压铸模开题报告

1.课题研究目的及意义

模具是一种重要的工艺装备，其使用性能的好坏、寿命的高低，直接影响着一个企业产品的质量，更新换代的速度，以及经济效益和产品的市场竞争力。现代模具行业是技术、资金密集型的行业。近年来，我国模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度，塑料模和压铸模比例增大，面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展很快。据国家统计局统计，截止2006年底，中国模具制造业规模以上企业1314家，从业人员244155人；全年完成总产值555.61亿元，实现销售收入和利润分别为539.58亿元、46.75亿元；出口10亿美元，进口14.7亿美元。如果加上未统计的小型模具企业，估计我国现有的模具生产厂超过20000家，总从业人员50万人左右。生产压铸模具的企业，一般兼做其他模具，但模具生产企业，不都生产压铸模。由于压铸模生产的复杂性，这些企业中只有一部分企业能生产压铸模。

在现代材料加工业中，压铸工业已成为国民经济中的一个非常重要的行业。压铸件由于尺寸精度高、组织致密、强度高，在机械行业中获得了较广泛的应用。许多新产品的开发和生产在很大程度上依赖于压铸模具的设计和制造技术，特别是在汽车、摩托车、轻工、仪表、电子和航空航天等领域表现的尤为重要。近些年来，我国的压铸模无论在制造工艺、产品外观质量和尺寸精度等方面，均有明显提高，但我国压铸模生产与国外的压铸模生产相比还是有较大差距，一些大型、精密压铸模具还需进口；国内的压铸件往往线条不清晰，表面光洁度也较差；国产模具的使用可靠性不稳定，运转中故障较多，返修量大，单产量不如进口模具高。所以本课题以铝合金挡纱肋盘为研究对象，对其进行压铸模具设计具有十分重要的现实意义。

2.文献综述

压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造，是近代金属加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法。它是将熔融金属或半液态、半固态金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的一种方法。高压、高速填充压铸模型腔是压铸最大的特点。常用的压力为15～100MPa，填充速度(内浇口速度)约为16～80m/s，金属液填充模具型腔的时间极短，约为0.01~0.2s。压铸技术在现代工业中用于生产各种金属零件，具有独特的技术特点和显著的经济效益。由于压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切削、无切削加工的有效途径，而且压铸工艺的生产效率比较高，适宜加工制造尺寸精确、形状复杂、表面粗糙度低及铸件强度和表面硬度要求高的压

铸件，因此压铸工艺发展十分迅速，应用也越来越广泛。

众所周知，压铸件应用的范围很广，几乎涉及到所有工业领域，其中汽车零件的压铸件以其数量大、品种多、要求严、质量高以及有色金属材料用量大名列首位，在整个压铸产业中占最大份额。表1给出了各国汽车零件压铸件占压铸件总量的比例。

表1 各国汽车零件压铸件占压铸件总产量之比

2.1国内研究现状及分析

2.1.1压铸工艺及压铸模的研究现状及分析

我国的压铸工艺始于20世纪40年代。1950年代后期，压铸件逐渐应用到汽车、电工和仪表等行业中，极大地促进了压铸工艺的快速发展。随后的十多年中，我国在压铸设备及其控制、压铸工艺及压铸材料等方面不断取得新的进展，自行设计了压铸模，压铸件的应用范围也扩展到农业机械、机床、办公用具、军工等领域。1980年代后，我国已能够自行设计并制造出成系列的压铸机，并开始将计算机技术应用到压铸工艺。近年来，由于汽车和摩托车工业的快速发展，极大地促进了我国压铸件的发展，完全能够满足国内各行业对压铸模零件的基本需求。另外，由于世界模具技术的高速发展及国内汽车制造产业的不断发展壮大，国内的压铸产业也呈现跨越式发展，它已发展成为一个新兴的产业，年增长率保持在8％～12％。据统计，1991年我国压铸件年产量仅16.5万吨，2000年，年产量接近50万吨，2005年，压铸件年产量约为86万吨，年产值近400亿元。压铸件主要应用在汽车、摩托车、电动工具、五金制品、电子通讯、家用电器、玩具等领域。当前，正值我国汽车工业进入高速增长期，产量连续多年大幅度增长，2006年产量超过700万辆，增大了对复杂、大型、精密压铸模的需求，压铸模具产业获得了前所未有的发展机遇。随着汽车工业的快速发展，中国将成为世界上最大的汽车用户，因此压铸产业必将有更广阔的发展空间，也必将成为国民经济发展中的一个重要组成部分。表2为2003~2006年我国汽车产量与压铸件产量的统计表。可以预测，未来几年我国压铸模的生产仍将获得主要来自国内汽车工业的强劲推力。

