奔驰特汽车铝轮毂模具及数控加工工艺设计毕业论文.doc
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1、 奔驰特汽车铝轮毂模具与数控加工工艺设计毕业论文目 录第1章 绪论51.1 引言51.2铝合金轮毂的优点61.3铝合金轮毂的发展状况81.3.1 国外铝合金汽车轮毂发展状况81.3.2 国铝合金汽车轮毂发展状况91.4铝合金轮毂的模具设计101.5铝合金轮毂顶模的数控加工工艺分析101.6本文研究的主要容11第2章铝轮毂的3D设计122.1 引言122.2 轮毂方案的确定132.3铝轮毂的设计132.3.1 铝轮毂的设计原则132.3.2 铝轮毂的设计原则132.3.3 铝轮毂的设计13第3章:铝轮毂压铸模具的3D设计163.1 引言163.2 铝轮毂的压铸模具设计163.2.1 铝轮毂挤压模
2、具设计前的相关知识163.2.2铝轮毂的压铸模具的相关参数确定183.2.3 铝轮毂的压铸模具设计步骤20第4章铝轮毂顶模加工工艺和数控编程274.1 引言274.2 铝轮毂顶模加工工艺分析274.3铝轮毂顶模的毛坯、余量分析284.3.1毛坯的种类284.3.2加工余量294.4铝轮底模数控加工程序的编制304.4.1坐标系的建立304.4.2刀具起刀点的设置314.4.3夹具的选择314.4.4 刀具选择314.4.5 基准的选着334.4.6切削用量与切削液的选择344.5 铝轮毂顶模加工工艺规程的编制374.6 铝轮毂顶模数控加工384.6.1 Pro/E NC简介384.7 铝轮毂顶
3、模数控铣削加工与刀路仿真404.7.1 铝轮毂顶模数控铣削加工步骤404.7.2 部分G代码摘录46结论50参考文献51致谢53德国奔驰汽车铝轮毂模具与数控加工工艺设计摘要:铝合金轮毂是当今汽车行业使用最广的一种,当今世界发达国家在汽车铝合金轮毂的开发设计过程中普遍采用了CAE技术, CAE技术的推广进一步推动与轮毂相适应的模具制造业的发展。本论文是借助奔驰汽车铝轮毂模具,采用pro/E软件,最终实现预期的目的。本文主要利用pro/E强大三维造型功能中的零件模块实体特性和制造模块曲曲面特性,查阅模具设计手册,选择模架,确定模架的结构尺寸,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
4、设计,阐述了汽车轮毂实体模型与模具的设计并实现零件的三维装配和模具设计,最后进行数控加工仿真和后置处理。通过本次奔驰汽车铝轮毂的结构设计、模具设计与模拟仿真,和传统的设计方法所需要的时间相比,采用计算机虚拟辅助模具设计可打打缩短开发周期和生成成本。关键字: 奔驰汽车;铝轮毂;模具设计,数控加工工艺。German Mercedes-Benz automotive aluminum wheels mold and CNC machining process designAbstract:Aluminumalloy wheel hub of automobile industry is the mo
5、st widely used one, todays developed countries of the world in aluminium alloy wheel hub ofvehicle development and design process of common used CAE technology, the CAE technology to further promote and the hub is adapted to the development of manufacturing molds. This paper is the use of Benz Auto
6、Al wheel hub mold, using pro/E software, and eventually realize the intended purpose. In this paper, the use of pro/E powerful modeling function of part module entity properties and manufacturing module curved surfacecharacteristics, refer to the Handbook of die design, selection of die mold structu
7、re, determine the size, complete mold design. At the same time, make full use of the computer drawing software for parts design, elaborated car hub entity model and mold design and Realization of3D assembly parts and die design, the NC machining simulation and post processing. The Benz automobile al
