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理工學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目：（罩殼）壓鑄模具設(shè)計(jì)____________
分 院：機(jī)電分院_______________________________
專 業(yè)：材料成型及控制工程__________________
班 級(jí)：材料（2）班____________________________
學(xué) 號(hào)：20060410210210_________________________
姓 名：曾智洋___________________________________
指導(dǎo)教師：莊文瑋___________________________________
填表日期：2010年03月23日
一．目的及意義
壓鑄是一種合金液在高壓作用下高速填充型腔，并在高壓下凝固形成鑄件的特殊鑄造方法，主要用于有色金屬，如鋅合金、鋁合金、鎂合金、銅合金等。其主要特點(diǎn)是高壓和高速，常用壓力為數(shù)十甚至上百兆帕，填充速度（內(nèi)澆口速度）約為16～80米/秒，金屬液填充模具型腔的時(shí)間極短，約為0.01～0.2秒。作為一種少無切削的成形方法，壓鑄具有生產(chǎn)效率高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度好，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)省大量機(jī)加工工序和設(shè)備，節(jié)約原材料。在節(jié)能降耗，追求可持續(xù)發(fā)展的浪潮中，壓鑄在在制造業(yè)尤其是規(guī)模化產(chǎn)業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。
就世界范圍而言，壓鑄業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力是汽車業(yè)的發(fā)展，這是由于汽車生產(chǎn)商追求整車輕量化的原因。由于鋁的質(zhì)量比較輕，在汽車業(yè)中，鋁合金是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的輕金屬。鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用以壓鑄為主要工藝，壓鑄占全部鑄造方法的 55％左右。我國(guó)鋁合金壓鑄件占主導(dǎo)地位，其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，年產(chǎn)量持續(xù)上升。過去，鋁合金鑄件多用于變速箱、汽缸頭、油泵、化油器等不受強(qiáng)烈沖擊的外殼。由于汽車需要更薄壁和更強(qiáng)韌的結(jié)構(gòu)件，能夠熱處理和焊接的高品質(zhì)壓鑄件的應(yīng)用范圍也越來越大，采用鋁合金真空壓鑄的底盤結(jié)構(gòu)件正在逐漸取代鋼鐵鑄件或鍛件。。
伴隨著汽車壓鑄件的功能和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，壓鑄業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，壓鑄件正在向大型化、復(fù)雜化及高性能的方向發(fā)展。在這種情況下，必須不斷提高壓鑄件產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，加速新品交付周期，才能提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。壓鑄模設(shè)計(jì)在壓鑄生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用，高新技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在壓鑄模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用明顯地提高了壓鑄設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)了壓鑄業(yè)的飛速發(fā)展。目前，壓鑄生產(chǎn)常用的計(jì)算機(jī)技術(shù)包括： CAD（計(jì)算機(jī)輔助壓鑄模設(shè)計(jì)技術(shù)）、CAE（計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)）以及RPM（快速原型制造）等。這些技術(shù)是改造傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為用戶提供多種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、壓鑄工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其中，CAD改變了壓鑄模設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的手工畫圖的模式，不僅能輕松完成復(fù)雜零件的壓鑄模設(shè)計(jì)，拓寬了壓鑄件的產(chǎn)品范圍，而且減輕了設(shè)計(jì)勞動(dòng)強(qiáng)度，將設(shè)計(jì)人員從從繁冗的繪圖和計(jì)算中解放出來，以從事更多的創(chuàng)造性工作。同時(shí)，CAD技術(shù)的應(yīng)用為后續(xù)的CAM和CAE奠定了基礎(chǔ)，從而為提高壓鑄模設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量，提高新品開發(fā)速度，降低壓鑄模設(shè)計(jì)和制造成本，縮短壓鑄件開發(fā)周期創(chuàng)造了極為有利的條件，是未來壓鑄模設(shè)計(jì)的發(fā)展方向
