汽車零件鑄造用金屬模設(shè)計(jì)與加工【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　汽車零件鑄造用金屬模設(shè)計(jì)與加工</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本設(shè)計(jì)及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下

2、獨(dú)立完成的，在完成設(shè)計(jì)時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>

3、;　　設(shè)計(jì)題目：汽車零件鑄造用的金屬模設(shè)計(jì)與加工 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　?。?）了解需要鑄造的汽車零件。</p><p>　　（2）了解模具的選用原則及其金屬模與木模的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　?。?）繪制汽車零件的二維圖及三維圖形并進(jìn)行三維建模。</p><p>　　（

4、4）學(xué)習(xí)并制作鑄造工藝流程。</p><p>　　（5）進(jìn)行模具設(shè)計(jì)過程。</p><p>　　2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　?。?）要求了解鑄造工藝。</p><p>　?。?）要求基本掌握模具設(shè)計(jì)過程，并能出產(chǎn)品圖紙。</p><p>　?。?）要求了解三維建模過程。</p><p

5、>　　（4）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算及確定。</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?）趙偉閣. 模具設(shè)計(jì). 西安: 電子科技大學(xué)出版社, 2006.8</p><p>　?。?）劉靖巖. 模具設(shè)計(jì)與制造. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2005.9</p><p>　　（

6、3）袁森.王武孝 汽車剎車盤鑄件生產(chǎn)工藝、缺陷分析與對策 [J] 西安理工大學(xué)材料學(xué)院</p><p>　?。?）鑄造手冊. 第5卷，鑄造工藝/中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會編. —2版. —北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.1</p><p>　　（5）丁根寶主編.鑄造工藝學(xué)（下冊）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1989</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排<

7、;/b></p><p>　　汽車零件鑄造用金屬模設(shè)計(jì)與加工</p><p>　　摘要：鑄造－熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。</p><p>　　鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)

8、械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工藝的基礎(chǔ)工藝之一。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)中汽車零件選為汽車剎車盤，即設(shè)計(jì)主題為汽車剎車盤鑄造用金屬模設(shè)計(jì)與加工。 </p><p>　　剎車盤是汽車制動系統(tǒng)的重要組成部分,制動性能的好壞直接關(guān)系到車輛的行駛安全。目前廣泛使用的鑄鐵剎車盤導(dǎo)熱率低、易熱裂、耐磨性差,需要加以改進(jìn)。通過查閱國內(nèi)外大量相關(guān)資

9、料,可以看出用重量輕、性能優(yōu)良的金屬基復(fù)合材料剎車盤替代鑄鐵剎車盤是汽車剎車盤今后的主要發(fā)展方向。同時(shí),汽車產(chǎn)業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一,近年來發(fā)展迅速,對剎車盤的需求量也非常巨大。 </p><p>　　鑄造模具是指為了獲得零件的結(jié)構(gòu)外形，預(yù)先用其他輕易成型的材料做成零件的結(jié)構(gòu)外形，然后再在砂型中放入模具，于是砂型中就形成了一個(gè)和零件結(jié)構(gòu)尺寸一樣的空腔，再在該空腔中澆注流動性液體，該液體冷卻凝固之后就能形成和模具

10、外形結(jié)構(gòu)完全一樣的零件了。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：剎車盤，金屬模，鑄造工藝</p><p>　　Auto parts casting metal mould design and processing</p><p>　　Abstract:The casting metal smelting, casting mold manufacturing, and

11、 the molten metal is poured into the mold, molding method of size and performance of metal blank with certain shape, obtained after solidification.</p><p>　　The casting is will melting and pouring liquid wit

12、h certain requirements into casting, the cooling solidification, cleaning after processing a predetermined shape, size and performance of the casting process.Casting blank because almost forming, and achieve free machini

13、ng or a small amount of processing to reduce the cost and to some extent to reduce production time.Casting is one of the basic technology of moderne quipment manufacturing process.</p><p>　　Auto parts for au

14、tomobile brake disc in this design, the design theme of automobile brake disc metal mold casting design and processing.</p><p>　　The brake disc is an important component of the automobile braking system, the

15、 braking performance is directly related to the safety of the vehicle. Cast iron brake disc used widely at present low thermal conductivity,easy cracking, wear resistance is poor, need to be improved. Through the related

16、 references, can be seen with light weight, good performance of metal matrix composite brake disk to replace the cast iron brake disc brake disc is the main development direction in the future.At the sa</p><p&

17、gt;　　Die casting is refers to the structure and shape of parts,structure shape into parts in advance with other easily molded material, and then into the mold in the sand, then the sand on the formation of a cavity and p

18、arts structure size, and then in the cavity of the pouring flow liquid, then the liquid cooling solidification can be formed and molds tructure identical parts.</p><p>　　Keywords: brake disc, metal

19、 mold, casting process</p><p>　　目 錄 </p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1鑄造模具的歷史2</p><p>　　1.2模具設(shè)計(jì)與制造（鑄造模具方向）發(fā)展前景分析2</p><p>　　1

20、.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀4</p><p><b>　　1.4選題意義5</b></p><p>　　1.4.1金屬型鑄造的優(yōu)點(diǎn)5</p><p>　　1.4.2 金屬型鑄造的缺點(diǎn)6</p><p>　　1.4.3 金屬模具和木模的比較6</p><p>　　2．汽車剎車盤產(chǎn)品三維造型7&l

21、t;/p><p>　　2.1 三維造型7</p><p>　　2.2 鑄造工藝9</p><p>　　2.3型砂的選擇11</p><p><b>　　3 模具設(shè)計(jì)12</b></p><p>　　3.1 砂芯造型13</p><p>　　3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)14

22、</p><p>　　3.2.1 金屬型澆注系統(tǒng)最小截面積14</p><p>　　3.2.2 澆注系統(tǒng)澆口比的確定17</p><p>　　3.2.3澆口杯19</p><p>　　3.2.4 冒口設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.2.5模具的排氣22</p><p>　　4 芯盒的

23、設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1模板和砂箱的選用24</p><p>　　5 金屬型模具尺寸的確定25</p><p>　　5.1型腔尺寸的計(jì)算25</p><p>　　5.2金屬型材料選擇25</p><p><b>　　結(jié)論27</b></p><p>

24、<b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致謝29</b></p><p><b>　　1緒論 </b></p><p>　　模具作為一種特殊的機(jī)械產(chǎn)品，模具行業(yè)作為一種特殊的機(jī)械行業(yè)，不能像其它機(jī)械行業(yè)和機(jī)械產(chǎn)品那樣，所研發(fā)制造的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)出來零部件或機(jī)械產(chǎn)品僅靠設(shè)計(jì)人員的

25、理論設(shè)計(jì)就能基本保證最終所要達(dá)到的所需的功能和使用要求，也就是說，對于其它的大多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品，如果加工過程能夠完完全全全或盡可能到達(dá)設(shè)計(jì)的精度和要求，最終的產(chǎn)品和當(dāng)初的設(shè)計(jì)目的是不會有太大的偏差，即完善的設(shè)計(jì)在加工條件的保證下就可以生產(chǎn)出完美的產(chǎn)品，同時(shí)，這類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論依據(jù)經(jīng)過幾十年甚至在一些老牌資本主義國家上百年的不斷研究與實(shí)際生產(chǎn)的互不發(fā)展下已經(jīng)變得很成熟，很完善，很實(shí)用了，比如各種機(jī)床設(shè)備，動力設(shè)備等。 </p>