8、uminum wheel hub structure design, mold design and simulation, and the traditional design method the time required by the virtual computer aided compared, die design can be either shorten the development cycle and cost of production.Keywords:Mercedes-Benz cars; aluminum wheels; mold design, CNC mach
9、ining process.第1章 绪论1.1 引言在汽车工业发达的国家, 铝轮毂的应用有很长的历史, 制造技术早已成熟。我国从20 世纪90 年代初期引进该项技术, 已有五家较大规模的汽车铝轮毂厂,以外资、合资为主, 除供应国市场, 部分产品返销国外。对比钢轮毂,铝轮毂努力在行走系统采用轻质金属材料(铝、镁)和有机材料(聚合材料),就成为减轻空车质量的有效措施1。有资料说明,轮毂质量的减轻对于燃油经济性的提高效果要比减轻汽车其它部件的质量要大的多,而且试验说明,汽车轮毂(轮辆、轮辐部分)在满足其使用性能要求的基础上存在着减轻质量的潜力2。铝合金轮毂降低了非载荷重量而提高了抓地性,表现出史为精
10、确的转向动作和入弯性能;减小了车轮等旋转部分的热惯性,散热性好,改善了加速性和制动性;因为吸收冲击性能量,抗震性高于钢轮;硬度高减小了过弯时轮胎/轮毂的倾斜度,增加了刚性。此外还具有同心度高、径向端向跳动低、车子乘驶平稳、受力合理、耐腐蚀、造型美观、装配方便和制造周期短等优点。轻了30%40%,可节约油耗5 %,汽车的振动程度可减轻12%,加速时间可缩短7 % ,明显提高了整车性能、在摩托车、汽车行业铝合金轮毂得到了广泛的应用,其装车比例逐年上升,尤其是在轿车行业,整体式铝合金轮毂几乎一统天下3。1.2铝合金轮毂的优点从单纯的生产成本比较,目前仍是钢制轮毂最便宜,但从轻量化和现代轿车产品的整体
11、结构发展来考虑,铝合金轮毂的应用是必然趋势,这是由于它的诸多优点决定的。1、 散热快:轿车在高速行驶时,轮胎与地面摩擦会产生较高的温度,制动盘和制动片摩擦也会产生较高的温度,在这样的高温作用下,轮胎和制动片均会老化和加速磨损,制动效率下降,轮胎气压升高,爆胎和刹车失灵的事故就有可能发生。摄氏20度时,铝热容量大,导热能力是钢的5倍,在当今车速不断提高的情况下,意义非常重大。2、 重量轻:铝材密度比钢材小,铝合金轮毂比同尺寸的钢轮毂轻,平均每只铝合金轮毂比钢质轮毂要轻2公斤左右,由于轮毂重量轻,转动惯量小,汽车的加速性能得到提高,刹车性能同样得到提高,提升车子加速能力之余更可降低油耗。一辆轿车以
12、5只车轮(包括一只后备车轮)计算可减轻重量10公斤7。根据日本实验,汽车重量每减轻1公斤,一年可节省12公升汽油,在同等耗油量下,可多跑600800米。引擎产生动能,传动到轮胎时需克服的负荷是力矩,力矩=重量距离的平方,所以重量只差2公斤,但力矩差却相当大。3、 强度大:强度大与重量轻是联系在一起的,确切地说,应该是比强度大。即同样重量,铝合金轮毂要坚固耐用得多;同样强度,铝合金轮毂要轻得多。铝合金轮毂耐冲击力、抗力与热力等各项强度较钢毂有过之而无不与,铝合金轮毂的高硬度明显地减小了转弯时轮毂的变形10。这对于安装了高性能轮胎的车子尤为重要。因此,其在国防工业、航空工业扮演了极其重要的角色。4
13、、 舒适性好:铝合金车毂是精密的铸造件,精加工表面达8090%,失圆度和不平衡度很小,特别是铝合金的弹性模数较小,抗振性好,能减少行驶中的车身振动。铝合金轮毂具有吸收振动和反弹力量的金属特性11。5、 造型美,易加工:铝的工艺性(包括延展性、切削性能等)较好,便于轧、压、铸、锻加工,容易获得理想的几何形状,可以制造出结构复杂的轮毂,便于成形、易于装潢,配合机械加工、表面涂敷与表面处理(氧化、喷丸、热处理等),使它既提高了耐蚀性,又表现了造型美。由于铝的熔点低,易于再加工,使材料的再生利用率提高:再由于铝容易切削加工,可以保证铝制轮毂几何尺寸精度高,不圆度、摆差小,动平衡好,从而可提高整车的平顺
14、性和舒适性。采用适当的工艺制造铝轮毂,强度可满足整车要求12。6、效益好:由于铝的价格比钢的高,铝轮毂制造工艺也比钢轮毂的复杂,所以铝轮毂初始成本较高。然而,铝的含里在地壳金属元素中列第一,并且提炼技术的进步可促使价格下降,而且采用铝合金轮毂使汽车的自重显著下降,其带来的经济效益是显而易见的.因此,采用铝合金轮毂是合算的。今天,铝轮毂己成为汽车生产厂的原装件或选装件,在美国以铝制轮毂作为原装件出厂的车辆约占总数的45%。我国铝合金轮毂工业起步较晚,但发展速度是很快的13。自1989年我国首家汽车铝合金轮毂厂一市戴卡铝轮毂投产以来,到19%年,先后建立的汽车和摩托车铝轮毂生产线己超过21条,这些
15、铝合金轮毂厂大多是中外合资的,产品大多外销14。7、安全性好:对于高速行驶的汽车来说,因轮胎着地摩擦、制动等发生的高温爆胎、制动效能降低等现象不足为奇。而铝合金的热传导系数是钢、铁等的三倍,加上铝合金车轮因其布局的特征,极易将轮胎、车底盘所发生的热量排散在空气中15。即使在远程高速行驶或下坡路持续刹车的环境下,亦能使汽车连结恰当的温度。不单能使轮胎与刹车的鼓不易因经常高温而老化,更能降低爆胎率。1.3.2 国铝合金汽车轮毂发展状况国于20世纪80年代中期开始涉足研制、生产和推广使用铝合金汽车轮毂,90年代进入发展期。1988年戴卡轮毂制造建厂,1990年南海中南铝合金轮毂厂投产,1991年XX