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)正是利用CAD技術(shù)來完成閥蓋壓鑄模的設(shè)計(jì)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅可以鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，還可以培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的能力，同時(shí)提高了應(yīng)用Pro/E軟件的能力，因而是一次很好的理論和實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉機(jī)會(huì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)源于生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)于我們今后從事實(shí)際技術(shù)工作有很大的幫助，有利于我們掌握壓鑄模設(shè)計(jì)的過程和要點(diǎn)，熟悉Pro/E軟件在壓鑄模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟，為日后的工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！
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二．國(guó)外壓鑄現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)壓鑄的發(fā)展特點(diǎn)
2.1國(guó)外壓鑄業(yè)現(xiàn)狀
由于科學(xué)技術(shù)水平的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以轎車為主體的汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，加速了壓鑄工業(yè)水平的提升?？傮w來說，無論是發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，壓鑄工業(yè)都是在發(fā)展中。以美國(guó)、日本、德國(guó)等為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，雖然工業(yè)發(fā)展處于平衡或有時(shí)下降，特別是鑄造業(yè)在上世紀(jì)九十年代處于產(chǎn)量降低時(shí)期，但由于汽車輕量化日益受到重視，許多鑄鐵件已被鑄鋁件所代替，鎂鑄件的生產(chǎn)及市場(chǎng)也在迅速擴(kuò)大，使得壓鑄業(yè)的技術(shù)上平和生產(chǎn)規(guī)模不斷上升。美國(guó)是名符其實(shí)的壓鑄件生產(chǎn)大國(guó)，美國(guó)的壓鑄工業(yè)很發(fā)達(dá)，產(chǎn)量和技術(shù)都屬全球首位。美國(guó)壓鑄業(yè)的發(fā)展對(duì)全球有一定的影響，近年來保持略有增長(zhǎng)；由于汽車工業(yè)對(duì)壓鑄件需求的急劇增長(zhǎng)，在本國(guó)總體經(jīng)濟(jì)不景氣的背景下，日本壓鑄取得了令人驚異的增長(zhǎng)速度，壓鑄年產(chǎn)量不斷創(chuàng)出新高。德國(guó)鎂壓鑄件的產(chǎn)量在大幅度的增加。另一方面，企業(yè)之間的兼并和重組的趨勢(shì)也在加劇。為緩解競(jìng)爭(zhēng)壓力，降低成本，發(fā)達(dá)國(guó)家壓鑄廠家紛紛移師海外發(fā)展。同時(shí)，國(guó)際上大型汽車廠家的零部件采購(gòu)進(jìn)入全球化時(shí)代。在這種大環(huán)境中，發(fā)展中國(guó)家的壓鑄業(yè)獲得了難得的機(jī)遇，近10年來的發(fā)展非常迅速。中國(guó)平均年增長(zhǎng)率在 10％以上，東南亞地區(qū)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)都非常活躍。（世界各國(guó)壓鑄件的產(chǎn)量及市場(chǎng)狀況表1）。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)國(guó)家的鋁合金壓鑄件占總量的70%左右，鋅合金壓鑄件僅次于鋁合金壓鑄件。每個(gè)國(guó)家都是汽車制造業(yè)驅(qū)動(dòng)著壓鑄行業(yè)，汽車業(yè)使用的壓鑄件不低于48%（美國(guó)），多者可達(dá)80%（日本）。
表1 世界各國(guó)壓鑄件的產(chǎn)量及市場(chǎng)狀況
國(guó)家
壓鑄件產(chǎn)量/t
D或者E
各行業(yè)所占的市場(chǎng)份額比例%
A
B
C
D+E
E
F
G
H
I
J
K
L
中國(guó)
208993
1724
72712
1575
1166
64.5
11.4
5.4
9.9
5.7
8.8
日本
711888
