UG为基础进行汽车的发动机缸盖的造型和模具设计车辆毕业设计.docx

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1、1引言1.1 课题的提出模具作为工业生产的基础工艺装备，在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计，75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成形;家用电器行业的80%零件、机电行业的70%以上零件也都要靠模具加工；因此，模具又被称之为“百业之母”。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。随着汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例也不断提高，在压铸生产中，压铸模是不可缺少的工艺装备。压铸模具的设计在其生产

2、过程中是至关重要的，特别是在当今先进的计算机硬件的CAD/CAM软件环境下，模具的结构设计对加工、装配、工期、成本乃至压铸制品质量及生产效率等会产生极大的影响。压铸模具的生产并不是最终目的，而是要利用它制作出好的压铸制品。因此，模具的设计不但要考虑到金属的特性及加工工艺，还需要充分考虑到压铸材料的特性、压铸成型工艺。1.2 汽车制造业的现状及其发展趋势随着我国加入世贸组织，汽车行业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。汽车产品更新换代节奏的加快，对汽车发动机新品的研发速度要求越来越高。市场竞争的愈演愈烈也急迫地要求开发商和制造商对其成本

3、和质量进行有效地管控，这就把许多面临地问题归结到制造技术和先进的工艺上来。目前汽车用的发动机都是内燃机，内燃机通过燃料的燃烧，把化学能转化为热能，再将热能转化为机械能的热动力机械。内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，会因节气门开度小而造成发动机的泵气损失大，从而降低发动机的机械效率,影响到经济性。取消节气门就是提高汽油机经济性的最根本措施。但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动力输出无法控制，因此必须探索新的途径。汽油直接喷射技术就是基于这一思路。将汽油机的节气门调节动力输出，改为用喷油量

4、控制动力输出。这样一来，采用汽油直接喷射的汽油机与目前的电控喷射发动机相比，燃油消耗量可以减少15%左右。但汽油机采用直接喷射技术后，现有的三效催化系统难以发挥作用，使发动机的废气排放品质下降，因此还需要重新探索新的途径。目前的混合气均质压燃理论为解决这一问题提供了很好的思路。该理论是在汽油机上取消节气门，用喷油量调节动力输出，采用大量的高温废气混合到适当比例的燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气门下的动力输出与同时采用三效催化转化器的矛盾。同样这一理论也可以应用到柴油机上，使柴油机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边着火的扩散燃烧模

5、式，从而使柴油机的废气排放达到最低，特别是烟度排放和NoX排放。目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。一旦这一新理论在实践得到应用，可以预见，今后的发动机会更加高效、更加清洁，汽车的使用将更加安全且有利于环保。1.3 目前我国模具技术发展趋势当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下,用户对模具制造要求是“交贷期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”，对模具技术提出了更高的要求：(1)在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术,是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的

6、发展方向。现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中，应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用；加大技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE技术的应用范围。有条件的企业应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程,可从CAPPfPDMfC1MS-VR,逐步深化和提高。用于模具设计制造的计算机软件,将向智能化、集成化方向发展。(2)模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用高速扫描机和模具扫描系统,已在我国200多家模具厂点得到应用,取得良好效果。该系统

7、提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控镜床及加工中心上,用雷尼绍的SP2-1扫描测头实现快速数据采集,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”。高速扫描机扫描速度最高可达3mmin,大大缩短了模具制造周期。由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在十五期间将发挥更大的作用。逆向工程和并行工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。(3)模具标准化程度将不断提高我国模具标准化程度正在不断提高,估计目前我国模具标准件使用覆

8、盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。为了适应模具工业发展,模具标准化工作必将加强,模具标准化程度将进一步提高,模具标准件生产也必将得到发展。(4)为了适应对模具寿命的要求,优质材料及先进表面处理技术将进一步受到重视在整个模具价格构成中，材料所占比重不大,一般在10%-30%之间，因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。因此用铝合金进行离速切削来制作快速经济模具已在世界上得到较为广泛的使用，我国也已开始使用。预计今后将会得到较快发展。(5)模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具

9、使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低(约占整个模具周期的1/3),且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。因此,研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。另外,由于模具型腔形状复杂,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光方法,如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备，以提高模具表面质量。(6)模具自动加工系统的研制和发展随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有如下特征

10、：多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。1.4 汽车材料的轻量化在汽车产业飞速发展的同时，汽车材料轻量化也成为汽车发展的必然趋势。轻量化不但可以减轻车身质量、节约能源、降低油耗、减轻污染，也可以降低成本、提高企业竞争力、增加企业利润C有关资料显示：汽车的一般部件质量每减轻1%,可节油1%；运动部件每减轻1%,可节油2%。近年来，各国汽车制造商都致力于探索、应用汽车新材料，在保证汽车综合性能的前提下减小汽车自身质量。所以，汽车轻量化已经成为汽车材料发展的主要方向。由于铝相对于钢、铁来讲，质量轻许多，而且铝资源丰富，市场

