【冲压模具设计】[CAD]汽车刹车片模具设计
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【冲压模具设计】[CAD]汽车刹车片模具设计,冲压,模具设计,cad,汽车,刹车片
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课题名称 汽车刹车片模具设计 主要任务 与 目标 1）汽车刹车片成形方案设计分析汽车刹车片的结构特点、尺寸精度，利用 绘制二维图、三维图，最终确定汽车刹车片的工艺成型方案和模具结构设计； 2)根据汽车刹车片的工艺方案，结合汽车刹车片的公差等级、制 作模具的成本、精度要求和生产效率等因素，确定模具总体结构形式，完成模具的结构设 计。 3）零件设计和相关计算； 目标： 得出相关二维零件图，装配图，三维零件，装配图，仿真相关动画及相关分析图，写出设 计论文。 主要内容 与基本要 求 主要设计内容有： 1） 测绘模型零件，并绘制零件的二维图和三维造型 ； 2）用 e 软件对制件进行成形工艺性分析，确定最佳成形工艺方案； 3）冲压模具设计，完成三维、二维图纸； 基本要求： 零件三维造型结构合理，连接位置的形状和尺寸正确，能够进行装配，完成注塑模具 的总体结构方案，完成三维、二维装配图和零件图，总计不少于 5 张图纸； 完成毕业设计要求的各种文档，包括文献综述、开题报告、外文翻译及毕业设计论文 等。 严格按照进度安排，保质保量完成所承担的任务；遵守实验室规定。 附件二： 浙江理工大学本科毕业设计（论文）任务书 赵天星同学 （专业 / 班级： 09 机械设计制造及其自动化（ 4）班 ） 现下达毕业设计（论文）课题任务书，望能保质保量地认真按时完成。 1 1 牟红霞模具材料的发展与动向现代制造技术与装备， 2006， 4： 83 84 2刘全坤，王成勇，刘传经模具技 术的现状与未来发展重点模具工业， 2011， 37(5) 1 4 3马超，浅谈我国冲压模具的发展趋势， 2012,35； 4孔炎，梁辰。赵蒙，聂爱琴，汽车端盖零件的冲压模具设计，文章编号： 1674 6457(2012)06 0129 03 5 洪慎章，曾振鹏密封盖落料拉伸冲孔切边复合模设计 J模具工业， 21)： 23 26 6 郝滨海冲压模具简明设计手册 (第 2 版 )M北京：化学工业出社， 2009： 19 44， 165 182 7 朱家诚机械设 计课程设计 M合肥：合肥工业大学出版社， 2005： 250 251 8 周淑容冲裁间隙对冲裁件质量的影响及其选择方法 J科技信息， 2009(12)： 22 25 主要参考 资料及文 献阅读任 务 9崔令江 M2003. 10刘绪功 D. 南京 :南京航空航天大学， 2005. 11 朱 东 波 ， 王 伊 卿 等 . 电 弧 喷 涂 汽 车 覆 盖 件 冲 压 模 具 快 速 制 造 方 法 P. 中 国 专 利 :03134500， 12程应潮，范国辉 16722004） 0413李体彬 化学工业出版社 . 2008. 023458 号： 1198 14李德群，肖祥芷 发展概况及趋势 J2005（ 7）： 915中国模具工业协会 一五”规划 J2005（ 7）： 316李大鑫，张秀锦 现状与发展趋势综述 J2005 （ 2）： 117张春水 . 国内外冷冲模技术现状及发展趋势， 1991，第 1 期 18 640998， 198719王华，尚振国 冲压模具设计中的应用，中国科技信息 2008 年，第 15 期： 14120聂兰启，聂伯扬 . 薄壁深锥零件的拉伸成形 .模具制造， 2008 年，第 8 期， 2921邓明，吕琳 第 1 版 学工业出版社， 2006 年： 117 2 22 I a ie 2002,6(2):13023彭建声 册） 3 版 械工业出版社， 2006 年： 336外文 翻译任务 阅读 10000 字符以上的外文文献，并至少翻译 5000 汉字的两篇外文文献，若一篇篇幅较长， 则另一篇只需翻译开头部分。 计划进度： 起止时间 内容 期资料准备、毕业设计任务书、文献综述、外文翻译布置。 阅资料 (包括外文资料 )，撰写文献综述、开题报告及外文资料翻译。 成开题报告。开题报告答辩。 体方案设计，分析计算，结构设计。 案设计，分析计算，结构设计，图纸绘制，撰写说明书。 业设计中期检查完成情况及表格与记录的填写。 成图纸绘制，说明书撰写。提交毕业设计（论文）。 业设计（论文）的审阅；评议小组分组审阅。 业设计答辩。 实习地 点 指导教师 签 名 年 月 日 系 意 见 系主任签名： 年 月 日 学院 盖章 主管院长签名： 年 月 日 3 班 级 机械与自动控制学院 09 机械类（ 4）班 姓 名 赵天星 课题名称 汽车刹 车片模具设计 开题报告（包括选题意义、研究的基本内容与拟解决的主要问题、总体研究思路与可行性分析，预 期研究成果、研究工作计划等内容，非艺术类不少于 3000 字） 目 录 1 选题的背景与意义 内外研究现状和发展趋势 压工艺的发展优势 内外现状 术的发展方向 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 本内容 解决的主要问题 3 总体研究思路及预期研究成果 体研究思路 行性分析 期研究成果 4 研究工作计 划 参考文献 （开题报告全文附后） 成绩： 浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 1 和日常生活的生产之中。采用模具生产毛坯或产品零件，是材料成型的一种重 （从选题、任务工作量、质量预期、可行性等 几个方面） 系 主 任 审 答 意 辩 见 答辩组长签名： 核 意 见 签名： 年 月 日 年 月 日 汽车刹车片模具设计 赵天星 机械与自动控制学院 09 机械类（ 4） 班 选题的背景与意义 汽车刹车片是汽车制动的一个重要零件，对汽车的安全性能和质量都有重要 影响，通过对生产实际中钣金件零部件的设计，可以掌握工程设计的一般程序规 范和方法，培养综合分析和解决专业的一般工程技术问题的独立工作能力，对于 了解掌握冲压成形技术和设计制造冲压模具有很大的帮助。 