汽车轮毂的挤压铸造模具与结构设计.docx
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汽车轮毂的挤压铸造模具与结构设计
题目审定表
指导教师姓名
职称
从事
专业
是否外聘
□是■否
题目名称
汽车轮毂的结构与模具设计
课题适用专业
车辆工程
课题类型
Z
课题简介：
（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。
）
内容、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。
汽车轮毂的成型工艺类型较多，以挤压铸造生产镁合金轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。
通过研究挤压铸造的工艺特点，分析总结汽车轮毂挤压铸造模具要点，并通过对模具型腔进行结构设计，掌握汽车轮毂模具的设计过程了解铸造的基本工艺，熟练应用PROE、CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。
现有条件：
计算机，书籍文献等材料。
预期成果及表现形式：
论文一份（2万字以上），论文内容符合要求，汽车轮毂结构设计图纸一张，汽车轮毂成型模具设计图纸两张。
指导教师签字：
年月日
教
研
室
意
见
1
选题与专业培养目标的符合度
□好
□较好
□一般
□较差
2
对学生能力培养及全面训练的程度
□好
□较好
□一般
□较差
3
选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度
□好
□较好
□一般
□较差
4
论文选题的理论意义或实际价值
□好
□较好
□一般
□较差
5
课题预计工作量
□较大
□适中
□较小
6
课题预计难易程度
□较难
□一般
□较易
教研室主任签字：
年月日
系（部）教学指导委员会意见：
负责人签字：
年月日
注：
课题类型填写W.科研项目；X.生产（社会）实际；Y.实验室建设；Z.其它。
任务书
学生姓名
系部
专业、班级
指导教师姓名
职称
从事
专业
是否外聘
□是■否
题目名称
汽车轮毂的结构与模具设计
一、设计（论文）目的、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。
汽车轮毂的成型工艺类型较多，以挤压铸造生产镁合金轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。
通过研究挤压铸造的工艺特点，分析总结汽车轮毂挤压铸造模具要点，并通过对模具型腔进行结构设计，掌握汽车轮毂模具的设计过程了解铸造的基本工艺，熟练应用PROE、CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
主要内容：
1轮毂结构设计
2轮毂成形工艺研究现状
3轮毂成形工艺方案的确定
4轮毂模具的设计
技术要求：
1对汽车轮毂结构进行分析，按照国家标准GB/T3487-2005汽车轮辋规格系列规定的尺寸，设计轮毂
2研究轮毂成形的方法并制定成形工艺
3设计汽车轮毂成形模具
三、设计（论文）完成后应提交的成果
论文一份（2万字以上），论文内容符合要求。
1汽车轮毂结构设计图纸一张
2汽车轮毂成型模具设计图纸两张
四、设计（论文）进度安排
资料收集，整理，完成开题报告第1~2周
论文的撰写，完成中期检查第3~9周
毕业论文提交第9~13周
毕业论文修改完善第13~16周
毕业论文答辩第17周
五、主要参考资料
1李双寿．汽车用轻合金轮毂的发展及展望[J]．铸造纵横，2006，1：
28—32．
2晓青．镁合金在汽车上的应用及发展趋势[J]．上海汽车，2005（3）：
38-40．
3肖景容编.模具计算机辅助设计与制造.北京:
国防工业出版社，1990.