2120
40864
930
28
79.9
6.8
6.8
5.7
4
7.6
西班牙
86000
23000
65
15
65
16
3
5
0.8
2
5
德國(guó)
271425
3872
65915
215
72
61
2.1
4
3.8
5
0.8
27.5
印度
175000
5200
250
60
5
10
20
墨西哥
50
33
加拿大
82056
10946
21500
60
11
49
5
13
2
美國(guó)
611812
20593
173728
430
160
48
11
8
11
澳大利亞
54000
300
6000
90
80
20
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注：A-鋁合金；B-鎂合金；C-鋅合金；D-壓鑄廠數(shù)量；E-壓鑄車間數(shù)量；F-汽車；G-日用器具；H-機(jī)械工業(yè)；I-電機(jī)電器；J-電子工業(yè)；K-國(guó)防工業(yè)；L-其他 。
2.2國(guó)內(nèi)壓鑄業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)
我國(guó)壓鑄業(yè)經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，特別是近 l0余年來，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車、摩托車工業(yè)的突飛猛進(jìn)，推動(dòng)了壓鑄生產(chǎn)的迅速增長(zhǎng) 。壓鑄業(yè)的市場(chǎng)前景持續(xù)看好，壓鑄企業(yè)和從業(yè)人員增多，規(guī)模擴(kuò)大。壓鑄件正在向大型化、復(fù)雜化、薄壁化、高性能化、高精度化以及集成化方向發(fā)展，如東風(fēng)本田、東風(fēng)日產(chǎn)以及上海皮爾伯格公司都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)轎車鋁合金缸體的大批量生產(chǎn)。壓鑄市場(chǎng)的發(fā)展，得益于壓鑄技術(shù)的進(jìn)步。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用為高質(zhì)量壓鑄件的大量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件?？偟恼f來，我國(guó)壓鑄業(yè)技術(shù)的發(fā)展具有下列特點(diǎn)：
1）、壓鑄設(shè)備能力提升，壓鑄機(jī)的自動(dòng)化程度出現(xiàn)飛躍。由于國(guó)內(nèi)制造水平的整體提高和引進(jìn)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，我國(guó)的壓鑄機(jī)制造能力大幅提升，出現(xiàn)了許多具備較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力的大型壓鑄機(jī)制造廠商，如深圳領(lǐng)威科技公司、無錫新佳盛公司等。
2）、壓鑄模制造水平大幅提高，壓鑄模制造周期縮短，壓鑄模使用得以延長(zhǎng)壽命。除了選用優(yōu)秀的熱作模具鋼外，大型模具廠家紛紛采用數(shù)控加工、電火花、線切割和模具拋光技術(shù)來提高模具精度和表面質(zhì)量，采用真空淬火等熱處理工藝來提高模具的硬度和剛性。
3）、大量壓鑄新工藝得到應(yīng)用。為降低鑄件廢品率，改善壓鑄件的熱處理性能和焊接性能，真空壓鑄技術(shù)、半固態(tài)技術(shù)、擠壓鑄造技術(shù)被應(yīng)用到壓鑄生產(chǎn)中。
4）、壓鑄新材料的研究和應(yīng)用得到推廣。一些改善了合金性能的復(fù)合材料，正在從科研院校鑄件應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中。鎂合金壓鑄的應(yīng)用更是遍地開花，從熔煉、壓鑄、表面處理到回收再利用，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，正在產(chǎn)生規(guī)模 效益。
5）、CAD/CAM/CAE技術(shù)是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑，能明顯提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，因而得到廣泛應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用日益成熟，CAE技術(shù)也越來越受到大型企業(yè)的重視。
6）先進(jìn)的管理理念被導(dǎo)入到企業(yè)的日常管理中，如TS16949質(zhì)量體系、豐田模式、日產(chǎn)模式等，加強(qiáng)了壓鑄生產(chǎn)過程的控制，有效地降低了企業(yè)的浪費(fèi)。
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三．主要研究?jī)?nèi)容及可行性分析
3.1主要研究?jī)?nèi)容
根據(jù)圖紙，對(duì)罩殼零件進(jìn)行工藝分析，并確定分型方案、澆注系統(tǒng)位置和大小、抽芯方案、頂出方案等。然后選擇合適的壓鑄機(jī)及相關(guān)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定模具整體結(jié)構(gòu)布置方案。最后采用Pro/E軟件，完成罩殼壓鑄模的模具設(shè)計(jì)。