目前随着汽车模具行业的快速发展，冲压成形技术不断应用于汽车覆盖件、 汽车侧围等方面，同时也被广泛应用于能源、机械、信息、航空航天、国防工业 1 要方法，与切削加工相比，具有 材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率 高和成本低等显著特点。所以熟练掌握冲压成形技术对于个人以后发展和从事机 械制造业至关重要，为以后顺利的走向工作岗位做准备。 内外研究现状和发展趋势 压成形技术介绍 冲压，是在室温下，利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生 分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具，是在冷冲 2 压加工中，将材料 (金属或非金属 )加工成零件 (或半成品 )的一种特殊工艺装备， 称为冷冲压 模具 (俗称冷冲模 )。一般冷冲压的基本工序分为两大类分离工序：冲 压工件与板料沿要求的轮廓线相互分离。如切断、中裁、切舌、切边、剖切、整 修、精中。成形工序毛坯在不被坏的条件下发生塑性变形，获得防需形状，尺寸 和精度的 30T 方法。如弯曲、卷边、拉弯、扭弯、拉深、变薄拉深、翻边、翻孔、 卷缘、胀形、起伏、扩口、缩口、缩径、旋压、校平整形，冷挤压、冷镦、压花。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料 (金属或非金属 )批量 生产成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲 模，批 量冲压生产就难以进行 ,没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工 艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能 得出冲压件。 压工艺的发展优势 冲压工艺是一种成形加工方法，通常依靠外在压力和模具对相关的板料施加 力，使其板料发生分离或塑性变形，从而实现所需形状和尺寸的冲压件的有效获 取。与其他的机械、塑性等加工方法比较而言，冲压加工工艺在其技术上和经济 上具备了诸多的独特优势，具体表现在以下几个方面。 1)冲压加工工艺的操作便利，易于实现工 艺的机械自动化。由于冲压加工工艺 的实现是通过冲压模具、冲压设备而完成的，而普通压力机每分钟的行程量可达 到几十次，若是高速的压力机每分钟的行程量则可为上百至千次，并且压力机的 每次行程都有可能获取一个冲件，从而使其加工工艺的生产效率得到了大大的提 高。 2)冲压工艺的质量稳定，具有良好的互换性。这是因为在进行冲压加工时，冲 压模具使其冲压件的形状尺寸的精度得到了良好的保证，冲压件的表面质量通常 都会受到较好的保护，再加之所使用的冲压模具的使用寿命较长，从而使得同一 冲压模具制成的冲压件具有 一模一样的特点。 3)小到秒表大到汽车覆盖，冲压加工工艺可加工出形状复杂、尺寸跨度大的零 件，再加上板料在冲压加工工艺过程中的冷变形硬化效应，使其所得冲压件的刚 强度较高。 4)冲压加工工艺是一种省料、节能的加工方法，在其冲压加工过程中几乎没有 碎料的产生，使得材料的利用率较高，并且在此过程中无需外来其他的加热设备， 3 因而所得冲压件的成本也较低。 由于冲压加工工艺中所用的模具具有一定的专业性，冲压模具是一种制造精 度、技术要求都较高的技术密集型产品，而加工成形一个复杂零件 时所需要的模 具也较多，因此， 冲压工艺的优越性只有在冲压件大量生产的情况下也会得到 充分的体现，其所获取的经济效益也会随之体现的更为突出。 内外现状 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识 到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基 础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标 志。 模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影 响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和 制造需要较多的时间，这就延长了 新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具 (供小 批量生产 )、复合模、多工位级进模 (供大量生产 )，以及研制快速换模装置，可 减少冲压生产；隹备工作量和缩短准备时间，能使适用于大批量生产的先进冲压 技术合理地应用于小批量多品种生产。模具制造技术的发展应该为适应模具产品 “交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。为满足这一要求， 模具制造冲压成型技术的发展趋势 21 世纪的冲压技术将以更快的速度持续展， 模具技术的发展应该为适 应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格 低”的要求服务。冲压成型技术将更加科学化、数字化、可控化。注重产品制造 全过程，最大程度的实现多目标全局综合优化，优化将从传统的单一成型环节向 产品制造全过程及生命期的系统整体发展，汽车模具行业的发展，冲压成型工艺 在汽车覆盖件、侧围等方面应用越来越多。随着模具 术的不断发展， 作为改造传统模具生产方式的关键技术，模具 术将会越来越多的应用 于冲压成型工艺。 术的发展方向 冲压模具数字化 设计制造技术 冲压模具数字化设计制造技术是国际公认的提高模具整体水平的有效手段。该 技术包括模具优化设计与 其是三维技术和计算机 4 仿真模拟分析技术、模具模块化、集成化、协同化设计技术；模具企业 速成型与快速制模技术：虚拟网络技术及公共 服务平台的建立等。 冲压模具大型化和精密化制造技术冲压模具大型化和精密化一直是模具的重 要发展趋势。该技术包括汽车大型覆盖件模具生产技术；汽车零部件大型多 工位 级进模生产技术；高强度板及不等厚焊接板冷冲模生产技术；高强度板热压成形 及模具生产技术；厚板精冲模具生产技术等。 