11、供应充足，使铝在汽车工业中越来越受到青睐。铝加入合金元素后，具有密度小、质量轻、导热性能高、吸收冲击能力强、易于回收再生、耐腐性高等特点。铝合金的密度大约是钢铁的1/3,吸收冲击的能力大约是钢的2倍，导热性能大约比铁高3倍，所以铝合金是汽车轻量化的首选材料，在汽车上使用比较早，技术也相对成熟。20世纪80年代，美国在轿车上平均使用铝合金量为55kg,90年代达到130kg。日本在汽车上使用铝合金材料的进展很快，跑车用铝合金最多，每车使用.铝合金达250kg,占整车质量的16.4%o铝合金在汽车上的应用主要为以下几种：(1)铸造铝合金。铸造铝合金具有优良的铸造性能，铸造方法很多，可根据使用目的、

12、零件形状、数量、质量标准、机械性能等方面的要求和经济效益，选择最适宜的合金和铸造方法，生产效率比较高。铸造铝合金主要用于汽车发动机部件、离合器壳体、变速器壳体、后桥壳、转向器壳体、正时齿轮壳体等壳体类零件；也可用于制造保险杠、车轮、发动机框架、转向节液压泵总成、刹车钳等零部件。锻造铝合金。由于价格昂贵，以前锻造铝合金只是在欧美高级轿车上有少量应用。由于锻造铝合金热锻时不氧化、表面光洁、机加工余量小、无加工缺陷，所以在汽车上的应用正在逐渐增加，主要用于汽车的托架和载货汽车的车轮等。目前德国科学家已经成功地研制出“泡沫铝”一将铝粉和钛氧化合物粉末相混成，填放到钢皮制成的模型中，然后再把这充满混合物

13、的模型加热到铝的熔点，这时，氢气会从氢化合物中分解而逸出，从而使熔化的铝产生泡沫，当钢皮模型完全冷却后，便形成了固体“泡沫铝”。这种“泡沫铝”具有整体结构，其质量轻而均匀，强度比铝更高，其外覆的钢皮模型更增强了部件的强度和刚度。为了提高汽车的安全性和可靠性，需要从设计上、制造上，特别是材料方面考虑。与此同时，大力发展各种汽车用的具有特殊功能的材料，以提高汽车的自控能力，进一步改善汽车的性能。汽车所用的材料，由于节省能源、节省资源、轻量化的需要而有所变化，新材料相继被推出、应用。在比较成熟的金属材料中，钢铁材料和轻金属材料也出现了新的发展趋势.汽车材料轻量化是大势所趋，世界各国都在致力研究和发展

14、汽车材料轻量化。但是汽车制造商在汽车材料轻量化上不能盲目的跟风，一定要科学、合理地进行。我国汽车材料轻量化的发展还落后于欧美等国家，目前正处在发展阶段，所以发展前景广阔。中国汽车企业要抓住机遇，大力发展汽车轻量化，为中国汽车产业的跳跃式发展作出贡献。对汽车材料的轻量化不能盲目进行，只有在保证汽车整体性能不受影响的前提下才能考虑最大限度地减轻零部件的质量。同时，使用轻量化材料首先要考虑材料的应用是否能够保证车辆的安全性，这是汽车材料轻量化的先决条件。1.5 课题内容及未来展望本次设计主要是以UG为基础进行汽车的发动机缸盖的造型和模具设计，共分两个阶段：第一阶段的主要内容是汽车发动机上缸盖的造型设

15、计；第二阶段是关于缸盖的模具设计。设计过成包括零件的三维设计、模具型腔、型芯的设计、模具体的三维设计及模具二维装配图的绘制。设计过程中难点在于分型面的设计和模架的设计。气缸盖结构分为单体式（一缸一盖）、块式（二缸或三缸一盖）或整体式（多缸共用一盖）三种。它主要取决于发动机类型、燃烧室形式和配气机构的布置等，气缸盖是发动机上十分重要的零件之一，用螺栓紧固在气缸体上，其间垫有气缸盖衬垫。它的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和部分气缸壁构成燃烧室。气缸盖内部设有冷却水套，其端面冷却水孔与气缸体冷却水孔相通，以便利用循环水冷却燃烧室等高温部分。气缸盖上装有喷油器或火花塞、进排气门，并设有进排气通道

16、等。有的气缸盖还设有预燃室和涡流室。气缸盖结构形状复杂，温度分布很不均匀，故要求气缸盖具有足够的强度和刚度，冷却可靠，进排气孔道的流通阻力小。其材料多采用铸铁造或铝合金铸造。UGNX冲压模具工程（UGDieengineering）它是UG面向汽车锁金件冲压模具设计而推出的一个模块，其功能包括冲压工艺过成定义，冲压工序件的设计，如压力中心的调整、工艺补充面的设计、拉伸压料面的设计、分配成型工序等内容，以帮助用户完成冲压模具的设计。同时提供了一个完整的级进模设计环境，封装了模具设计的专家知识，其基于UG/WAVE关联设计技术，系统自动抽取镀金特征，使条料排样与零件几何关联，实现了设计信息的一体化。系统从工程建立开始，可以完成条料排样、废料设计、模架选择、功能组件设计和标准件的选取，提供提供的客户模架库、标准件库、镶件库加快了级进模结构设计的速度，提高了设计的质量和效率。2设计过程2.1 UG的介绍2.1.1 设计软件的特点UnigrapgicsNX4.O（简称UG