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任务书毕业设计（论文）题目 新型风力发电机制动片模具设计 毕业设计（论文）工作内容与基本要求（目标、任务、途径、方法，应掌握的原始资料 （数据）、参考资料（文献）以及设计技术要求、注意事项等）（纸张不够可加页）1.设计背景： 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74109兆瓦，其中可利用的风能为2107兆瓦。中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。 制动衬垫是制动器的一个重要零部件，制动性能好、坏对其有直接的关系。风力发电机上使用的制动衬垫与普通的工业制动器有很大区别：风力发电制动衬垫要求产品能在风沙、雨雪、盐雾等恶劣的气候条件下保持稳定的性能；要求产品寿命能达到10年以上的工作周期；要求产品保证良好的耐磨性同时对被动盘的损伤小；要求保证适中稳定的摩擦系数等。 本设计的依托项目是采用粉末冶金法研制新型风力发电机制动器衬垫。粉末冶金是制取金属粉末并通过成型和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料，但模具的设计比较复杂昂贵。本设计内容粉末冶金模具，是制备制动器衬垫的必要设备，制品的尺寸精度与成型或精整模具尺寸精度密切相关，特别是异型复杂、集合尺寸精度高地零件，其精度主要靠模具保证。因此，本设计主要解决制动器衬垫的模具设计。2.设计目标： 设计出大批量生产用制动器垫片粉末冶金成型模具和精整模具 3.设计要求： 1) 前期调研，编写开题报告，文献综述； 2) 整形模设计计算； 3）成型模设计计算； 4) 绘制模具结构及装配图； 5) 设计计算说明书1份(不少于8000字)； 6) 包含本次设计的所有内容的光盘一张。 5.主要参考资料： 1 印红羽，张华诚.粉末冶金模具设计（第二版），机械工业出版社，2002. 2 黄培云，粉末冶金原理，北京：冶金工业出版社，1982 3 韩凤麟等.中国模具设计大典：.江西科学技术出版社，2003. 4 韩凤麟，粉末冶金机械零件，北京：机械工业出版社，1987. 6.时间进度安排： 第1周：对课题进行调研、完成开题报告； 第2-4周：完成文献综述与专业相关的文献翻译； 第5-10周：进行模具设计计算，并绘制装配图和零件图； 第11周：完成设计说明书的编制； 第12-13周：修改论文与图纸，准备答辩； 第14周：答辩。 毕业设计（论文）时间： 20xx 年 2 月 13日至 20xx年 5月 15 日计 划 答 辩 时 间： 20xx 年 5 月 19 日工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字；毕业论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件）。 提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计（论文）撰写规范及有关要求，请查阅黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册。专业（教研室）审批意见：审批人（签字）：单位代码 学号 分 类 号 密 级 XX大学毕业设计说明书新型风力发电机制动片模具设计院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程学生姓名指导教师20xx年05月15日开题报告表课题名称新型风力发电机制动片模具设计课题来源教师拟订课题类型AX指导教师学生姓名专 业材料成型及控制工程学号一、调研资料的准备1. 粉末冶金工艺工艺概述2. 粉末冶金工艺的优点及制品3. 粉末冶金模具设计概述及基本原则4 .粉末冶金模具设计基本原理及步骤二、设计的目的与要求本课题的主要目的是运用大学四年所学的专业基础理论和专业知识分析和解决工程技术实际问题,同时进一步提高工程实践能力。课题主要内容要求采用粉末冶金法研制新型风力发电机制动器衬垫。为此，需要到工厂及有关部门进行调研和实习，收集有关生产信息和资料，为本课题的完成做好必要的准备。三、设计的思路与预期成果1设计的思路：首先查询大量相关资料并熟悉粉末冶金工艺基础知识，对毕业论文进行总体方案的拟定。然后根据粉末冶金模具设计的方法、原则及步骤设计出风力发电制动片的基本模具结构。最后后再根据毕业设计时间的安排，在老师的指导下进行设计，有不懂之处在第一时间与导师进行联系。2预期的成果：开题报告，毕业论文，文献综述，外文翻译。四、任务完成的阶段内容及时间安排第1周：对课题进行调研、完成开题报告； 第2-4周：完成文献综述与专业相关的文献翻译； 第5-10周：进行模具设计计算，并绘制装配图和零件图； 第11周：完成设计说明书的编制； 第12-13周：修改论文与图纸，准备答辩； 第14周：答辩。 五、完成设计（论文）所具备的条件因素计算机，图书馆现有的有关粉末冶金工艺和模具设计的资料及研究成果，多向导师请教，按照开题报告上所作安排的时间进程，严格要求自己；按照导师要求及毕业设计（论文）手册的规范完成毕业设计任务。指导教师签名： 日期： 课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供课题类型：（1）A工程设计（艺术设计）；B技术开发；C软件工程；D理论研究；E调研报告 （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。新型风力发电机制动片模具设计摘 要随着经济的发展，粉末冶金技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有模具加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。由于粉末冶金工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在汽车、轻工、电机电器、家用电器，航天航空，以及日常生活用品等行业应用越来越广泛。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，粉末冶金模具作为现代高速成型技术在工艺装备中起到越来越大的作用。本设计的依托项目是采用粉末冶金法研制新型风力发电机制动器衬垫。本设计内容粉末冶金模具，是制备制动器衬垫的必要设备，制品的尺寸精度与成型或精整模具尺寸精度密切相关，特别是异型复杂、集合尺寸精度高地零件，其精度主要靠模具保证。因此，本设计主要解决制动器衬垫的模具设计。关键字：粉末冶金；制动片；模具设计。The new wind turbine brake pads mold designAbstractWith the development of economy, powder metallurgical technology is widely used in national economic sectors, almost all mold processing production, it is not only closely related with the machinery industry, but also closely connected with peoples life. Because of powder metallurgy process with high efficiency, stable quality, low cost and can be processed with complicated shapes advantages, such as cars, light industry, motor in electrical appliances, household appliances, aerospace, and daily necessities, etc. With the