冲压模具标准件制造技术模具标准件是模具的重要组成部分，是模具基础。模 具标准化程度和应用水平是衡量模具工业水平的重要标志。该技术包括：球锁式 快换凸模及固定板、固体润滑导板和导套、斜楔机构及其零部件，氨气主弹簧等 技术含量高、结构先进、性能优异、质量上乘、更换便捷的具有个性化的产品。 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 本内容 本次毕业设计中主要完成的内容包括 ： 1）汽车刹车片成形方案设计； 分析汽车刹车片的结构特点、尺寸精度，利用 绘制二维图、三 维图，最终确定汽车刹车片的工艺成型方案。 2）模具结构设计； 根据汽车刹车片的工艺方案，结合汽车刹车片的公差等级、制作模具的成本、 精度要求和生产效率等因素，确定模具总体结构形式，完成模具的结构设计。 3）零件设计和相关计算； 解决的主要问题 1) 汽车刹车片尺寸结构的解决分析 2)汽车刹车片模具的设计 3)该模具的制作刹车片工艺过程过程 决方案 1）根据已知的刹车片背板的图纸，仔细研究刹车片的工作原理，配合公差尺寸 等，设计出相对应的刹车片，确定相应的尺寸和公差标准。 5 2）画出摩擦片的三维图并加以修正。 3）根据所确定的刹车片模具的尺寸。 4）确定模具所用的材料为常用的模具钢，使用的模具为压制模。 5）设计出刹车片模具的三维图。 6）对所设计的模具进行强度和寿命校核与计算。 3 总体研究思路及预期研究成果 本毕业设计拟采用理论分析与三维建模与仿真实验的方法，在前人的基础 上，通过三维 环境完成汽车 刹车片的三维成型，并对其进行初步的冲压模 具设计。 体研究思路 形方法的选用 根基零件的结构特点和设计要求，选择使用冲压模，考虑到人工成本、生产效 率等因素，可以选用压制模。 计的思路及步骤 1)设计冲压件。拉深毛坯展开计算：为了减少钣金件变形程度及方便定位， 应根据汽车刹车片的形状及尺寸，选用与汽车刹车片毛坯展开后相同的尺寸，其 具体数据可通过软件计算得到。 2)确定毛坯形状及两孔尺寸距离。毛坯形状及尺寸对冲压件的充填性能和模 具寿命影响很大。根 据汽车刹车片的形状特点，计算孔间距离和汽车刹车片的外 形尺寸。 3)验算许可变形程度。冲压变形时，必须要进行材料的许可变形程度，否则， 将得到破碎外形的制件。同时，根据汽车刹车片外形对板材的冲压次数进行预算。 4)计算冲压变形力。冲压的变形力是设计模具的基础，选择设备的依据，并 可借以衡量挤压变形的难易程度，分别对所许拉深力和冲裁力以及相关的其它力 进行计算。在考虑应变力的情况下，同时要考虑半成品件的回弹变形，因此要对 冲压变形力进行综合考虑。 5)模具结构设计。根据汽车刹车片的形状、尺寸及 加工工艺的要求，设计出 完成其相关功能的模具结构。根据以上选用的成型方法，要设计级进模具结构来 完成其主要功能，这需要借助软件对其模具进行实体造型。 6 6)对设计出来的模具的经济和使用性进行分析探讨，考虑其可否用于工业生 产。 行性分析 汽车刹车片是 汽车制动中的一个重要零件，对汽车安全性、质量都有重要 影响，是使用冲压模具加工生产出的一种零件。经过国内外的研究与发展，冲压 成形技术取得很大的进展且日渐成熟，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、 航空航天、国防工 业和日常生活的生产之中。在前人研究工作基础上，本设计论 文进行汽车刹车片模具设计，在基本原理上是可行的。 指导老师曾教学我们冲压成形工艺，并在冲压成形技术相关研究方面具有很 多成功的经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业 设计的顺利完成并取得预期的研究成果。 期研究成果 设计出汽车刹车片的冲压模具，完成三维建模。通过 钣金件设计分析， 保证设计能较好的满足设计要求。 4 研究工作计划 参考文献 7 1 牟红霞模具材料的发展与动向现代制造技术与装备， 2006， 4： 83 84 2刘全坤，王成勇，刘传经模具技术的现状与未来发展重点模具工业， 2011， 37(5) 1 4 3马超，浅谈我国冲压模具的发展趋势， 2012,35； 4孔炎，梁辰，赵蒙，聂爱琴 章编号： 1674 6457(2012)06 0129 03 5 洪慎章，曾振鹏密封盖落料拉伸冲孔切边复合模设计 J模具工业， 21)： 23 26 6 郝滨海冲压模具简明设计手册 (第 2 版 )M北京：化学工业出社， 2009： 19 44， 165 182 7 朱家诚机械设计课程设计 M合肥：合肥工业大学出版社， 2005： 250 251 8 周淑容冲裁间隙对冲裁件质量的影响及其选择方法 J科技信息， 2009(12)： 22 25 9崔令江 M2003. 10刘绪功 D. 南京 :南京航空航天大学， 2005. 11 朱 东 波 ， 王 伊 卿 等 . 电 弧 喷 涂 汽 车 覆 盖 件 冲 压 模 具 快 速 制 造 方 法 P. 中 国 专 利 :03134500， 12程应潮，范国辉 16722004） 0413李体彬 化学工业出版社 . 2008. 023458 号： 1198 14李德群，肖祥芷 发展概况及趋势 J2005（ 7）： 915中国模具工业协会 一五”规划 J2005（ 7）： 316李大鑫，张秀锦 J2005 （ 2）： 117张春水 . 国内外冷冲模技术现状及发展趋势， 1991，第 1 期 18 640998， 19879王华，尚振国 冲压模具设计中的应用，中国科技信息 2008 年，第 15 期： 14120聂兰启，聂 伯扬 . 薄壁深锥零件的拉伸成形 .模具制造， 2008 年，第 8 期， 2921邓明，吕琳 第 1 版 学工业出版社， 2006 年： 11722 I a ie 2002,6(2):13023彭建声 册） 3 版 械工业出版社， 2006 年： 336 9 班 级 09 机械设计制造及其自动化 （ 4）班 姓 名 赵天星 课题名称 汽车摩擦片模具设计 目录 3 1 软件环境 3 2 修正回弹的对策 3 3 新斜楔机构在外覆盖件模具上的应用 3.