经过几十年的发展，目前我国压铸模设计已经具有一定的水平，制造精度可达0.02～0.05mm，型腔表面粗糙度Ra0.4～0.2μm。模具制造周期：中小型的3～4个月，中等复杂的4～8个月，大型的8～12个月。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4～8 万

表2 2003~2006年我国汽车产量与压铸件产量的统计

次，国外可达8～15万次以上。模具价格：国内约为引进价格的1∕4～1∕3。我国已成为世界上压铸大国之一，但从技术和生产效率上看，我国的压铸业仍落后于日、德、美等发达国家，特别是一些大型、薄壁、精密压铸模具及技术含量高、制造难度大的压铸模一般需要进口，而且在引进技术的同时还需购买大型压铸机。我国压铸模的设计、制造同国外发达国家相比，存在着较大的差距，主要有4个方面：一是模具寿命不长；二是外观质量不理想；三是模具可靠性较差；四是生产周期长，生产率低。归根结底是压铸模标准化和专业化程度低造成的。模具标准化和专业化程度对缩短产品开发周期，方便模具的维修与更换配件，提高产品竞争力和生产效率等方面都具有重要的作用。在日本、美国、德国等模具发达国家，模具标准的制订、模具标准件的生产与供应，形成了完善的体系。我国模具标准化工作起步较晚，在1983年“全国模具标准化技术委员会”成立后才开始。模具标准化落后于生产，更落后于世界上许多工业发达国家。因此贯彻模具标准化，提高模具标准件使用覆盖率，不但能有效提高模具质量，而且能大大缩短模具生产周期及降低生产成本。有资料表明：采用模具标准件能够使企业节约25％～45％的模具加工工时，缩短30％～40％的模具生产周期。随着工业产品多品种、小批量、快周期生产的发展，为了提高模具产品在市场经济中的快速应变能力和竞争能力，在模具生产周期愈加重要的今天，提高模具标准化的意义更显得尤为重要。

另外，我国压铸模研究不多，新技术主要依赖于国外的技术，压铸模具技术水平较低，已经严重制约了我国压铸产业的发展，特别是一些大型、精密、复杂的压铸模，还主要依赖于进口。尽管日前我国压铸模具企业规模普遍不是很大，生产人数不是很多，技术设备相对落后，且多集中在沿海经济发达省市及汽车、摩托车等工业基地，但进入21世纪后，我国压铸模具的技术水平有了很大提高，不少企业已引进和应用了国外先进的压铸模加工设备及检测设备。我国的压铸模具水平完全可以满足摩托车、家电等行业的压铸模需求，汽车行业所用的压铸模国产化比例也越来越大，并开始研制镁合金模具，而且一些企业生产的模具还出口到工业先进国家。压铸模具已开始向复杂化、大型化、长寿命方向发展。