26、<p>　　模具產(chǎn)品則不一樣，由于無論是注塑、壓鑄類的高溫流動成型還是常溫下沖壓類的塑性成型，盡管長的也有幾十年研究與應(yīng)用歷史，由于基礎(chǔ)理論和數(shù)學(xué)模型很不完善，不準(zhǔn)確，也有還是存在很大的不確定性，特別是在我們國內(nèi)，大多數(shù)還是要靠現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)來支持，來盡可能使模具產(chǎn)品做到完善，生產(chǎn)出來的達(dá)到用戶用戶要求，所以在設(shè)計(jì)階段，大多數(shù)目前只能做的工作，在整個(gè)模具制造過程和質(zhì)量體系環(huán)節(jié)保證種，只能充當(dāng)“粗加工環(huán)節(jié)”。也就是通常所說的模具的

27、好壞最終要靠靠鉗工手藝，不同廠家模具產(chǎn)品最終的顛峰對決，可能就是模具鉗工的一種技藝比武吧，而在這行里設(shè)計(jì)人員和前期的各序加工人員只能是給顛峰對決做配角。 </p><p>　　鑄造模具是指為了獲得零件的結(jié)構(gòu)外形，預(yù)先用其他輕易成型的材料做成零件的結(jié)構(gòu)外形，然后再在砂型中放入模具，于是砂型中就形成了一個(gè)和零件結(jié)構(gòu)尺寸一樣的空腔，再在該空腔中澆注流動性液體，該液體冷卻凝固之后就能形成和模具外形結(jié)構(gòu)完全一樣的零件了。&

28、lt;/p><p>　　近年來隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車需求量也在逐年提高。2007 年全球汽車產(chǎn)量已突破 7310萬輛，我國汽車產(chǎn)量排世界第三位，產(chǎn)量突破850萬輛，且每年仍以近12%的速度增長。汽車工業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車工業(yè)的發(fā)展為汽車零部件特別是鑄造企業(yè)的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展空間。剎車盤作為汽車制動系中的主要磨損消耗件，市場需求量很大，每年需求量大約為6億只。因此，從汽車剎車盤產(chǎn)品的鑄造生產(chǎn)工藝及

29、鑄件質(zhì)量的分析情況中可以看到剎車盤產(chǎn)品專業(yè)鑄造的發(fā)展趨勢。</p><p>　　剎車盤在汽車的制動系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,性能優(yōu)良的剎車盤是汽車安全行駛的前提條件之一。雖然經(jīng)過多年的應(yīng)用與發(fā)展,但是從早期的石棉剎車盤到目前廣泛使用的鑄鐵剎車盤,在環(huán)保、質(zhì)量等方面都存在一些缺陷,并不能完全滿足市場需求。汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,汽車產(chǎn)量的大幅度增加,降低能源消耗、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)對汽車用材料輕量化的要求,迫使人們不停地開

30、展對汽車剎車盤的研究。</p><p>　　隨著我國鑄造業(yè)的不斷發(fā)展壯大，鑄造模具的設(shè)計(jì)與制造也愈來愈受到人們的關(guān)注。文章分析認(rèn)為模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)(鑄造模具方向)發(fā)展前景良好對這個(gè)專業(yè)的人才需求量也在不斷增加。但同學(xué)不能因?yàn)檫@個(gè)就對自己將來的就業(yè)定位很高，我們應(yīng)該時(shí)時(shí)關(guān)注我們專業(yè)的各方面信息以備知道行業(yè)的技能需求從而隨時(shí)提高自己的技能水平.本文立足于分析我國鑄造模具行業(yè)的現(xiàn)狀，針對問題提出對策，展望未來。<

31、;/p><p>　　1.1鑄造模具的歷史</p><p>　　中國鑄造模具工業(yè)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了一個(gè)艱辛的歷程，直到1976年仍處在落后狀態(tài)。自1977年以來，由于我國機(jī)械、電子、輕工、儀表、交通等工業(yè)部門的蓬勃發(fā)展，對鑄造模具的需求在數(shù)量上越來越多，質(zhì)量要求越來越高，供貨期越來越短。因此，引起了我國有關(guān)部門對鑄造模具工業(yè)的高度重視，將模具列為“六五”和“七五”規(guī)劃重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目，派人出國學(xué)

32、習(xí)考察，引進(jìn)國外鑄造模具先進(jìn)技術(shù)，制定有關(guān)鑄造模具國家標(biāo)準(zhǔn)。通過這一系列措施，使得鑄造模具工業(yè)有了很大發(fā)展，并在某些技術(shù)方面有所突破。第二汽車制造廠采用新技術(shù)、新材料為日本五十鈴廠制造了高質(zhì)量的大型鑄造模具，贏得了良好的國際信譽(yù)。</p><p>　　1.2模具設(shè)計(jì)與制造（鑄造模具方向）發(fā)展前景分析</p><p><b>　　1.2.1市場需求</b></p&

33、gt;<p>　　汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策 中得到了明確。預(yù)計(jì)到2005年，我國汽車總需求量約為300萬輛，因此，汽車模具市場巨大。汽車基本車型在2000年約140種，2005年將達(dá)到170種，另有更新車型和改裝車型430種。一個(gè)型號的汽車所需模具幾千副，其中鑄造模具數(shù)百套。 </p><p>

34、;　　隨著我國進(jìn)入世貿(mào)組織的臨近，汽車行業(yè)將進(jìn)入新一輪換型改造時(shí)期，特別是中、重、輕、轎型汽車，將以快節(jié)奏更新?lián)Q代來迎接國際汽車市場的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)與機(jī)遇同在，進(jìn)入世貿(mào)不僅僅是對我們汽車的挑戰(zhàn)，與其密切相關(guān)的模具制造業(yè)首當(dāng)其沖。 </p><p>　　由此不難看出，鑄造金屬模具、精密壓鑄模具在未來鑄造模具行業(yè)的發(fā)展趨勢中，將扮演先鋒角色。</p><p>　　1.2.2 技術(shù)要進(jìn)一步完善

35、</p><p>　　當(dāng)前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多，更新快，市場仍處買方市場態(tài)勢。這種情況下，用戶對產(chǎn)品包括模具制造的要求是“工期短、精度高、質(zhì)量好、價(jià)格低”。用戶對鑄造模具產(chǎn)品的苛刻，正是對廠家日益完善的壓力。確實(shí)是對鑄造模具生產(chǎn)企業(yè)一個(gè)完整體系的考驗(yàn)。 </p><p>　　(1) CAD／CAM／CAE一體化 </p><p>　　當(dāng)前多數(shù)鑄造模具

36、廠家依然采用老辦法，設(shè)計(jì)、編程、工藝、加工、檢查都是相對獨(dú)立分開，獨(dú)立考核、獨(dú)立核算，而拉開大幕看市場，這方面，部分國企模具廠落伍了。一些中小模具廠采取的是一條龍作業(yè)方式，從設(shè)計(jì)到編程直到加工出產(chǎn)品甚至售后服務(wù)均由一人或幾個(gè)人完成，生產(chǎn)傳遞環(huán)節(jié)少，出現(xiàn)問題易察覺，因而成本低、質(zhì)量好、周期短。象一汽鑄造模具廠這樣規(guī)模的企業(yè)本來就有CAD／CAM技術(shù)條件，如果打破傳統(tǒng)機(jī)制的束縛，這個(gè)問題便迎刃而解。如果CAD／CAM一體化加工能夠提高普及率