车覆盖件冲压模具的制造技术 参考文献 指导教师 审批意见 签名： 1 年 月 日 汽车摩擦片冲压模具设计 赵天星 (机械设计制造及其自动化 09(4)班 近几年来，我国轿车市场发展十分迅猛， 2002 年在轿车销售超过 100 万辆的基 础上， 2003 年则向 200 万辆大关迈进，达到了 197 万辆。然而，在轿车热迅速升温 的同时，不得不尴尬地面对这样的现实 市场上热销的绝大多数车型是直接从国 外引进的。由手国内轿车覆盖件模具设计制造能力从总体上看还比较薄弱，为了生 产这些车型，各大汽车公司不得不耗资几亿、十几亿元采购海外模具。与国外大汽 车公司相比，由于生产规模比较小，这就造成单车均摊的模具成本远高于国外车， 这也是造成国产车整车制造成本居高不下的主要原因之一 1。 国内主要的轿车模具制造商有：一汽模具制造有限公司、东风汽车模具厂、天 津汽车 模具有限公司、成飞集成科技股份有限公司、南京模具装备有限公司、上海 千缘汽车车身模具有限公司等等。作为国内最大轿车生产销售商 上海大众汽车 有限公司，也有自己的模具设计制造部门 (。目前，虽然国内模具商在轿车内 覆盖件模具设计制造方面已小有能力，并可承接整车厂的部分模具开发项目，但对 于有很高型面精度和表面质量要求的外覆盖件，特别是中高档轿车的外覆盖件，整 车厂很少会将这类模具交由国内开发。 上海大众汽车有限公司为了降低整车生产成本，同时也为了提高公司的核心 技术能力，从 2001年开 始，涉足轿车冲压模具设计制造领域。 2001年 2002年完成 2 了 0只简单零件的模具，通过了公司质保部门验收 并投产。 2002年开始向大型化、复杂化、自动化发展，设计制造了 6000生产的 该零件外形尺寸大、拉深深度深、形状复杂 )。 2003年， 为进一步提高模具设计制造的能力和水平， 他们涉足 2000010000去上海大众在 20000使用 的模具，全部需进口，国内模具商还没有能力设计制造这样的模具。为此，他们选 择了 10000力机之一，集成化自动化程度非常高，当然这对模具设计的要求也相应地提高。零 件的送料高度、步距、机械手的位置有严格的要求，还要保证机械手在运动过程中 与模具无干涉，这样给予模具设计的空间就小了很多。在考虑诸多因素之后，他们 最终完成了整套模具的设计。另外，他们还完成了 0000的后轮罩的模具设计，在 去年的基础上更进一步。这些工作的顺利完成，标志着上 海大众模具设计能力已经达到了国内先进水平，从而为今后上海大众汽车模具国产 化 打 下 了 坚 实 的 基 础 。 尽 管 如 此 ， 与 国 际 先 进 水 平 比 较 ， 图 1 内板模具装配示意图 仍有较大差距，比如在轿车外覆盖件具设计方面还是空白。 具装配示意图 (a)上模装配示意图 (b)下模装配示意图在轿车冲模中，难度最大的是外 覆盖件模具设计，主要表现在以下两个方面： （ 1)克服由回弹造成的零件型面偏差破裂、起皱、回弹是轿车冲压件成形过程中的 3 主要缺陷。 由于轿车外覆盖件外形尺寸大、拉深深度浅、塑性变形程度低，一般不易拉裂， 因而回弹就成为该类零件制造过程中的主要问题，它将严重影响零件间的相互配合 关系。有限元模拟软件在冲压模具设计中得到普遍应用，已经能够比较准确地预测 破裂和起皱，从而有助于设计合适的工艺补充面来改善拉深过程中材料的流动状况， 提高零件的成形性。然而，迄今为止，大多数有限元软件还不能精确地预测冲压件 从模具当中取出 后的回弹变形。因此，对外覆盖件回弹问题的处理，主要还是依靠 经验来修改模具型面，使冲压件过正成形，来抵消由于回弹导致的变形 2。 (2)冲压件的取件 由于外覆盖件 (如前盖外板、车顶、翼子板 )都需进行复杂的翻边整形或预卷边 工艺，这就使得在模具结构设计时，必须考虑冲压件成形后的取件问题，目前，大 都依靠复杂的多斜楔机构联动来实现模具工作部分对零件让位，以实现方便取件， 由此造成整个模具的结构十分复杂 3。 目前，国外大汽车公司为了降低模具开发、制造成本，缩短生产周 期，将除 轿车外覆盖件之外的大部分轿车冲压件的模具都交由专业模具公司 (如 设计 和制造，这些公司都有很强的开发能力，并在某些零件的模具制造方面拥有独到的 优势。但作为整车厂，考虑到新车型开发过程中的保密，对诸如翼子板、行李箱盖、 车门、侧围、车顶、前盖等敏感零部件的模具，则都由自己的模具制造部门来设计 和制造 4。 3 1软件环境 冲压模具设计，除了必要 的 大量应用了有限元模拟软件，如 辅助冲压工艺设计。下面，以 例，说明如何利用 序工艺补充面。 发的专业薄板成形快速模拟软件，可以用于薄板、拼焊板的冲压成形、液压胀形等 过程的模拟，配合不同的功能模块，还可以进行冲压件单步法成形模拟以及拉深工 序工艺补充面 (设计。轿车冲压件中，约有 2 3可以利用 模块根据由设计者指定的或由软件自动 4 产生的压边圈型面，以及工艺补充面的多条截面线 (能够快速地生成工艺 补充面，用于拉深工序的模拟，如图 2所示。压边圈型面、 式的调整。这种快速设计是建立在对 曲面面片本 身以及曲面面片之间的连续并非十分光顺，尽管这种曲面不能够直接用于模具表面 的机械加工，但是对于模拟精度的影响却不是很大。根据模拟结果，设计者可 以很 方便地对工艺补充面进行调整，直到模拟结果满足设计要求。最后，将压边圈、 并结合产品数模，就能够得到机加工可以使用的拉深工序模具数模 5。 图 2 冲压工艺传统设计方法：首先，在经验基础上，利用 次， 将 拟；根据模拟结果，在 工艺补充面进行调整，并将新的 始新的模拟，直到满足要求 为止。这是一个从 于每次在 5 面都远较在 此，整个过程所花费的时间就多得多。而新方法在 冲压工艺设计初期，就用 艺补充面，与传统的设计方法相比，就能够大大提高设计效率 6。 由于 软件，为了在较短的时间内对复杂冲压件的成 形过程进行评价，采用了膜单元来离散几何模型，必然要降低模拟精度，因此，有 些汽车公司在模具设计开始之前还要利用模拟精度高的 德国大众就采用 了 拉深工序进行再次模拟 (的，能够得到更为准确的计算结果，但是其计算所花费的时间通常是 到十几倍，该软件比较适用于最终验证 7，所有拉深工艺必须通过 证为是可行的，才可用于模具设计。 模具设计完备 ，应通过图纸结合泡沫模型进行验收 (图 3)，各道工序用不同颜 色的线条标记在泡沫模型上，这样做直观而清晰。