continuous development of industrial products, and constantly improve the level of production technology, powder metallurgy mould as modern high-speed molding technology in the process of equipment have played more and more important role. The design of a hole, blanking mould. After data access, first to press before suppressed process analysis, the process analysis and contrast, using one-way pressing process, based on the quality, density, press with diameter of such height, preliminary determination of rods, Yin mold and die. To analysis the press processing machine type selection for the design of the mould. The design that will die after each type of work will die parts design process, draw the part of assembly and die.Key words: Powder metallurgy, Eccentric, Mould design. 单位代码 学 号 分 类 号 密 级 XX大学 毕业设计 文献综述 院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名 指 导 教 师 20xx年 03 月20 日粉末冶金模具发展研究现状和应用技术1粉末冶金模具设计原理及方法1.1 粉末冶金工艺概述及制品粉末冶金是制取金属粉末并通过成型和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末混合成制品的加工方法，既可制取普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料相比，具有以下优点点：（1）材料利用率高。用一般切削加工方法制造机械零件时，材料利用率约为40%到50%，甚至更低，而粉末冶金方法的材料利用率可达95%以上。（2）生产效率高。随着粉末冶金压制设备和烧结设备的自动化程度提高，一台粉末冶金专用压机，产量通常为1000至10000件。（3）节约有色金属。由于粉末冶金的几何形状非常接近实际产品的要求，因此后续加工少，甚至不需要加工；同时在减摩材料领域多孔铁可替代青铜等。（4）节省机床。节约切削加工机床及其占地面积。粉末冶金机械零件是目前粉末冶金工业的主导产品，其主要包括烧结金属含油轴承、烧结金属结构零件及烧结金属摩擦材料制品等。粉末冶金机械零件先后经过了形状简单且力学性能较低的含油轴承等制品，随着温压、等静压等新技术的开发，制造的粉末冶金结构零件形状越来越复杂，力学性能也越来越高1。1.2 粉末冶金模具概述及其基本原则为了发挥粉末冶金工艺具有的材料消耗低、少、无、切削，生产效率高等特点，形成了众多的粉末成型方法，其模具种类也多种多样，应用最广泛的是压模、精整模、锻模。粉末冶金模具设计关系到制品生产的质量、成本、安全、生产率和自动化等问题，从而提出了对模具设计的基本原则：（1）保证坯件达到几何形状、精度、和表面粗糙度、坯件密度及其分布等三项基本要求。（2）合理设计模具结构和选择模具材料。保证模具零件具有足够高的强度、刚度、硬度、高耐磨性和使用寿命，便于操作调节，安全可靠，尽可能实现模具自动化。（3）注意模具结构和零件制造的可加工性和成本问题。逐步实现模具的通用化、系统化、采用通用模架和通用零件，提高设计效率，实现部分模架零件的批量生产，提高模架质量，降低模具总成本2。1.3 粉末冶金模具设计基本方法粉末冶金模具设计的基本方法：（1）掌握有关设计资料，作为模具设计依据。包括制品图纸及技术要求，制品生产批量及工艺流程、工艺参数、压机类型及技术参数；模具加工设备及能力；了解模具在使用中曾出现的问题等。（2）根据制品图纸进行压坯设计，选择压机和压制方式，设计模具结构图纸，分析是否用于粉末冶金方法生产。（3）模具材料选择及要求，由于压模、精整模、锻模都是在较高压力下工作，模具工作表面要承受严重的粉末摩擦，特别是锻模在较高温度下工作，承受冲击载荷。因此，主要模具零件材料应具有高强度、高硬度和高耐磨性；高的刚度和小的膨胀系数；优良的热处理性能和一定韧性；较好的机加工性能。粉末冶金模具的主要零件为：阴模、芯模、模冲。阴模材料一般选用工具钢、抵哈金工具钢、高速钢和硬质合金。芯杆材料可选择与阴模材料大致相同。只是热处理硬度低与阴模，特别对细长芯杆更具有较高韧性。模冲的工作条件主要要求材料具有良好的韧性，一般选择低合金工具钢、炭素工具钢、青铜等。辅助零件模套、压垫、模座、顶杆、控制杆、模板等选用45号、50号或40Cr、GCr15。锻模材料要求高温强度高，热处理后硬度比压模低。一般采用3Cr2W8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV等模具钢。（4）模具主要零件尺寸的计算方法，关键在于正确选择设计参数（如弹性后效、烧结收缩率、精证余量、机加工余量）。由于粉末成分和性能、工艺条件和设备不同，实际生产中会引起设计参数的一定变化，要求在选择时留有可调节的余地才能保证模具零件尺寸计算准确。（5）绘制模具装配图和零件图，合理提出模具加工技术要求3。2 粉末冶金模具的发展现状及CAD/CAM/CAE应用现状在现代科学技术发展史中，粉末冶金技术的发展具有十分重要的作用。粉末冶金已经被公认是一门制造各种机械零件的重要而经济的成型技术，它具有获得最终尺寸和形状的零件，不需要或仅需要很少的机械加工特性。粉末冶金零件是粉末冶金工业的主导产品，是重要的机械基础件。作为一种高效、优质、粳米、低耗、节能制造机械零件的先进技术，粉末冶金适合于大量生产各种机械零件，特别使用一般方法难以加工的形状复杂的零件，因而具有极大的竞争力。随着经济全球化和科学技术的迅猛发展，粉末冶金技术也得到了前所未有的发展，我国粉末冶金行业已经发展成为一个具有相当生产规模的新兴行业。“八五”以来，我国粉末冶金制品的总产值已增长了3倍多，产量也超过3倍，38家骨干企业共完成粉末冶金零件产量24463t，工业总产值80987.8万元，产品销售收入66938.9万元，利润总额1607.2万元，基本满足了国家重点产品的配套需求，在国民经济中的地位和作用有了较大的提高。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平和产品开发能力。无论是在汽车工业中的新车型的开发与批量生产，还是机电及家电和轻工业产品等都与模具制造技术业息息相关。对于粉末冶金行业也毫不例外，模具是发展粉末冶金机械零件的关键之一，制品的尺寸与成型或精整模具尺寸精度密切相关，特别是一行复杂、几何尺寸精度高的零件，其精度主要靠模具保证。成型或精整模具精度依赖于模具的加工精度和设计参数选用的准确性，大批量生产时还与模具的耐磨性有关，就目前有限的资料来分析，在粉末冶金模具工艺技术方面，国内外先进水平的粉末冶金模具技术发展到今天，亦可作出精度达IT6级，使用寿命长达10万件/套以上的高品质模具。粉末冶金模具今后的研究方向荏苒是在模具材料、加工精度、模具寿命、模具CAD/CAM/CAE、快速响应制造技术等方面，以及对粉末冶金产品的快速开发与生产以及快速响应市场需求，并提高产品品质和降低生产成本。随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计日益受到人们的广泛关注，已形成一个行业。