六、备注
指导教师签字：
年月日
教研室主任签字：
年月日
开题报告
学生姓名
系部
专业、班级
指导教师姓名
职称
从事
专业
是否外聘
□是■否
题目名称
汽车轮毂的结构与模具设计
一、课题研究现状，选题的目的、依据和意义
1、研究现状
作为汽车最重要的安全部件，轮毂承受着汽车和载物质量作用的压力，受到车辆在启动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变受力。
轮毂的产品质量和可靠性不但关系到车辆和车上人员、物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轮毂的尺寸和形状精度高、动平衡好、疲劳强度高、刚度和弹性好、质量轻、美观、材料可回收等。
1.1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。
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。
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。
1.2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12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。
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。
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。
2、目的、依据和意义
目的、依据：
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，以挤压铸造生产镁合金轮毂的工艺方法现今多处于研究阶段。
通过研究挤压铸造的工艺特点，分析总结汽车轮毂挤压铸造模具要点，并通过对模具型腔进行结构设计，掌握汽车轮毂模具的设计过程了解铸造的基本工艺，熟练应用PROE、CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。
意义：
资源和环境是己成为世界各国越来越突出的问题，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的性能，现代汽车、摩托车等交通工具正在向轻量化方向发展。
镁合金是现已知的最轻金属结构材料之一，具有多方面结构和性能的优势，越来越受到各国的青睐。
轮毂作为车辆的重要运动部件，它的轻量化生产有着非常重要的意义。
而镁合金由于其众多优点，成为轻量化发展的首选材料。
但镁合金在生产和应用中还存在着诸多缺点，如由于镁元素活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差，高温强度、蠕变性能较低等诸多问题，严重阻碍了镁合金产品的生产。
铸造模具市场异常活跃，铸造产业的高速增长带来了铸造模具制造工业的一片兴旺。
根据中国模具工业协会经营管理委员会编制的《全国模具专业厂基本情况》统计，铸造模具约占各类模具总产值5%，每年增长速度高达25%。
模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%-90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。
而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械；制造工业的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。
模具工业发展的关键是模具技术的进步。
在世界轻工、汽车、摩托车、机电、仪表等市场的竞争中，各国都在向高质量，高可靠性、质量轻，节能，低成本方向发展，某些零部件用传统的材料和工艺方法生产已不能适应要求。
如在汽车制造业，产品设计师和工艺师力争减轻车的重量。
在材料方面表现为轻量化，以铝、镁合金代钢（铁），在工艺方面以铸代锻，尤其是以压铸，挤压铸造代替普通铸造，低压铸造及部分锻造，以达到提高毛坯的精度，减少加工余量，减少原材料消耗，降低成本的目的。
二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题
1、研究的基本内容
（1）轮毂结构设计
（2）轮毂成形工艺研究现状
（3）轮毂成形工艺方案的确定
（4）轮毂模具的设计
2、拟解决的主要问题
（1）零件的结构设计
（2）汽车轮毂成形工艺的设计
（3）完成轮毂挤压铸造模具设计
三、技术路线（研究方法）
四、进度安排
（1）调研、资料收集，完成开题报告第1～2周（2月28日-3月11日）
（2）轮毂的结构方案设计第3～4周（3月14日-3月27日）
（3）总成图及零部件图，完成设计计算，进行中期检查5～8周（3月28日-4月24日）（4）完善图纸设计第9～11周（4月25日-5月15日）
（5）撰写设计说明书第12周（5月16日-5月22日）
（6）完善设计，提交指导老师审核并修改第13～14周（5月23日-6月5日）
（7）设计审核、修改第15、16周（6月9日～6月22日）
（8）毕业设计答辩准备及答辩第17周（6月23日～6月29日）
五、参考文献
1．李双寿．汽车用轻合金轮毂的发展及展望[J]．铸造纵横，2006，1：
28—32
2．殷银银.镁合金轮毂的塑性成形技术.热加工工艺.2010，07
3．晓青．镁合金在汽车上的应用及发展趋势[J]．上海汽车，2005（3）：
38-40．
4．查吉利.镁合金产品及生产应用技术开发平台建设.特种铸造及有色合金.2005，10
5．陈芳雷.镁合金汽车轮毂成形工艺及数值模拟.热加工工艺.2007，01
6．李临华.轮毂结构优化设计研究.机械.2006，10
7．肖景容编.模具计算机辅助设计与制造.北京:
国防工业出版社，1990.
8．陈荣.基于Pro/E的汽车轮毂模具设计.机械制造.2004，03
9．张占领.基于Pro/E平台的镁合金轮毂挤压铸造模具设计.中国铸造装备与技术，2007，06
10．武增臣.镁合金轮毂的一种新型挤压铸造方法.铸造，2005，09
11．刑志媛.挤压铸造镁合金轮毂研究.特种制造及有色合金.2007，s1
12．罗继相.挤压铸造在汽车、摩托车制造业中的应用.特种铸造及有色合金.2003，01
13．蒋国璋.轿车轮毂实体模具设计及方法研究.湖北工业大学学报.2004，03
14．张丽红.汽车轮毂挤压铸模型腔造型设计及加工.洪都科技.2000，01
15．JosephCB．58annualworldmagnesiumconference：
automotive，environmental，supply／demand，andqualitydevelopments[J]．LightMetalAge，2001，59（7，8）1103-l106．
16．MasashiUCHIDA．FeatureofUBESqueeseProcessandUNRCProcess（SemiSolidcasting）．第三届中国国际压铸会议论文集[C]，沈阳：
东北大学出版社，206．220
六、备注
指导教师意见：
签字：
年月日
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，195
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