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理工學院
本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告
題 目：（罩殼）壓鑄模具設計____________
分 院：機電分院_______________________________
專 業(yè)：材料成型及控制工程__________________
班 級：材料（2）班____________________________
學 號：20060410210210_________________________
姓 名：曾智洋___________________________________
指導教師：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。其主要特點是高壓和高速，常用壓力為數十甚至上百兆帕，填充速度（內澆口速度）約為16～80米/秒，金屬液填充模具型腔的時間極短，約為0.01～0.2秒。作為一種少無切削的成形方法，壓鑄具有生產效率高，鑄件尺寸精度高，表面粗糙度好，經濟指標優(yōu)良的優(yōu)點，可以節(jié)省大量機加工工序和設備，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)?；a業(yè)獲得了廣泛的應用和迅速的發(fā)展。
就世界范圍而言，壓鑄業(yè)發(fā)展的主要推動力是汽車業(yè)的發(fā)展，這是由于汽車生產商追求整車輕量化的原因。由于鋁的質量比較輕，在汽車業(yè)中，鋁合金是應用最廣泛、發(fā)展最快的輕金屬。鋁合金在汽車工業(yè)中的應用以壓鑄為主要工藝，壓鑄占全部鑄造方法的 55％左右。我國鋁合金壓鑄件占主導地位，其應用范圍正在不斷擴大，年產量持續(xù)上升。過去，鋁合金鑄件多用于變速箱、汽缸頭、油泵、化油器等不受強烈沖擊的外殼。由于汽車需要更薄壁和更強韌的結構件，能夠熱處理和焊接的高品質壓鑄件的應用范圍也越來越大，采用鋁合金真空壓鑄的底盤結構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用領域的不斷擴大，壓鑄業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展機遇，市場競爭不斷加劇，壓鑄件正在向大型化、復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品質量、降低生產成本，加速新品交付周期，才能提升企業(yè)的核心競爭力。壓鑄模設計在壓鑄生產中起著至關重要的作用，高新技術特別是計算機技術在壓鑄模設計中的應用明顯地提高了壓鑄設計質量，促進了壓鑄業(yè)的飛速發(fā)展。目前，壓鑄生產常用的計算機技術包括： CAD（計算機輔助壓鑄模設計技術）、CAE（計算機模擬分析技術）、CAM（計算機輔助制造技術）以及RPM（快速原型制造）等。這些技術是改造傳統(tǒng)生產方式的關鍵技術，它以計算機軟件的形式，為用戶提供多種有效的輔助工具，使工程技術人員能借助計算機對產品、模具結構、壓鑄工藝、數控加工及成本等進行設計和優(yōu)化。其中，CAD改變了壓鑄模設計中傳統(tǒng)的手工畫圖的模式，不僅能輕松完成復雜零件的壓鑄模設計，拓寬了壓鑄件的產品范圍，而且減輕了設計勞動強度，將設計人員從從繁冗的繪圖和計算中解放出來，以從事更多的創(chuàng)造性工作。同時，CAD技術的應用為后續(xù)的CAM和CAE奠定了基礎，從而為提高壓鑄模設計和加工質量，提高新品開發(fā)速度，降低壓鑄模設計和制造成本，縮短壓鑄件開發(fā)周期創(chuàng)造了極為有利的條件，是未來壓鑄模設計的發(fā)展方向
本次畢業(yè)設計正是利用CAD技術來完成閥蓋壓鑄模的設計。通過本次畢業(yè)設計，不僅可以鞏固所學的理論知識，還可以培養(yǎng)運用所學專業(yè)理論知識的能力，同時提高了應用Pro/E軟件的能力，因而是一次很好的理論和實踐相結合的鍛煉機會。本次畢業(yè)設計源于生產實際，對于我們今后從事實際技術工作有很大的幫助，有利于我們掌握壓鑄模設計的過程和要點，熟悉Pro/E軟件在壓鑄模設計中的應用步驟，為日后的工作打下一個堅實的基礎！
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二．國外壓鑄現狀及國內壓鑄的發(fā)展特點