但我国模具行业缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期短、寿命短、供不应求的现状。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，每年需要花几百万、上千万美元从国外进口，制约了模具工业的发展，所以大力发展模具工业势在必行4。为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模具行业推荐适合模具企业使用的CAD/CAE/CAM系统。模具设计和加工使用的CAD/CAE/CAM系统，不要求系统十分庞大，但对某些方面要求较高，如曲面造型、三轴数控加工等。一些国外的CAD/CAE/CAM系统，虽然具有强大的三维曲面造型、结构有限元分析、计算机辅助制造和产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难于承受。目前在国内应用的主要软件有美国PTC公司的CAD/CAE/CAM集成化系统PRO/ENGINEER、美国EDS公司的CAD/CAM软件UG-5、法国MATRA-DATAVISION公司的集成化软件6、美国SOLIDWORKS软件7、美国CV公司的CADDS5软件、美国SDRC公司集成化CAD/CAE/CAM软件8、英国DELCAM公司CAD/CAM软件DUCT，以色列CTMATRON公司的三维CAD/CAM软件CTMA-TRON9、美国AC-TECH公司的注塑模CAE分析软件C-MOLD、澳大利亚MOLDFLOW公司的注塑模CAE分析软件MF，国内华中理工大学模具技术国家重点实验室的注塑模CAD/CAE/CAM集成化系统HSC3.1、北京航空航天大学软件工程研究所CAD/CAM软件CAXA和河南工业大学注塑模CAE分析软件Z-MOLD等10。对于国内一些大型模具企业，他们的CAD/CAM应用状况多停留在购买国外先进的CAD/CAM系统和设备上，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低。对于国内一些中小型模具企业，则很少应用CAD/CAM，有些仅停留在以计算机代替固板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反映使制造出的模具产品质量高、成本低，即达到敏锐制造的目的。3 国内今后的发展研究方向通过“七五”“八五”“九五”技术改造，我国粉末冶金行业技术水平以后有较大的提高。部分企业通过引进国外先进技术，先进设备，与国外合资等方式是企业技术水平、装备水平迅速向国际先进水平靠拢，其中个别企业已接近世界先进水平，发展相当迅速。但是，我国整体上发展很不平衡，还有很多企业规模较小，技术装备落后，经济效益较差。今后我国粉末冶金模具工业的技术发展趋势主要有以下10个方面：（1）粉末冶金工艺与模具结构的改进。通过企业引进，购置国外粉末成型压机，烧结炉、模具加工和测试设备及消化吸收、改造设备的使用，以确保零件的尺寸精度、几何形状精度、外观和内在质量并节约材料。（2）模具的大型化和集成化。今后用模具成型零件将日渐大型化。为了提高生产率，一模多腔（有的已达到几百腔）、一模多工序复合加工、一模出多个零件及组件，这种大型化、集成化的模具日益增多。（3）复合加工技术，将机械-电-化学-超声波-激光等技术综合应用于模具加工，可取得比单一工艺加工更好的效果，有利于提高加工效率和质量。（4）快速经济模具。快速经济模具由于制造工艺简单、精度易控制、价格便宜、制造周期短，特别适用于多品种少批量生产的产品。（5）在模具制造中选用优质模具和应用表面处理技术。在整个模具价格构成中，材料费占的比例不大，一般只占20%左右。因此，选用优质钢材和应用相应的表面处理技术提高寿命，会越来越受到模具企业的重视。（6）在模具设计制造中计算机应用技术将得到进一步发展，计算机技术辅助设计和辅助制造（CAI/CAM）技术是模具技术发展的一个重要里程碑。进一步开发软件提高设计制造的自动化程度是今后上网主攻方向。模具CAD技术应用的ASP模式，将成为发展方向。（7）采用高速铣削和超加工技术。由于调整铣削可大幅度提高模具制造的工效，降低成本及改善表面粗糙度，因此模具加工已越来越多的采用高速铣削。国内已开始应用。（8）研磨抛光技术向自动化方向发展。用带来磨具磨损补偿送进装置的数控自动化研磨来逐步代替手工劳动，是今后的发展方向。日本仔这方面已经取得了初步的成绩。当然，自动化研磨机不可能代替全部手工劳动，研磨抛光也还有许多其它行之有效的办法。（9） 模具加工系统的研制和发展。模具自动加工系统具有如下特性：多台机床合理组合；配有随行定夹具或定位盘；有完整的数控极具、刀具库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统8、12。4 结语综上所述，从我国国情出发，认真面对粉末冶金模具工业发展的现状，加快模具CAD/CAM技术的推广，建立起一套软件开发、使用评价维护体系，形成区域规模优势，相互交流与协作，组成行业集团，尽快与国际接轨，参与国际竞争。同时把协同创新设计、激光等先进技术应用到模具行业中去。我们有理由相信，随着中国经济的不断发展，粉末冶金模具行业将逐渐与国际接轨，适应国际CAD/CAM的要求，创造出具有中国特色的模具设计制造模式11。参考文献1 褚东宁.我国粉末冶金模具用钢的现状和发展J.粉末冶金工业，2001.12 杜永立.粉末冶金模具J.模具制造技术，2004.23 印红羽，张华诚主编粉末冶金模具手册M.机械工业出版社，20024 凤麟，粉末冶金机械零件M.机械工业出版社，20015 黄培云，粉末冶金原理M.北京：化学工业出版社，20016 韩向东，陈炜.基于网络的模具CAD/CAE/CAM一体化系统的研究J.农业机械学报，20017 杜鹃.CAD/CAE/CAM技术在模具生产中的应用J.机械设计与制造，20038 繆德建.模具制造中CAD/CAM/CAE/CAT的应用J.模具技术，20029 王 颖.CAD技术在模具行业的应用及其发展方向J.天津理工院学报，200310 韩向东，陈炜.基于网络的模具CAD/CAM/CAE/一体化系统研究J.农业机械学报，200111 金家敏，提高我国粉末冶金零件质量的浅见J.粉末冶金技术，200212 行业预测，我国模具工业十大发展趋势J.模具技术，2000. 单位代码 学 号 分 类 号 密 级 XX大学 毕业设计 文献翻译 院（系）名称 工学院机械系 专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名 指 导 教 师 20xx年 03 月20 日美国专利 专利号 ：4956316专利日期：1990.9.11碳化硅晶须的分散处理发明人：Linda C, Sawyer, Cahatham,N.J.摘要碳化硅晶须用于增强陶瓷复合材料，晶须以水性硅烷为分散剂，该分散剂包含硅烷反应的碳氢化合物、活性水解团体和阳离子润滑剂，其PH值约3.5至约6。 晶须可以在分散前同时混合陶瓷粉形成复合材料，陶瓷粉和水性硅烷分散。允许分散的陶瓷复合材料分类和选择特定的长宽比分布。分散允许使用高百分比的碳化硅晶须，其纯度大于99%的密度。1 碳化硅晶须的分散过程一般来说，本发明涉及晶须增强陶瓷复合材料及其制备，更特别的是，能使单晶碳化硅晶须更均匀地分散其中，以提高陶瓷等复合材料的断裂韧性和断裂强度。最近的重点放在使用陶瓷材料热引擎结构元件耐高温和转换系统,如涡轮机。在这类应用中所使用的陶瓷的断裂韧性是一个重要的考虑因素。除了铝臭氧的氧化锆和部分稳定的氧化锆，传统的陶瓷材料有相对低的断裂韧性。利用单片陶瓷材料，如碳化硅，氮化硅，微粉和莫来石来制造热力发动机以及其他高温转换系统中使用的结构部件，为了提供可接受的断裂韧性，需要使用缺陷非常小的陶瓷元件，例如小于50m左右。然而，在结构部件，尤其是复杂的配置，这样的小缺陷尺寸即使采用无损检测技术来测定都难实现。在解决缺乏足够的断裂韧性陶瓷材料的过程，包括例如纤维增强复合材料的发展中，石墨纤维增强陶瓷断裂韧性和强度的作用令人印象深刻,但是当遇到碳纤维和陶材料之间发生氧化反应引起的温度升高时，这些石墨纤维的作用有可能被削弱。