还应组织包括工艺设计者、项目 规划员、模具调试人员、模具操作者等相关人员进行讨论验收。对于在冲压工艺上 难以解决的成形问题，还应邀请产品开发人员一同讨论，寻求对产品进行更改设计 的 8。 图 3 冲压工艺泡沫模型 3 2 修正回弹的对策 由前已知，回弹是轿车外覆盖件成形过程中的主要问题，现以前盖外板为例， 对此进行详细分析。 通常外 覆盖件的回弹有以下两类： 6 大片平坦曲面由弹性回复造成的拱起或塌陷，如图 4 中 C 部放大所示，虚线 表示零件从模具中取出并发生回弹后的位置。这类问题，工艺设计时通常不加以考 虑，工艺数模中产品型面部分的数据与来自于产品开发部门的数据相一致，并用于 模具制造。待试模之后，将试件与检具进行对比测量，根据偏差对拉深模型面进行 修正。如果设计人员对于这类问题的控制拥有非常丰富经验的话，也可以事先估计 出曲面弹性回复的方向以及偏移量，并将其反向叠加到产品数模上去，求得考虑回 弹 变形的拉深工艺曲面，这个计算过程需要由专门的计算机软件来完成，在德国大 众，采用的是 翻边整形部分由弯曲变形回弹造成的折边转 图 4 平坦曲面由弹性示意图 角变化，如图 4 中 B 部放大所示。对于这类问题，该处除拉深和剪边外，还包括翻 边和斜楔整形，整形工艺需过正成形 2 3，以抵消弯曲回弹。该工艺由工艺 设计完成，并体现在工艺方案的数模中 9。 斜楔机构在外覆盖件模具上的应用 目前，新车型的很多外覆盖件，如 翼子板前盖外板、车顶等的翻边整形工序 中，采用了一种称之为“旋转斜楔”的新工艺 16。其工作原理为旋转进程。斜楔上 的凹槽部分是冲压件需整形的区域，当整形过程完成后，气缸驱动的托架推动旋转 斜楔绕滚筒转动，从而达到对零件让位的目的，方便整形后的零件从模具上取出。 7 旋转斜楔的优点是：因整形部分与冲压件托料部分的拼接处非常光顺，故零件上无 明显压痕；模具结构简单；维修保养简便且费用低。 车覆盖件冲压模具的制造技术 汽车覆盖件冲压模具的制造技术方法有很多，具体用那 种方法要看汽车覆盖 件冲压模具的难易程度和制造精度。 速成型技术 快速成型技术是基于离散、堆积成形思想的新型成形技术，即由三维 型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体的技术，这是继数字驱动设计（ 和数字驱动制造（ 后的又一项为制造业带来巨大变革的数字化制造技术 10。 快速成型技术中，三维形体在离散过程中被沿着一至三个方向分解，生成形体的各 个离散面、离散线和离散点，将这些离散体（面、线和点）转换成实体，并将它们 依照原先的顺序堆积还原成三维形体 的实体形状 15。通过离散获得材料堆积的路径、 顺序和方式，生成一系列二维层面数据，再将分层后的数据进行处理，加入加工参 数，生成数控代码，在数控系统控制下将材料逐层“迭加”起来形成三维实体，实 现数字化成形，构成三维物理实体。快速成形技术的特点有： （ 1）高度柔性。不需要传统的专用工具和生产装备，而利用信息技术把生产加 工的重组集成到制造系统中； （ 2）各种先进技术的高度集成； （ 3）快速性。传统加工方式开发一个复杂形状的产品，从设计、工艺规划到加 工完成，可能需要几天、几个月甚至上年的 时间，而采用快速成形技术，从实体建 模到原型或零件加工完成，可以在几十小时或几个小时内完成； （ 4）自由成形性。因此能够制造特别复杂的实体； （ 5）材料的广泛性。不同的工艺可制造树脂、塑料、纸、石蜡、复合材料、金 属材料、陶瓷等原型。采用分层实体制造工艺。分层实体制造将激光用于箔材（主 要是涂敷纸）的切割，逐层粘切完成后，清除被切割的废料，就获得了所需要的原 型。该技术可保证原型件精度；能制造出大型甚至超大型的设备，得到最大尺寸， 运行费用设备中为最低。 电磁成型 技术最先起源于美国。随着科学技术的进步和制造业的发展，电磁 8 成型技术逐渐发展成为制造业中一种新型的金属塑性加工方法。它是利用瞬间的高 压脉冲磁场迫使金属产生塑性变形达到成型金属零件的目的。电磁成型加工是一种 高速能的工艺，目前，电磁成型技术已广泛应用于航空航天、原子能、汽车、仪器 仪表、电子以及玩具等领域 11，主要是金属板材的冲孔、压印或压花以及管材的胀 形、缩颈、冲孔、翻边等。电磁成型的理论基础是物理学中的电磁感应定律，在电 场周围会产生变化的磁场，而随时间变化的磁场 在其周围空间激发涡旋电场，所以 当有导体处于此电场中时就会产生感应电流 (涡流 )。在电磁成形过程中，磁场力是 工件成型的动力。电磁成型是利用脉冲磁场力来使金属坯料变形的，脉冲磁场力是 由电容器通过工作线圈瞬间放电所产生的。脉冲磁场里是磁场间相互排斥或相互吸 引的作用。 电磁成型加工的工艺特点：非机械接触性加工，电磁力是工件变形的动力，它 不同于一般的机械力，工件变形时施力设备无需与工件进行直接接触，因此工件表 面无机械擦痕，也无需添加润滑剂，工件表面质量较好；工件变形源于工件内部带 电粒子受磁 场力的作用 14。因此，工件变形受力均匀，残余应力小，疲劳强度高， 使用寿命长，加工后不影响零件的力学 、物理、化学性能，也不需要热处理；施力 元件 (线圈 )相对压力机尺寸小，易在真空和气保下进行，将感应加压一次完成；由 电磁力的控制精度其误差可在 内，因此加工精度高；加工效率高、时间短、 成本低，便于实现生产的自动化；电磁成型设备可实现工件的多步、多点、多工位 成型，有助于实现生产的柔性化；污染较轻，有利于环境的保护。电磁成型加工作 为一种新型的金属塑性加工技术，不同于传统的冷锻、温锻 和热锻等加工方法，它 以其独特的加工特点展现出巨大的发展潜力 12。 无模多点成形就是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造技 术。该技术利用一系列规则排列的、高度可调的基本体，通过对各基本体运动的实 时控制，自由地构造出成形面，实现板材的三维曲面成形。它是对三维曲面扳类件 传统生产方式的重大创新。实现无模成形：取代传统的整体模具，节省模具设计、 制造、调试和保存所需人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成 本，提高产品的竞争力。