半金属刹车片模压模设计和制造毕业设计论文(编辑修改稿)

半金属刹车片模压模设计和制造毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

31 参考文献 32 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） １ 第 1 章 概论 课题来源、目的和意义 本课题来源于生产实际，主要是对 半金属刹车片的模压模具设计，并且得到了 材料力学、 塑料 模具设计及机械制造技术基础的综合训练。 同时， 掌握 汽车 半金属刹车片 的工艺优化及模具设计的流程、工艺重要参数选择及优化，并加深对计算机辅助绘图软件的了解以及加强查阅运用资料、手册的等主要方面能力的训练。 在这个过程中也可以加强自身对所学知识的运用以及分析问题和解决实际问题的能力、探求真理的创新精神和创新能力并受到工程设计与科学理论结合的初步训练等方面的能力。 模具设计和制造是我国经济 建设中的一项重要产业，起着振兴和发展我国模具工业的重要作用，正日益受到人们的重视和关注。 以汽车 半金属刹车片 为例，通过计算机设计模具结构及模拟 模 压过程并对其中的工艺和模具进行优化，可以大大缩短模具设计周期，提高产品设计的准确性，降低产品开发和模具成本。 尤其是在 模具 技术相对落后的中国，制造出优质的模具以及生产出高质量的 模压 产品势在必行。 国内外模具技术发展 现状 与趋势 国内外模具的 发展 现状 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。 70%的 零件都要依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求越来越高，结构要求也越来越复杂。 用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。 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 【 1】。 我国塑料模的发展极其迅速 ,30年已走过国外 90 年的历程 , 现已具相当规模 . 塑料模的设 计技术、制造技术 CAD 技术、 CAPP(Copmuter Aided Programed Proeedure / Proeess Planning)技术已有相应的涉猎和开发应 【 2】。 中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具 ,但一直未形成产业。 1988 年至 1992 年 , 国家委托中国模协和机械院在全国范围内组织了上百个模具企业和有关科研单位、大专院校 , 共同对模具关键技术进行攻关 , 取得了丰硕成果。 20 世纪 90 年代以来 , 中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用 CAD/ CAM 技术。 由于 CAD/ CAE/ CAM 的应用 , 特别是 20 世纪 80 年代开始中国许多模具制造厂从国外引进了许多软件 , 包括 压制 模、级进模、塑料模、压铸模、橡胶模、玻璃模、挤压模等相应软件 , 使中国模具设计制造湖北汽车工业学院毕业设计（论文） ２ 水平有很大提高 , 也产生了较大的经济技术和社会效益。 20 世纪 80 年代后期开始 , 中国模具工业发展十分迅速。 由于国民经济的发展对模具提出了越来 越高的要求 , 使国有模具企业有了很大发展 ,世界模具市场仍然是供不应求。 近几年 , 世界模具市场总量一直保持在 600 亿 650 亿美元之间。 美、日、法、瑞等国每年出口模具约占其 本国模具总产值的 1/ 3, 我国模具的出口量还不到总产值的 5%, 我国模具出口可以发展的空煎非常广阔 【 3】。 综上所述 , 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快 , 有些已达到或接近国际水平 , 由于我国模具制造基础薄弱 , 各地发展极不平衡 , 因此总体来看 , 与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比 , 差距还很大。 这主要表现在下列方面。 