3.2可行性分析
該壓鑄件為長(zhǎng)方體，模腔較深，頂部無孔，內(nèi)腔有長(zhǎng)凸臺(tái)。壁厚較薄而均勻，一般為2mm。材料采用zl102鋁合金。為了做好本次設(shè)計(jì)本人查閱了大量的參考文獻(xiàn)，從理論上做好充足的準(zhǔn)備，進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)習(xí)，同時(shí)學(xué)習(xí)了材料成型原理等課程，并做過模具設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，能熟練使用Pro/E軟件進(jìn)行建模、裝配、開模和出圖。此外，指導(dǎo)本次設(shè)計(jì)的老師在工廠從事過技術(shù)工作，有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，相信在我們的共同努力下，一定能做好本次設(shè)計(jì)。
四.設(shè)計(jì)方案
進(jìn)行工藝分析,完成鑄件CAD建模和鑄件圖，估算出鑄件體積與質(zhì)量，選擇壓鑄機(jī)，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、型腔鑲塊、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)模板、推出機(jī)構(gòu)等，并選用材質(zhì)，最后完成模具設(shè)計(jì)，輸出全套圖紙
五．預(yù)期達(dá)到目標(biāo)
查閱相關(guān)文獻(xiàn)，完成開題報(bào)告。采用Pro/E軟件，按照壓鑄模設(shè)計(jì)流程圖完成罩殼壓鑄件全套模具設(shè)計(jì)，輸出完整的圖紙，并撰寫設(shè)計(jì)說明書。在這個(gè)過程中，鞏固以往所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉壓鑄模結(jié)構(gòu)，掌握壓鑄模的設(shè)計(jì)方法和Pro/E軟件在壓鑄模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟，提高動(dòng)手能力，為將來從事具體的技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
圖2 設(shè)計(jì)流程圖
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六．關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)
本次設(shè)計(jì)的罩殼零件具有形狀復(fù)雜、壁薄、加工面多和氣密性要求高的特點(diǎn)。熔融金屬進(jìn)入模具型腔中，氣體也隨其一起進(jìn)入到型腔，它不僅阻礙熔融金屬的流動(dòng)，而且，合金凝固后留在鑄件中會(huì)形成氣孔。特別是對(duì)此類薄壁但形狀復(fù)雜的零件，型腔對(duì)收縮的阻力大，其成型過程復(fù)雜，液體金屬在流動(dòng)過程中極易裹氣好形成紊流。鋁合金材料的熔點(diǎn)溫度高，粘模嚴(yán)重，流動(dòng)時(shí)對(duì)型腔的沖刷和侵蝕也較嚴(yán)重。而澆注系統(tǒng)的位置和大小是解決這些問題的關(guān)鍵，因?yàn)橥ㄟ^控制內(nèi)澆口的截面尺寸可以不僅保證合金液的流向，還可以使其具有一定的流量流速和壓力，零件在成型過程中表面能得到很好的冷卻，形成較厚的冷凝層，這也是保證氣密性的重要途徑。因此，本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于深刻理解澆注系統(tǒng)和鑄件成型的關(guān)系，冷卻系統(tǒng)和氣孔、粘模的關(guān)系，合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。
七．工作計(jì)劃
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序號(hào)
設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱
日 期
1
制定工作計(jì)劃，了解并學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)（壓鑄機(jī)、壓鑄模、壓鑄鋁合金、Pro/E軟件等）
1.18-2.25
2
熟悉課題任務(wù)要求，收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握相關(guān)壓鑄知識(shí)和Pro/E軟件，完成開題報(bào)告和英文翻譯
2.25-3.19
3
進(jìn)行工藝分析,完成鑄件CAD建模，輸出鑄件圖，根據(jù)評(píng)審結(jié)果進(jìn)行修改
3.20-3.28
4
選擇壓鑄機(jī)，布置模具結(jié)構(gòu)，輸出模具裝配草圖，并提交評(píng)審
3.29-4.13
5
完成模具設(shè)計(jì)，輸出全套圖紙
4.14-5.20
6
完善設(shè)計(jì)、撰寫設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
5.21-6.10
7
畢業(yè)答辯
6.11-6.18
8
畢業(yè)設(shè)計(jì)資料整改和完善
6.19-6.20
?
參考文獻(xiàn)
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