轮毂成型.docx
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轮毂成型
成绩
西南科技大学城市学院
CityCollegeofSouthwestUniversityOfScienceandTechnology
《快速成型技术与应用》项目设计说明书
2013～2014学年第2学期
设计题目：
题目类别：
指导教师：
专业班级：
姓名：
学号：
日期：
机电工程系制
项目报告
项目名称
汽车前轮设计与成型
指导老师
高旭芳
项目时间
实验地点
C-618
同组人
机制1103班第一组
项目目的
1.利用UG三维造型。
2.掌握UG软件转化STL格式的方法。
3.掌握利用快速成型软件进行数据处理的方法，以及利用快速成型设备进行三维制造的方法。
项目原理
通过UG三维造型后导出STL格式，打开软件导入STL做分层处理，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。
项目过程
第一章任务确定与简介
1.1任务确定
经过课堂上的分组，老师分配的任务为汽车模型的快速成型设计，根据要求结合设计的方便性，所设计的汽车应符合跑车工艺大体需求。
经过组成员的讨论后确定设计方向，车体形状如图1-1。
图1-1外形
任务：
前桥和前轮快速成型快速成型。
1.2跑车简介
1.2.1跑车定义
跑车的英文名是SportsCar，其目的在于“把赛车运动带入家庭生活”，它的问世给了很多痴迷于赛车运动的普通人体验赛车手的机会，所以跑车的定义也可以理解为“赛车的民用版本”。
它也富有一定的运动性。
跑车的车身一般为双门式，即只有左右两个车门，双座或2+2座（两个后座特别狭窄），顶盖为可折叠的软质顶篷或硬顶。
由于跑车一般只按两个驾乘设置座位，车身轻便，而其发动机一般又比普通轿车发动机的功率强大，所以比普通轿车的加速性好，其车速也较高。
跑车设计时较注重操纵性，通过性相对要差一些，越高级的跑车，此特点越明显。
前置发动机式跑车的车头较长，后面的行李箱较小，后置和中置发动机车甚至没有行李箱，只是在车头的前盖下面有一个能放备胎的小空间。
跑车的共同特点是动力出色、外形动感、线条流畅。
市场上的跑车可分为三大类：
一种是价格昂贵、速度性能极佳的高档跑车，如法拉利、玛莎拉蒂、兰博基尼的大部分车型；二是中高档的跑车，这类车型的舒适性往往优于其动力，以奔驰SLK、宝马Z4、奥迪TT为代表；三是相对低档的跑车，一般更加注重外型的塑造，如马自达MX-5，现代coupe、大众尚酷等车。
1.2.2构成
常见的汽车结构包括，汽车一般由发动机、地盘、车身、电气设备等四个基本部分组成。
发动机：
发动机2大机构5大系：
曲柄连杆机构；配气机构；燃料供给系；冷却系；润滑系；点火系；起动系。
底盘：
底盘作用是支撑、安装汽车发动机及其各部件总称，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。
底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。
车身：
车身安装在底盘的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或装载货物。
轿车、客车的车身一般是整体结构，货车车身一般是由驾驶室和货箱两部分组成。
电气设备：
电气设备由电源和用电设备两大部分组成。
电源包括蓄电池和发电机；用电设备包括发动机的起动系、汽油机的点火系和其它用电装置。
1.2.3车型分类
1、小钢炮
小钢炮是车迷对一种车身紧凑、动力强劲的车型的戏称，拥有高于普通轿车的性能发挥和驾驶乐趣。
经过系统完善之后，其百公里加速时间可缩短至4秒。
代表车型有宝马M135i、奥迪S1、大众尚酷R、奔驰A45AMG、日产JukeNismo等。
2、小跑车
又称平民跑车。
价格便宜，动力性能并不突出，易于驾驶。
例如现代劳恩斯酷派，丰田86、三菱EVO等。
这里的小并非就车身尺寸而言，而是指“低廉的价位、温和的动力系统和略显局促的驾乘空间”。
3、肌肉车
一种典型的美式跑车，拥有大排量自然吸气或者机械增压的V8发动机，后
轮驱动，庞大的车体和极差的操控性，适合高速巡航。
传统意义上的肌肉车已经绝迹，被称为肌肉车的美国车一般是PonyCar（可以理解为入门级的肌肉车），有高性能的V8发动机的同时，也提供了V6发动机的选择，操控性大大改善，例如福特野马、雪佛兰科迈罗、道奇Charger等。
