桿 6. 拉桿</p><p>　　7.復(fù)位桿

72、8. 夾板 9.頂桿 10. 上模座 11.上模 </p><p><b>　　4 模具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 鑄件的材料及其性能</p><p>　　本課題中鑄件的材料牌號(hào)為：ZL101A。其合金牌號(hào)為：ZALSi7MgA(鑄造工程師手冊(cè)第一版342頁 表4-54)。鑄造鋁合金對(duì)各種鑄造工藝的適應(yīng)性都很好，可以用于砂型鑄造

73、、金屬型鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造、低壓鑄造、壓鑄、連續(xù)鑄造、觸變鑄造等。同一牌號(hào)的合金，用不同工藝鑄造，其力學(xué)性能有所不同。ZL101A屬于鋁硅合金，鋁硅合金有良好的鑄造性能，經(jīng)變質(zhì)處理和熱處理后，有良好的力學(xué)性能和耐蝕性能，是應(yīng)用最廣的鋁合金。</p><p>　　4.2 機(jī)械加工余量的確定</p><p>　　機(jī)械加工余量是為了保證鑄件機(jī)械加工面尺寸和零件加工精度，在設(shè)計(jì)鑄件和鑄造工藝

74、時(shí)，預(yù)先增加并在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)予以切除的金屬層厚度。鑄件的加工余量數(shù)值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和該表面距它的加工基準(zhǔn)間尺寸兩者中較大的尺寸所在尺寸范圍，從鑄件加工余量表中選取。另外，鑄件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量數(shù)值。</p><p>　　在本輪轂鑄件中，有加工要求表面中基本尺寸最大的為直徑281.2。根據(jù)《鑄造工程師手冊(cè)》，選取加工余量等級(jí)為D～F，則根據(jù)直徑281.2查表，選取本鑄件的機(jī)械

75、加工余量為單邊2.5mm 。在鑄件的個(gè)別地方有些余量比2.5mm大，這種情況根據(jù)實(shí)際情況而定，具體見毛坯圖。</p><p>　　4.3 鑄件收縮率的確定</p><p>　　鑄件在凝固和冷卻過程中，體積一般要發(fā)生收縮，即體收縮。固態(tài)下的收縮量常以長(zhǎng)度表示，稱為線收縮，以模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)表示，即：</p><p><b>　　(%)&

76、lt;/b></p><p>　　式中 K —鑄造收縮率；</p><p><b>　　L—模樣尺寸；</b></p><p><b>　　L—鑄件尺寸；</b></p><p>　　鑄造收縮率不僅與鑄造合金的種類及成分有關(guān)，而且還與鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和尺寸大小、鑄型種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因

77、素有關(guān)。</p><p>　　對(duì)于大量生產(chǎn)的鑄件，應(yīng)通過試生產(chǎn)測(cè)量鑄件的實(shí)際尺寸，求出鑄件各部位、各方向的實(shí)際收縮率，修正模樣。單件、小批量生產(chǎn)的鑄件，一般根據(jù)生產(chǎn)中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)來選取鑄造收縮率，形狀復(fù)雜的鑄件，可以考慮采用工藝補(bǔ)正量，適當(dāng)加大機(jī)械加工余量等措施，保證鑄件的尺寸合格。</p><p>　　根據(jù)《鑄造工程師手冊(cè)》，表6-24，可知鋁硅合金的自由收縮率為1.0～1.2％，受阻

78、收縮率為0.8～1.0％ 。</p><p>　　4.4 起模斜度的確定</p><p>　　為了在鑄型凝固后，便于鑄件從模具中取出而不損壞模具或鑄件，應(yīng)該在模具的相映位置設(shè)置一定的傾斜角度，即起模斜度。起模斜度的設(shè)置可以根據(jù)鑄件的實(shí)際情況來定。在鑄件本身有結(jié)構(gòu)斜度的地方，則不必設(shè)置起模斜度。當(dāng)鑄件的結(jié)構(gòu)斜度不足或者鑄件的結(jié)構(gòu)影響了鑄件的脫模時(shí)，則必須設(shè)置一定斜度的起模斜度或者增加模具鑲塊