国内模具生产厂家，工艺条件参差不齐，差距很大。 不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。 模具的质量、性能依赖试模结果检验。 2. 标准化水平不高。 由于中国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。 3. CAD/CAE/CAM 技术刚起步。 在欧美 CAD/CAE/CAM 已成为模具企业普遍采用的技术而我国只是刚刚起步。 在冲模设计中应用 CAE 软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱和回弹等缺陷，我国只有少部分企业开始 CAE 技术的应用。 4. 缺乏相关人才。 我国传统教育方式对模具人 才的培养存在不足。 一些高校尽管在近几年内设立了模具专业，但由于受软硬件设施限制，培养出的学员实际技能不够。 而社会上各种各样的模具培训班，由于缺乏规范的职业标准，因此学员质量良莠不齐。 造成上述差距的原因很多 , 除了历史上长期以来未将模具作为产品得到应有的重视以及多数国有企业机制仍不能适应市场经济之外 , 还有下列几个主要原因 : 1. 国家对模具工业的政策支持力度还不够。 , 科研开发及技术攻关方面投入太少。 , 且配套性不好 , 利用率低。 、标准化、商品化的程度低 , 模具企业之间协作差。 5. 模具材料及模具相关技术落后 【 4】。 国内外模具的 发展 趋势 由于模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。 模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时， “小而专 ”、“小而精 ” 仍旧是一个必然的发展趋势。 从技术上来说，为了满足用户对模具制造的 “交货期短 ”、 “精度高 ”、 “质量好 ”、 “价格低 ”的要求，以下的发展趋势也较为明显。 展望我国模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对 某一类模具的设计制造水平；另一方面 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） ３ 要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。 要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力： 、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； 2..加速模具标准化、专业化、商品化生产； CAD／ CAM／ CAE、 RPM 等先进模具设计和制造技术； ，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。 本课题的内容和具体要求 本课题的内容 汽车工业是一个巨大的市场，新型高性能无石棉摩擦材料刹车片、离合器片是汽车不可缺少的零配件（易耗体），同样拥有巨大的需求和市场，且市场需求增长与汽车工业的发展息息相关（汽车产量和保有量决定了刹车片的产量，它与刹车片产销量之间存在很强的正相关关系），中国汽车工业的快速发展将直接带动摩擦材料（刹车片、离合器片）生产企业的更高速发展。 本课题对半金属刹车片模压模具进行设计，并根据图纸和模压工艺制造模具。 对 压制成型工艺 的 特点与 要求 压制成型又称为压塑、压缩或者压胶成型，主要用于成型热固性塑件的制件，还可以成型热固性塑性塑料制件。 其工艺的主要优点与制件的主要要求有如下几点： （一） 制件质量高 与热固性塑料注射或压注成型相比，制件的收缩率较小、变形小、各项性能比较均匀，塑料流动距离较短，收填料的定向影响少，制件案的尺寸变动和变形小，故力学性能稳定。 （二） 制件尺寸精度高 适用于流动性差的塑料，从而比较容易成型大型制件，尺寸精确，表面光洁，质量稳定，可换性好。 （三） 模具结构简单 与注塑成型等相比，使用的设备和模具比较简单。 制造费用低，制造周期短，维修方便。 特别适用于生产数量少的制件，可以降低成本。 （四） 不受塑料种类的限制 压制成型工艺基本上对每种塑料都能适用 【 5】。 