1、 本科毕业论文（20 届）汽车零件铸造用金属模设计与加工所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目：汽车零件铸造用的金属模设计与加工 1设计的主要任务及目标（1）了解需要铸造的汽车零件。（2）了解模具的选用原则及其金属模与木模的优缺点。（3）绘制汽车零件的二维图及三维图形并进行三维建模。（4）学习并制作铸造工艺流程。（5）进行模具设计过程。2设计的基本要求和内容（1）要求了解铸造工艺。（2）要求基本掌握模
2、具设计过程，并能出产品图纸。（3）要求了解三维建模过程。（4）根据设计要求，进行数据的计算及确定。3主要参考文献（1）赵伟阁. 模具设计. 西安: 电子科技大学出版社, 2006.8（2）刘靖岩. 模具设计与制造. 北京: 中国轻工业出版社, 2005.9（3）袁森.王武孝 汽车刹车盘铸件生产工艺、缺陷分析与对策 J 西安理工大学材料学院（4）铸造手册. 第 5 卷，铸造工艺/中国机械工程学会铸造分会编. 2 版. 北京:机械工业出版社，2003.1（5）丁根宝主编.铸造工艺学（下册）.北京:机械工业出版社，19894进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 调查研究，查阅资料，文成开题报告
3、2013.122014.03.112 拟定并论证总体方案 2014.03.112014.04.143 结构设计及计算 2014.04.142014.04.254 模具设计及铸造流程 2014.04.252014.06.015 整理设计论文，准备答辩 2014.06.012014.06.18汽车零件铸造用金属模设计与加工摘要：铸造熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降
4、低了成本并在一定程度上减少了制作时间铸造是现代装置制造工艺的基础工艺之一。此次设计中汽车零件选为汽车刹车盘，即设计主题为汽车刹车盘铸造用金属模设计与加工。 刹车盘是汽车制动系统的重要组成部分,制动性能的好坏直接关系到车辆的行驶安全。目前广泛使用的铸铁刹车盘导热率低、易热裂、耐磨性差,需要加以改进。通过查阅国内外大量相关资料,可以看出用重量轻、性能优良的金属基复合材料刹车盘替代铸铁刹车盘是汽车刹车盘今后的主要发展方向。同时,汽车产业作为我国的支柱产业之一,近年来发展迅速,对刹车盘的需求量也非常巨大。 铸造模具是指为了获得零件的结构外形，预先用其他轻易成型的材料做成零件的结构外形，然后再在砂型中放
5、入模具，于是砂型中就形成了一个和零件结构尺寸一样的空腔，再在该空腔中浇注流动性液体，该液体冷却凝固之后就能形成和模具外形结构完全一样的零件了。 关键词：刹车盘，金属模，铸造工艺Auto parts casting metal mould design and processingAbstract:The casting metal smelting, casting mold manufacturing, and the molten metal is poured into the mold, molding method of size and performance of metal b
6、lank with certain shape, obtained after solidification.The casting is will melting and pouring liquid with 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,
7、 and achieve free machining 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.Auto parts for automobile brake disc in this design, the design theme of automobile brake disc
8、metal mold casting design and processing.The brake disc is an important component of the automobile braking system, the 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, n
9、eed to be improved. Through the related 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 same time, the automobile industry is one of Chinas pillar in
10、dustries, the rapid development in recent years, the demand for brake disc is huge.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 par