37、，我國鑄造模具生產(chǎn)能力將有一個(gè)飛躍。 </p><p>　　(2) 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用 </p><p>　　在模具設(shè)計(jì)上，很多模具廠家都采用標(biāo)準(zhǔn)化組合設(shè)計(jì)，因而設(shè)計(jì)周期短，而我們目前全部產(chǎn)品都是從開頭設(shè)計(jì)，包括每個(gè)環(huán)節(jié)。因而，使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。因此標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)件的開發(fā)利用，將使我國鑄造模具生產(chǎn)大為簡化。

38、</p><p>　　(3) 應(yīng)用反求工程開發(fā)鑄造模具制造范圍 </p><p>　　一般而言，反求工程是指對難以用CAD建立數(shù)據(jù)模型，而只能通過對實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描、測量的方法采集數(shù)據(jù)，在CAM軟件系統(tǒng)中建立數(shù)學(xué)模型，最后生成NC程序，控制數(shù)控加工中心進(jìn)行模具制造的過程。一汽鑄造模具廠應(yīng)用反求工程較成功地完成了對缸蓋進(jìn)、排氣道熱芯盒模具的制造，探索了按一般的設(shè)備和加工技術(shù)對沒有尺寸和技術(shù)

39、標(biāo)準(zhǔn)的模具無法加工成功經(jīng)驗(yàn)。既縮短了模具制造周期，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。反求工程在模具制造業(yè)上應(yīng)值得推廣應(yīng)用?？梢詳U(kuò)展產(chǎn)品加工范圍。 </p><p>　　隨著科技技術(shù)的飛速發(fā)展模具設(shè)計(jì)與制造（鑄造模具方向）專業(yè)人才的需求日益增加。因此該學(xué)科具有良好的發(fā)展前景但是同時(shí)也要求我們更好的學(xué)好計(jì)算機(jī)技術(shù)。</p><p>　　1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　刊內(nèi)學(xué)

40、者和生產(chǎn)廠家對汽車剎車盤研究較多的有無石棉半金屬剎車盤和鑄鐵剎車盤兩種。</p><p>　　(1)無石棉半金屬剎車盤的制作工藝有熱壓法和冷壓法兩種。</p><p>　　1994年華中爽等人用熱壓法制作剎車盤。原料為醛樹臘、丁苯橡膠、鋼纖維、摩擦性能好的調(diào)節(jié)劑及其它填料。壓制的模具溫度為180～190℃。半金屬剎車盤由粘合劑、鋼纖維和填料三大部分熱壓而成。吉林大學(xué)韓英淳等人研制了碳纖維復(fù)

41、合材料汽車用無石棉剎車盤。原料為碳纖維、粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑(HT200鑄鐵粉、固體潤滑劑、摩擦劑)等。原料按比例配好后進(jìn)行混料、熱壓成形、熱處理、據(jù)圖紙磨削加工。1998年徐仁泉等人研究了冷壓剎車盤的摩擦磨損性能。原料為鋼纖維、聚酰胺酯等。其制工藝包括原料混合一冷壓一預(yù)磨一熱處理一磨平一表面焦化處理等幾個(gè)步驟。用自制冷壓剎車片在桑塔納轎車上進(jìn)行了行車試驗(yàn)。結(jié)果表明：行車50000km時(shí)磨損厚度為5mm，制動性能和表面狀況良好。<

42、;/p><p>　　2002年郝華偉等人關(guān)于盤式剎車片冷壓配方及工藝的研究。材料為石棉纖維、有機(jī)粘結(jié)劑、鋼棉、填充劑?；旌玫奈锟朴脝纹Ｔ?4.5～34.3MPa下壓制，靜壓1min出模。結(jié)果表明，沖擊強(qiáng)度3.2dJ/第一汽車廠選用的型砂，硬度30HBS。</p><p>　　(2)有關(guān)鑄鐵剎車盤的研究比較多。從1986年開始，李云堂等人研究了鐵基粉末冶金剎車盤。實(shí)驗(yàn)工藝為69％還原鐵粉、11

43、％石墨粉、1％SiO粉以及少量銅粉、二硫化鉬粉、鉛粉在混料機(jī)中混合1.5～25時(shí)，另加入粘結(jié)劑、潤滑劑、硬脂酸鋅在500噸液壓機(jī)上壓成毛坯，經(jīng)2.5小時(shí)燒結(jié)，再據(jù)圖紙機(jī)加工。技術(shù)要求為：動摩擦系數(shù)90.28，抗壓強(qiáng)度≥150MPa，抗拉強(qiáng)度≥50MPa，表面硬度35～65HBS，金相組織為珠光體+鐵素體+滲碳體、游離石墨。1994年山東九陽集團(tuán)公司為美國福特公司制造了灰鑄鐵剎車盤，材質(zhì)HT250,采用砂型鑄造，熱芯盒，覆膜砂，鑄件性能達(dá)

44、到抗拉強(qiáng)度280～31OMPa，硬度190～21OHBS。據(jù)文獻(xiàn)2000年報(bào)道，西安交通大學(xué)陳躍、沈百令等人研究了鑄究院沈陽鑄造研究所碩士。</p><p>　　剎車盤澆注模具設(shè)計(jì)過程一般有如下幾個(gè)階段：首先由用戶提供零件的產(chǎn)品圖；然后根據(jù)鑄件的生產(chǎn)條件確定鑄造工藝方案及要求；由此可以得到鑄造工藝圖，這是模具設(shè)計(jì)及驗(yàn)收的根本依據(jù)；再根據(jù)鑄造工藝及制芯設(shè)備的要求，設(shè)計(jì)能滿足生產(chǎn)要求的母模、芯盒、模板、砂箱等。應(yīng)該說

45、明的是，上述設(shè)計(jì)階段并非完全獨(dú)立，而是相互聯(lián)系的。</p><p><b>　　1.4選題意義</b></p><p>　　剎車盤是汽車制動系統(tǒng)的重要組成部分，制動性能的好壞直接關(guān)系到汽車能否安全、高速行駛。隨著汽車產(chǎn)量增加、行駛速度逐漸加快，我國已經(jīng)成為世界上交通安全問題最嚴(yán)重的國家之一。雖然解決交通安全問題依賴于加強(qiáng)管理、使用汽車安全技術(shù)等，但最基本和根本的問題仍

46、然是提高制動器性能。剎車盤與車輪固定在一起，剎車時(shí)一般由液壓的卡鉗將襯片從兩面夾緊剎車盤的制動面，實(shí)現(xiàn)干摩擦而制動。</p><p>　　1.4.1金屬型鑄造的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）由于金屬型導(dǎo)熱性高，散熱快，可以得到細(xì)小、致密的結(jié)晶組織，提高鑄件的力學(xué)性能。</p><p>　　（2）能獲得較高尺寸精度和較低表面粗糙度的鑄件。</p>&l