与模具成形法相 比，不但节省巨额加工、制造模具的费用， 而且节省大量的修模与调模时间，与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量 9 好，并且显著提高生产效率。优化变形路径：通过基本体调整，实时 控制变形曲面， 随 意改变板材的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难加工材料的塑性 变形，扩大加工范围。实现无回弹成形：可采用反复成形新技术，消除材料内部的 残余应力，并实现少无回弹成形、保证工件的成形精度。小设备成形大型件：采用 分段成形新技术，连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型工件。易于 实现自 动化：曲面造型、工艺计算。压力机控制、工件测试等整个过程全部采用计算机技 术，实现 体化生产，工作效率高，劳动强度小，极大地改善 劳动者作业环境 13。 采用低熔点合金浇铸，快速制造汽车盖件试制模具。合金的熔点低至，且凝 固时几乎没收缩，是其两个明显的特点。提出工艺路线为：根据模型制造原型，再 将翻制为具有足够尺寸精度的陶瓷型，对陶瓷型进特殊处理后，在接近的温度下， 浇铸出低熔点合金汽车覆盖件拉延模具。此拉延模具以制造件汽车 覆盖件零件，完 全满足试制模具的需要。主要应注意：低熔点合金的设计；低熔点合金的浇铸工艺； 低熔点合金模具的试模与调试。采用等离子喷涂技术，也可快速制造汽车车身试制 模具。在电弧喷涂研究的基础上，进行的主要研究与开发技术为采用原型制造汽车 喷涂模具的工装 8；纸原型与工艺转化原型的设计与制造；喷涂工艺参数的选择； 喷涂型壳与纸原型的分离；喷涂模具背衬材料的选择与制备；喷涂模具背衬的制造 及后处理；喷涂模具的试模与调试。 近年来，通过不懈的努力，国内轿车冲压模具的设计制造能力取得了 显著的进 步。但是，在轿车特别是中高档轿车外覆盖件模具的开发上，我们与国际水平仍有 较大差距。不过，这种差距并非不能缩小，只要我们多加强国际交流，多吸取国外 同行的设计制造经验，一定能够加快轿车覆盖件模具的国产化进程。 10 1陈炎嗣 冲压模具设计与制造技术 京出版社， 1991 04 2郭春生 孙继明 北京：国防工业出版社， 1993 10 3杨玉英 北京：国防工业出版 社， 1996 02 4邓仕珍 北京：北京理工大学出版社， 1997 5of in of 6刘罡 海交通大学博士论文 2001 7程迎潮 ,刘罡 ,范国辉 (上海大众汽车有限公司，上海 201805) 8樊小年，试谈汽车覆盖件冲压模具的制造技术，岳阳职业技术学院，湖南岳阳 414000 9崔令江 M2003. 10刘绪功 D. 南京 :南京航空航天大学， 2005. 11朱东波 ,王伊卿等 P03134500， 12程应潮， 范国辉 16722004） 0413李体彬 化学工业出版社 . 2008. 023458 号： 1198 14李德群，肖祥芷 发展概况及趋势 J2005（ 7）： 915中国模具工业协会 一五”规划 J2005（ 7）： 316李大鑫，张秀锦 J2005 （ 2）： 111 浙江理工大学本科毕业论文 摘要 粉末冶金是一种不需要将材料融化的冶金方法，是冶金和材料科学的一个分 支。而随着经济的发展，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，使其在现代工业中的地位也越来越高。相应 的，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。特 别是在汽车行业中应用的比例越来越重 ,是现代汽车行业发展的重要支柱之一 , 现代工业发展的一个方向 . 本次设计了一套汽车刹车片的压制模。本课题主要是查找刹车片的压坯到模 具模架的选择准则，了解各个零件的具体要求。从对零件压坯的尺寸，密度，质 量和高度等计算，来确定阴模与模冲的类型，再通过对压机的选择设计所需要的 模具，顶出方式的选择 ,加热方式的选择 ,加热元件规格的计算与选择，对模具的 材料进行选择 ,强度校核 ,粗糙度的确定 ,最后画出零件图和装配图。 关键字 ：粉末冶金；压制成形；刹车片模具 汽车刹车片模具设计 is a of is an of of be so its in as a an in in an of is of of is a is a of on s to s on to s of I 浙江理工大学本科毕业论文 目 录 摘要 1 章 绪论 . 1 末冶金概述 . 1 具工业在现代工业国民经济中的地位 . 4 末冶金模具的现状 . 4 第 2 章 粉末冶金模具设计的原则 . 5 用粉末成形压机的选择原则 . 5 坯的选用原则 . 5 制成形模具设计准则 . 6 第 3 章 模具的设计和材料选择 . 6 坯的要求和压制方式的选择 . 6 制方式的选择 . 9 出方式的决定 . 11 热管的排布方案与选择 . 12 模的设计 . 13 下模冲的设计 . 13 模冲长度的设计 . 13 模冲的设计 . 14 它模架零件的设计 . 14 接方式的设计 . 15 下模座与固定板之间的连接 . 15 模座与阴模固定板之间的连接 . 15 模材料的选择 . 15 冲材料的选择 . 16 架的材料选择 . 16 第 4 章 强度的校核 . 17 机的选择 . 17 冲强度校核 . 17 第 5 章 模具间的余量的计算 . 18 模冲的弹性变形余量 . 18 模与下模冲的间隙 . 18 坯烧结率与回弹率的总收缩率计算 . 19 坯的回弹率 . 19 弹率的影响因素 . 20 结收缩率 . 20 第 6 章 主要零件加工后应达到的要求 .模 .冲 .他零件 . 22 汽车刹车片模具设计 总结与展望 . 24 参考文献 . 谢 . 29 浙江理工大学本科毕业论文 第 1 章 绪论 末冶金概述 粉末冶金是一门制造金属粉末，以金属粉末（包括混入有废 金属粉末者）为原 料，用成形 义上，它也包括以氧化物、氮 化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料，用成形 这里所讲的成形，系指赋予金属粉末等原料粉末以所要求的金属制品的形状与 尺寸。 