另一方面，虽然使用无机纤维如碳化硅和短纤维来增强陶瓷材料已经取得了一些成功，但是也遇到了一些损坏其使用的问题。例如，传统的碳化硅长丝或短切纤维使连续的多晶结构的生产遭受相当大的退化，由于粮食生长在温度以上约1250，这严重限制了其在高温制造工艺中的使用，如热压理论密度的陶瓷复合材料。在高压力负荷条件下，如遇到在热压过程中，多晶纤维进行分裂，这将有损于加强纤维复合陶瓷的性能。同时，例如，传统的碳化硅长丝或短切纤维使连续的多晶结构的生产遭受相当大的退化，由于粮食生长在温度以上约1250，这严重限制了其在高温制造工艺中的使用，如热压理论密度的陶瓷复合材料。此外，在高压力负荷条件下，如遇到在热压过程中，多晶纤维进行分裂，这将有损于加强纤维复合陶瓷的性能。同时，这些多晶纤维提供最给材料足够的抗开裂能力，这是因为纤维延伸穿过裂缝或断裂面从而使材料拥有足够的抗拉强度来抑制裂纹扩展，尤其是通过抑制裂纹扩展所受到的升高的压力和热压温度。另一方面，由于晶须吸收断裂能量的能力，使用单晶碳化硅陶瓷复合材料晶须可以提高陶瓷复合材料的断裂韧性。当裂纹遇到晶须，晶须就会通过裂纹偏转，裂纹的桥接以及裂纹的“拉出”来增强复合材料的性能。在陶瓷基断裂期间，晶须的“拉出”发生在碳化硅陶瓷基的开裂处，由于开裂处提供了规定的径向拉应力，因此它的抗裂强度相对较低。由于裂纹前段传播到复合材料，跨越裂纹线及裂纹两侧的陶瓷基的晶须要么通过使裂纹增长要么通过裂纹传播来通过矩阵。由于单晶SiC晶须具有足够的拉伸强度，以抵抗压裂，他们必须通过拉伸矩阵来传播裂纹。由于这些晶须拉伸矩阵，它们适当地桥接了裂纹面上的压力和有效地降低了裂纹尖端的应力强度，以吸收开裂能源。因此，晶须的“拉出”有效地降低了这种复合的趋势，同时也抑制了裂纹的扩散。不幸的是，碳化硅晶须增强陶瓷复合材料仅显示了在陶瓷未增强的断裂韧性方面的有限的改善。例如，氧化铝的断裂韧性约4 MPa.m1/2，而SiC晶须增强氧化铝的断裂韧性约8-10 mPa.m1/2。连续纤维氧化铝复合材料断裂韧性则高达25 MPa.m1/ 2。不合格的改善可能的原因之一，可能是晶须在复合材料的非均匀分布，使复合材料的断裂强度是有限的。典型的混合和分散在陶瓷粉末SiC晶须的方法涉及在液体介质中，如酒精或水使用高剪切超声波均质混合。更详细的沉积技术也被用来均匀地分散在陶瓷粉中的晶须。不幸的是，由于晶须的大小和形状，尤其要广泛的长宽比分布的接收和生产，晶须作为凝聚和形成的团块，通常被称为“鸟巢”。混合技术在提供的晶须均匀分散在陶瓷基方面并没有发现很大的成功，晶须的积聚和原来陶瓷基不均匀致密的复合仍在观察中，从而导致了在低断裂韧性的复合材料方面的缺陷。此外，由于严重的晶须聚集，使晶须和陶瓷基的均匀混合困难，形成的陶瓷复合材料晶须的水平降低。显然，如果不能晶须的装载量不足，将不能获得陶瓷断裂韧性的大幅改善。使用陶瓷复合材料晶须的另一个缺点是，商业可用的晶须在一个批次上有广泛的长宽比，在约5到90不等。鉴于晶须的特点容易聚集，在可能的情况下，根据晶须的大小分类或分离是非常困难的。如果晶须须可以提供较窄的范围内长宽比，这可能减少结块，从而增加复合时晶须的装载水平，从而是复合材料中的晶须装载水平达到最佳规模。但是，晶须的分类是不能完成的，以为没有良好的团聚和分散。因此，改善晶须分散，将改善SiC晶须增强陶瓷复合材料的强度和韧性。这样的改进，是本发明的基础和首要目标。2 本发明的概要按照目前的发明，在碳化硅晶须分散的过程中将提高碳化硅晶须的团聚和改善碳化硅晶须的分散。改进的碳化硅晶须的分散通过在水中分散的晶须，包括一个硅烷公式，阳离子的润滑剂和酸调节pH硅烷硅烷用于在分散有结构性公式：RN-SiX4-N其中R是一个非功能性的碳氢化合物组，最好是烷基，X是解组，最好氧基，n是一个从1到3的整数。据认为据认为，公式中所描绘的硅烷与硅或氧化硅的反应，在SiC晶须表面形成一层薄膜，限制粘附和保持晶须。非功能性硅烷不作为偶联剂和本身或晶须表面没有反应。阳离子的润滑剂提供晶须表面具有低的表面张力和疏水性能，这被认为是实现晶须的分散性好的重要条件。一般来说，用含5%到60%的碳化硅晶须的混合陶瓷粉末可以形成陶瓷复合材料。碳化硅晶须可以同时和陶瓷粉末及水分散剂混和，或者首先分散、干燥碳化硅晶须，然后再和陶瓷粉末混合。后者的一个优势是，晶须的分散可以相应地分离在混合前的大小和长宽比。在任何情况下，至少有明显的高于20%的晶须负荷能够随时索取，提供令人满意的晶须的分散和团聚。SiC晶须的高负荷，显着的改善了陶瓷复合材料的断裂韧性。陶瓷复合材料的制备通过热压混合均匀的陶瓷颗粒粉末和碳化硅晶须，或者通过挤压成型或者注塑成型，使一些有机粘合剂添加到陶瓷和碳化硅晶须的混合物中。3本发明的详细说明一般如上所述，本发明是针对分散碳化硅晶须的过程，特别是均匀分散在陶瓷基碳化硅晶须形成晶须增强陶瓷复合材断裂韧性的改进。按照本发明，碳化硅晶须的分散是在硅烷分散剂的作用下实现的，其中包括硅烷，阳离子的润滑剂和酸。碳化硅的首先是在硅烷分散剂中聚集，然后添加陶瓷颗粒形成复合材料，或者碳化硅晶须、陶瓷颗粒、硅烷分散剂可以同时混合。一旦形成和干燥后， 如果有必要，混合物通过热压，挤压或成型等传统的方式形成陶瓷碳化硅晶须复合材料。陶瓷材料是有用的，特别是用于制造本发明的陶瓷复合材料莫来石，氮化硅，堇青石，氧化锆，碳化硅。这种陶瓷材料的清单不是企图限制发明的，因此，任何和所有能够转换成粉末的陶瓷材料都可能会发现并在本发明中使用。在本发明中所使用的SiC晶须是含有，和混合和测试阶段的碳化硅单晶，晶须平均直径约0.6-2微米，长度约10-80微米。这是首选的晶须的长宽比小于约30微米。最好的SiC晶须的长宽比在约5至20微米之间。本发明允许SiC晶须团聚，因此，使陶瓷晶须复合材料均匀分散的水性分散剂包括一个定义如下，阳离子的润滑剂、控制pH值的酸和硅烷分散剂。这是在分散使用硅烷公式：Rn-SiX4-N。其中R是一个非功能性的碳氢化合物组，X是解组，n是一个从1到3的整数。最好烃R从低级烷基，芳基，低烷基中选择。特别是优先考虑的是，R是甲基，乙基或丙基。由公式可以表示解组X - 或其中R可以是氢，低级烷基，芳基，低烷基。最好X是较低的，如甲氧基，乙氧基或丙氧基烷氧基团。硅烷则特别优先考虑甲基三甲氧基硅烷。在本分散发明中使用的阳离子润滑剂是那些常用的玻纤行业的润滑剂，通常除了作为尺寸组成，还提供表面的疏水性能。再次，据推测，碳化硅晶须表面（氧化物）的行为类似玻璃纤维的表面（氧化物），显示了阳离子或离子的亲和力。商业的润滑剂大多是阳离子表面活性剂，其中阳离子基团通常是胺，酰胺或季铵盐组由脂肪酸或其他润滑组附加组成。这些阳离子润滑剂大部分根据商号销售， 其中只有一般化学材料说明是众所周知的。下面是阳离子润滑剂，一个可以用于资源制造和化学鉴定的几个例子。51新型风力发电机制动片模具设计新型风力发电机制动片模具设计摘摘 要要随着经济的发展，粉末冶金技术应用范围越来越广泛，在国民经济各部门中，几乎都有模具加工生产，它不仅与整个机械行业密切相关，而且与人们的生活紧密相连。由于粉末冶金工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状工件等一系列优点，在汽车、轻工、电机电器、家用电器，航天航空，以及日常生活用品等行业应用越来越广泛。随着工业产品的不断发展和生产技术水平的不断提高，粉末冶金模具作为现代高速成型技术在工艺装备中起到越来越大的作用。本设计的依托项目是采用粉末冶金法研制新型风力发电机制动器衬垫。本设计内容粉末冶金模具，是制备制动器衬垫的必要设备，制品的尺寸精度与成型或精整模具尺寸精度密切相关，特别是异型复杂、集合尺寸精度高地零件，其精度主要靠模具保证。因此，本设计主要解决制动器衬垫的模具设计。关键字关键字：粉末冶金；制动片；模具设计。