47、t;p>　?。?）與砂型鑄造相比，金屬型使用壽命長，一般可以使用幾千次至數(shù)十萬次?？梢圆挥没蛘吆苌儆眯蜕埃?jié)省型砂運(yùn)輸和型砂處理所需費(fèi)用和大量勞力。</p><p>　?。?）與壓力鑄造比較，不需要復(fù)雜的鑄造機(jī)械；不需要特種的模具材料及熱處理；鑄件可焊接、熱處理，并能耐較高的溫度和壓力。</p><p>　?。?）與熔模鑄造相比，有色合金金屬型鑄件的尺寸精度和表面品質(zhì)（質(zhì)量）不低，且

48、生產(chǎn)周期短，內(nèi)部品質(zhì)（質(zhì)量）高，成本低。</p><p>　?。?）操作容易掌握，能較快培養(yǎng)工人；工序簡單、生產(chǎn)效率較高；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。</p><p>　　1.4.2 金屬型鑄造的缺點(diǎn) </p><p>　?。?）金屬型本身沒有退讓性，鑄件形成裂紋的傾向性較大，應(yīng)避免澆注結(jié)晶間隔大、收縮大、裂紋傾向性大的合金。</p><p>　?。?）

49、鑄件尺寸精度和表面品質(zhì)（質(zhì)量）比壓鑄低，鑄件壁厚不能太薄，一般不小于2mm。</p><p>　?。?）用機(jī)械加工制造的金屬型，制造周期較長、成本較高。因此只有在成批生產(chǎn)或大量生產(chǎn)時(shí)，才能顯出好的經(jīng)濟(jì)效果。用陶瓷型鑄造金屬型成本低、周期短，已普遍推廣使用；以鋁型鑄造鑄件也早有應(yīng)用。</p><p>　　1.4.3 金屬模具和木模的比較 </p><p>　　金屬模相

50、對于木模可以造的更精確一些，但就經(jīng)濟(jì)性而言，木模更有優(yōu)勢；金屬模相比于木模更耐用，表面更光滑；金屬模著重鑄造工藝過程。</p><p>　　2．汽車剎車盤產(chǎn)品三維造型</p><p>　　金屬型鑄造模具的三維設(shè)計(jì)過程一般有如下幾個(gè)階段:首先由用戶提供零件的產(chǎn)品圖;然后根據(jù)鑄件的生產(chǎn)條件確定鑄造工藝方案及要求。由此可以得到鑄造工藝圖,這是模具設(shè)計(jì)及驗(yàn)收的根本依據(jù);再根據(jù)鑄造工藝及制芯設(shè)備的要

51、求,設(shè)計(jì)能滿足生產(chǎn)要求的鑄型、芯盒等。而三維設(shè)計(jì)可以貫穿于模具設(shè)計(jì)的全過程,其流程應(yīng)該說明的是,設(shè)計(jì)階段并非完全獨(dú)立,而是相互聯(lián)系的。</p><p><b>　　三 </b></p><p><b>　　2.1 三維造型</b></p><p>　　三維產(chǎn)品造型就是根據(jù)汽車剎車盤零件的二維工程圖紙(如圖2.

52、1所示)用Unigraphics軟件進(jìn)行建模，形成零件的蘭維實(shí)體。</p><p>　　圖2.1 剎車片零件圖</p><p>　　UG—CAD建模所用的模塊是UG-MODELING模塊的建模方法主要有實(shí)體建模和自由曲面建模等。根據(jù)剎車盤零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文選擇利用UG—CAD建模功能中的實(shí)體建模法進(jìn)行建模。實(shí)體建模主要包括基于特征建模、基于約束建模、參數(shù)化建模、復(fù)合建模等具體建模方法，其

53、中復(fù)合建模法是基于特征建模、基于約束建模、參數(shù)化建模這3種建模技術(shù)的選擇性組合運(yùn)用。一般來說，復(fù)合建模法應(yīng)用廣泛。汽車剎車盤零件建模時(shí)選擇的就是組合了基于特征建模、基于約束建模、參數(shù)化建模模3種建模法的復(fù)合建模法。</p><p>　　汽車剎車盤產(chǎn)品三維建模過程如下。</p><p>　?。?）根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖紙，明確剎車盤零件的形狀、結(jié)構(gòu)特征。</p><p>　　

54、（2）選擇形成毛坯的“成形特征”功能。在UG中，毛坯由“成形特征”功能形成?！俺尚翁卣鳌卑楹唵蔚慕馕鲂螤盍慵苯犹峁┈F(xiàn)成毛坯的“體素特征”功能和為復(fù)雜的非解析形狀零件提供形成毛坯方法的“掃描特征”功能兩類。由于剎車盤結(jié)構(gòu)比較簡單，可以選用“體索特征”提供的簡單解析形狀塊、柱等直接作毛坯。</p><p>　?。?）對毛坯圖進(jìn)行粗加工。用“向毛坯添加材料”方法中的“凸臺”功能形成零件中的各種凸臺，用“向毛坯減去

55、材料”方法中的“孔”功能和“鍵槽”功能形成零件的各種孔和槽。</p><p>　?。?）在租加工的基礎(chǔ)上，運(yùn)用“特征操作”進(jìn)行精加工，形成三維模型。此處用到的功能主要有“布爾運(yùn)算”中的“并”和“差”，邊緣操作中的“邊倒圓”，“面倒圓”，“邊倒角”等。同時(shí)還要用到參考特征中的“基準(zhǔn)軸”、“基準(zhǔn)面”以及陣列特征)等功能。通過利用如上各種功用，形成剎車盤零件產(chǎn)品的三維模型，如圖2.2所示。</p><

56、;p>　　圖2.2 剎車片產(chǎn)品三維造型</p><p><b>　　2.2 鑄造工藝</b></p><p>　　鑄造工藝要求，包括增加加工余量和收縮率，生成分型面、起模斜度以及鑄造圓角。處理鑄造工藝要求時(shí)，應(yīng)將加工余量的增加放在收縮率的增加之前。為了便于修改鑄造工藝，加工余量不在產(chǎn)品三維造型過程中考慮。汽車剎車盤的鑄造工藝如圖2.3所示。</p>

57、<p>　　圖2.3 鑄造工藝圖</p><p><b>　?。?）分型面</b></p><p>　　當(dāng)模具的總體結(jié)構(gòu)確定以后，首先要明確的是模具分型面。從經(jīng)驗(yàn)來看，正確選擇分型面是設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)的重要條件之一，與模具加工工藝性的好壞、模具使用性能的好壞有直接的關(guān)系。總結(jié)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將復(fù)雜金屬型模具分型面確定的一般原則列舉如下，其中有些原則在生產(chǎn)中已

58、得到充分的證實(shí)。</p><p>　?、龠x擇的分型面應(yīng)保證金屬型能順利開型和取出鑄件，不允許損壞鑄件或鑄型。</p><p>　?、诜中兔娴臄?shù)目應(yīng)盡量少，最好是平面分型，這樣便于金屬型的加工和檢查尺寸，使兩半型能準(zhǔn)確地吻合，鑄件精度高。其次才考慮用折線面作分型面。如果由于鑄件形狀的原因，曲面分型不可避免，則必須保證分型面成規(guī)則的集合形狀。對復(fù)雜曲面，可將鑄件以不顯著的局部失真，或者用局部鑲

