挤压浸渗刹车盘模具设计.pdf

57模具工业2008年第34卷第11期挤压浸渗刹车盘模具设计刘永军,刘建秀,郑民欣,宁向可(郑州轻工业学院,河南郑州450002)摘要:分析了某刹车盘用挤压浸渗工艺成型的可行性,依据刹车盘零件图设计了挤压浸渗工艺的锻件结构,根据挤压工艺要求设计了刹车盘模具和模架,模具结构合理,生产的零件符合要求,且模架可用于不同类型的刹车盘模具。关键词:模具设计；挤压铸造；刹车盘；液态浸渗中图分类号:TG315.2文献标识码:B文章编号:1001-2168(2008)11-0057-05DesignofextrusiondiewithliquidinfiltrationforbrakediscLIUYong-jun,LIUJian-xiu,ZHENGMin-xin,NINGXiang-ke(ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou,Henan450002,China)Abstract:Thefeasibilityforformingabrakediscbyusingextrusioncastingandliquidinfiltrationprocesswasanalyzed.Theforgingstructurefortheshapingwasdesignedaccordingtothecomponentprofileandadiewasdevelopedbasedonrequirementsfortheextrusionprocess.Thediesetscanalsobeusedinextrusioncastingandliquidinfiltrationforotherbrakediscs.Keywords:diedesign；extrusioncasting；brakedisc；liquidinfiltration统、冷却系统参数,比如在满足流动平衡的前提下,注射压力可能会大一些,这也会带来一些问题,但是只要这样的注射压力不会带来过高的剪切速率或者其他注射方面的缺陷,那么可以认为该方案是可用的,此时就可以结束分析。注射成型CAE分析可以帮助进行方案评估,从而获得相对好的浇注系统方案和冷却系统方案。但是由材料数据、计算的数学模型、几何模型简化等带来的误差还是有的,这就要求必须结合实际注射情况来解决具体问题,以达到合理的参数设计。4结束语汽车塑料外饰件应用越来越广泛,塑件的表面质量和翘曲程度要求严格,增加了模具设计和制造的难度,应用CAE技术对产品注射成型过程进行模拟分析,可对产品的成型缺陷和成型质量进行预测,辅助完成注射模结构设计并对成型工艺方案的实施提供解决方案,避免实际生产中出现质量问题,提高生产效率,降低开发周期。注射模CAD/CAE技术的合理应用是解决汽车外饰件注射模设计和制造困难的有效手段。参考文献:1毕凤阳,党跃轩,翁江翔,等.CAD/CAE/CAM技术应用于材料成型专业模具方向学生毕业设计实践J.黑龙江教育学院学报,2007(11):190-191.2白利鹏,毕凤阳,周威.某型汽车前三角盖板塑料模具设计D.哈尔滨:黑龙江工程学院,2007.3齐晓杰.塑料成形工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,2005.4张维合.注射模具设计实用教程M.北京:化学工业出版社,2007.5李德群,唐志玉.中国模具设计大典(第2卷轻工模具设计)M.南昌:江西科学技术出版社,2003.6李德群,肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的发展概况及趋势J.模具工业,2005,31(7):9-12.7张春吉,唐跃.CAD/CAE技术在塑料模具设计中的应用J.现代塑料加工应用,2004,16(1):34-35.8张杰,申开智.塑料模具CAD/CAE技术的发展与应用J.现代塑料加工应用,2002,14(3):28-31.9徐金瑶,赵岩.CAD/CAE在产品开发及塑料注射模具设计中的应用J.机械研究与应用,2001,14(3):50-52.10王刚,单岩.Moldflow模具分析应用实例M.北京:清华大学出版社,2005.11王刚,单岩.Moldflow模具分析基础教程M.北京:清华大学出版社,2005.58模具工业2008年第34卷第11期收稿日期:2008-07-15。作者简介:刘永军(1982-),男,山东沂水人,硕士研究生,主要从事机械设计制造模拟仿真方面的研究,地址:河南省郑州市东风路5号郑州轻工业学院06级研究生信箱,(电话(电子信箱)。1引言挤压铸造又称液态模锻,是将一定量熔融金属直接注入敞口的金属模膛,随后合模,实现金属液充填,并在机械静压力作用下,发生高压凝固和少量塑性变形,从而获得毛坯或零件的一种金属加工方法。挤压铸造集中了铸造和锻造成型的优势,是实现能源节约的最好途径。