79、，來解決鑄件脫模困難的問題。在本鑄件中，鑄件的幾何形狀大部分不會(huì)影響鑄件的脫模，但也有一些地方的幾何形狀與模具脫模方向平行，不利于鑄件脫模。所以，在設(shè)計(jì)上下模具時(shí)，這些地方在脫模方向上都增加了一定起模斜度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和鑄件的實(shí)際情況，將起模斜度定為3°，具體見模具裝配圖，其中未注起模斜度為2°～3°。</p><p>　　4.5 分型面的確定</p><p>　

80、　選擇鑄件的分型面涉及鑄件的形狀和技術(shù)要求、澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的布置、鑄造工藝條件、鑄造模具的結(jié)構(gòu)和制造成本、模具的熱平衡等因素，這些因素難以兼顧，故應(yīng)綜合這些因素來考慮分型面的確定。</p><p>　　選擇分型面應(yīng)注意如下要點(diǎn)：</p><p>　　開模時(shí)保持鑄件隨動(dòng)模移動(dòng)方向脫出定模；</p><p>　　有利于澆注系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的布置；</p

81、><p>　　要求不影響鑄件的尺寸精度；</p><p><b>　　簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)；</b></p><p>　　避免鑄造機(jī)承受臨界負(fù)荷，并要考慮鑄造合金的性能；</p><p>　　在選擇鑄件的分型面時(shí)要綜合考慮以上要點(diǎn)，從而確定分型面。</p><p>　　另外，分型面有如下分類。</p&g

82、t;<p>　　在單分型面類別中又分為直線型、傾斜型、折線型以及曲線型分型面。</p><p>　　在多分型面中又分為雙分型面、三分型面以及組合分型面</p><p>　　根據(jù)以上選擇分型面的方法，選擇鋁合金鑄件的分型面如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 分型面示意圖</p><p>　　圖 4-3所示的是鑄件模具的分

83、型面示意圖。圖中黑色粗線代表了分型面，這種設(shè)計(jì)對(duì)本鑄件來說比較合適。上、下模具在分模時(shí)均不會(huì)影響鑄件，且分型面在鑄件斷面輪廓較大的地方，屬于直線型單分型面。另外，分型面在上、下模內(nèi)的深度也不深，有利于鋁合金液體順暢的進(jìn)入型腔，這樣設(shè)置模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　4.6 模架的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　模架是固定和設(shè)置成型鑲塊、澆道鑲塊、澆口套以

84、及導(dǎo)向零件等的基體。雖然在低壓鑄造中，一般沒有成型鑲塊以及澆道鑲塊，但模架在這里也是不可缺少的。它是模具和鑄造機(jī)連接所必須的基本“骨架”，其主要構(gòu)件有夾板、上下模座、支撐板以及定位銷、導(dǎo)向塊、緊固零件等。在圖3-7中所示的方案中，該模架有足夠的剛性，在承受鑄造機(jī)鎖模力的情況下，不易發(fā)生變形。這種設(shè)計(jì)不過于笨重，便于裝卸、修理和搬運(yùn)，并減輕了鑄造機(jī)的負(fù)荷。</p><p><b>　　4.7 冒口的設(shè)計(jì)&

85、lt;/b></p><p>　　4.7.1 冒口設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，其功能是多方面的。功能不同的冒口，其形式、大小和開設(shè)位置均不同。所以冒口的設(shè)計(jì)要充分考慮鑄造合金的性質(zhì)和鑄件的特點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)于凝固溫度范圍寬，不產(chǎn)生集中縮孔的合金（如錫青銅），冒口的作用主要是排氣和收集液流前沿混有夾雜物或氧化

86、膜的金屬液。這種冒口多置于內(nèi)澆道的對(duì)面，其尺寸也不必太大。</p><p>　　對(duì)于要求控制顯微組織的鑄件，冒口可以收集液流前沿的過冷金屬液，避免鑄件上出現(xiàn)過冷組織。典型的例子是單位鑄造活塞環(huán)時(shí)所用的冒口。有些鑄件易出現(xiàn)白口組織的部位，也可開設(shè)這樣的冒口。</p><p>　　對(duì)于凝固期間體積收縮量大，日趨向于形成集中縮孔的合金（如鑄鋼、錳黃銅和鋁青銅等），冒口的主要作用是補(bǔ)償鑄件的液態(tài)收

