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铝合金型材汽车轮毂模具在数控车床编程生产加工中的编程设计

发布时间:2019-09-23 09:04

  摘 要:阐述了铝合金轮毂的设计理念和数控加工的特点,分析了铝合金汽车轮毂优势、特点、模具结构和数控加工工艺,研究了通过程序设计及数控编程对铝合金汽车轮毂进行的加工工艺,希望可以提高铝合金汽车轮毂模具加工的工作效率。

  关键词:铝合金;汽车轮毂模具;数控编程加工;程序设计

  引言

  汽车工业的发展,为人们的生活带来了极大的出行便利,随着行业竞争的加剧,现代汽车产品的发展变得更加的智能和多样,市场需求的不断扩大和人们选择的不断多样,使得汽车产业不断地进行技术调整。而铝合金汽车轮毂便是通过对其高强度、高制造精度等特点,利用数控编程对其进行加工后,形成最优模式的汽车轮毂模具,不仅保证了模具的质量,还极大的缩短了制作周期[1]。

  1 铝合金轮毂的设计理念和数控加工的特点

  铝合金常常作为很多消费者买车时,基于外观和配置被加以比较的一重要指标,对以后的行车有着重要的影响,其参数和品牌多数会被生产厂家印在轮毂的背面,很少会被人们看到。在设计汽车轮毂的时候,设计者往往会根据轮毂和轮胎的装配,结合汽车风格进行设计,对整体进行设计时既要满足多样性,又要保证其顺利装车;而其中间的设计部分, 则更需注意安装盘的直径和平面度,整个设计过程精准而专业。不仅如此,铝合金轮毂的设计过程中, 还需精准地掌握轮毂各个装配间的关系,正确分析其性能及数据,否则将会出现无法装车的情况[2]。

  在科技快速发展的今天,数控加工技术对现在模具制造业的发展具有促进作用,随着数控加工地位的愈加重要,对许多零件的加工要求就变得越来越高,在过去的模具加工中,大多情况下采用的是仿形铣床与火花机床进行生产制造,具有工作时间较长、成本较高等优点;而数控加工的发展,降低了成产成本,其粗加工 - 半精加工 - 局部精加工和精加工的加工程序和步骤使得数控加工对模具的结构进行了一个合理的数控程序编程,不仅使得成本减少还极大地提高了工作效率,更增加了轮毂的安全保障。

  2 铝合金轮毂的优势及特点

  1) 散热好。铝合金的传热系数是钢材的 3 倍,在汽车的行驶过程中,轮胎与地面的摩擦会产生较高的热量,导致轮胎的老化及磨损,严重者直接发生爆胎现象。因高性能的散热,在汽车的快速前进过程中,铝合金轮毂在轮胎与地面摩擦产生热量的同时, 将热量散发,增加了汽车行驶过程中的安全指数。

  2) 重量轻。与传统钢材汽车轮毂相比,铝合金材质的汽车轮毂重量相对较轻,同样大小的轮毂,铝合金材质平均比钢材轮毂足足轻了 2 kg 左右,在汽车行驶过程中,相对较轻的轮毂能更好地减少加速时的阻力,减少汽车尾气的排放,满足环保的要求。

  3) 造型美,易加工。美观是现代人在质量保证的前提下,对汽车提出来的另一要求,铝的工艺性较好,能很好地进行各种加工,容易获得理想的几何形状,其后期抛光和电镀工艺使其的外观更加的多样化,更符合现代人们的审美[3]。

  4) 增加发动机寿命,节省机油。发动机负荷与功率变化说明,发动机负荷与功率成反比,负荷越大, 功率就越低,相比钢材轮毂,铝合金的轮毂负荷量较轻,在自然的行驶过程中,出现故障的机率相对较少,使得发动机的寿命延长。因一个铝合金材质的轮毂足足比钢材轮毂轻 2 kg 左右,相应的,使用铝合金轮毂的汽车平均下来便能省了十多斤的重量;日本研究实验表明,5 座的桥车重量每减轻 1 kg,一年下来便可节约近 20 L 汽油,而美国的相关研究报告则指出,铝合金虽比钢轮毂的价格贵,但平均下来, 汽车跑的里程达到 2 万 km 时,所节约下来的汽油费用相当的可观。