2.1國外壓鑄業(yè)現狀
由于科學技術水平的提高和經濟的發(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)展中國家還是發(fā)達國家，壓鑄工業(yè)都是在發(fā)展中。以美國、日本、德國等為代表的工業(yè)發(fā)達國家，雖然工業(yè)發(fā)展處于平衡或有時下降，特別是鑄造業(yè)在上世紀九十年代處于產量降低時期，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，鎂鑄件的生產及市場也在迅速擴大，使得壓鑄業(yè)的技術上平和生產規(guī)模不斷上升。美國是名符其實的壓鑄件生產大國，美國的壓鑄工業(yè)很發(fā)達，產量和技術都屬全球首位。美國壓鑄業(yè)的發(fā)展對全球有一定的影響，近年來保持略有增長；由于汽車工業(yè)對壓鑄件需求的急劇增長，在本國總體經濟不景氣的背景下，日本壓鑄取得了令人驚異的增長速度，壓鑄年產量不斷創(chuàng)出新高。德國鎂壓鑄件的產量在大幅度的增加。另一方面，企業(yè)之間的兼并和重組的趨勢也在加劇。為緩解競爭壓力，降低成本，發(fā)達國家壓鑄廠家紛紛移師海外發(fā)展。同時，國際上大型汽車廠家的零部件采購進入全球化時代。在這種大環(huán)境中，發(fā)展中國家的壓鑄業(yè)獲得了難得的機遇，近10年來的發(fā)展非常迅速。中國平均年增長率在 10％以上，東南亞地區(qū)和中國臺灣地區(qū)都非?；钴S。（世界各國壓鑄件的產量及市場狀況表1）。統(tǒng)計數據表明，大多數國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。每個國家都是汽車制造業(yè)驅動著壓鑄行業(yè)，汽車業(yè)使用的壓鑄件不低于48%（美國），多者可達80%（日本）。
表1 世界各國壓鑄件的產量及市場狀況
國家
壓鑄件產量/t
D或者E
各行業(yè)所占的市場份額比例%
A
B
C
D+E
E
F
G
H
I
J
K
L
中國
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
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
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-壓鑄廠數量；E-壓鑄車間數量；F-汽車；G-日用器具；H-機械工業(yè)；I-電機電器；J-電子工業(yè)；K-國防工業(yè)；L-其他 。
2.2國內壓鑄業(yè)的發(fā)展特點
我國壓鑄業(yè)經歷了半個世紀的發(fā)展，特別是近 l0余年來，由于國民經濟的高速發(fā)展，汽車、摩托車工業(yè)的突飛猛進，推動了壓鑄生產的迅速增長 。壓鑄業(yè)的市場前景持續(xù)看好，壓鑄企業(yè)和從業(yè)人員增多，規(guī)模擴大。壓鑄件正在向大型化、復雜化、薄壁化、高性能化、高精度化以及集成化方向發(fā)展，如東風本田、東風日產以及上海皮爾伯格公司都已經實現轎車鋁合金缸體的大批量生產。壓鑄市場的發(fā)展，得益于壓鑄技術的進步。這些先進技術的應用為高質量壓鑄件的大量生產創(chuàng)造了條件?？偟恼f來，我國壓鑄業(yè)技術的發(fā)展具有下列特點：
1）、壓鑄設備能力提升，壓鑄機的自動化程度出現飛躍。由于國內制造水平的整體提高和引進先進的計算機控制技術，我國的壓鑄機制造能力大幅提升，出現了許多具備較強技術實力的大型壓鑄機制造廠商，如深圳領威科技公司、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控加工、電火花、線切割和模具拋光技術來提高模具精度和表面質量，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、半固態(tài)技術、擠壓鑄造技術被應用到壓鑄生產中。
4）、壓鑄新材料的研究和應用得到推廣。一些改善了合金性能的復合材料，正在從科研院校鑄件應用到企業(yè)生產實踐中。鎂合金壓鑄的應用更是遍地開花，從熔煉、壓鑄、表面處理到回收再利用，形成了完整的產業(yè)鏈，正在產生規(guī)模 效益。
5）、CAD/CAM/CAE技術是提高壓鑄技術水平的重要途徑，能明顯提升企業(yè)的競爭力，因而得到廣泛應用。CAD/CAM技術在國內的應用日益成熟，CAE技術也越來越受到大型企業(yè)的重視。
