阀盖压铸模设计

lcshjsb

阀盖压铸模设计
.课题来源、目的和意义
; j+ O3 |/ b7 M0 Z/ n$ [
, f: f5 f. R# s1.1课题来源
6 \7 X( G2 B+ p  l( s
! w  M, D- y' @6 j: B+ w! d) p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。
. d5 V, p0 g. \+ G2 r7 M1 w* d, k
, \+ A9 p8 ^$ r. b+ y4 f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。

http://img.blog.163.com/photo/pO37BNzPMaMbbszaXlDGbQ==/4548635623644742581.jpg

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。
# \* y; R' U! G0 `% e
3 r# F& S/ z) h* t+ G1 d! ~4 T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。。
" ~4 n( Z$ m! V6 P. Q

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
( r. }7 a. ?# H8 p( X9 i
) @; ?6 ~: @+ {& h2.1国外压铸业现状
0 z. X+ P* k8 d: m/ {
' K/ j9 K% c. [' v$ S  i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）。
' t# ^6 [* d8 P
4 L6 d. [# U! ?3 h8 e% L4 Y

lcshjsb

阀盖压铸模设计
4 e7 W/ }+ y7 ?# x) E! u

表1  世界各国压铸件的产量及市场状况

国家 # Z: j7 ]/ R3 D

压铸件产量/t

D或者E ; ~/ c- ?& b9 s; r

各行业所占的市场份额比例%

A 5 S; K6 V4 [  ~- F& ]" d9 O

B

C

D+E 1 j6 H9 b. Q  z  Q5 }- J( U

E

F

G 3 @2 n' Z7 S: q# e  B! {' b! g

H

I

J

K & {3 |0 l: a0 Z- B

L # o3 @7 E6 j: a9 z* G& h

中国

208993 1 J( |" K7 Z$ O! r

1724 " v: L! c8 }6 ?+ P3 L1 e' a

72712 / v" A7 C! n3 i' M

1575

1166 $ i2 c9 M; d" O, T5 ]) k

64.5   S3 l1 u, B0 N9 V2 s

11.4 2 w; ?, L+ e& g

5.4 2 W% F. k6 a2 V0 X2 m

9.9

5.7

2 g+ o$ \. t7 d" ~  m: u

8.8

日本 - b2 a* g6 _5 L; R. E% P

711888

2120

40864

930

28 # |' ^  w: i2 s9 |! R- M3 ?: e

79.9 ! H6 J/ |0 ], _6 C% H& x

6.8 . t4 P8 x2 g( J; e; [( i

6.8

5.7 ) M! W4 y' Q% w% r2 V; f3 k; x* X

4 ) ~6 X# b% ]8 A) W9 D  S/ s, x

7.6 2 P( H  \8 ]0 o4 j( x

西班牙 1 y3 p. C% P0 q) D& {0 H

86000 4 q! q5 D/ _7 \2 C5 C

23000 0 E9 Q7 t* u& n6 d

65

15

65

16

3

5 , S1 @# X" f8 C4 N  `3 h

0.8

2 8 G" s  e: b/ e

5

德国

271425

3872

65915

215 $ X! @* n2 n( n' Q: [

72 2 Q/ J$ X0 {- A* J

61

2.1

4

3.8 7 y, @9 t2 Y' s0 [' ?  H! ?( E

5

0.8

27.5 3 z$ E: H2 z$ T* `

印度 % f* U7 A, d& h/ Z/ H& X" o

175000 3 l6 {6 M+ D: c6 k  u

5200 ) c+ X6 v9 \6 d, P  Y0 q: Q

250 7 s& ^2 @5 v4 j

3 W7 U- l/ e. R. w) f" u( e

60

5

10 - m! J/ l4 s' q4 o4 e

20 - l: \% t; F# e/ x1 k8 r, j4 Q

% p4 y2 U. o' w) P' D3 x

1 _* B/ L& e+ r% {1 Y. w8 I

墨西哥 9 x+ ]2 N% ^* z, M: k3 K

! t. J, y# N* I( w

# @( q1 j- B% c! l" c) _/ l

50

# a) O" o, z; o! `' F: p  G. i

33 ; F# \& j$ Z( e( y) {# U% ]