  3 铝合金汽车轮毂模具结构和数控加工工艺

  3.1 铝合金汽车轮毂模具结构和建模

  轮毂是汽车的关键零部件之一,既是汽车结构部件又是汽车的外观部件。它的制造,需要很高的技术水平,才能保证汽车轮毂在行驶中的安全;通常情况下,为了让轮毂同时拥有一个美学和动力学间的一个共性,设计者在对其进行设计时,往往会采用变圆角和大扭角等结构,这就使得铝合金汽车轮毂的铣削加工工艺的难度加大。

  在进行产品设计和数控编程工艺的分析时,几何模型有着无可比拟的重要地位,在铝合金汽车轮毂模具的设计过程中,主要采用的是 UG 软件。该软件是根据用户的需求,提供数字化造型和验证的方式来帮助设计者更好地制定产品加工的方案,具体表现为,其可全方位地涵盖几何图形的所有信息,为产品模型的建立提供基础,使其更好地完成数控工艺的加工。

  此外,铝合金汽车轮毂模具模型的设计,需要根据产品进行一个总体的规划和分析,在软件的使用上,铝合金汽车轮毂模具使用的是 UG 软件进行模块的设计,UG 软件具备模具初始化、模架、分型等功能,并拥有一系列的模架库和标准件供设计时选择, 能更好地满足客户的多种需要,素材寻找方便,大大地提高了设计时的工作效率。铝合金汽车轮毂在建立模型之际,需先将产品的尺寸和原型进行分析和掌握后,才能具体地根据要求进行设计,然后确定分模方向、收缩率和尺寸,最后才能一一将材料清单列举出来。

  3.2 铝合金汽车轮毂模具加工工艺分析

  汽车轮毂模具的尺寸比较大,在对其进行加工处理时,应使用耐用性能高的合金圆鼻刀,但如果轮毂的凹槽不能使用刀具,便可更换小刀清理局部的残料,若局部残料较多,可使用精加工刀具进行均匀的受力加工,从而将轮毂的加工质量提高。在使用具体的工艺时,应根据设计好的铝合金模具来设置各种参数,并选择相应的流程进行加工,此外,加工中还应注意的是,毛坯的加工余量充分与否,不同类型的零件使用,应根据具体实操情况,确定加工的程序和顺序即可。

  4 通过程序设计及数控编程对铝合金汽车轮毂进行的加工工艺

  4.1 工艺设置

  加工工艺包括选择刀具、机床、路线、转速和速度等几个方面,不同的加工材料,切削速度不同,而刀具的粗糙度也会影响着速度。通常情况下,工件的材料强度与齿轮的进给量成反比,在工艺系统刚度和机床动力允许的条件下,要尽量地加大切削的深度,提高生产效率。

  4.2 轮毂

  轮毂是一项极为复杂的设计,不仅需要设计人员的专业技术才能将此设计支撑下去,在数据的准备上更需要全面而准确,在对其进行设计时,要综合考虑各种因素条件,包括它的受力情况、散热力度和轮毂质量轻重等,另还需遵循以下 3 个原则,第一满足铝液的平稳流动需求,第二按顺序对其进行凝固, 第三符合拔模要求。

  4.3 车轮表面

  车轮是刚性部件,是支撑着汽车前行的重要传递部分,其性能与汽车是一个局部与整体的关系,牵一发而动全身,而车轮表面的设计则是不同的需求, 关注点和侧重点都不一样,在市场发展中,车轮的表面要与汽车的整体相搭、协调,而其表面的机加工余量也不宜过大。

  5 结语

  随着科学技术的不断进步,铝合金轮毂已广泛应用于汽车行业中,数控技术的发展,使得人们对铝合金汽车轮毂的质量要求越来越高,为了提高铝合金轮毂的产品质量,解决传统编程中存在的很多难题,人们不断地对数控加工程序进行优化提升,使得铝合金汽车轮毂模具在数控编程加工中的程序设计更加的精准化。加工程序的精准化满足了人们对铝合金轮毂的高质量要求,将铝合金轮毂的生产成本大大降低,在一定程度上使得经济效益得到了增强。

  4.4 激励、响应曲线

  将图 5 曲线与发电机短路特性(试验报告或通过仿真计算获得)绘制在同一图中,两条曲线在 3~6 倍额定电流时有交点,即可满足强励要求。如图 6 所示:

  若两条曲线的交点不在 3~6 倍额定电流时,需调整电流互感器的铁芯尺寸及二次绕组匝数,再重新建模进行仿真计算,直至满足要求为止。

  6 结论

  本文提出一种发电机强励电流互感器的设计方法,通过 Ansoft 仿真软件,精准的设计出发电机强励电流互感器并有试验验证该算法的准确性。该算法已经过多型电机的试验验证,方法可靠、准确。

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