2The new wind turbine brake pads mold designAbstractWith the development of economy, powder metallurgical technology is widely used in national economic sectors, almost all mold processing production, it is not only closely related with the machinery industry, but also closely connected with peoples life. Because of powder metallurgy process with high efficiency, stable quality, low cost and can be processed with complicated shapes advantages, such as cars, light industry, motor in electrical appliances, household appliances, aerospace, and daily necessities, etc. With the continuous development of industrial products, and constantly improve the level of production technology, powder metallurgy mould as modern high-speed molding technology in the process of equipment have played more and more important role. The design of a hole, blanking mould. After data access, first to press before suppressed process analysis, the process analysis and contrast, using one-way pressing process, based on the quality, density, press with diameter of such height, preliminary determination of rods, Yin mold and die. To analysis the press processing machine type selection for the design of the mould. The design that will die after each type of work will die parts design process, draw the part of assembly and die.Key words: Powder metallurgy, Eccentric, Mould design. 3目目 录录1 绪 论 .11.1 模具技术的发展 .11.1.1 模具.11.1.2 模具工业在国民经济中的地位.11.2 模具工业在国民经济中的地位 .21.3 粉末冶金模具现状 .22 粉末冶金模具设计及方法 .32.1 新风力发电机制动片概述 .32.2 粉末冶金模具设计概述 .42.2.1 粉末冶金模具设计基本原则.42.2.2 粉末冶金模具设计基本方法.52.2.3 压坯设计.62.2.3.1 压坯形状设计.62.2.3.2 压坯精度设计.62.2.4 压坯形状的分类.92.2.5 压坯密度分布与压制方式选择.103 模具结构设计 .123.1 成型模结构基本方案 .123.2 成型模零件尺寸计算及材料选择 .133.2.1 阴模及模套尺寸确定及结构.133.2.2 上冲模尺寸确定及结构.153.2.3 送料机构.163.2.4 料仓结构.163.3 弹簧浮动 .183.3.1 阴模浮动.183.3.2 模冲及压套浮动.183.4 成型模主要零件连接 .1943.4.1 阴模与模板的连接.193.4.2 上模冲的连接.193.4.3 导柱与模板的连接.203.4.4 模具装配图.214 其他辅助零件设计及模具校核 .224.1 其他辅助零件及材料选择 .224.2 模具的强度校核 .235 工艺参数及其影响因素 .245.1 金属粉末松装密度及其影响因素.245.2 压坯的回弹率及影响因素.246 模具有限元分析 .266.1 有限元分析理论概述.266.2 制动片模腔模型.276.3 ANSYS 有限元分析进程 .276.3.1 ANSYS 环境简介.276.3.2 ANSYS 建模过程.28总 结 .32致 谢 .33参 考 文 献 .341 1 绪 论1.1 模具技术的发展1.1.1 模具在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、锻造、冲压、塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等生产行业中得到了广泛应用。由于采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常品等产品的零部件很多都采用模具进行加工。据国际技术协会统计，2000 年产品零件粗加工的 75 %，精加工的 50 % 都由模具加工完成。在世界上一些工业发达国家，模具工业的发展是很迅速的，据有关资料介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发展速度超过了机床、汽车、电子等工业。模具工业在这些国家已摆脱了从属地位而发展成为独立的行业，是国民经济的基础工业之一。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一1。1.1.2 模具工业在国民经济中的地位模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式使金属材料在模具内发生塑性变形而获得的：金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机电器、仪器仪表等机电产品中占 6070；在电视机、录音机、计算机等电子产品中占 80以上，在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占 85以上。据国际生产技术协会预测，到 2000 年，机械零件粗加工的 75和精加工的 50都将由模具成形来完成。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。21.2 模具工业在国民经济中的地位尽管我国的模具工业这些年来发展较快，模具制造的水平也在逐步提高，但和工业发达国家相比，仍存在较大差距，主要表现在模具品种少、精度差、寿命短、生产周期长等方面。为了促进我国冲压模具技术的发展,从计算机技术、先进加工技术及装备、其它新技术与冲压模具等方面分析了我国冲压模具的技术现状。结果表明:经过几十年的发展,我国的冲压模具总量位居世界第三位,加工技术装备基本已与世界先进水平同步。以汽车覆盖件为代表的大型、复杂、精密冲压模,用 CAD/CAM/CAE 软件进行三维设计和模拟,靠高速、精密的加工设备生产,用新型研磨或抛光代替传统的手工研磨抛光,提高模具质量。这些都代表了冲压模具发展的趋势1。1.3 粉末冶金模具现状80 年代后，我国的一些主要粉末冶金机械零件生产企业，先后从日本、欧洲及美国引进了高压缩性雾化铁粉成套雾化装备，铁粉精还原炉，卧式雾化铜粉装置，机械式与液压式粉末冶金压机，网带式、推进式及步移梁式烧结炉，氮基气氛装置，水蒸汽处理炉，连续式双金属带材和 CM(DU)带材生产线，喷撒法生产铜基摩擦片生产线，以及铁基结构零件、微型精密铜基含油轴承，电机车受电弓滑板，铜基过滤元件，铜基摩擦材料，双金属带材和 CM(DU)带材等的制造技术。通过消化、吸收这些引进技术与设备，有力地推动了我国粉末冶金机械零件工业的技术进步，使其生产技术水平有了明显提高。