+ K. `3 M; M9 `% W( M

加拿大 9 E  {$ L; x& V' f8 U+ Z

82056 % Z2 x8 D7 F& h6 O# ~

10946

21500

60 3 z5 W3 f# U6 @1 p, `

11

49

5 ' j0 n- i& g8 N# a: P7 V

7 U& |% T  I# y

13

2

$ l9 c, V# i" K2 M- c

美国

611812

20593

173728 " R- \( m% L7 g* R! A

430 ! E# g( y; p9 i7 s! x; d: X

160

48 + g; d$ k2 ]; X5 i

11 , @3 [, a) s) q  j

8

11 * H  m9 L- v4 |3 w0 T  D9 z3 \, q5 g

" ~, ?; t$ u5 X* U% A

澳大利亚 - ~0 a* @% ]: Z

54000

300

6000

90

80

* Q( B7 c) O! j/ a, @

, u* d  U2 k# L

20 6 F1 W4 N; X( g

* M9 s9 C2 D1 I) b8 H$ U

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 。
: r2 E4 ~" ~, p6 j( U' k4 J5 e2.2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：
, z  P0 c4 Q( O( ^4 c: s' P1）、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。

lcshjsb

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。
" P# Q! x& z, D5）、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。
+ E) p. L7 u# t) @4 a2 R6）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 y/ k. W1 u2 k/ i
: L! c% ^! j) o3 m7 G( T9 W3．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。
7 h6 g$ Q5 |* W( o# J6 a3.2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；二，有四处小直径但深度大的通孔和两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。
5 q7 a2 x8 k* ]0 Z# x" g4.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）。
. l) Q7 {' v! @, j0 N5．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。
3 D: R3 B) `! I! y/ \" |# u
( }/ u: c2 j4 @
; x0 Q! F: Q+ g图2  设计流程图

# N- ]8 y9 X' S6．关键技术难点
: Y* d9 ]( t) m4 Z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。
; N, e8 a1 P$ S- {1 ?. x2 y7．工作计划

4 x- n9 S- k* l; Y序号 设计（论文）各阶段名称 日  期
+ ?+ J( P# Q! Y3 R- Q/ q1 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） 1.18-2.25
3 j/ u8 f4 W- R2 @/ v0 o$ L- c2 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 2.25-3.19
: s- z4 \* h6 U. J3 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 3.20-3.28
4 选择压铸机，布置模具结构，输出模具装配草图，并提交评审 3.29-4.13
8 k! o' u& D9 D, [1 Z5 完成模具设计，输出全套图纸 4.14-5.20
6 完善设计、撰写设计说明书，准备答辩 5.21-6.10
7 毕业答辩 6.11-6.18
8 毕业设计资料整改和完善 6.19-6.20
/ @3 a1 f/ I5 Y# b& b
" k, v1 ?) k! L. w
8.参考文献
1   耿鑫明.发展中的中国压铸业. 机械制造与自动化.2004，（4）：6～8
2   李荣德 于海朋 袁晓光. 压铸技术的发展与应用.2003，（8）：597～601
# G! _, I) i8 d# k1 L, I& n. k( x) \3   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
6 w0 c- t6 \+ n4  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
! I) }" Z. g% E1 p; ^# a5 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
( f8 C# `) N& B( l. Y7  赖清华.压铸工艺及模具.北京：机械工业出版社，2007.7

lcshjsb

图1 阀盖模型　

zhhhappy36500

感谢楼主，支持共享！中国模具行业

caishuzhen

monkey000

原來這就是閥蓋
我公司加工蠻多類似的過說
多謝樓主分享 知識又能增加了

machanghui

谢谢楼主分享