59、嵌件來改成折面。</p><p>　?、圻x擇分型面時(shí)，應(yīng)使砂芯數(shù)量少。若必須采用砂芯，應(yīng)使砂芯安裝方便，定位準(zhǔn)確，固定牢固。</p><p>　?、苓x擇分型面時(shí)，應(yīng)使鑄件的基準(zhǔn)面和大部分加工面在同一個(gè)半型內(nèi)，分型面不要位于基準(zhǔn)面上。</p><p>　?、莘中兔鎽?yīng)避免開在轉(zhuǎn)接圓角處，則必須避免產(chǎn)生鑄型尖角。</p><p>　　綜合以上規(guī)則，

60、并結(jié)合剎車盤鑄件的具體情況，決定采用圖 2-3所示的分型方式。</p><p>　?。?）分型面的確定：分型面是鑄件造型時(shí)必須首先考慮的問題，只有在確定了分型面以后，才能處理不同起模方向的立面的起模斜度。對于如圖2-2、2-3所示的剎車盤零件來說，是簡單的平面分型，處理起來比較容易，文中確定的分型面如圖2-3所示。分型面完成后，即可全面進(jìn)行起模斜度和圓角特征的處理。</p><p>　?。?/p>

61、2）加工余量：剎車盤零件輪廓最大尺寸為φ276㎜×45.2㎜，考慮到鑄件的變形、收縮等因索，為了保證機(jī)械加工后產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，根據(jù)GB/T6414- 1999的規(guī)定，在每個(gè)加工面上要求的機(jī)械加工余量等級為F，要求的機(jī)械加工余量值為2．5㎜，同時(shí)鑄件的一般公差為CT8（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)A00-510）。</p><p>　?。?）起模斜度：為了起模方便。且不破壞鑄型，鑄件中平行于起模方向的平面必須附加一定的起模斜

62、度以有利于鑄件脫模。剎車盤鑄件分型面設(shè)計(jì)完成后，就可以沿起模方向加起模斜度。本文設(shè)計(jì)中鑄件型腔內(nèi)壁起模斜度一般采用2度，鑄件外表面采用1度。</p><p>　?。?）鑄造圓角：可防止鑄件澆鑄時(shí)轉(zhuǎn)角處的落砂現(xiàn)象及避免金屬冷卻時(shí)產(chǎn)生縮孔和裂紋、應(yīng)力集中。根據(jù)工藝要求，非加工面圓角2．5mm，加工面圓角1．2mm。完成以上幾個(gè)步驟之后，利用autoCAD2010創(chuàng)建剎車盤鑄件的二維工程圖(如圖2.4所示)，作為后續(xù)機(jī)

63、械加工的參考以及鑄件尺寸檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　圖2.4 鑄件尺寸檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)圖</p><p>　　收縮率：剎車盤鑄件材質(zhì)為鑄鐵HT250；取其鑄件收縮率為1％，即要求模具型腔的尺寸要比產(chǎn)品圖紙尺1.0l倍。在UG中，處理收縮率時(shí)，一般是利用“縮放”(Scale)來實(shí)現(xiàn)的?！翱s放”(Scale)既可以對不同方向使用同一比例，也可以根據(jù)要求對不同的方向施加不同的縮放比例，本文中采用

64、的是前者。添加完收縮率之后，鑄件造型就全部完成了。</p><p><b>　　2.3型砂的選擇</b></p><p>　　高質(zhì)量的型砂具有為鑄造出高質(zhì)量鑄件所必備的各種性能。我們選擇濕型砂，根據(jù)鑄件合金的種類，鑄件的大小、厚薄、澆注溫度、金屬液壓頭、砂型緊實(shí)方法、緊實(shí)比壓、起模方法、澆注系統(tǒng)的形狀、位置和出氣孔情況，以及砂型表面風(fēng)干情況等的不同，對濕型砂性能提出不

65、同的要求。最主要的，即有直接影響鑄件質(zhì)量和造型工藝的濕型性能有水分、透氣性、強(qiáng)度、緊實(shí)率、變形量、破碎指數(shù)、流動性、含泥量、有效粘土含量、顆粒組成、砂溫、發(fā)氣性、有效煤粉含量、灼燒減量、抗夾砂性、抗粘砂性等。濕型砂是由原砂、粘土、附加物及水按一定比例組成的。效仿第一汽車廠選用的型砂，對于灰鑄鐵中小件，型砂的性能含水量為4.0～4.8%，透氣率大于70，濕壓強(qiáng)度65～90kpa，膨潤土量為1.1﹪，有效煤粉為1.74﹪。</p>

66、;<p><b>　　3 模具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對鑄造用復(fù)雜模具設(shè)計(jì)而言，必須先進(jìn)行鑄造工藝分析，再進(jìn)行方案的總體設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行各單一模具的設(shè)計(jì)。根據(jù)此原則，在各單一模具設(shè)計(jì)之前，要設(shè)計(jì)金屬型鑄造模具的總體結(jié)構(gòu)。</p><p>　　模具的設(shè)計(jì)原則：1.根據(jù)零件的形狀、結(jié)構(gòu)及不同部位的要求，確定澆注位置。</p><p

67、>　　對金屬型鑄造而言，鑄件的澆注位置、金屬液的凝固順序、模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等諸多因素均會對鑄件的最終質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。澆注位置是指澆注和凝固時(shí)鑄件所處的方向和位置。2.模具的總體結(jié)構(gòu)：當(dāng)鑄件的澆注位置確定以后，對金屬型鑄造而言，還需確定個(gè)部分的成形方法，也就是說，鑄件的外形及內(nèi)腔是由何種方式成形的。對金屬型鑄造而言，國內(nèi)外普遍采用的成型方式一般為硬模、砂芯、活塊及冷鐵。</p><p>　　目前國內(nèi)外金屬

68、型鑄造的成形方法的選擇原則：</p><p>　　鑄件外形部分為硬模成形。硬模為金屬制造，其冷卻條件好，易于實(shí)現(xiàn)順序凝固，鑄件組織細(xì)密，機(jī)械性能良好，使用成本低，故而是金屬型首選的成型方法。</p><p>　　砂芯一般用于鑄件內(nèi)腔、半內(nèi)腔、鑄件難于出模的外出部分、因模具結(jié)構(gòu)或凝固順序的要求而需要延緩凝固的部分的成形。但砂芯的冷卻條件差，鑄件晶粒粗大，機(jī)械性能差，并且砂芯是一些鑄造缺陷如夾

69、砂、氣孔、針孔、縮松的根源，另外砂芯成本較高；</p><p>　　活塊一般用于形狀不太復(fù)雜、易于用硬模成型而出模困難的部分，但從生產(chǎn)效率和生產(chǎn)管理的角度看，金屬型的活塊不應(yīng)過多；鑄件外形難于出模的部分是采用砂芯還是采用冷鐵，則要視具體情況而定，要綜合考慮鑄件凝固順序、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本。但是根據(jù)實(shí)際情況盡可能采用砂芯，因?yàn)榻饘倩顗K有在使用中由于熱及外力的作用易變形從而導(dǎo)致配合失調(diào)、復(fù)雜型面的活塊因包緊力大而取

70、出困難、生產(chǎn)上不易管理等缺點(diǎn)；</p><p>　　基于以上原則，根據(jù)剎車盤鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用硬模成形；內(nèi)腔部分用砂芯成形；冒口部分采用砂芯成形。</p><p>　　同時(shí)在金屬型的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須同時(shí)考慮模具的加工難度、鑄造工藝性、鑄件的結(jié)構(gòu)和使用要求以及鑄造設(shè)備的限制等因素。</p><p>　　汽車剎車盤鑄件采用砂芯、金屬型重力鑄造。模具采用灰鑄鐵HT2