11、ts 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.Keywords: brake disc, metal mold, casting process太原工业学院毕业设计目 录 1 绪论 .11.1 铸造模具的历史 .21.2 模具设计与制造（铸造模具方向）发展前景分析 .21.3 国内研究现状 .41.4 选题意义 .51.4.1
12、金属型铸造的优点 .51.4.2 金属型铸造的缺点 .61.4.3 金属模具和木模的比较 .62汽车刹车盘产品三维造型 .72.1 三维造型 .72.2 铸造工艺 .92.3 型砂的选择 .113 模具设计 .123.1 砂芯造型 .133.2 浇注系统设计 .143.2.1 金属型浇注系统最小截面积 .143.2.2 浇注系统浇口比的确定 .173.2.3 浇口杯 .193.2.4 冒口设计 .203.2.5 模具的排气 .224 芯盒的设计 .244.1 模板和砂箱的选用 .245 金属型模具尺寸的确定 .255.1 型腔尺寸的计算 .255.2 金属型材料选择 .25结论 .27参考文献
13、 .28致谢 .29太原工业学院毕业设计11 绪论 模具作为一种特殊的机械产品，模具行业作为一种特殊的机械行业，不能像其它机械行业和机械产品那样，所研发制造的机械产品生产出来零部件或机械产品仅靠设计人员的理论设计就能基本保证最终所要达到的所需的功能和使用要求，也就是说，对于其它的大多数机械产品，如果加工过程能够完完全全全或尽可能到达设计的精度和要求，最终的产品和当初的设计目的是不会有太大的偏差，即完善的设计在加工条件的保证下就可以生产出完美的产品，同时，这类产品的设计理论依据经过几十年甚至在一些老牌资本主义国家上百年的不断研究与实际生产的互不发展下已经变得很成熟，很完善，很实用了，比如各种机床
14、设备，动力设备等。 模具产品则不一样，由于无论是注塑、压铸类的高温流动成型还是常温下冲压类的塑性成型，尽管长的也有几十年研究与应用历史，由于基础理论和数学模型很不完善，不准确，也有还是存在很大的不确定性，特别是在我们国内，大多数还是要靠现场调试经验来支持，来尽可能使模具产品做到完善，生产出来的达到用户用户要求，所以在设计阶段，大多数目前只能做的工作，在整个模具制造过程和质量体系环节保证种，只能充当“粗加工环节”。也就是通常所说的模具的好坏最终要靠靠钳工手艺，不同厂家模具产品最终的颠峰对决，可能就是模具钳工的一种技艺比武吧，而在这行里设计人员和前期的各序加工人员只能是给颠峰对决做配角。 铸 造
15、模 具 是 指 为 了 获 得 零 件 的 结 构 外 形 ， 预 先 用 其 他 轻 易 成 型 的 材 料做 成 零 件 的 结 构 外 形 ， 然 后 再 在 砂 型 中 放 入 模 具 ， 于 是 砂 型 中 就 形 成 了 一个 和 零 件 结 构 尺 寸 一 样 的 空 腔 ， 再 在 该 空 腔 中 浇 注 流 动 性 液 体 ， 该 液 体 冷 却凝 固 之 后 就 能 形 成 和 模 具 外 形 结 构 完 全 一 样 的 零 件 了 。近年来随着汽车工业的飞速发展，汽车需求量也在逐年提高。2007 年全球汽车产量已突破 7310 万辆，我国汽车产量排世界第三位，产量突破 8
16、50 万辆，且每年仍以近 12%的速度增长。汽车工业已成为国民经济的支柱产业，汽车工业的发展为汽车零部件特别是铸造企业的发展提供了巨大的发展空间。刹车盘作为汽车制动系中的主要磨损消耗件，市场需求量很大，每年需求量大约为 6亿只。因此，从汽车刹车盘产品的铸造生产工艺及铸件质量的分析情况中可以看到刹车盘产品专业铸造的发展趋势。太原工业学院毕业设计2刹车盘在汽车的制动系统中发挥着至关重要的作用,性能优良的刹车盘是汽车安全行驶的前提条件之一。虽然经过多年的应用与发展,但是从早期的石棉刹车盘到目前广泛使用的铸铁刹车盘,在环保、质量等方面都存在一些缺陷,并不能完全满足市场需求。汽车产业的迅猛发展,汽车产量
17、的大幅度增加,降低能源消耗、加强环境保护对汽车用材料轻量化的要求,迫使人们不停地开展对汽车刹车盘的研究。随着我国铸造业的不断发展壮大，铸造模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。文章分析认为模具设计与制造专业(铸造模具方向)发展前景良好对这个专业的人才需求量也在不断增加。但同学不能因为这个就对自己将来的就业定位很高，我们应该时时关注我们专业的各方面信息以备知道行业的技能需求从而随时提高自己的技能水平.本文立足于分析我国铸造模具行业的现状，针对问题提出对策，展望未来。1.1 铸造模具的历史中 国 铸 造 模 具 工 业 发 展 到 今 天 ， 经 历 了 一 个 艰 辛 的 历 程 ， 直 到
18、1976 年仍 处 在 落 后 状 态 。 自 1977 年 以 来 ， 由 于 我 国 机 械 、 电 子 、 轻 工 、 仪 表 、 交通 等 工 业 部 门 的 蓬 勃 发 展 ， 对 铸 造 模 具 的 需 求 在 数 量 上 越 来 越 多 ， 质 量 要 求越 来 越 高 ， 供 货 期 越 来 越 短 。 因 此 ， 引 起 了 我 国 有 关 部 门 对 铸 造 模 具 工 业 的高 度 重 视 ， 将 模 具 列 为 “六 五 ”和 “七 五 ”规 划 重 点 科 研 攻 关 项 目 ， 派 人 出国 学 习 考 察 ， 引 进 国 外 铸 造 模 具 先 进 技 术 ， 制