在制造粉末冶金零件的过程中，所用的成型模具是如何设计的。模具设计与所 使用的粉末原料的性能、使用的成形工艺与设备以及所制造的零件的材料性能、 形状和尺寸大小等密切相关。 特别是 20 世纪 70 年代以来，铁基粉末冶金零件的生产技术发展非常快，一句 对 所制造零件的技术性能要求，研发出了各种各样的金属粉末成形技术与设备， 除常规的单轴向刚性模具压制工艺之外，还有粉末锻造、注射成型、温压、热压、 冷等静压、热等静压、挤压、粉末轧制、粉浆浇注、喷射成形及无模成形等。其 中多种成型工艺都涉及到模具设计问题。 粉末冶金是一门古老的冶金技术。我国早在 2500 多年前的春秋末期，就已用 块炼铁（即海绵铁）锻造法制造铁骑了。块炼铁是用木炭还原铁矿制成海绵铁， 这和现在还原铁粉的生产工艺相似，故可称之为早期的粉末锻造技术。这项技术 后来由于炼铁技术的兴起而 从历史舞台上消失。进入 18 世纪后，为制取金属铂， 粉末冶金重新焕发了青春。从而，使粉末冶金这么古老的冶金技术开始进入现代 科学技术发展的行列。 继金属铂之后，在 19 世纪后期至 20 世纪初，用粉末冶金方法制取了具有划时 代意义的钨。之后粉末冶金方法制取了钼、铌等难熔金属，从而为现代电子和电 光源工业的发展奠定了基础。 20 世纪初，继难熔金属之后，用粉末冶金技术陆续研制成功了硬质合金，多 孔性金属含油轴承、钨 钢镍复合材料等。 1 汽车刹车片模具设计 2003 年全球粉末货运总量约为 88 万吨，其中美国占 51%，欧洲 18%，日本 13%， 其他国家和地区 18%。汽车工业的发展推动了现代粉末冶金技术的进步。汽车制 造业现已经成为粉末冶金工业最大的用户， 20005 年欧洲生产的粉末冶金结构零 件 80%用于汽车制造，在日本为 90%，北美为 75%。一方面汽车的产量在不断增 加，另一方面粉末冶金零件在单辆汽车上的用量也在不断增加。北美平均每辆汽 车粉末冶金零件用量最高，为 斤，欧洲平均为 9 公斤，日本平均为 8 公 斤 。中国由于汽车工业的高速发展，拥有巨大的粉末冶金零部件市场前景，已经 成为众多国际粉末冶金企业关注的焦点。 信息行业的发展也为粉末冶金工业提供了新的契机。日本电子行业用的粉末冶 金产品已经达到了每年 美元，其中热沉材料占 23%，发光和电极材料占 30%。 现代粉末冶金工业，除了通常所讲的生产铁粉、铜粉等金属粉末和生产铁基、 铜基粉末冶金制品等产业外，广义的讲，还应包括用粉末冶金技术制造的所有产 品门类的产业，诸如难熔金属制品、硬质合金、金刚石 磁与硬磁 铁氧体元件、技术 陶瓷、电触头材料、多孔性金属过滤器、金属 业。现在用粉末冶金技术制造的材料或制品，大体上可以分为五类： 1）粉末冶金机械零件，其中包括烧结金属自润滑轴承、烧结金属结构零件及 烧结金属摩擦材料与制品等； 2）铁氧体磁性材料，其中包括永磁铁氧体材料、软磁铁氧体材料； 3）硬质合金材料与制品，其中包括工具材料、耐磨材料、耐高温与耐腐蚀材 料； 4）难熔金属或高熔点金属材料与制品，诸如钨、钼、鉭、铌； 5）精细陶瓷材料与制品。 粉末冶金机械零件是当前粉末冶金工业的主导性产品。广泛使用 的粉末冶金机 械零件材料有烧结铁、烧结碳钢、烧结低合金钢、烧结合金钢、烧结不锈钢、烧 结铝和烧结铝和金、烧结同和烧结铜合金、烧结镍合金等。 早期的粉末冶金机械零件主要是含油轴承与垫圈之类的制品，形状简单且力学 性能较低。近 40 年来，由于钢铁粉末、粉末成形压机、模具、烧结炉等的不断 改进，组合烧结、粉末锻造、注射成形、温压及冷、热等静压等工艺技术的相继 开发，制造的粉末冶金结构零件形状愈来愈复杂，材料的力学性能越来越高，像 2 浙江理工大学本科毕业论文 汽车发动机中承受动态 应力最高的连杆，现在不但可用粉末锻造生产，甚至可用 一次压制 用温压技术，用一次压制 金零件的材料密度达到 从而使材料的力学性能显著增高 粉 末冶金机械零件的市场一直在不断扩大。 具工业在现代工业国民经济中的地位 模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、操作简单、生产过程易于实 现机械化与自动化、生产成本低而获得广泛的应用，利用模具可以加工出薄壁、 重量轻、刚性好、形状复杂的零件；产品质量有模具保证，具有一模一样 的特点； 这是其它加工制造业所无法完成的；模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航 空、仪表、仪器、医疗器械、电子通信、兵器、家用电器、五金工具、日用品等 工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽 车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占 80%以上；在电冰 箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占 90%以上；在子弹、 枪支等兵器产品中占 95%以上；在日用金属产品中占 95%以上。可见，研究和发 展模具技术，对于促进国民经济的发展和工 业现代化具有特别重要的意义。目前， 模具技术已成为衡量一个国家产品制造的水平的重要标志之一。 末冶金模具的现状 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 U)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 U)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 :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。 3 汽车刹车片模具设计 80 年代后期，我国家用电冰箱生产发展迅速。电冰箱的心脏是压缩机，而 压缩机的一些主要零件都是用粉末冶金制造的，诸如往复式压缩机中的连杆、活 塞、轴套、阀板，旋转式压缩机中的缸体、缸盖、平衡块、叶片等。现在宁波粉 末冶金厂等一些厂家已能批量生产这些零件。这些零件是由易切削铁粉制造的。 易切削铁粉的主要添加剂 内已研制成功，并开始小批量生产。