例如含油轴承洗衣机、电机用含油轴承 1983 年以前全部从日本进口，1987 年北京粉末冶金工业公司实验厂试制成这种轴承后，挡住了进口。现在该厂年产量数以百万计，微型精密含油轴承是音像机器和微小型电机不可替代的关键零件。我国生产这种含油轴承的能力已超过 2 亿件/年，材料有铜基、铁基及铁铜合金等。飞速发展的粉末冶金制品，也给模具制造带来了飞速的发展。有单一的整体式的模具到复杂的组合式的模具一应俱全，产品数量直线上升。这就为现在的模具设计提出了新的要求：高的寿命，高的强度，高的耐磨性，高的韧性，高的耐热性等。这就给设计工作者提出了更高的要求。这不仅要求对模具制造工艺了如指掌，而且要对材料的性能及特点非常熟悉。国外在偏心轮模具制造方面已经实现自动化，我国也已向这方面迈进。不久的将来我们可完全掌握全自动化加工工序1。32 粉末冶金模具设计及方法2.1 新风力发电机制动片概述制动衬垫是制动器的一个重要零部件，制动性能好、坏对其有直接的关系。风力发电机上使用的制动衬垫与普通的工业制动器有很大区别：风力发电制动衬垫要求产品能在风沙、雨雪、盐雾等恶劣的气候条件下保持稳定的性能；要求产品寿命能达到10 年以上的工作周期；要求产品保证良好的耐磨性同时对被动盘的损伤小；要求保证适中稳定的摩擦系数等。零件材质为 AZ91，压坯密度为 1.81g/cm2,原料粉末的松装密度为 0.84g/cm2。零件图基本尺寸如下：5334092 31333318图 2-1 零件图由上述条件知压缩比 k=1.81/0.84=2.15装分高度 h粉=2.1518=38.7mm42.2 粉末冶金模具设计概述粉末冶金是制取金属粉末并通过成型和烧结等工艺将金属粉末或与非金属粉末混合成制品的加工方法，既可制取普通熔炼方法难以制取的特殊材料，又可制造各种精密的机械零件，省工省料。但其模具和金属粉末成本较高，批量小或制品尺寸过大时不宜采用。粉末冶金材料和工艺与传统材料相比，具有以下优点：（1）材料利用率高。用一般切削加工方法制造机械零件时，材料利用率约为 40%到 50%，甚至更低，而粉末冶金方法的材料利用率可达 95%以上。（2）生产效率高。随着粉末冶金压制设备和烧结设备的自动化程度提高，一台粉末冶金专用压机，产量通常为 1000 至 10000 件。（3）节约有色金属。由于粉末冶金的几何形状非常接近实际产品的要求，因此后续加工少，甚至不需要加工；同时在减摩材料领域多孔铁可替代青铜等。（4）节省机床。节约切削加工机床及其占地面积。粉末冶金机械零件是目前粉末冶金工业的主导产品，其主要包括烧结金属含油轴承、烧结金属结构零件及烧结金属摩擦材料制品等。粉末冶金机械零件先后经过了形状简单且力学性能较低的含油轴承等制品，随着温压、等静压等新技术的开发，制造的粉末冶金结构零件形状越来越复杂，力学性能也越来越高2。2.2.1 粉末冶金模具设计基本原则为了发挥粉末冶金工艺具有的材料消耗低、少、无、切削，生产效率高等特点，形成了众多的粉末成型方法，其模具种类也多种多样，应用最广泛的是压模、精整模、锻模。粉末冶金模具设计关系到制品生产的质量、成本、安全、生产率和自动化等问题，从而提出了对模具设计的基本原则：（1）保证坯件达到几何形状、精度、和表面粗糙度、坯件密度及其分布等三项基本要求。（2）合理设计模具结构和选择模具材料。保证模具零件具有足够高的强度、刚度、硬度、高耐磨性和使用寿命，便于操作调节，安全可靠，尽可能实现模具自动化。（3）注意模具结构和零件制造的可加工性和成本问题。逐步实现模具的通用化、系统化、采用通用模架和通用零件，提高设计效率，实现部分模架零件的批量生产，5提高模架质量，降低模具总成本3。2.2.2 粉末冶金模具设计基本方法粉末冶金模具设计的基本方法：（1）掌握有关设计资料，作为模具设计依据。包括制品图纸及技术要求，制品生产批量及工艺流程、工艺参数、压机类型及技术参数；模具加工设备及能力；了解模具在使用中曾出现的问题等。（2）根据制品图纸进行压坯设计，选择压机和压制方式，设计模具结构图纸，分析是否用于粉末冶金方法生产。（3）模具材料选择及要求，由于压模、精整模、锻模都是在较高压力下工作，模具工作表面要承受严重的粉末摩擦，特别是锻模在较高温度下工作，承受冲击载荷。因此，主要模具零件材料应具有高强度、高硬度和高耐磨性；高的刚度和小的膨胀系数；优良的热处理性能和一定韧性；较好的机加工性能。粉末冶金模具的主要零件为：阴模、芯模、模冲。阴模材料一般选用工具钢、高速钢和硬质合金。芯杆材料可选择与阴模材料大致相同。只是热处理硬度低与阴模，特别对细长芯杆更具有较高韧性。模冲的工作条件主要要求材料具有良好的韧性，一般选择低合金工具钢、炭素工具钢、青铜等。辅助零件模套、压垫、模座、顶杆、控制杆、模板等选用 45 号、50 号或 40Cr、GCr15。锻模材料要求高温强度高，热处理后硬度比压模低。一般采用3Cr2W8V、4Cr5W2VSi、5Cr4W5MoV 等模具钢。（4）模具主要零件尺寸的计算方法，关键在于正确选择设计参数（如弹性后效、烧结收缩率、精证余量、机加工余量）。由于粉末成分和性能、工艺条件和设备不同，实际生产中会引起设计参数的一定变化，要求在选择时留有可调节的余地才能保证模具零件尺寸计算准确。（5）绘制模具装配图和零件图，合理提出模具加工技术要求3。2.2.3 压坯设计6压坯设计定着一种零件能否采用粉末冶金方法压制成型。它是粉末冶金模具结构设计的主要依据之一，而且是推广粉末冶金制品的重要环节。压坯设计主要包括压坯形状设计、压坯精度设计和密度设计。2.2.3.1 压坯形状设计采用粉末冶金零件代替普通机加工零件时，除了技术上满足原零件的设计和使用要求外，还要考虑零件外形能否由粉末压制成形，这就需要把零件设计成适于压制的粉末压坯。粉末压坯形状设计，一般是从以下五个方面考虑进行设计的：粉末均匀充填程度； 粉末压制难易程度；脱模难易程度；压模结构和强度耐用性；能否简化压模结构和制造。2.2.3.2 压坯精度设计压坯精度设计主要是尺寸精度和位置精度的确定.由于粉末压制成形特点，在尺寸精度确定时，我们把粉末冶金零件不同位置尺寸分为 a、b 两个尺寸级别如图 2-1 所示；这两个不同尺寸级别的零件在通过不同最终工序处理后所获得的精度极限值分别如表 2-2-1 所示。图 2-2 关于粉末冶金零件两种不同级别尺寸的示意a 表示依赖与模具的尺寸 b 表示依赖于压力和模具的尺寸表 2-2 按图 2-2 所确定的尺寸级别 a 和 b 的精度（尺寸为 1830mm）7通常获得精度等级极限值（um）最终工序按图 21 的尺寸精度高精度中等精度较低精度A1352-精整、整形和某些沉淀硬化处理B-33130A-52210烧结B-84520A-52520淬火B-130520表 2-2 各种工序的精度等级应该指出，粉末冶金零件的径向尺寸精度是比较容易达到高精度要求的，而轴向尺寸精度比较难控制，这与材料成分、粉末性能、压制烧结条件、精整方式以及模具结构设计参数、模具材料等因素有关。复压复烧态零件，径向尺寸精度 9-10 级；经自动全精整或复压的小零件，轴向尺寸偏差约为 0.03-0.05 买卖；在自动压制压坯的轴向高度偏差约为0.10-0.15mm.压坯上依赖模具尺寸的 a 级尺寸精度，一般必须在模具设计尺寸精度高一级条件下才能达到。总之，采用粉末冶金的压制-烧结-精整工艺制取的高精度零件比采用普通机加工方法来支取是很经济的。常见的粉末冶金零件的位置精度，有同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等。采用全精整时，在平行于压制方向的压坯侧面，其平行度可达 78 级，在垂直于压制方向的压坯上下端面，其平行度精度只能达 910 级。一般条件下，压坯垂直精度为 910级。压坯的表面粗糙度主要取决于模具工作表面的粗糙度，也与粉末性能和工艺条件有关。平行于压制方向压坯侧面的粗糙度较低，不精整时可达 Ra 0.41.6，精整后可达 Ra 0.10.4；压坯的端面和锥形、球形侧面，由于精整时它们与模壁之间玩明显的相对移动，所以粗糙度仍为 Ra 0.41.64。2.2.3.3 压坯密度设计8压坯密度设计关系到零件的物理和机械性能及使用性能，而且对压坯形状、精度设计产生很大影响，压坯密度主要根据零件使用条件和物理、机械性能来确定。