19、 定 有 关 铸 造 模 具 国 家 标 准 。 通过 这 一 系 列 措 施 ， 使 得 铸 造 模 具 工 业 有 了 很 大 发 展 ， 并 在 某 些 技 术 方 面 有 所突 破 。 第 二 汽 车 制 造 厂 采 用 新 技 术 、 新 材 料 为 日 本 五 十 铃 厂 制 造 了 高 质 量 的大 型 铸 造 模 具 ， 赢 得 了 良 好 的 国 际 信 誉 。1.2 模具设计与制造（铸造模具方向）发展前景分析1.2.1 市场需求汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策 中得到了明确。预
20、计到 2005 年，我国汽车总需求量约为 300 万辆，因此，汽车模具市场巨大。汽车基本车型在 2000 年约 140 种，2005 年将达到 170 种，另有更太原工业学院毕业设计3新车型和改装车型 430 种。一个型号的汽车所需模具几千副，其中铸造模具数百套。 随着我国进入世贸组织的临近，汽车行业将进入新一轮换型改造时期，特别是中、重、轻、轿型汽车，将以快节奏更新换代来迎接国际汽车市场的挑战。挑战与机遇同在，进入世贸不仅仅是对我们汽车的挑战，与其密切相关的模具制造业首当其冲。 由此不难看出，铸造金属模具、精密压铸模具在未来铸造模具行业的发展趋势中，将扮演先锋角色。1.2.2 技术要进一步完
21、善 当前，我国工业生产的特点是产品品种多，更新快，市场仍处买方市场态势。这种情况下，用户对产品包括模具制造的要求是“工期短、精度高、质量好、价格低” 。用户对铸造模具产品的苛刻，正是对厂家日益完善的压力。确实是对铸造模具生产企业一个完整体系的考验。 (1) CADCAMCAE 一体化 当前多数铸造模具厂家依然采用老办法，设计、编程、工艺、加工、检查都是相对独立分开，独立考核、独立核算，而拉开大幕看市场，这方面，部分国企模具厂落伍了。一些中小模具厂采取的是一条龙作业方式，从设计到编程直到加工出产品甚至售后服务均由一人或几个人完成，生产传递环节少，出现问题易察觉，因而成本低、质量好、周期短。象一汽
22、铸造模具厂这样规模的企业本来就有 CADCAM 技术条件，如果打破传统机制的束缚，这个问题便迎刃而解。如果 CADCAM 一体化加工能够提高普及率，我国铸造模具生产能力将有一个飞跃。 (2) 模具标准件的应用 在模具设计上，很多模具厂家都采用标准化组合设计，因而设计周期短，而我们目前全部产品都是从开头设计，包括每个环节。因而，使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此标准件的应用必将日渐广泛。模具标准件的开发利用，将使我国铸造模具生产大为简化。 (3) 应用反求工程开发铸造模具制造范围 一般而言，反求工程是指对难以用 CAD 建立数据模型，而只能通过对实物
23、太原工业学院毕业设计4进行数据扫描、测量的方法采集数据，在 CAM 软件系统中建立数学模型，最后生成 NC 程序，控制数控加工中心进行模具制造的过程。一汽铸造模具厂应用反求工程较成功地完成了对缸盖进、排气道热芯盒模具的制造，探索了按一般的设备和加工技术对没有尺寸和技术标准的模具无法加工成功经验。既缩短了模具制造周期，又提高了产品质量。反求工程在模具制造业上应值得推广应用。可以扩展产品加工范围。 随着科技技术的飞速发展模具设计与制造（铸造模具方向）专业人才的需求日益增加。因此该学科具有良好的发展前景但是同时也要求我们更好的学好计算机技术。1.3 国内研究现状刊内学者和生产厂家对汽车刹车盘研究较多
24、的有无石棉半金属刹车盘和铸铁刹车盘两种。(1)无石棉半金属刹车盘的制作工艺有热压法和冷压法两种。1994 年华中爽等人用热压法制作刹车盘。原料为醛树腊、丁苯橡胶、钢纤维、摩擦性能好的调节剂及其它填料。压制的模具温度为 180190。半金属刹车盘由粘合剂、钢纤维和填料三大部分热压而成。吉林大学韩英淳等人研制了碳纤维复合材料汽车用无石棉刹车盘。原料为碳纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂(HT200 铸铁粉、固体润滑剂、摩擦剂)等。原料按比例配好后进行混料、热压成形、热处理、据图纸磨削加工。1998 年徐仁泉等人研究了冷压刹车盘的摩擦磨损性能。原料为钢纤维、聚酰胺酯等。其制工艺包括原料混合一冷压一预磨一热
25、处理一磨平一表面焦化处理等几个步骤。用自制冷压刹车片在桑塔纳轿车上进行了行车试验。结果表明：行车 50000km 时磨损厚度为 5mm，制动性能和表面状况良好。2002 年郝华伟等人关于盘式刹车片冷压配方及工艺的研究。材料为石棉纤维、有机粘结剂、钢棉、填充剂。混好的物科用单片模在 24.534.3MPa 下压制，静压 1min 出模。结果表明，冲击强度 3.2dJ/ 第一汽车厂选用的型砂，2cm硬度 30HBS。(2)有关铸铁刹车盘的研究比较多。从 1986 年开始，李云堂等人研究了铁基粉末冶金刹车盘。实验工艺为 69还原铁粉、11石墨粉、1SiO 粉以及少量铜粉、二硫化钼粉、铅粉在混料机中混合 1.525 时，另加入粘结剂、润滑