2.1.2 CAD∕CAM技术在压铸模生产中的应用及发展

我国的CAD∕CAM技术的研究起步较晚。1980年代中后期，工业界开始认识到CAD技术对生产力的巨大推进作用，加之计算机技术的快速发展，及国内外市场激烈竞争的不断发展，国内一些学者对CAD技术研究的积极性越来越高。1990年代后，国内一些高等院校和学者逐渐开始对压铸模CAD技术进行尝试性开发与研究。哈尔滨科学技术大学提出“压铸模CAD系统”，华南理工大学和东南大学联合开发的“压铸工艺参数及缺陷判断的专家系统”，具有一定的综合优化作用；华中科技大学对压铸模CAD∕CAM系统研究十多年，也取得了较好的效果。罗蓬根据气体的流动原理，研究了铝合金压铸模排气系统的工作状况，给出了排气道最小截面积的计算公式及排气道的计算机辅助设计方法，开发设计出压铸模排气系统的CAD技术。于彦东开发出压铸模标准件的CAD系统，利用Visual Foxpro建立数据库，对铝合金压铸模中各模板及零件进行编程设计，采用C语言将数据文件转化成在AutoCAD下可执行的SCR 文件，通过SCRIPT命令在AutoCAD绘图方式下自动生成所需的模具设计图形文件，从而实现压铸模CAD系统的参数化设计。四川大学的张永红和郑忠俊在AutoCAD2000平台上利用VisualC++6.0和ObiectARX2000开发出压铸模推出机构CAD系统。随着计算机技术的高速发展，压铸模CAD技术作为衡量压铸工艺水平的标志之一，逐渐受到了压铸模设计和使用单位的高度重视，压铸模CAD技术的快速发展大大地提高了我国压铸工业的技术水平，也提高了压铸产品的国际市场竞争力。

2.2 国外研究现状及分析

世界上许多国家，特别是一些发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，已取得了显著的经济效益。国外发达国家的模具厂一般规模都不大，但专业化强，技术水平高，生产效率极高。大体分为两类：一类是独立的模具厂；另一类是隶属于一些大的集团公司的模具厂。

国外模具企业对人员素质的要求较高，技术人员一专多能，设计人员一般能独立完成从工艺到工装的设计；操作人员也具备多种操作技能；营销人员对模具的了解和掌握也很深。国内模具企业分工比较细，缺乏具有较高综合素质的人员。

国外模具企业对CAD/CAM/CAE技术的应用比较广泛。国内模具企业中一些骨干厂家在这方面和国外差距不大，有的已达到了国外的水平。但一些中小型模具企业与国外相比，还有较大的差距。在模具的价格和制造周期上，国外模具价格一般是国内的5~10倍，制造周期是我们的2~3倍（含模具的调试、运输时间)，在这两方面，国内模具企业是有一定竞争优势的。

CAD技术起始于1950年代末，经过几十年的发展，已由简单的线框式系统发展

到参数化设计系统，目前正在朝向智能化、网络化、数字化、标准化方向发展。模具CAD系统已有30多年的发展历程，且发展快速。相对而言，压铸模CAD技术的研究起步较晚，但发展却十分迅速，且可以有效地借鉴其他模具CAD的开发经验，开发压铸模CAD系统。

压铸模CAD技术的发展速度相当快，大致上经历了由低级到高级、由研究到应用的过程。早期开发的压铸模CAD技术的主要是能够减轻设计人员的劳动强度，因而仅利用计算机的计算功能进行压铸工艺参数的选择，比较典型的是美国Enic Institute 开发的锌压铸模CAD系统，该系统只是将浇注系统中的复杂计算加以简化，而不能实现图形的输入和输出。后来，为了充分发挥计算机的性能，开发的压铸模CAD系统增加了新的功能，如在压铸过程可以进行金属填充数值模拟、压铸模温度场及应力场的数值模拟等功能，最典型的是意大利比萨大学机械技术研究所开发的“Preheat”程序，此程序可通过二维数值方法求出压铸模型的温度分布，从而确定冷却管道的分布。由于计算机技术的快速发展，压铸模CAD系统进入了一个崭新的发展阶段。日前，较完整的压铸模CAD系统不仅能够进行压铸模设计的参数计算和选择，而且还能够生成和输出图形，并可模拟分析金属压铸过程，同时输出数控程序。日本在这方面虽研究较晚，但发展十分迅速，不仅在研究方面，更重要的是在应用方面都取得了相当的成功。日本丰田汽车公司开发的压铸模计算机辅助设计工程系统(CADDES)；Sharp Precision Machinery公司开发了Scioure金属型和压铸模CAD∕CAM系统；Yasaku公司拥有用于压铸模设计和制造的EVKUD CAD∕CAM系统等。