粉末冶金铁基零件密度可分为下列四类4：分类密度(g/cm3)孔隙度(%)单位压力(Mpa)低密度零件20825高密度零件7.62液相烧结和浸透工艺制作表 2-3 粉末冶金铁基零件密度分类由此可知，粉末冶金方法可以满足多种使用性能零件的要求。它可以制作多孔材料，也可以制作接近理论密度的高致密度零件，满足高负荷下使用零件对强度、韧性的要求。 应该指出，制作高密度零件，往往还需采用合金化热处理和热锻等工艺措施，这样不仅增加制造成本，而且使零件形状和精度受到限制。一般来说，三者之间关系为：低密度零件，形状可以复杂些，精度也可以高些；高密度零件，形状和精度都要相对降低。同时，在设计各种坯件时，应注意压力中心问题。 应当使压坯的压力中心与阴模外形的中心、模冲承压垫板的中心以及压机的压力中心重合。否则，会产生额外的弯距，使压机活动横梁台面歪斜，加剧导柱的磨损；并使上、下模冲承受额外弯距，轻则使配合间隙分配不对称，划伤模壁，重则使模冲弯断。对于几何形状对称的截面，其压力中心即为几何中心；对几何形状非对称截面，其压力中心应是截面的重心。92.2.4 压坯形状的分类 从模具结构特点出发，将压坯形状分成五种类型。其他类型是基本类型的组合。 如图名 称示 图实体 无台阶柱体类有孔带台阶圆柱体类带外台阶10带内台阶带内外台阶图 2-3 压坯形状分类制动片属于实体类的压坯形式。2.2.5 压坯密度分布与压制方式选择压坯密度的均匀性，是大压模设计要解决的主要压制质量指标。在压制过程中，影响压坯密度分布均匀性的因素较多，除了粉末成份、性能及模具表面质量外，主要有两个方面：一是由于与模壁之间的摩擦所引起的压坯密度不均匀分布，它与压制方式有关。另一是当模腔中的粉末同时受到压缩时，粉末体产生柱式流动，几乎不产生明显的横向流动，所以压坯密度分布的均匀性还与模腔内各部分粉末装填高度、压缩比、压缩速率或最后压缩速度有关，这些都可以通过压制工艺参数来控制。 由于粉末与模壁之间的摩擦，所引起压坯密度无论是在高度还是横截面的分布都是不均匀的，特别是随着压坯高径比的增大引起的压坯密度沿高度方向的不均匀越来越大。但是压制方式不同，压坯密度分布有很大差别。单向压制时，压坯密度分布很不均匀，如果采用双向压制中的非同时双向压制或11摩擦芯杆压制，可以显著改善压坯密度分布的不均匀性。明确了压坯密度分布与压制方式之间的关系后，要解决压模设计中压坯密度分布的均匀性，必须根据压坯的形状、高径比、生产批量和压机选择压制方式和压模结构类型。（1）当圆柱体压坯的高径比 H/D1 时，圆筒形压坯的高壁厚比 H/T3 时，可采用单向压制和单向压模。（2）当 H/D1 或 H/T3 时，则通常采用双向压制和双向压模；（3）当 H/T4 时，最好采用压制时芯杆和阴模能相对移动的压模；（4）当 H/T610 时，可采用摩擦芯杆压模或压制时阴模、芯杆和上模能相对下模冲移动的压模结构。一般浮动芯杆的移动速度约等于阴模移动速度二分之一。但上模冲的移动速度要比阴模和芯杆大，才能保证压坯密度分布均匀。又由图 2-1 得出制动片的高径比 H/D18/311 可采用单向压制和单向压模5。123 模具结构设计3.1 成型模结构基本方案成型模结构设计的原始依据可按如下几点确定：（1）压坯形状、精度和粗糙度由压坯工艺确定。（2）生产方式是机动还是手动，由生产批量和产条件确定。（3）压制方式采用哪一种，由压坯形状和密度均匀性要求，以及模具结构的复杂程度确定。（4）采用何种压机由压制压力，脱模力和压制行程，工作台面积，以及模具特殊的动作需要等因素来确定。成型模设计结构时，按如下顺序进行：（1）压制上面的选择压坯在压制时那个面向上，这需综合各方面的因素比较来确定。这些因素诸如侧正面积弊、密度的均匀性、压制压力、压坯精度、装粉模具以及磨具加工等。（2）补偿装粉的考虑 对于压制方向变横截面的压坯，为了使压坯的不同部分压制密度均匀，应该采用何种组合结构（选择合理的分形面）达到补偿装粉的目的，以便待到基本相同的压缩比。（3）脱模方式 对无台阶的压坯，是考虑采用顶出式（下模冲将压坯订出阴模）还是拉下式（下冲模不动，将阴模拉下，脱出压坯）。对于带台阶件，球面件、螺旋面件，以及多平行孔件，需要从模具结构上来解决问题。（4）构方案的确定 根据压坯的形状、压制方式、脱模方式、补偿装粉的要求和轧机具有的动作来确定模具结构方案。最好画出结构简图。（5）计算装粉结构和阴模壁厚 根据压坯高度和选择的压缩比，算出装粉高度、阴模壁厚，对于中心根据结构或习惯用途来确定，一般阴模外径与内经之比为 2-4，对于较大的阴模，则应根据强度和刚度条件来计算。（6）绘制结构总装图 先汇出压坯图，以它为中心，现纵向后横向，逐步向外展开。先画出阴模、芯棒和上下模冲。根据已选定的结构方案及具体结构上的需要（如13脱模连接 上下定位、导向、强度和刚度等）逐步画出其它零件。结构设计主要考虑以下几个方面的问题：（1）主要零件的连接方式 阴模、芯棒和上下模冲的连接，要考虑使用中安全可靠，安装拆卸方便，结构尽可能简单，材料节约和整体美观等。（2）浮动结构 根据不动的压制方式和补偿装粉的要求，往往需要阴模、芯棒和上下冲的浮动。浮动的力可用弹簧，摩擦，气动和液压等产生。更具具体要求和条件计浮动结构。（3）脱模复位结构 根据压坯的形状和压机具有的动作来设计脱模和复位，一般有统一结构方案来确定，隐没要保证压坯的良好，动作的准确可靠，在机械压机上复位动作要求准确。（4）调节装粉结构 由于粉末的松装密度在生产过程中会有一定范围的变动，在模冲结构设计中，要考虑如何实现调节装粉，型腔的深浅，尽可能实现连续微调，并操作上方便。此外在结构设计上，还应注意一些其它问题：（1）工艺性 模具设计必须考虑加工工艺。例如：有电风设备时，可采用整体阴模，否则改用并模结构。（2）经济性 这是多方面因素指标。例如：结构复杂程度与批量和生产效率结合在一起考虑；减少零件加工量，同时要考虑为节省优质材料而增加零件的加工量；为了延长模具寿命，采用优质材料，或增加优质材料的零件6。3.2 成型模零件尺寸计算及材料选择3.2.1 阴模及模套尺寸确定及结构阴模高度 h 一般由三个高度组成（见图 512a）即 h = h 0 + h 1 + h 2式中 h 阴模高度 h0装粉高度，mm h1上冲模定位高度，mmh2下冲模定位高度，mm。选取上冲模定位高度 0mm，下冲模定位高度 0mm，则 h=h粉=38.7mm，取14h=40mm。则 h模套=h=40mm。l阴长=120mm，l阴宽= 90mm，l模套长=150mml模套宽=120mm如图所示4090120 31图 3-1 阴模1512012015040图 3-2 模套3.2.2 上冲模尺寸确定及结构12030 15333390 31图 3-3 上冲模结构3.2.3 送料机构16装料机构是接受成堆产品，并一件件的把它们按一定空间方位送出的机构。料斗式上料在大量、大批生产中用的很多，但要求产品重量小、尺寸小和形状简单。料斗式上料装置的主要任务在于正确的解决产品的定向和生产率问题保障按需要供给机床以满足数量的零件。制动片的送料机构（管式料斗）因其结构简单，易于重新调节，以适应另一种零件，即使零件充满料斗，也无碍料斗工作因而不需要剔除器。按其运动方式可分为旋转地往复的和复杂运动的。运动件可能是筛子，可能是料斗。制动片选用管式作往复运动的料斗图 3-4 送料机构1-料斗，2-料管，3-托脚3.2.4 料仓结构料仓是贮存已在空间定向零件的地方。有预料都生产率非常严格不变，因此当料斗生产率提高时，可有料仓贮存零件；当料斗生产率降低时，料仓再把零件送机床的工作位置。料仓上料的方法，可靠零件的自重和外力，制动片的料仓选用管式。管式料仓有立式、弯管式和卧式几种。如图 3-5 所示，前两种靠零件自重送料，后一种借外力。图 3-3a 所示为调解式。由软管和接头组成。其优点是装卸较方便，且可调节长短；17但不适用于带尖刺的零件。此种料仓用于端部带倒角和园头的零件。当 d25mm,l100mm,d/l 约为 0.121.0 为宜7。图 3-5 管式料斗a-可调节式，b-不可调节式，c-装有滚轮的管式料斗图 3-5（b）为不可调节式。