87、縮和凝固收縮，以得到致密的鑄件。</p><p>　　4.7.2 冒口設(shè)置的原因</p><p>　　由于在輪輞上容易產(chǎn)生縮松與裂紋，所以在相應(yīng)的部位必須設(shè)置合適的冒口，以解決這些缺陷的產(chǎn)生。</p><p>　　圖4-4所示的是輪輞示意圖，可以看出，輪輻起到了內(nèi)澆道的作用，金屬液連續(xù)沖刷側(cè)型，使A處過熱，輪輻截面較薄先于輪輞凝固，A處就產(chǎn)生了縮松或裂紋。上、下型三

88、角形芯塊溫度高、散熱慢，且B處離輻條內(nèi)澆道較遠(yuǎn)，輻條先凝固，B處也會(huì)因得不到補(bǔ)縮而產(chǎn)生縮松或裂紋。在A、B處將涂料刮薄雖有利于散熱、加快金屬液凝固，但不能根本消除縮松、裂紋等缺陷。采用冒口設(shè)置可以有效的解決縮松、裂紋等缺陷。</p><p>　　圖4-4 輪輞示意圖</p><p>　　4.7.3 冒口的設(shè)置與原理分析</p><p>　　在輪輻與輪輞的交接處、輪輞

89、上部（澆注位置方向）設(shè)置冒口，冒口既能延緩交接處凝固以加長(zhǎng)輪輻補(bǔ)縮通道作用時(shí)間，又能對(duì)輪輞（包括上圖A、B兩處）進(jìn)行補(bǔ)縮。</p><p>　　具體方法是在上型相應(yīng)位置開設(shè)暗冒口，其上部設(shè)置有保溫材料，且限定通氣塞的排氣量。這樣在低壓鑄造中，保溫暗冒口的作用優(yōu)于同等尺寸普通明冒口：</p><p>　　保溫暗冒口使冒口內(nèi)的金屬液與補(bǔ)縮區(qū)域金屬液溫度梯度增大；</p><

90、p>　　暗冒口既能在充型時(shí)蓄藏大量的氣體，又能在冒口內(nèi)金屬液面上形成壓力（反彈壓力），使冒口變成加壓冒口。</p><p>　　如圖4-5所示，壓力冒口原理分析如下：</p><p>　　根據(jù)氣體狀態(tài)方程 </p><p>　　若是等溫狀態(tài)則 </p><p>　　式中 P—充

91、型前冒口型腔中氣體壓力</p><p><b>　　V—冒口型腔體積</b></p><p>　　P—充型后冒口型腔中的氣體</p><p>　　V—冒口型腔中儲(chǔ)藏空氣部分的體積</p><p>　　圖4-5 金屬型冒口型腔示意圖</p><p>　　若冒口型腔V儲(chǔ)藏的不僅是充型前V所容氣體，還有

92、金屬型型腔其余部位的氣體，以及考慮到氣體在冒口V中被鋁鎂合金液加熱膨脹的因素，氣體壓力P實(shí)際上更大。保溫暗冒口補(bǔ)縮效果明顯，圖4-4中A、B處縮松、裂紋消除。而且，幾個(gè)冒口的總重對(duì)輪轂鑄件的重量影響不大。</p><p>　　4.8 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.8.1 推出機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)</p><p>　　在本課題中推出機(jī)構(gòu)采用了推桿推出機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)

93、中心頂桿、邊頂桿、復(fù)位桿、夾板以及頂板等部分組成。如圖4-6所示</p><p>　　圖中的這種推桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分布較為合理，有如下好處:中心頂桿和邊頂桿都布置在輪轂的圓環(huán)表面上，使鑄件各部位的受推壓力均衡；鑄件有深腔和包緊力大的部位，選擇了一定數(shù)量的推桿，使推桿兼有排氣作用；沒有在鑄件的重要表面和基準(zhǔn)表面設(shè)置推桿；推桿的推出位置沒有與其它部件相干涉。</p><p>　　圖4-6推出系統(tǒng)

94、示意圖</p><p>　　4.8.2 推出距離的計(jì)算</p><p>　　參考《壓鑄模設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-2，可以計(jì)算推桿推出的距離是否合適。</p><p>　　圖4-7 推出距離的計(jì)算</p><p><b>　　如圖4-7所示：</b></p><p><b>　　時(shí)，；</b