71、50。</p><p><b>　　3.1 砂芯造型</b></p><p>　　在金屬型鑄造中，影響出模的內(nèi)腔一般由砂芯成形。砂芯的熱阻非常大，通常要比金屬型的涂料層大得多。因此，經(jīng)砂芯傳遞出去的熱量相對很少，砂芯對金屬液的冷卻作用非常弱。所以鑄件中的砂芯對鑄件的順序凝固不構(gòu)成實(shí)質(zhì)性的影響。圖為在有砂芯的情況下，鑄型內(nèi)溫度分布的一般情況。</p>&l

72、t;p>　　圖3.1 砂芯對鑄件溫度場的影響</p><p>　　運(yùn)用CAD畫出砂芯的二維圖。如圖3.2所示。</p><p><b>　　圖3.2 砂芯</b></p><p><b>　　砂芯三維造型如下：</b></p><p>　　圖3.3 砂芯三維造型</p><

73、;p>　　3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)工藝設(shè)計(jì)的原則，澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：控制金屬液流動的速度和方向，并保證充滿型腔；有利于鑄件溫度的合理分布；金屬液在型腔中的流動應(yīng)平穩(wěn)、均勻，以避免夾帶空氣、產(chǎn)生金屬氧化物及沖刷鑄型；澆注系統(tǒng)應(yīng)具有除渣功能。根據(jù)以上要求，剎車盤鑄造時(shí)采用底注式澆注系統(tǒng)，且采用封閉—開放式設(shè)計(jì)：阻流截面設(shè)在直澆道下端，阻流截面以上封閉，以下開放。這種澆注系統(tǒng)既有利于擋

74、渣，又使充型平穩(wěn)。</p><p>　　3.2.1 金屬型澆注系統(tǒng)最小截面積</p><p>　　澆注系統(tǒng)的最小截面積，主要影響金屬液在澆注系統(tǒng)及型腔中的運(yùn)動速度和形態(tài)，因而影響金屬液的充型過程和凝固形態(tài)。澆注系統(tǒng)的計(jì)算主要就是計(jì)算最小截面積。由于影響因素很多，如金屬液溫度和粘度的變化、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和型腔形狀等引起的阻力、鑄件的壁厚、形狀和大小、鑄型的氣體阻力等，要對它們的影響作正確的計(jì)

75、算是十分困難的，所以采用經(jīng)驗(yàn)公式。</p><p>　　金屬型澆注系統(tǒng)最小截面積的計(jì)算公式如下： </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：F—澆注系統(tǒng)中最小截面積，</p><p>　　G—金屬液的澆注重量，g</p><p>　　u—包括所有阻力損失的流量損耗

76、系數(shù)</p><p><b>　　t—澆注時(shí)間，s</b></p><p>　　—液態(tài)金屬的密度，g/</p><p>　　—充填整個(gè)型腔的平均計(jì)算壓頭，cm</p><p><b>　　g=980,cm/</b></p><p><b>　?。?）G值的確定<

77、;/b></p><p>　　鑄件的三維造型完成之后，根據(jù)鑄件材質(zhì)鑄鐵HT250材料的=7.3 g/，由UG軟件計(jì)算出鑄件重量為9.35kg，同時(shí)，澆注系統(tǒng)重量估計(jì)為鑄件重量的30％，所以G=9.35×1.3=12.15(kg)。</p><p><b>　?。?）u值的確定</b></p><p>　　u值與澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、澆注

78、方式及合金性質(zhì)等因素有關(guān)，在充型過程中，該值不穩(wěn)定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)查表確定u值取0.48。</p><p><b>　?。?）t值的確定</b></p><p>　　澆注時(shí)間是金屬型鑄造的一個(gè)重要工藝參數(shù)，按下式計(jì)算：</p><p>　　t=S

79、(3-2)</p><p>　　式中：G—鑄件重量（不包括澆冒口系統(tǒng)），取3.7kg</p><p>　　S—系數(shù)，取決于鑄件重量，取3.2</p><p>　　計(jì)算得t=6.2(s)</p><p>　　（4）最小剩余壓頭高度(直澆道高度的確定，示意圖3.4)</p><p>　　圖3.4 直澆道高度示意圖<

80、/p><p>　　=Ltg (3-3)</p><p>　　式中L—金屬液的流程，即鑄件最高最遠(yuǎn)點(diǎn)到直澆道中心線的水平</p><p><b>　　距離，mm</b></p><p><b>　　a一壓力角(&

81、#176;)</b></p><p>　　取L=250mm，=10°，計(jì)算得=45（mm)</p><p>　　直澆道最小高度：H=+C=45+50.2=95.2(mm)(c為鑄件高度)</p><p><b>　　平均靜壓頭高度</b></p><p>　　澆注系統(tǒng)平均靜壓頭高度計(jì)算如示意圖3.5

82、所示：</p><p>　　圖3.5 澆注系統(tǒng)平均靜壓頭</p><p>　　=H–C／2=95.2–50.2／2=70.1(mm)</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)代入公式(2.1)中計(jì)算得</p><p>　　澆注系統(tǒng)最小截面積F=5.8()</p><p>　　3.2.2 澆注系統(tǒng)澆口比的確定</p>

83、<p>　　直澆道()、橫澆道()、內(nèi)澆道()的截面積比決定了澆注時(shí)金屬液的流動狀態(tài)和充型狀態(tài)，對鑄件的質(zhì)量有重要影響。在底注式工藝條件下，開放式澆注系統(tǒng)能有效避免紊流，充型平穩(wěn)，鑄件缺陷少，而且對型腔、型芯的沖刷輕，對鑄件的質(zhì)量最為有利。金屬型鑄造宜采用開放式澆注系統(tǒng)，澆口比：：，取2：1.5：1較為適宜。</p><p>　　所以，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正后澆注系統(tǒng)各澆道尺寸為：</p>

84、<p><b>　　=5.8()</b></p><p>　　=12()，=40(mm)</p><p><b>　　=9()</b></p><p>　　修正后的澆口比為：：=2：1.55：1</p><p>　　直澆道截面形狀為圓形，最小截面直徑為40mm，高度根據(jù)鑄型確定，并且設(shè)計(jì)

85、單獨(dú)的澆口杯，高出鑄型主體50～80mm，以保證足夠的靜壓頭。橫澆道截面為梯形，長度為環(huán)繞鑄件半周。內(nèi)澆道截面為扁平形，長度為20mm。各澆道的形狀及尺寸見下圖3.6。</p><p><b>　　1直澆道</b></p><p><b>　　2橫澆道</b></p><p><b>　　3內(nèi)澆道</b&g

86、t;</p><p>　　圖3.6 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道</p><p>　　在直澆道兩側(cè)的橫澆道處放置過濾片，過濾金屬液中的浮渣，</p><p>　　以防止在鑄件中產(chǎn)生夾渣缺陷。</p><p><b>　　3.2.3澆口杯</b></p><p>　　為了增加澆注時(shí)金屬液的壓力，設(shè)計(jì)單獨(dú)的

