汽车轮毂结构与模具设计.docx

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汽车轮毂结构与模具设计

本科学生毕业设计

汽车轮毂的结构与模具设计

院系名称：

汽车与交通工程学院

专业班级：

车辆工程07-9班

学生姓名：

顾立鹏

指导教师：

王国田

职称：

实验师

黑龙江工程学院

二○一一年六月

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

TheStructureofAutomobilehub

WithMolddesign

Candidate：

GuLipeng

Specialty：

VehicleEngineering

Class：

07-9

Supervisor：

Experimentaldivision.WangGuotian

HeilongjiangInstituteofTechnology

2011-06·Harbin

摘要

本文以汽车轮毂为研究对象，基于产品研究开发的一般流程，制定了产品结构设计、工艺方案设计、模具设计的技术路线。

借助CAD等工具，对汽车轮毂结构设计与性能分析、并对模具造型、铸造工艺等进行了设计。

首先介绍了我国轮毂模具的现状、发展趋势及我国模具发展的新技术，其次围绕轿车轮毂模具进行设计，针对轮毂的结构特点，确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。

汽车轮毂的成型工艺方法较多，以挤压铸造生产轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。

本文根据挤压铸造的工艺特点，对汽车轮毂挤压铸造模具设计进行了分析总结，并对模具型腔进行了结构设计，查阅模具设计手册，完成模具的总体设计。

同时充分利用计算机绘图软件对零件进行设计,利用Pro/E对零件进行三维造型,并实现零件的三维装配和模具设计。

通过本次设计，对模具整个设计过程有了较好的了解。

关键词：

模具；镁合金；汽车轮毂；挤压铸造；模具设计；低压铸造

ABSTRACT

Thispapermainlyresearchonautomobilewheel．Basedonthegeneralprocessofproductdevelopment，thetechnicalrouteismadeincludingproductstructure，process

schemeandmould．UsingthesoftwareofCAD，suchasthestructuredesignofautomobilehubwithperformanceanalysis,mouldmodelling,castingprocessdesign,etc.

Chinaintroducedthealuminummoldwheelstatusquofirsttime,developmenttrendsandChina'sdevelopmentofnewtechnologiesdie,followedaroundthefamilycaraluminumwheeldesigntoolforthestructuralcharacteristicsofwheel,themoldcavitytodeterminethenumberofsurfaceaswellasfrommodeinstitutions.Themethodaboutmoldingprocessofmagnesiumalloywheelismultiple．Thewayofmanufacturingautomobilewheelwimsqueezecastingisnotripeonitsresearchstage．Thispapersummarizedmainpointsofthesqueezecastingmould，Checkthemanualmolddesign,moldchoicetodeterminethestructureofmoldsize,molddesigncompleted.AtthesametimemakefulluseofcomputergraphicssoftwaretodesignpartsusingPro/Esionalmodelingofpartsandcomponentstoachievethethree-dimensionalassemblyandmolddesign,Throughthisdesign,theentiredesignprocessofthemoldwithabetterunderstanding.

Keywords:

Mold；MagnesiumAlloy；AutomobileWheel；SqueezeCasting；MoldDesigning；LowPessureCsting

第1章绪论

1.1引言

能源、环境和安全是当今备受关注的三大问题，也正是这三大问题制约了汽车工业的发展和汽车的普及。

而汽车的安全性和可靠很大程度上取决于所用轮毂的性能和使用寿命。

随着产品更新换代越来越快，新产品不断涌现，新技术日新月异，模具的使用范围已越来越广，对模具的要求也越来越高，使模具技术及制造方式发生了根本性的变化，已经从传统的手工设计，从有经验的钳工师傅为主导的技艺型生产方式转变到了以数字化、信息化、自动化生产为特征的现代模具工业生产时代。

轮毂是一个承受随机疲劳载荷的旋转薄壳结构，上面开有孔洞，附有加强筋，形状复杂，轿车在行驶中所受到的各种载荷向轮毂的传递也十分复杂。

因此，轮毂的几何形状和力学特征的复杂性给研究工作带来很大的困难。

轮毂模具设计是保证轿车轮毂质量的关键，由于模具型面复杂，几何构造图素和曲面造型独特，传统的模具设计及制造方法很难满足要求。

而采用Pro/E对汽车轮毂模型实体设计以及模具设计将解决这一设计难题，使得设计过程简便、快捷、可靠。

然而在当今汽车技术高速发展的时代，欧美、日本等国家基本垄断了发达的汽车技术，我国在先进的汽车技术中处于落后与被动地位，因此，我国必须加大对汽车技术研发的力度，发明出更新更先进的技术，跟上世界各个汽车大国的技术水平。

1.2轮毂国内外研究现状

1.2.1国内研究现状　

为了节能降耗，减少废气排放，提高驾乘舒适度和车辆动力学性能。

现代汽车正在向轻量化方向发展，从结构材料的角度出发，实现车辆轻量化的主要手段是采用具有高比性能的轻质材料替代传统材料，目前广泛应用于汽车轮毂的材料主要是铝合金和镁合金。

随着我们国家公路设施的迅猛发展，铝合金轮毂开始在全国范围内得到推广，并且发展迅速。

2002年，我国轿车铝合金轮毂的装车率已接近45%。

伴随着中国汽车工业的快速发展，我国铝合金轮毂行业出现强劲增长势头。

经过十几年的艰苦努力，年生产能力已超过了6500万件。

已成为了世界铝合金轮毂生产大国。

与世界先进水平相比，国内企业在铝合金轮毂的设计开发和制造技术方面尚存在较大的差距，总体的生产技术和装备水平、产品的设计水平、产品的技术含量和质量水平还有待进一步的提高[1]。