刹车片的分类 有着汽车保护神之称的刹车片，不仅是刹车系统中重要零部件之一，更是汽车易损湖北汽车工业学院毕业设计（论文） ４ 件中的一种。 刹车片的好坏直接决定着汽车刹车效果，所以它的选择也就尤为重要。 目前，市场上的刹车片按成分技术来分主要分为以下三种： （一） 石棉型刹车片：其成分 40%60%是石棉。 石棉片的主要优点是廉价。 其缺点是：。 不符合现代环保要求。 通常反复制动会使热量在刹车片中堆积起，刹车片变热后，它的制动性能就会发生改变，要产生同样的摩擦和制动力需要更多的踩刹车次数，这种 现象被称为 “制动萎缩 ”，如果刹车片达到一定热度，将导致制动失灵。 （二） 半金属混合物刹车片：主要采用粗糙钢丝绒作为加固纤维和重要的混合物。 半金属片的主要优点是： 主要优点在于它的温控能力及较高的制动温度，同石棉型的传热性能差与制动盘、制动鼓的冷却能力差相比它们在刹车时帮助制动盘和制动鼓将热量从其表面上散发出去，热量被传递到制动钳及其组件上。 其缺点是： 压力来完成同样的制动效果， ，同时会产生更大的噪音。 ，会加快制 动钳、活塞密封圈和回位弹簧老化。 ，将会导致制 动萎缩和刹车液沸腾。 （三） 无石棉有机 物 NAO 型刹车片：主要使用玻璃纤维、芳香族聚酰纤维或其它纤维（碳、陶瓷等）作为加固材料。 NAO 片其主要优点是：无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用 寿命。 代表目前摩擦材料的发展方向。 所有世界著名品牌奔德士 /菲罗多牌刹车片使用的摩擦材料都是第三代 NAO 无石棉有机物材料。 能在任何温度下制动自如。 保护驾驶员生命安全。 并最大限度上延长刹车盘寿命。 目前市场上大 部分刹车片都是使用第二代半金属摩擦材料或石棉制造。 由于轿车行驶速度高于一般汽车，半金属盘式刹车片的制动摩擦面积小，这使得盘式刹车片比一般刹车片要承受更高的制动负荷，吸收更多的制动能量，经受更高的制动温度，且要有良好的制动性能，较好的耐磨性和热稳定性，从而保证足够的安全和寿命；另外，刹车片对对偶件的损伤及制动噪音要小等。 轿车盘式刹车片的典型结构是由钢背和衬片二者结合而成，钢背在刹车片中起着支撑和增强作用，使刹车片能够经受制动和传动时的冲击力和压力；衬片则起制动或传动的功用，刹车片制动性能的好坏主要是指衬片性 能的优劣 【 6】。 本课题的主要任务与要求 （一） 本设计中要注意的问题： 制件 的精度要求 与 配合。 （二）估 计预期的效果：通过本次设计，熟练掌握模具开发的基础知识 和工艺 ，并能熟练应用 UG、 AutoCAD。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） ５ 压制成型工艺过程 图 11 压制成型工艺流程图湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 6 第 2 章 制件结构分析及工艺方案 制件结构工艺分析 零件名称： 刹车片 材 料： 半金属混合物 衬片 与 钢背 板 厚 度： 17mm 半金属混合物 摩擦片 的 原料 成份 (%)（质量分数） 如表 所示 表 半金属摩擦片 的 原料 成份 序号 原料名称 质量百分比 /% 1 钢棉 20 2 酚醛树脂 10 3 人造石墨 10 4 超细硫酸钡 20 5 黄铜纤维 2 6 煅烧氧化铝粉 2 7 煅烧石油焦 5 8 超细氧化铁粉 5 9 软性泡沫铁粉 5 10 硫化 锑 3 11 棕刚玉 4 12 粘胶纤维 3 13 黄铜粉 5 14 硫化锌 5 15 芳纶纤维 1 图 21 刹车片 产品图 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 7 本制件的形状结构比较简单，制件材料为 半金属混合物与钢背板之间的 粘合 ，料厚为 17mm。 其中，半金属混合物的厚度为 11mm，钢板的厚度为 6mm，具体形体尺寸如图。 半金属混合物衬片的表面精度为 8级，模具的精度应高于制件的精度等级 23级，因此模具的精度等级取 6级，部分零件（比如：凸模与凹模）之间的配合公差等级可以取 5 级。 钢背板的表面粗糙度是 ，并且此板事先要用线切割 切出来，然后在压缩模装配时放入凹模内，然后再在加料腔里加入粉料进行加热压缩固化成型。 