德国AMG公司致力于生产的大量车型也具有大排量机械增压的V8发动机或后轮驱动的特性，因此被戏称为“欧洲肌肉车”。
4、敞篷跑车
通常指通过电动控制或手动拆装，可实现顶篷开启、闭合的跑车。
代表车型有奔驰SLK、大众EOS、马自达MX-5、标致308CC、保时捷Boxster、保时捷911Cabriolet系列等。
也指本身就不含顶篷的跑车，如兰博基尼AventadorJ、阿斯顿•马丁CC100。
注意 并不是所有可敞篷的汽车都可纳入跑车的范畴，如路虎极光和劳斯莱斯幻影的敞篷版本。
5、GT跑车
适合长距离公路驾驶的大尺寸跑车，拥有无比舒适的驾乘环境，座位的个数为2至4个不等。
由于车身重量等原因，GT跑车在性能方面相较于超级跑车则略显不足。
著名的代表有阿斯顿·马丁DB9、DBS、Virage、捷豹XK、宾利欧陆、宝马M6，玛莎拉蒂GT、奔驰CL级等。
6、超级跑车
拥有高强动力输出、出众外形的跑车。
其排量基本在4.0L以上，价格一般高达千万。
超级跑车均为两个座位。
著名的有法拉利LaFerrari、兰博基尼Reventon、McLarenF1、布加迪威龙Gransports、帕加尼Huayra、柯尼塞格Agera、保时捷918Spyder等。
此些分类并不能包括所有跑车，还有大量空白，例如一些双门轿车甚至四门轿车，也会被称为跑车，条目中并没有收录。
有些跑车是兼顾不同属性的两个或者多个，而且由于每个人的理解和定义不同，在不同人的心目中，同一种车型可能带有不同的属性。
1.2.4发张方向
1）开发多品种、多功能、高质量及高效率的跑车。
2）燃油经济性方面的提高
3）重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。
4）更新设计理论，提高可靠性，延长使用寿命。
5）使用更多碳纤维部件的跑车
第二章UG三维造型
2.1UG简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。
它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
2.2结构与性能分析
工作环境及性能要求分析：
轮毂又称轮盘，是介于汽车半轴和轮胎之间的用于安装轮胎并承受汽车自重及外界载荷的旋转部件。
作为汽车最重要的安全部件，轮毂承受着汽车和载物质最作用的压力，受到车辆在启动、制动时动态扭矩的作用，还承受汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障码物冲击等来自不同方向的动态载荷产生的不规则的交变受力。
汽车轮毂的产品质量和可靠性不但关系到车辆自身和车上人员与物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性以及易操纵性、舒适性等性能。
分析汽车轮毂的工作环境，可知汽车轮毂需满足尺寸和形状精度高、动平衡好、疲劳弧度高、刚度和弹性好、质带轻、美观、材料可回收等要求。
优质的汽车轮毂必须具备以下四个基本条件：
① 量轻，价格低，表面质量高，易于成型； ② 具有良好的静力学、动力学以及耐腐蚀特性； ③ 具有良好的回转特性和导热特性； ④ 具有良好的回收能力，符合环保要求。
结构特点分析：
汽车轮毂主要是由轮辐和轮辋构成。
轮辐是介于轮辆与车轴之间的起支撑作用的重要部件。
轮毂按轮辐的构造可分为辐条式轮毂和辐板式轮毂两种。
辐条式轮毂的轮辐是由许多钢丝辐条组成的，这种钢丝辐条能起到很好通风散热的作用，但要求数量多、价格贵，且不便于安装及维修，仅适用于高级轿车和高档赛车上。
辐板式轮毂通常由辐板、轮辋、挡圈及气门嘴孔组成，其中辐板就是用以连接轮辋和安装凸台的支架或圆盘，也称轮辐，其数量和形式多种多样，常见的有五辐，六辐，七辐等。
轮辋是在轮毂上安装和支撑轮胎的部件，轮辋的外部是轮缘，与轮胎相配合。
轮缘的外沿部分易遭受外力载荷的冲击，且在冲击后常产生变形，甚至形成裂纹导致汽车轮胎胎压的泄漏。
轮辋常见结构形式主要有深槽式，对开式，平底式，深槽宽式，半深槽式，全斜底式，平底宽式，整体式，可拆卸式等。
汽车轮毂的结构部件还包括胎圈座、胎斗、轮缘等，分别起着衬托胎缘、支撑胎圈、给予轮胎以轴向支承并保护胎圈以免受外界损伤等作用。