适用范围基本与图 3-5（a）相同，此外，还可以用于d50mm，厚度 b10mm 的片状零件。在弯管上常开有 38mm 的窗口，以备观察零件送落情况和消除故障。当管的斜度不开时，可装滚轮，（见图 3-5（c），便于运送零件。直管料仓的孔径 d 可由下式计算：d=d1(0.51.0)(mm) 其中 L 按下式确定： L 20L弯管式料仓之孔则需取决于零件尺寸，使其能顺利下落。3.3 弹簧浮动3.3.1 阴模浮动18图 3-6 阴模浮动结构3.3.2 模冲及压套浮动图 3-7 模冲及压套浮动机构当压制带圆弧面件的组合模冲浮动结构时，内模冲浮动，螺钉限位。压制时内模冲先与粉末接触，靠弹簧力“虚压”粉末，改变原始的装粉状态，已达到使压件密度均匀化的目的。压制后期，弹簧被压缩，内模冲被外模冲限位，同时对粉末压实，而19获得所需的圆弧面。3.4 成型模主要零件连接3.4.1 阴模与模板的连接图 3-8 制动片阴模与模板和模座的连接优点：结构简单，阴模用斜不必过大，模板上面平整缺点：使用中不变拆卸，不能调头使用3.4.2 上模冲的连接图 3-9 上模冲的连接上模冲通过套装结构与垫板连接，压盖起强制阴模压下的作用83.4.3 导柱与模板的连接203-10 导柱与模板的连接导柱与上模板的连接，该导柱以为拉杆，使用于自动压机拉下式压模9213.4.4 模具装配图 脱模 压制制动片模具装配图224 其他辅助零件设计及模具校核4.1 其他辅助零件及材料选择一道模具除了主要零件外，还有其它辅助零件。设计时要考虑它们的技术要求和材料10。如表 4-1。名 称材 料技术要求（长度单位为 mm）底板40Cr1.不平行度允差为 0.010.022 热处理硬度 HRC5256导柱GCr151.调制处理硬度 HRC28322.不平行度允差为 0.0150.030下模板451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050阴模板40Cr1.不平行度允差为 0.010.022.热处理硬度 HRC5558上模冲Cr121.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4045上模冲压板451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050上模冲垫板451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050阴模GCr15.径向跳动允差 0.020.042.热处理硬度 HRC28323.不平行度允差为 0.020.034.不垂直度允差为 0.025.与模具配合精度为阴模压板451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050阴模套451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050导套451.不平行度允差为 0.022.热处理硬度 HRC4050表 4-1 零件材料选择及技术要求11234.2 模具的强度校核本模具阴模内腔厚壁圆筒受内压，产生径向正应力与切向正应力12。则：r ， （4-Pabrbr1_12222 Pabrb112222 1）a圆筒内径(mm)b圆筒外径(mm)r圆筒内径与外径间任意位置(mm)最大正应力与最大切应力均产生在圆筒内壁，即侧 , (4-2)(2222maxarPababr )(maxarP 根据第三强度理论31 许用应力（Pa） 最大拉应力（Pa）1 最小拉应力（Pa）3 得 (4-3)PPabab 2222max 由上述公式以及制动片尺寸知=371.21MPa5.66.16.16.56.57.21.27.6 密度（g/cm3）粉末种类范围常用值范围常用值范围常用值范围常用值 铁基0.10.20.150.150.25 0.100.200.300.25 铁基 0.050.150.200.100.200.150.150.250.206-6-3 青铜 0.080.120.100.100.200.15表 5-1 铁、铜压坯的回弹率（二）回弹率的影响因素25（1）粉末的塑性，不仅与其成分有关，而且相同成分但加工工艺不同时，塑性差异易较大。如粉末破碎时的应力大小，退火充分与否，粉末含氧量及其他因素等。塑性好，则回弹率小。（2）压坯密度高，则压制压力大，侧压力亦大。模具型腔随之增大，回弹率也就增大。（3）阴模的刚性对回弹率影响较大，刚性差则变形大，回弹率也大。（4）压坯高度大于一定值时，高度对回弹率影响不大。但当高度小于一定值时，则高度对回弹率的影响逐渐明显。当压坯高度小于 3-5mm 以下时，回弹率大大降低14。266 模具有限元分析 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件） ，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法15。6.1 有限元分析理论概述有限元的基本思想是把连续的几何结构离散成有限个单元，并在没一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一个近似插值以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题，求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。有限元离散过程中，相邻单元在同一节点上的场变量相同达到连续，但未必在单元边界上任何一点连续；在把载荷转化为节点载荷的过程中，只是考虑单元总体平衡，在单元内部和边界上不用保证每点都满足控制方程。有限元分析基本步骤：1.简历求解域并将其离散转化为有限单元，即将连续问题分解成节点和单元等个体问题；2.假设代表单元物理行为的函数，即假设代表单位解的近似连续函数；3.建立单元方程；4.构造单元整体刚度矩阵；275.施加边界条件、初始条件和载荷；6.求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果16。6.2 制动片模腔模型制动片模腔材料选硬质合金，弹性模量 E 为 206GPa，屈服极限为 600MPa，泊 松比为 0.27。图 6-1 制动片模腔模型 底座长 L底座宽 D底座厚 w孔直径 d孔高 h120mm90mm20mm31mm40mm表 6-1 制动片模腔几何尺寸6.3 ANSYS 有限元分析进程6.3.1 ANSYS 环境简介ANSYS 有两种模式：一种是交互模式，另一个是非交互模式。交互模式是初学者和大多数使用者所采用，包括建模、保存文件、打印图形及结果分析等，一般无特别原因皆用交互模式。但若分析问题要很长时间，可把分析问题的命令做成文件，利用28它的非交互模式进行分析。ANSYS 可分为两个基本过程，即起始状态和处理状态。起始状态可用来控制某些全局性问题，如改变工作文件名、清楚数据库内的数据、复制二进制文件等。6.3.2 ANSYS 建模过程在进入 ANSYS 后，先确定工作文件名和定义工作标题，并确保单位一致；PREP7是 ANSYS 的前处理模块，用来建立三维模型和网格的划分以及设定边界条件。制动片模腔在 ANSYS 创建的网格如图 6-2 所示。图 6-2制动片模腔在真空环境中进行有限元分析，设定工作压力为 400MPa。经过单位、材料、边界条件的设置和求解器的选择后，经计算，得出模拟结果17。ANSYS 可以很好的反应出制动片模腔的压力分布特性，得到制动片模腔在整个压制过程的压力分布云图。如图 6-3,6-4,6-5,6-6,6-7。29图 6-3 制动片模腔内部受力示意图图 6-4 制动片模腔内部受力示意图30图 6-5 制动片模腔内部受力示意图图 6-6 制动片模腔内部受力示意图31图 6-7 制动片模腔内部受力示意图6.3.3 计算结果分析总结如上图的比较中发现，制动片模腔从内到外，高压区域和低压区域有着明显的差距，而且其达到的最高压强也有所下降，这说明制动片模腔中心受力最大，随着中心位置向外压力依次递减，由上图分析知