95、></p><p><b>　　時(shí)，；</b></p><p><b>　　使用斜鉤推桿時(shí) </b></p><p>　　式中 —滯留鑄件的最大成型長(zhǎng)度（mm）。當(dāng)凸出成型部分為階梯形時(shí)，值以各 階梯中最長(zhǎng)一段計(jì)算</p><p>　　S—直線推出距離（mm）。當(dāng)出模斜度小或成型長(zhǎng)度較大時(shí)，

96、S取偏大值</p><p>　　K — 安全值 （一般取3～5mm）</p><p>　　由于本鑄件的模具中H值約為30.5mm ，大于了20mm ，所以選用公式2。</p><p><b>　　即，時(shí)，</b></p><p><b>　　所以經(jīng)計(jì)算得 </b></p><p&

97、gt;　　實(shí)際中S＝30mm 滿足要求</p><p>　　4.8.3 推桿截面積的計(jì)算</p><p>　　推桿直徑是按推桿斷面在鑄件上允許承受的受推力p決定的。推桿在推出鑄件的過程中，受到軸向壓力，因此必須計(jì)算推桿直徑，同時(shí)校核推桿的穩(wěn)定性。</p><p>　　推桿截面積的計(jì)算公式參考《壓鑄模設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式（8-2），即</p><p>

98、;　　式中 A —推桿前端截面積（mm）；</p><p>　　—推桿承受的總推力（N）；</p><p><b>　　n —推桿數(shù)量；</b></p><p>　　—許用受推力，參考《壓鑄模設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-3</p><p><b>　　選?。?0MPa</b></p><

99、p>　　當(dāng)n＝1時(shí)，可以繪制出圖4-8所示的推桿直徑與推出力關(guān)系圖。</p><p>　　中心頂桿截面積的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案及裝配圖，共使用6個(gè)中心頂桿，則n＝6</p><p>　　結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在考察車間鑄造機(jī)后，取F＝24000N，則，每一根中心頂桿的受力為，F(xiàn)＝＝4000N。</p><p>　　則查看下圖知

100、，縱坐標(biāo)4000N向上交于鋁合金曲線，得推桿直徑為9.6mm, 取d =10mm</p><p>　　則 A=＝78.5 mm (取頂桿截面為圓形)</p><p><b>　　邊頂桿截面積的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案及裝配圖，邊頂桿共使用6個(gè)，則n＝6</p><p>　　因

101、為F＝24000N，則每一根中心頂桿的受力為，F(xiàn)＝＝4000N。</p><p>　　查看下圖知，縱坐標(biāo)4000N向上交于鋁合金曲線，得推桿直徑為9.6mm,</p><p><b>　　取d =10mm</b></p><p>　　則 A=＝78.5 mm (取頂桿截面為圓形)</p><p>　　圖

102、4-8 推桿直徑與推出力關(guān)系圖</p><p>　　4. 9 尺寸公差的確定</p><p>　　根據(jù)《鑄造工程師手冊(cè)》表6-25和表6-27，可以知道鑄造中鑄件的公差等級(jí)一般為IT7～I(xiàn)T9級(jí)。結(jié)合本課題輪轂零件的實(shí)際情況，選取公差等級(jí)為IT9級(jí)。</p><p>　　根據(jù)此公差等級(jí)，毛坯圖中線性尺寸58.5的公差根據(jù)查表6-25和表6-27后為T=2，則，確定該

103、尺寸的公差為。直徑尺寸處，T＝3.2，則其公差為。</p><p>　　在模具圖中，上下模合模處的徑向尺寸都需要標(biāo)志偏差值，以保證制造出的模具能夠滿足零件的要求。在上下模需配合的地方，輪轂型面處的徑向尺寸的上偏差基本采用0，如上模圖中的、等處。其余的徑向尺寸基本采用對(duì)稱公差，如下模圖中的、等處。</p><p>　　另外，在上下模中的孔或螺紋需要互相配合的地方，在模具圖中都標(biāo)注了配作的方式