2.3UG造型
2.3.2轮毂造型
1、打开UG软件，点击新建——模型——确定之后，进入新建的窗口，在如图2-1所示的界面进行模型的创作：
图2-1UG初始界面
2、画出几条条连续曲线大致像外轮廓，如图2-2、图2-3、图2-4：
图2-2第一条曲线
图2-3第二条曲线
之间通过圆弧连接
图2-4完整曲线
3、构建底部曲面的线框如图2-5、图2-6、图2-7。
图2-5底部第一条曲线
图2-6第二条曲线
图2-7底部曲线
4、旋转曲线产生轮毂外形曲面。
选择旋转轴为YC轴， 以原点为确定矢量点。
旋转45度后得到曲面如图2-8：
图2-8旋转曲线
5、构建凹槽通过投影阵列命令得到如图2-8轮毂。
图2-8轮毂
2.3.3轮胎及刹车片造型
通过UG运用整列、镜像、曲线、回转等命令，造型出轮胎及刹车片如图2-9、图2-10。
图2-9刹车片
图2-10轮胎
2.3.4二维图形
整体结构画完后，需导出二维图形如图2-11：
图2-11二维图
2.3.5三维视图
画好后装配完毕的三维视图，如图2-12。
图2-12三维视图
考虑到某些地方厚度太薄，做了些加后理。
第三章3D打印
3.1FDM快速成型发展过程
快速成型技术（RapidPrototyping）是20世纪80年代中后期发展起来的一项新型的造型技术。
RP技术是将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控技术（CNC）、材料学和激光结合起来的综合性造型技术。
RP经过十多年的发展，已经形成了几种比较成熟的快速成型工艺:
光固化立体造型（SL—Stereolithography）、分层物体制造（LOM—LaminatedObjectManufacturing）、选择性激光烧结（SLS—SelectedLaserSintering）和熔融沉积造型（FDM—FusedDepositionModeling）等。
这四种典型的快速成型工艺的基本原理都是一样的，但各种方法各有其特点。
3.2快速成型技术的基本原理
快速成型技术是对零件的三维CAD实体模型，按照一定的厚度进行分层切片处理，生成二维的截面信息，然后根据每一层的截面信息，利用不同的方法生成截面的形状。
这一过程反复进行，各截面层层叠加，最终形成三维实体。
分层的厚度可以相等，也可以不等。
分层越薄，生成的零件精度越高，采用不等厚度分层的目的在于加快成型速度。
3.3FDM快速成型机的工艺原理
如图3-1所示。
快速成型机的加热喷头受计算机控制，根据水平分层数据作x-y平面运动。
丝材由送丝机构送至喷头，经过加热、熔化，从喷头挤出粘结到工作台面，然后快速冷却并凝固。
每一层截面完成后，工作台下降一层的高度，再继续进行下一层的造型。
如此重复，直至完成整个实体的造型。
每层的厚度根据喷头挤丝的直径大小确定
图3-1成型原理
FDM工艺关键是保持熔融的成型材料刚好在凝固点之上，通常控制在比凝固点高1℃左右[2]。
目前，最常用的熔丝线材主要是ABS、人造橡胶、铸蜡和聚酯热塑性塑料等。
1998年澳大利亚开发出了一种新型的金属材料用于FDM工艺———塑料复合材料丝。
FDM快速成型的过程包括:
设计三维CAD模型、CAD模型的近似处理、对STL文件进行分层处理、造型、后处理。
如图3-2所示。
图3-2成型过程
对STL文件进行分层处理由于快速成型是将模型按照一层层截面加工，累加而成的。
所以必须将STL格式的三维CAD模型转化为快速成型制造系统可接受的层片模型。
片层的厚度范围通常在01025～01762mm之间。
各种快速成型系统都带有分层处理软件，能自动获取模型的截面信息。
3.3.1造型
产品的造型包括两个方面:
支撑制作和实体制作。
3.3.2支撑制作
由于FDM的工艺特点，系统必须对产品三维CAD模型做支撑处理，否则，在分层制造过程中，当上层截面大于下层截面时，上层截面的多出部分将会出现悬浮（或悬空），从而使截面部分发生塌陷或变形，影响零件原型的成型精度，甚至使产品原型不能成型。
支撑还有一个重要的目的:
建立基础层。
在工作平台和原型的底层之间建立缓冲层，使原型制作完成后便于剥离工作平台。
此外，基础支撑还可以给制造过程提供一个基准面[1]。
所以FDM造型的关键一步是制作支撑。
3.3.3实体制作
在支撑的基础上进行实体的造型，自下而上层层叠加形成三维实体，这样可以保证实体造型的精度和品质。
3.3.4后处理