87、澆口杯，高出鑄型50mm，用螺釘連接在鑄型本體上。澆口杯外形及尺寸如圖3.7。</p><p><b>　　圖3.7 澆口杯</b></p><p>　　圖3.8 澆口杯三維造型</p><p>　　3.2.4 冒口設(shè)計(jì)</p><p>　　由于冒口處于鑄件的最頂端或局部頂端，其橫截面大，直接對鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，因此，冒口

88、應(yīng)該是鑄件最后凝固的部位。西北工業(yè)大學(xué)周堯和教授提出了保溫冒口的概念，即采用一定措施盡量減少冒口部分熱量的散失或有意在冒口處增加熱源，從而確保冒口對鑄件的補(bǔ)縮作用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，保溫冒口對提高鑄件的質(zhì)量起了很大的作用。根據(jù)剎車盤鑄件本身模具的特點(diǎn)，并參照進(jìn)口模具的設(shè)計(jì)思想，采用了砂芯冒口的形式。由于砂芯的熱阻非常大，能大大阻止冒口內(nèi)金屬液熱量的散失，延長其凝固時(shí)間，使冒口的作用得以充分發(fā)揮。從該套模具的澆注情況看，砂芯冒口確實(shí)起到了預(yù)期

89、的效果。</p><p>　　為了防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，在鑄件位置最高、壁厚最厚的地方設(shè)置腰形冒口，增強(qiáng)對鑄件補(bǔ)縮作用。為了使模具結(jié)構(gòu)簡單并且增強(qiáng)保溫效果，采用保溫冒口套。</p><p>　　在鋁合金金屬型鑄造時(shí)，一般采用熱節(jié)法來計(jì)算冒口的尺寸。該方法的特點(diǎn)是公式簡單，易于計(jì)算，而且實(shí)用性強(qiáng)。</p><p>　　鑄鋼件砂型鑄造的冒口計(jì)算方式廣泛采用如下公

90、式：</p><p>　　—=（+） （3-4）</p><p>　　式中—冒口的設(shè)計(jì)體積</p><p><b>　　—鑄件的體積</b></p><p>　　—凝固終了時(shí)冒口內(nèi)凝固層的體積</p><p><

91、;b>　　—合金的凝固收縮率</b></p><p>　　通過式（3-4）可以看出，鑄鋼件砂型鑄造冒口的補(bǔ)縮范圍是整個(gè)鑄件，原因在于其凝固狀態(tài)一般接近層狀凝固，冒口可以對整個(gè)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。因而冒口的計(jì)算可以通過理論公式進(jìn)行。金屬型鑄造中鋁合金凝固方式一般為中間凝固狀態(tài)或體積凝固狀態(tài)，因而冒口的補(bǔ)縮范圍根本無法達(dá)到整個(gè)鑄件而只限于冒口安放處的局部熱節(jié)。所以其冒口的形狀和尺寸與熱節(jié)的形狀和位置有很大

92、關(guān)系，很難通過理論計(jì)算來獲得。一般采用與熱節(jié)大小有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。</p><p>　　金屬型鑄造中鋁合金凝固方式一般為中間凝固狀態(tài)或體積凝固狀態(tài)，因而冒口的補(bǔ)縮范圍根本無法達(dá)到整個(gè)鑄件而只限于冒口安放處的局部熱節(jié)。所以其冒口的形狀和尺寸與熱節(jié)的形狀和位置有很大關(guān)系，很難通過理論計(jì)算來獲得。一般用與熱節(jié)大小有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。</p><p>　　由鑄件熱節(jié)來確定冒口的尺寸得，明冒口D=

93、（1.2～1.5）d，H=（0.8～1.5）D，其中D為冒口根部直徑，d為冒口補(bǔ)縮處的熱節(jié)圓直徑，H為冒口高度。當(dāng)鑄件熱節(jié)所處的高度不大而水平尺寸較大要求冒口橫向補(bǔ)縮時(shí)，則D=（2～4）d。冒口根部一般采用“縮頸”方式，以利于冒口的切割。</p><p>　　冒口尺寸根據(jù)熱節(jié)處內(nèi)切圓直徑(圖3.9)計(jì)算如下：</p><p>　　圖3.9 鑄件熱節(jié)示意圖</p><p

94、>　　冒口根部寬度D=1.2d=1.2× 14.2=17(mm)，式中，d—鑄件縮孔可能產(chǎn)生處(即熱節(jié))內(nèi)切圓直徑(mm)。</p><p>　　冒口高度H=1.5D=1.5×17=26(mm)</p><p>　　從生產(chǎn)實(shí)際情況來看，冒口高度不應(yīng)小于60mm，故將冒口高度調(diào)整為65mm，長度為1／4圓周，對稱安放在鑄件直澆道兩側(cè)最遠(yuǎn)、最高處，如圖3.10所示。&

95、lt;/p><p>　　圖3.10 冒口 </p><p>　　保溫冒口三維造型如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 保溫冒口三維造型</p><p>　　3.2.5模具的排氣</p><p>　　金屬型鑄造過程中，會產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體必須及時(shí)排出，否則會使鑄件產(chǎn)生氣孔、針孔、澆不足等鑄造缺陷，如何

96、排出鑄造過程中產(chǎn)生的氣體是金屬型模具設(shè)計(jì)過程的一個(gè)重要課題。金屬型鑄造的氣體來源主要有以下3個(gè)方面：</p><p>　?、贊沧r(shí)液流不穩(wěn)而卷進(jìn)的氣體。</p><p>　?、诮饘僖耗虝r(shí)析出的氣體。</p><p>　?、凵靶臼軣岫鴮?dǎo)致粘接劑分解而產(chǎn)生的氣體。</p><p>　　從氣阻產(chǎn)生的原因可以找到金屬型模具設(shè)計(jì)中排出型腔中氣體的方法

97、：</p><p>　?。?）分型面、導(dǎo)向面（金屬型芯、頂桿）的間隙排氣</p><p>　　在這些界面上總有間隙，能夠排氣，但間隙一般很小，約為0.1～0.3mm，這常不能保證氣體的迅速排出，故在這些界面上制出專用的排氣槽。槽寬一般為10～15mm，槽深當(dāng)澆注鋁合金時(shí)最深為0.5mm。</p><p><b>　?、僦脤Ｓ门艢馊?lt;/b><

98、;/p><p>　　為了自金屬型的局部凹坑導(dǎo)出氣體，可以采用安裝在貫通孔內(nèi)的排氣塞。排氣塞孔有溝槽狀或網(wǎng)格狀。對不大的圓形凹坑，排氣塞的直徑與凹坑相同，面積較大的凹坑，則在其中安裝若干個(gè)排氣塞。凹坑在上平面、垂直面、下平面和斜面都要裝排氣塞。</p><p><b>　?、诶庙敆U孔排氣</b></p><p>　　金屬型中常設(shè)有頂出機(jī)構(gòu)，用于將鑄

99、件從型腔中頂出。模具設(shè)計(jì)時(shí)，在保證不鉆鋁的情況下，經(jīng)常有意加大頂桿與頂桿孔之間的間隙，以利排氣。</p><p><b>　?、塾蒙靶拘绢^排氣</b></p><p>　　砂芯在汽車零件鑄件的鑄造中被廣泛采用。隨之而來的問題就是由于砂芯被金屬液包圍而被加熱到較高溫度，使其中用于作為粘結(jié)劑的樹脂分解，從而產(chǎn)生大量氣體。由于砂芯本身砂粒與砂粒之間存在間隙，因而常利用砂芯芯