该制件的形状相对来说较为简单， 压制 部分也比较规则 ， 从技术要求和使用条件上看，该制件精度、刚度、强度要求较高，该工 件压缩工艺性比较好。 但是，半金属摩擦片的材料成分比较复杂，不宜直接计算它的密度、比体积、压制成型压力、压制成型温度以及成型收缩率等加工过工艺参数。 姑且认为成型压力、压缩率和比体积较大，为了实现制件的生产，宜采用预压模将混合物先压制成锭块，以达到减小压制模的成型压力。 同时，采用预压模，可以降低压制模的加料室的高度，增加制件的密度，保证制件的组织紧密均匀。 这种工艺方案既满足使用性能和成型工艺的要求，又做到结构合理，造型美观，便于制造。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 8 制件工艺方案的确定 主要设计内容 本课题主要是对 刹车片 进行 工艺 分析并进行模具三维造型及二维图的设计，从而达到提高学生的模具设计水平，提高综合运用大学所学的知识的能力，为将来工作奠定基础，积累经验。 工艺 设计方案 该制件形面较为简单，不需要多个工序方能做出复合要求的制件。 但是 ，只有对工序进行合理的组合以及对 压制 顺序进行合理的安排，才能保证产品的质量，提高生产效益，满足大批量生产要求。 本设计为 小 批量生产的 刹车片压制 工艺方案。 由于在 小 批量的生产时 刹车片压制 工艺方案的关键在于考虑 生产的成本 ， 在保持优良性能的 情况下，使用大量价格低廉的材料，使得这些材料的价格比较便宜。 综合该产品的形状及工艺分析可以初步的定义几种设计工艺方案 ，如图 2 2 23： 图 22方案一 预压模 示意图 方案一： 带有 加料板的 半开式 预压模 —— 半开式压制模 上模座板 凸模固定板 上凸模 导板 凹模固定板 下模座板 凹模 加料板 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 9 图 23方案二 预压模 示意图 方案二： 带加料板的预压模 的半开式预压模 —— 半开式压制模 图 24方案三预压模示意图 方案三： 不带加料板的半开式预压模 —— 半开式压制模 工艺方案的选择 从生产率、模具结构和寿命方面考虑 了 坯料 预压 成形和 压制成型 的 同时， 刹车片取件 ， 加工工艺性 等因素，进行如下的分析： 方案一 ： 本方案的特点是模具都采用 一模一件 ，这使得模具结构相对简单， 而且带有加料板作为加料室型腔，兼有敞开式和半敞开式这两周种模具的多数优点。 主要结构如图所示，主要由凹模、凸模和加料板组成，加料板与凹模合在一起构成加料室。 上模座板 凸模固定板 凸模 加料板 导板 凹模固定板 凹模垫板 凹模 上模座板 凸模固定板 凸模 导板 凹模 下模座板 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 10 加料板是一个浮动板，适用于高压缩的塑料，且制件密实性好。 但是其缺点是： 凹模的 加工困难，难以实现，而且凹模边缘处的毛刺等不易清除； 由于 刹车片 的形状原因，导致 取件不容易实现 ，并且开模后挤压边缘上的废料不易清除，最后 生产效率变低，提高了生产成本及生产周期。 方案二 ： 与方案一相比，方案二中 的凹模进行了改进， ， 凹模完全是由线切割制成，更加容易实现模具的机械加工，加工工艺更加简单，同时，模具下压的时候，预压塑料因为密实性降低，多余的空气会从凹模与凹模固定板的配合的间隙之间排除，而且在开模后可以手动取件，实现取件难得问题。 但是，模具的数量增加，模具成本增加，而且，由于凸模的缘故，造成力学强 度降低，刹车片的密实度难以保证，有可能造成预压模所施的压力将全部作用在制件的边缘上，塑料的溢料部分不易清除。 方案三 ：， 方案三相比于方案一和方案二而言，有如下几个优点 ： 模具结构简单，模具制造费用低，制造周期短，维修方便。 由于是试制新产品， 在一定程度上 可以缩短试制周期，降低了成本。 制件尺寸高，模具的加料室只有凹模与凸模两部分，在一定的程度上减少了飞边的形成，比较容易成型尺寸精确、表面光洁、质量稳定的制件。 相比于前两种方案，它的成型面积比较小，因此成型所需要的成型压力也比其他方案的小，同时，材料损耗 少 ，塑件密实性好，飞边在垂直方向，易于去除。 由于无加料板，安装嵌件比较方便。