快速成型的后处理主要是对原型进行表面处理。
去除实体的支撑部分，对部分实体表面进行处理，使原型精度、表面粗糙度等达到要求。
但是，原型的部分复杂和细微结构的支撑很难去除，在处理过程中会出现损坏原型表面的情况，从而影响原型的表面品质。
于是，1999年Stratasys公司开发出水溶性支撑材料，有效的解决了这个难题。
目前，我国自行研发FDM工艺还无法做到这一点，原型的后处理仍然是一个较为复杂的过程。
3.4特点
3.4.1系统与运行成本
FDM快速成型系统成本较低，不需要其他快速成型系统中昂贵的激光器;成型材料价格较低;FDM原型特别适合有空隙的结构，可节约材料与成型时间;体积小，无污染，是办公室环境的理想桌面制造系统。
但是，成型速度较慢，精度较低。
3.4.2适用范围
适用于薄壳体零件及微小零件;原型强度比较好，近似于实体零件，可作为概念型直接验证设计。
由于FDM工艺的特点，FDM已经广泛地应用于制造行业。
它降低了产品的生产成本，缩短了生产周期，大大地提高了生产效率，给企业带来了较大的经济效益。
当前快速成型技术的发展趋势是将快速成型与其他先进的设计与制造技术密切结合起来，共同发展。
3.5熔融沉积制造（FDM）
仪器S-250FDM指标主要技术指标：
系统运行环境：
WindowsXP、Windows2000；
分层软件：
ModelWizard；
输入格式：
STL文件格式；
分层软件性能：
分层控制一体化软件：
具备一定的打印功能；
成型厚度（Z轴）：
0.2-0.4mm（可自主调节）；
成型精度：
±0.2/100mm；
成形空间：
150mm×200mm×250mm;
成型室：
成型室温度在50℃以上，运动系统（电机等）在成型室外；
喷头系统：
双喷头（双丝材成型系统）
成型材料与支撑材料为不同性能的ABS塑料丝材；
3.6打印准备
1、STL数据格式的处理：
由于我们设计的是在三维软件里，但三维数据模型不能直接导入ModelWizard软件，在ModelWizard里无法打开，所以必须得进行格式的转换，将三维图型格式转化为STL文件如下图3-1：
图3-1STL的转化
2、载入STL文件：
在桌面上双击ModelWizard图标，进入数据处理软件系统。
在主菜单当中点击载入，载入STL文件。
再选择模型——自动布局使模型进入成形空间，如下图3-2所示：
图3-2载入STL
3、分层参数设置：
将参数集设置为set3,其他保持默认数值。
4、预设支撑：
单击工具——预设辅助支撑——预设支撑根据自己想法加入预设支撑，将预设支撑调整到最佳状态，如下图3-3所示：
图3-3载入辅助支撑
5、设备调试工作：
将ModelWizard软件与打印设备连接并进行初始化，完毕之后进行调试，打开温控使温度上升至240℃、210℃、60℃，接着主副喷头调试，最后检查材料是否够用，并按实际材料量来调整。
6、原型制作:
调试完毕后，将数据载入成型设备，设备开始运行加工，加工完成后取出模型，清理工作台及成型室，待下次使用，模型如下图3-4所示：
图3-4成型零件
项目心得、体会
对于步入大三的我们来说，运用建模软件来构建模型应该是小菜一碟的事情，然而一个假期让我竟然忘记了太多，那些软件陌生了，于是我慢慢开始，又一次来熟悉UG。
这次的项目有些难，我第一次接触到快速成型机，操作并不觉得难度多大，利用它，我们可以加工出来我们可以想象的到的，用软件可以做出来的任何东西。
真正有些难度的问题都集中在建模上了，那些面的生成，如何扫掠，都是有技巧，有讲究的。
时光总是匆匆而逝，我们就要步入社会，面临就业了，就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、学习、总结。
不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。
随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。
一周的课程设计带给我们的，不全是我们所接触到的那些知识，也不仅仅是通过一周的时间要求我们变的能力超凡，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次项目设计达到了它的真正目的。
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