100、頭將其自身產(chǎn)生的氣體排出?，F(xiàn)在熱芯盒制芯普遍采用覆膜砂。國外覆膜砂發(fā)氣量很低，一般不到12ml/g，而國內(nèi)由于技術(shù)問題，覆膜砂的發(fā)氣量一般在16～20ml/g，因而使用國內(nèi)覆膜砂制作的砂芯對金屬型模具的排氣能力要求更高一些。缸蓋金屬型模具在砂芯的芯座處一般安排排氣塞使芯頭與外界相通。</p><p>　　金屬型模具本身沒有透氣性，排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好就會使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、氣孔等缺陷。冒口可以起到排氣作用。另外，

101、在下模分型面處設(shè)置扁縫形排氣槽，扁縫寬度為15mm,深度為0.5mm,如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 排氣槽</p><p><b>　　4 芯盒的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　目前國內(nèi)外金屬型鑄造普遍采用金屬模具加砂芯的方式成形，因而，砂芯芯盒模具的設(shè)計(jì)也是金屬型模具設(shè)計(jì)的一部分。汽車剎車盤金屬型模具的芯盒類型為普通

102、芯盒，選用鋁合金鑄造。</p><p>　　2芯盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 壁厚和邊緣尺寸參照相關(guān)手冊。不需要活塊結(jié)構(gòu)，定位采用8mm的標(biāo)準(zhǔn)件定位銷，銷子、銷套用工具鋼制造，工作部分淬火，以及M6的螺釘定位。</p><p>　　4.1模板和砂箱的選用</p><p>　?。?）模底板為水平分型面用模板中的普通式模板。</p><p>　?。?）模板和砂箱

103、的定位采用直接定位法，定位銷（套）直接安裝在模底板上。定位銷和銷套的配合精度為H10/d10。定位銷和銷套的名義直徑選用Φ20mm。</p><p>　　（3）砂箱選用通用小型鑄鋼砂箱（材質(zhì)：ZG35）,長寬高分別為500×500×150mm，需要上砂箱和下砂箱一套。簡易手工造型砂箱，常用較厚的直箱壁，不設(shè)內(nèi)外突緣，制造簡便，容易落砂。</p><p>　　5 金屬型模

104、具尺寸的確定</p><p>　　5.1型腔尺寸的計(jì)算</p><p>　　計(jì)算金屬型的型腔和型芯尺寸時(shí)，首先根據(jù)鑄件的基本尺寸加上其平均公差得出鑄件的平均尺寸，然后考慮合金的線收縮和涂料層厚度。由于金屬型在較高溫度下工作，還應(yīng)考慮其熱膨脹量。然后按下式計(jì)算型腔尺寸A</p><p>　　A=[+×K±δ] ±</p>&

105、lt;p>　　式中：—鑄件的平均尺寸（mm）</p><p>　　K—綜合線收縮率（%）</p><p>　　δ—涂料層厚度，一般取0.1～0.3mm，型腔取正值，型芯及凸出部取負(fù)值，中心距尺寸δ=0。</p><p><b>　　—型腔尺寸制造偏差</b></p><p>　　值得注意的是，金屬型材料在工作過程中

106、的膨脹因素對金屬型尺寸的影響在以往的模具設(shè)計(jì)中基本都被忽視了。這主要是因?yàn)橐酝媒饘傩蜐沧⒌慕ㄖY(jié)構(gòu)和形狀比較簡單，金屬型材料熱膨脹的因素對其尺寸的影響不大。</p><p>　　實(shí)際上很難把腔型尺寸計(jì)算得十分精確，因?yàn)橛绊懸蛩刈兓?，特別是鑄件的線收縮率ε和阻礙收縮系數(shù)k，因澆注情況不同、受阻情況不同，既使在同一個(gè)逐漸上，變化也很大，所以難于估算準(zhǔn)確。由資料查知，結(jié)合剎車盤金屬型的特點(diǎn)，認(rèn)定在工程允許的范圍內(nèi)，

107、取k=1, ε=1%。當(dāng)金屬型的工作溫度為300℃時(shí)，其膨脹量可達(dá)0.3%。則剎車盤金屬型模具，其型腔的平均膨脹率按1%-0.3%=0.7%計(jì)算。</p><p>　　5.2金屬型材料選擇</p><p>　　根據(jù)以上的分析，金屬型的材料是影響其壽命的主要因素。由于金屬型在高溫下工作，要求其材料具有高溫和室溫良好的綜合性能：</p><p>　　（1）具有足夠的高溫

108、機(jī)械性能，特別是疲勞強(qiáng)度，即在高溫下不易軟化、變形以及在熱應(yīng)力作用下不易開裂。</p><p>　　（2）具有足夠的熱穩(wěn)定性，包括高溫下組織的抗生長性、抗氧化性、抗腐蝕性以及高溫下不與鑄造合金熔焊等性能。</p><p>　　（3）具有足夠的室溫機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、延伸率、硬度和韌性等，能可靠地承受各種機(jī)械力的作用和摩擦作用。</p><p>　　（4）具有較大的導(dǎo)

109、熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)，減小型壁內(nèi)、外溫差，即可使型壁內(nèi)的熱應(yīng)力較小。</p><p>　　（5）具有良好的鑄造性能或鍛造性能和機(jī)械加工性能。</p><p><b>　　（6）價(jià)格適中。</b></p><p>　　根據(jù)前面的討論和分析可知，金屬型損壞的主要原因是交變熱應(yīng)力和熱應(yīng)力。這就要求金屬型材料具有足夠高的高溫機(jī)械性能，特別是疲勞強(qiáng)度。金屬材

110、料的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度大致成比例關(guān)系，即抗拉強(qiáng)度高的金屬材料其疲勞強(qiáng)度也高。隨著溫度升高，疲勞強(qiáng)度降低，但不如抗拉強(qiáng)度降低得那么快，在腐蝕的情況下，疲勞強(qiáng)度將大為降低。</p><p>　　所以，選擇金屬型材料時(shí)，應(yīng)先從金屬的機(jī)械性能著眼。根據(jù)以上分析，金屬材料的機(jī)械性能與金屬型損壞的一般關(guān)系總結(jié)如下：</p><p>　　（1）材料強(qiáng)度愈大鑄型愈不易變形和開裂。</p>&

111、lt;p>　　（2）材料的疲勞強(qiáng)度愈大，型腔工作面形成裂紋的傾向愈小。</p><p>　?。?）材料的延伸率愈大，金屬型外裂的傾向愈小，但較易變形。</p><p>　　（4）彈性橫量愈大，由溫差引起的內(nèi)應(yīng)力愈大，彈性橫量隨溫度升高而升高，一般情況下，在保證強(qiáng)度的情況下，應(yīng)選用低彈性模量的材料。</p><p>　?。?）導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)愈大，型腔內(nèi)、外溫

112、差愈小，內(nèi)應(yīng)力愈小，熱裂傾向也愈小。</p><p>　?。?）熱膨脹系數(shù)愈大，則型腔表面膨脹量愈大，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力愈大，形成裂紋的傾向也愈嚴(yán)重，金屬型也越易翹曲變形。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　光陰荏苒，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)就要結(jié)束了。作為畢業(yè)之前的最后一次練兵，也為了把所有的知識串聯(lián)起來，我們進(jìn)行了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)