近几年来，随着模具行业的飞速发展和CAD技术的重要性被广泛认可，一些CAD 商家不断加大投入，研究开发模具专用的CAD系统，推出了参数化、一体化、智能化的模具专用系统。最典型的是美国PTC公司与日本丰田汽车公司在Pro∕E软件基础上开发的模具型面设计模块Pro∕DIEFACE等。

3.课题主要研究内容及拟解决的主要问题

本课题主要以挡纱肋板为研究对象，借助Pro/E进行计算机辅助设计，采用AutoCAD进行二维工程图绘制，最终设计出一套低成本，高精度，能够生产出壁厚均匀、组织致密，表面完整的压铸件的模具。本课题的具体研究内容包括：

1.产品工艺性分析，确定模具结构方案。

2.选择成型设备，设计浇注系统。

3.设计成型零件。

4.选择模架，设计脱模推出机构。

5.绘制模具装配图和零件图。

6.编写设计说明书。

拟解决的主要问题：该铸件最大的特点多加强筋，成型困难，由于铸件直径较大，所以成型该铸件的型腔复杂，较大。

4.技术路线及研究方法

借助Proe三维造型软件建立挡纱肋盘的实体模型，并借助该软件的模具设计模块进行装配和型腔排布，再进行压铸模具型腔、型芯等成型零件的设计，最后完成二维工程图。

5.进度安排

2月28日～3月20日：接收任务书，查阅资料，书写开题报告，完成外文翻译。

3月21日～3月29日：对制件进行工艺分析，制定模具结构方案。

3月30日～4月5日：成型设备的选择，浇注系统的设计。

4月6日～4月23日：成型零件的设计。

4月24日～5月3日：模架的确定，脱模推出机构的设计。

5月4日～5月24日：工程图绘制。

5月25日～6月7日：编写设计说明书。

6月8日～6月17日：完成设计，准备答辩。

6.主要参考文献

[1]蔡紫金．我国压铸模具生产的状况[J]．铸造技术，2008．

[2]田丰．压力铸造模具的研究现状与发展[J]．化学工程与装备，2010．

[3]耿鑫明．压铸模生产现状及发展趋势[J]．金属加工，2008．

[4]唐克岩，宋黎．压铸模及其CAD技术的现状与发展趋势[J]．制造业信总化，2010．

[5]陈光明．压铸模CAD∕CAE∕CAM的研究现状与发展[J]．铸造技术，2004．

[6]宋才飞．中国压铸市场的机遇与挑战[J]．特征铸造及有色合金，2004．

[7]常秀坤．关于提高铝合金压铸模具寿命的探讨与研究[J]．模具技术，2004．

[8]于彦东，吴士平，满志强．铝合金压铸模CAD系统中参数化设计的研究[J]．模具工业，2003．

[9]黄振东．铝合金压铸件浇注系统与生产工艺参数优化设计[J]．厦门大学，2006．

[10]陈位铭，金胜灿．铝合金压铸工艺的数值模拟及应用[J]．汽车技术，2005．

[11]韩雄伟，吴卫．铝合金压铸模具温度场数值分析[J]．常熟理工学院学报(自然科学版)，2007．

[12]韩雄伟，冷真龙，杨金风．基于PROCAST铝合金压铸模浇注系统设计及充型凝固数值模拟[J]．铸造技术，2010．

[13]于彦东，吴士平，潘承怡．铝合金压铸模CAD技术[J]．热加工工艺，2003．

[14]王荣滨．铝合金压铸模新材料复合强化处理工艺研究[J]．模具制造，2008．

[15]罗蓬．压铸模排气系统的计算机辅助设计[J]．模具工业，2001．

[16]Caifei SONG．Opportunities and challenges of Chinese die-casting market[J]．CHINA FOUNDRY，2004．

[17]Young-Chan Kim，Chang-Seog Kang，Jae-Ik Cho，Chang-Yeol Jeong，Se-Weon Choi and Sung-Kil Hong．Die Casting Mold Design of the Thin-walled Aluminum Case by Computational Solidification Simulation[J]．J.Mater.Sci.Technol，2007．