镁合金是最轻的金属结构材料，具有低价格，高比性能、比强度和比刚度。

突出的阻尼减振性能等特点，将镁合金用于汽车，摩托车结构，特别是高速运动构件能降低车辆自重及燃油消耗，降低车辆的振动和噪声，提高车辆的加减速动力学特性，既能达到节能环保的目的，又能较显著改善车辆的驾乘舒适度[2]。

在国内，上海汽车公司最早将镁合金应用在汽车上，目前桑塔纳轿车镁合金变速器外壳年用镁量达2000t以上。

东风汽车公司开发的轿车用非承重镁合金零件有变速箱壳、离合器壳、变速箱盖等，其中镁合金变速箱壳体质量仅为3.3kg，取代了4.8kg的铝合金壳体，年产量达到6万件。

长安汽车公司生产的变速器、上下箱体延伸体和缸罩等7种零件已通过台架试验和道路试验，2004年已大批量装车进入市场。

我国科技部也在“十五”国家科技攻关计划中特别提出了“镁合金开发应用和产业化”重大项目。

轮毂的铸造工艺有低压铸造法、重力铸造法、压力铸造法、挤压铸造法、轮毂的成形工艺主要有挤压铸造和低压铸造。

我国从20世纪六七十年代开始发展挤压铸造，20世纪九十年代，运用于摩托车行业，使挤压铸造得到了飞跃发展，已形成年生产300千万只摩托车铝轮毂的能力。

目前国内外生产的大型受力零件有：

重25.50kg的坦克铝合金负重轮以及大型载重汽车铝轮毂等。

我国低压铸造工艺发展得较晚，1955年天津拖拉机制造厂采用压缩空气紧密制造铝合金型板，1958年上海邮电器材厂应用了低压铸造工艺，六十年代这一工艺在北京、天津、上海、辽宁等地得到了一定程度的发展。

1978年以来，一机部、六机部、八机部等相继召开低压铸造经验交流会，介绍了国内先进的低压铸造设备和工艺[3]。

1.2.2国外研究现状

国外对轮毂材料的研究发展的比较迅速。

20世纪初，当钢铁制汽车轮毂已经运用的很成熟的时候，一些赛车爱好者，为了追求速度与灵活性，而把汽车变得更加“轻量化”，就将钢制辐条式轮毂与铝质轧制轮辋相结合的车轮装上汽车。

从此，汽车轮毂进入了另一个时代——铝合金轮毂时代。

1945年以后，汽车厂商纷纷开展批量生产铝合金轮毂的研究。

德国是世界上最早开始制造铝合金轮毂的国家．早在20世纪20年代就开始用砂型铸造赛车用铝合金轮毂，其设计与制造技术一直走在世界的前列。

20世纪50年代末，联邦德国还只能少量的生产铝合金轮毂，到了70年代后，他们开始在小汽车上大量使用铸造铝合金轮毂，开创了新的局面。

世界各国近年来都高度重视对镁合金的研究与开发，加强镁合金在汽车等交通工具上的应用开发和产业化研究。

自1990年以来，美国、日本、德国、澳大利亚等国家相继出台了自己的镁合金研究计划，把镁合金列为21世纪研究与开发的重点项目。

北美是汽车用镁量最大的地区，其次是欧洲、日本和韩国。

在北美一些车型上，镁合金用量大约为5.8-26.3kg/辆，美国通用、福特、克莱斯勒等三大汽车公司用镁量均呈逐年增长趋势。

在欧洲一些车型上，镁合金用量大约为9.3-20.3kg/辆[4]。

国外的挤压铸造工艺是1937年由前苏联发明的，20世纪五六十年代，先后传入我国和世界各地。

挤压铸造技术的发展与挤压铸造机技术的发展密切相关。

20世纪80年代，日本宇部公司开发成功HCSC和VSC系列挤压铸造机，日前已销售300多台；日本丰田公司的轮毂厂拥有14台VSCl500．VSCl800挤压铸造设备，年产400多万只高档汽车铝轮；日本的日产汽车、马自达、Art、U．mold和Tosei等公司和美国SPX、Amcast等大公司也拥有挤压铸造生产厂或车间[5]。

低压铸造最早由英国人E.F.LAKE于1910年提出并申请专利。

其目的是解决重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。

低压铸造真正被推广应用时在“二战”以后，由于有较高的补缩压力和温度梯度，有效地提高了厚大断面铸件的致密性。

1950年以后由于汽车工业的发展，使抵押铸造工艺和设备有了一个飞跃。

汽车轮毂由于质量要求高，本身结构又适于低压铸造，而且需求量大，因此极大地推动了低压铸造技术的发展。

英国在60年代率先发展低压铸造汽车轮毂，其后美国、日本、西德相继发展[6]。

1.3研究的目的和意义

轮毂是车辆的重要运动部件，本文以汽车轮毂为研究对象，基于产品研究开发的一般流程，通过制定产品结构设计、工艺方案设计、模具设计的技术路线，熟练掌握汽车零件设计和开发的流程，通过借助CAD、CAE等工具，对汽车轮毂结构与性能、模具造型、铸造工艺等进行设计。

汽车轮毂的成形工艺类型较多，以挤压铸造生产镁