16、六丰机械工业建厂,以后又陆续建成了不少铝合金汽车轮毂制造厂。目前,国有铝合金汽车轮毂制造厂40余家,主要分布在、等地,年产能超过2500万件。表1列出了国铝合金汽车轮毂部分生产厂与产能20。2002年至今,由于中国汽车制造业的快速发展,跨国公司纷纷在中国投资设厂,或加入中国的铝合金汽车轮毂的采购,中国铝合金汽车轮毂产业出现了强劲的增长势头。据统计,2003年中国生产铝合金汽车轮毂2300万只,出口1200万只2004年生产铝合金汽车轮毂2500万只,出口1400万只。国制造铝合金汽车轮毂主要采用成本较低的低压铸造工艺,约占全部产量的80%;其次采用最简单的重力铸造工艺,占全部产量不足20%;已
17、有少数厂家采用挤压铸造工艺,在质量品质上取得了良好的效果。在铝轮毂表面的加工方面,一般采用数控机床、高精度自动化柔性加工系统;在表面涂装方面,采用自动化涂装工艺、喷粉涂装工艺渐有替代喷漆之势少数企业还采用先进的真空电镀涂装工艺。1.4铝合金轮毂的模具设计铝轮是轿车行驶系的主要部件之一,是汽车与地面之间的传力元件,起着承载、转向、驱动、制动等作用。同时,铝轮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铝轮的传递也十分复杂。因此,铝轮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。铝轮模具设计是保证轿车铝轮质量的关键,由于模具型面复
18、杂,几何构造图素和曲面造型独传统的模具设计与制造方法很难满足要求。而采用Pro/E对汽车铝轮模型实体设计以与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。铝轮模具设计可分两步21:(1)设计出符合要求的轿车铝轮三维实体模型;(2)利用Pro/E软件提供的功能,在铝轮实体的基础上进行三维造型,设计出相应的铝轮模具。1.5铝合金轮毂顶模的数控加工工艺分析 根据上述设计好的铝合金轮毂模具,采用Pro / E提供了NC加工模块,设置好NC加工所需的各种参数,选择相应的铝轮顶模的加工工艺流程,制定好相应的加工工艺,需要考虑以下几点22-24:1).毛坯的加工余量是否充分,批量生产时的毛坯余量
19、是否稳定。 数控加工时,工件的加工面均应有较均匀充分的余量; 2).分析毛坯在定位安装方面的适应性;3).分析毛坯余量的大小与均匀性。不同类型的零件要选用相应的数控机床加工,以发挥数控机床的特点和效率。 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以与定位安装与夹紧的需要来考虑,重点是工件的刚性不被破坏。 1.6本文研究的主要容本课题主要研究铝轮毂的模具设计与加工,具体容是:本田家用轿车铝轮毂零件的3D设计;本田家用轿车铝轮毂零件铸造模具的3D设计;本田家用轿车铝轮毂零件铸造模具底模零件加工的工艺分析与工艺规程的编制;本田家用轿车铝轮毂零件铸造模具底模的在MV-610机床(S工NUMER工K81
20、0D系统)上数控铣削加工的NC编程与刀路仿真。因此,要想顺利完成设计必须首先复习以前所学与设计有关的专业知识,并学以致用,并学习与模具设计有关的知识。另外,还要学习一些设计中所用到的其它方面的知识,如Pro / E和SINUMERIK81 OD系统的熟练运用,利用Pro / E强大三维造型功能中制造模块曲面特性来实现汽车轮毂模具的生成。通过Pro/E生成二维图形,经过处理后形成二维工程图,并在MV-610机床(SINUMERIK810D系统)上数控铣削加工的NC编程与刀路仿真本田家用轿车铝轮毂零件铸造模具底模。第2章 铝轮毂的3D设计2.1 引言随着科学技术的发展,计算机辅助设计技术正朝着高度
21、集成化发展,出现了计算机辅助CAD/CAM系统、CAD/CAE/CAM系统等,其中三维实体模型是重要的基础,三维实体模型不仅以其直观明了的特点充分表达设计意图,而且在三维实件模型基础上可以进行装配、干涉检查、有限元分析、运动分析,对所设计的产品进行铸模设计,模拟加土、模拟装配等计算机辅助设计工作,Pro/Engineer的参数化设计在设计上给设计者提供了前所未有的简易和灵活。Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,Pro
22、/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国产品设计领域占据重要位置。Pro/E采用了模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1、参数化设计 相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型,而无论多么复杂的几何模型,都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束,这就是参数化的基本概念。 2、基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,
23、如腔、壳、倒角与圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 3、单一数据库(全相关) Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结
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