挤压浸渗是先将陶瓷纤维或颗粒制成一定孔隙度的预制件,再将预制件置于挤压铸造模具型腔的指定部位,再浇入合金液进行挤压铸造,使液态金属在充型过程中,靠压力渗入预制件的空隙中,制成陶瓷材料局部增强的复合材料铸件。挤压浸渗法制备氧化铝纤维增强铝基复合材料时,在压力下增加铝合金液与氧化铝纤维的接触,有利于增强两者之间的润湿性。实验表明,复合材料具有较高的强度,氧化铝和基体之间的结合良好,界面产生一定的化学反应,可以促进氧化铝纤维与基体的结合。复合材料液态浸渗后直接挤压,具有消除缺陷、强化基体、改善纤维分布并避免纤维在成型过程中破断与损伤等优点。刹车盘是汽车行驶安全的重要保证,刹车盘性能的提高对于汽车的安全性和舒适性有重要意义。现根据某后刹车盘零件图设计了挤压浸渗工艺锻件结构,根据挤压工艺要求设计刹车盘模具和适合不同类型刹车盘挤压的通用模架。2工艺分析图1所示为某车后刹车盘零件图,刹车盘属薄壁类零件,原材料为铸铁,采用铸造后机械加工生产。由于刹车盘除内表面外均要进行机械加工,机加工时间长,成本高。随着对汽车刹车性能要求的提高,结合零件特点和加工工艺,决定采用挤压浸渗工艺制造局部增强的铝基复合材料刹车盘毛坯。由于挤压工艺可以达到较高的表面质量,只需对制造的毛坯进行少量的机械加工即可满足使用要求。由于铝合金有着优良的散热性能和减振性能,可以使刹车过程更加平稳舒适,为了达到耐磨性要求,必须进行强化,提高磨损部位的耐磨性。根据刹图1某车后刹车盘零件图车盘的使用要求,只有在与刹车片相摩擦的部位才要求刹车盘有较高的耐磨性,而其他部位不需要耐磨只要保证足够的强度就可以。因此,决定在刹车盘的摩擦部位安放纤维预制块,然后浇注加压最终制造出刹车盘锻件。纤维预制块的安放位置及刹车盘挤压成型示意图如图2所示。工艺过程:将模具预热到一定温度后,把预热好的纤维预制块放置于模具型腔内,浇注铝合金液,凸模在液压机的带动下压入凹模,保压一段时间后凸模上移,顶圈在推杆的作用下上移将锻件顶出,完成一个刹车盘的液锻过程。3锻件结构设计锻件结构是根据零件图并考虑挤压浸渗工艺特点设计的,它是验收锻件、编制挤压浸渗工艺、设计和制造模具的依据。设计锻件结构时,除了考虑合金的收缩率外,还要考虑锻件的位置、分型面、余量、脱模斜度、圆角半径等。根据图1所示零件图,锻件去掉了凹槽,5个安装孔由于深度较小、直径较大且形成孔的型芯不用于施压,安装孔可以用型芯直接成型。由于刹车盘要进行机械加工,要留出一定的加工余量。为了节省机械加工工时和节约材料,加工余量要减到最小。因液锻件外层液锻过程明显,晶粒细小,性能较好,故应尽可能减少机械加工。刹车盘各部分尺寸差别较大,加工余量也不应相同,加工余量在0.40.8mm。设计的刹车盘锻件如图3所示。4模具结构设计4.1模具结构模具结构应从刹车盘锻件的结构以及纤维预制块的安放位置两方面考虑。模具由凸、凹模和型芯三部分构成,型芯用型芯压板固定在下模板上。下模固定在液压机的工作台上,成型时,凸模对凹模中的合金液和纤维预制块直接加压,锻造过程结束后,59模具工业2008年第34卷第11期图3刹车盘锻件图锻件由顶圈顶出。4.2模具间隙模具凸、凹模配合间隙直接影响锻件质量和模具寿命。模具配合间隙过小,模锻时凸模与凹模容易卡死；配合间隙过大,液体金属会从间隙中溅出造成产品飞边和安全事故。按经验公式计算,模具凸、凹模单边间隙取0.2mm。4.3拔模斜度设计为便于脱模,保护模具表面,延长模具使用寿命,必须设计相应的拔模斜度；为了减少机加工工时必须减小拔模斜度；为了将锻件留在凹模内必须适当增大凸模的拔模斜度。综合三方面的因素,型芯拔模斜度取0.5,凸模拔模斜度取2。4.4导柱导套设计导柱和导套是液锻模的导向零件。导柱与导套组合是保证液锻凸模与凹模在整个液锻过程中正确定位,以确保凸、凹模间隙均匀。从生产批量、保证液锻件质量和延长模具使用精度等方面考虑,模具必须设计合适的导柱导套结构。4.5排气系统型腔内的气体在合金液充型时应能顺利排除,否则,因型腔内气体的阻碍,合金液不能顺利充满型腔,会产生气孔、缩孔等缺陷。模具除了通过凸模与凹模的配合间隙进行排气外,还必须在合金液最后到达的部位设置排气通道,合金液最后到达的部位在型芯的顶部,因此,必须在凸模上安放排气塞进行排气。4.6加热冷却装置液锻模的工作温度对于液锻件质量和模具寿命图2刹车盘挤压成型示意图1.凸模2.凹模3.型芯4.顶圈5.推杆6.型芯压板7.下模板8.纤维预制块9.铝合金液10.锻件60模具工业2008年第34卷第11期图4刹车盘模具结构1.定位销2.下模板3.型芯压板4.型芯冷却管道5.凹模冷却管道6.定位销7.导套8.导柱9.上模板10.排气塞11.螺钉12.凸模加热装置13.凸模14.内凹模15.外凹模16.凹模加热装置17.顶圈18.隔热板19.型芯20.型芯塞21.推杆有较大影响,液锻模应工作在相应的温度范围内,所以保证液锻模工作过程中的温度恒定