104、。如下模具圖中（與上模配鉆）、（與下模座配鉆）等。</p><p>　　以上公差和配合的標(biāo)注具體見圖紙所示。</p><p>　　4. 10 涂料的使用</p><p>　　低壓鑄造方法由于金屬液的上升速度和結(jié)晶壓力都可以根據(jù)鑄件的大小、結(jié)構(gòu)和性能要求來選擇，所以可適用于各種鑄型，但基本仍以金屬型和砂型用得最多。為了達(dá)到提高鑄件表面質(zhì)量等一系列目的，在低壓鑄造中使用

105、涂料是十分重要的手段。</p><p>　　使用鑄造涂料的一個(gè)重要目的，就是降低鑄件表面粗糙度。通過改善鑄型工作表面的質(zhì)量，還可以減少粘砂、砂眼、麻點(diǎn)等鑄造缺陷。另外，涂料還有其它重要作用。</p><p>　　1）涂料中的有機(jī)物和其他易分解成分受熱分解，為型腔創(chuàng)造特定的、恰當(dāng)?shù)臍夥?，以防止鑄件表層增碳或被氧化。</p><p>　　2）調(diào)整鑄件的表面成分和表面結(jié)構(gòu)

106、。</p><p>　　3）為某些剛性較強(qiáng)的鑄型提供一個(gè)變形層，以削弱鑄件的內(nèi)應(yīng)力，減少開裂，并可以改善鑄型的排氣條件。</p><p>　　4）為金屬型提供保護(hù)層，從而提高鑄型使用壽命。</p><p>　　5）改變鑄型各部分的熱導(dǎo)率，從而便于實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。</p><p>　　6）作為分模劑和潤(rùn)滑劑，便于金屬型的開合模和鑄件的取出。

107、</p><p>　　由于本模具為金屬型模具且屬于厚大件，所以涂料粒度不宜過細(xì)，且粒度分布集中。選用石墨基的涂料。</p><p>　　5 邊模的加工工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 定位基準(zhǔn)的選擇</p><p>　　定位基準(zhǔn)的選擇在工藝規(guī)程制定中直接影響工序數(shù)目、各表面的加工順序、夾具結(jié)構(gòu)及零件的精度。</p><

108、;p>　　定位基準(zhǔn)分粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)，用毛胚上未加工的表面作為定位基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)，使用經(jīng)過加工的表面作為定位基準(zhǔn)稱為精基準(zhǔn)。在制定工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行精基準(zhǔn)的選擇，保證各加工表面按圖紙要求加工出來，再考慮用什么樣的粗基準(zhǔn)來加工精基準(zhǔn)。</p><p>　　5.1.1 精基準(zhǔn)的選擇原則</p><p>　　“基準(zhǔn)重合”原則：盡量選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位精基準(zhǔn)。</p>

109、<p>　　“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則：若工件以某一組表面作為精基準(zhǔn)定位，可以比較方便地在各工序中加工出大多數(shù)或所有其他表面，則應(yīng)盡早把這一組基準(zhǔn)表面加工出來，并達(dá)到一定精度，在后續(xù)工序中均以其作為精基準(zhǔn)加工其他表面。</p><p>　　“互為基準(zhǔn)”原則：對(duì)某些位置精度要求高的表面，可以采用互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的方法來保證其位置精度，這就是“互為基準(zhǔn)”的原則。</p><p>　　“自為

110、基準(zhǔn)”原則：對(duì)一些精度要求很高的表面，在精密加工時(shí)，為了保證加工精度，要求加工余量小而且均勻，這時(shí)可以已經(jīng)精加工過的表面自身作為定位基準(zhǔn)，這就是“自為基準(zhǔn)”的原則。</p><p><b>　　便于裝夾的原則</b></p><p>　　5.1.2 粗基準(zhǔn)的選擇原則</p><p>　　保證相互位置要求原則：如果必須保證工件上加工表面與不加工表

111、面的相互位置要求，則應(yīng)以不加工表面作為粗基準(zhǔn)。</p><p>　　余量均勻分配原則：如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時(shí)，應(yīng)選擇該表面的毛胚面作為粗基準(zhǔn)。</p><p>　　便于工件裝夾原則：選擇粗基準(zhǔn)應(yīng)使定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。</p><p>　　粗基準(zhǔn)在一個(gè)定位方向上只允許使用一次原則：在兩次工件裝夾重復(fù)使用同一粗基準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)較