6）先進的管理理念被導入到企業(yè)的日常管理中，如TS16949質量體系、豐田模式、日產模式等，加強了壓鑄生產過程的控制，有效地降低了企業(yè)的浪費。
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三．主要研究內容及可行性分析
3.1主要研究內容
根據圖紙，對罩殼零件進行工藝分析，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及相關參數。在此基礎上，進一步確定模具整體結構布置方案。最后采用Pro/E軟件，完成罩殼壓鑄模的模具設計。
3.2可行性分析
該壓鑄件為長方體，模腔較深，頂部無孔，內腔有長凸臺。壁厚較薄而均勻，一般為2mm。材料采用zl102鋁合金。為了做好本次設計本人查閱了大量的參考文獻，從理論上做好充足的準備，進行了模具設計與制造專業(yè)學習，同時學習了材料成型原理等課程，并做過模具設計的課程設計，能熟練使用Pro/E軟件進行建模、裝配、開模和出圖。此外，指導本次設計的老師在工廠從事過技術工作，有大量的實踐經驗，相信在我們的共同努力下，一定能做好本次設計。
四.設計方案
進行工藝分析,完成鑄件CAD建模和鑄件圖，估算出鑄件體積與質量，選擇壓鑄機，設計澆注系統(tǒng)、型腔鑲塊、導向機構模板、推出機構等，并選用材質，最后完成模具設計，輸出全套圖紙
五．預期達到目標
查閱相關文獻，完成開題報告。采用Pro/E軟件，按照壓鑄模設計流程圖完成罩殼壓鑄件全套模具設計，輸出完整的圖紙，并撰寫設計說明書。在這個過程中，鞏固以往所學的理論知識，熟悉壓鑄模結構，掌握壓鑄模的設計方法和Pro/E軟件在壓鑄模設計中的應用步驟，提高動手能力，為將來從事具體的技術工作打下良好的基礎。
圖2 設計流程圖
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六．關鍵技術難點
本次設計的罩殼零件具有形狀復雜、壁薄、加工面多和氣密性要求高的特點。熔融金屬進入模具型腔中，氣體也隨其一起進入到型腔，它不僅阻礙熔融金屬的流動，而且，合金凝固后留在鑄件中會形成氣孔。特別是對此類薄壁但形狀復雜的零件，型腔對收縮的阻力大，其成型過程復雜，液體金屬在流動過程中極易裹氣好形成紊流。鋁合金材料的熔點溫度高，粘模嚴重，流動時對型腔的沖刷和侵蝕也較嚴重。而澆注系統(tǒng)的位置和大小是解決這些問題的關鍵，因為通過控制內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，本次設計的難點在于深刻理解澆注系統(tǒng)和鑄件成型的關系，冷卻系統(tǒng)和氣孔、粘模的關系，合理設計澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。
七．工作計劃
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序號
設計（論文）各階段名稱
日 期
1
制定工作計劃，了解并學習相關知識（壓鑄機、壓鑄模、壓鑄鋁合金、Pro/E軟件等）
1.18-2.25
2
熟悉課題任務要求，收集有關設計資料，查閱相關文獻，掌握相關壓鑄知識和Pro/E軟件，完成開題報告和英文翻譯
2.25-3.19
3
進行工藝分析,完成鑄件CAD建模，輸出鑄件圖，根據評審結果進行修改
3.20-3.28
4
選擇壓鑄機，布置模具結構，輸出模具裝配草圖，并提交評審
3.29-4.13
5
完成模具設計，輸出全套圖紙
4.14-5.20
6
完善設計、撰寫設計說明書，準備答辯
5.21-6.10
7
畢業(yè)答辯
6.11-6.18
8
畢業(yè)設計資料整改和完善
6.19-6.20
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參考文獻
[1]駱柟生，許琳.金屬壓鑄工藝與模具設計. 北京:清華大學出版社，2004.
[2]肖乾. Pro／Engineer Wildfire 3.0中文版實用教程. 北京:中國電力出版，2008.
[3]肖乾,周慧蘭. Pro／Engineer Wildfire 3.0中文版模具設計與制造實用教程 . 北京:中國電力出版，2008.
[4]王伯平.互換性與測量基礎第2版. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.
[5]鄒玉堂，路慧彪，王躍輝.AUTOCAD2006實用教程.北京:機械工業(yè)出版，2008.