宁波粉末 冶金厂经过 4 年研制，已试制成功大发车的曲轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮、平 衡块、主动与从 动链轮，止推板等，有的零件已进入批量生产阶段。上海粉末冶 金厂为上海桑塔纳轿车配套的粉末冶金零件 17 种 33 件，已有 14 件 (包括二次配 套件 )先后投入批量生产。 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。 第 2 章 粉末冶金模具设计的原则 用粉末成形压机的选择原则 1）压制成形用原料粉末的特性，原料粉末的特性影响压制时的装粉速度、压 制压力 2)零件压坯的几何形状，决定了所需模冲的个数； 3）制品的尺寸公差； 4）批量大小，生产批量大时，模具更换少，反之亦然； 5）粉末冶金生产厂可利用的压机和模具的结构、气候条件和建筑特性等； 6）操作和维修人员的素质； 7）快速采购备件的可能性； 8）对自动化程度的要求。 坯的选用原则 1）材质 根据所要求的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、气密性、磁性等物理 - 力学特性，来选择材料的组成、密度、后续处理等； 4 浙江理工大学本科毕业论文 2）零件尺寸 根据对象零件的尺寸计算成形加压面积。然后依靠材质选定的密 度，确定所需要的单位面积压力，从而计算出所需要的总压制力； 3）零件形状 关键在于是否能压制成型，若整体无法压制成形，可以考虑分 割成 2 部分以上分别压制成形再组合起来； 4）成本 尽量将功能用不上的零件部分去除，以节约材料，降低生产成本； 5）精度 零件形状确定 之后，在选定的材质、后续处理等条件下，确定压坯精 度。为了充分利用粉末冶金零件的经济性，最好用模具压制成形来保证各项精度。 制成形模具设计准则 1）阴模型腔内各个部位都必须可靠地充填以数量精确的粉末； 2）压坯内的密度分布应尽量均一； 3）为保证邻接部分粉体间充分连接，对阴模型腔内各处的粉体应同时进行密 实。应注意密实粉体仅只很微量向侧向移动； 4）必须将压坯完好的从成型模具中脱出； 5）对模具零件的所有必要的动作都必须进行适当的控制，而且必须能以足够 高的精度进行重复； 6） 模具的模冲尽量少； 7）在压制过程中，模冲不得与阴模或芯棒，或相互卡住； 8）在压制过程中，所有模具零件都必须能承受施加于其上的载荷。所有零件 都必须尽量耐磨，而且应具有最高的可预期寿命； 9）模具的所有功能都必须最好的利用压机的相应功能； 10）模具的设计应便于组装和安装在压机上，以将组装的时间缩短到最短； 11）磨损的模具零件应尽量容易更换，以将停工时间缩小到最短； 12）就预期的模具使用寿命和生产压坯数量而言，模具的制造成本必须合理。 5 汽车 刹车片模具设计 第 3 章 模具的设计和材料选择 坯的要求和压制方式的选择 该零件为刹车片如图 3示，需要在压制的过程中进行和刹车片背板的烧结。 图 3车片与背板的组合图 实际零件类似于图 36 粉末种类 3 松装密度0 （ g/ 范围 常用值 还原铁粉 化铁粉 化 6 6 3 青铜粉 介铜粉 择比还原铁粉还要小一些的松装密度 浙江理工大学本科毕业论文 图 3车片 经查阅资料，刹车片材料除了 大约 50%左右的金属材料如还原铁粉、钢纤维等， 还有一定量的各种纤维，酚醛树脂，利于烧结的各种成分在其中，查阅各阶段铁 粉的密度如表 表 根据图表 7 分类 3 密度（ g/ 孔隙度 (%) 单位压力 (低密度零件 20 825 高密度零件 或 H/T3 时 ,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 8 浙江理工大学本科毕业论文 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的二分之 一。但上模冲的移动速度要比阴模和芯杆打，才能保证压坯密度分布均匀。 该刹车片的高径比 H/D=10： 冷态泄露电流以及水压和密封试验后泄露电流应不超过 工作温度下的热态泄露电流应不超过公式中的计算值，但最大不超过 5 I=1/6（ （ 3 I 热态泄露电流 mA t 发热长度 多个元件串联到电源中时，应以这一组元件为整体进行泄露电流试验。 出厂检验时冷态绝缘电阻应不小于 50 密封试验后，长期存放或者使用后的绝缘电阻应不消与 工作温度下的热态绝缘电阻应不低于公式中的计算值，但最小应不小于 1 R=（ 3 R 热态绝缘电阻 t 发热长度 工作温度 件应在规定的试验条件和试验电压下保持 1无闪络和 击穿现象。 元件应能在规定的试验条件下经历 2000次通断电试验，而 不发生损 坏。 元件在规定的试验条件和输入功率下应承受 30次循环过载试验，而 不发生损坏。 元件在规定的试验条件和试验电压下应承受 1000次循环耐热性试验， 而不发生损坏。 3）单端电热管的参数 功率： 20w/4500w 阴模选择直径 20 110单端电热管 上模座选择直径为 25 350单端电热管 其他性能要符合基本技术要求 13 汽车刹车片模具设计 模的设计 首先，阴模的高度必须高于装粉的高度，所 以利用压坯密度和粉末填充密度之 间的比率 Q 来计算零件部分所需要的装粉密度，比率 Q 可以根据如下公式计算： Q=压坯密度 /充填密度 =充填深度 /压坯高度 （ 3 Q=则所要求出的装粉高度 F 为： F=H Q= 假定对与下模冲在阴模型腔内导引距离需要 25阴模至少要比装粉深度高 30是，将阴模下端面的边缘标注在上端面边缘以距离为 A=F+300。最后，考虑模冲的长度。因为模冲的必须要足以能 够将压坯从阴模中完全脱 出，即它们的长度至少为 84于这个长度，还应加大裕度 510便能 够修正磨损的模冲轮廓外形。所以最终定为长度为 90下模冲的设计 模冲长度的设计 形状与刹车片的形状一致 ,由于之前决定使用的顶出方式为下模冲运动至阴模 面来顶出加工零件 ,且选用了直径为 25度为 100加热元件 ,并且需要留 出 30上的壁厚和 510磨损余量 ,最终确定下模冲长为 150模冲的设计 上 模冲在压制时起到固定刹车片背板 ,并且通过刹车片背板参与刹车片压制和 烧结的过程 ,而且由于在上模冲背面设有一套加热原件 ,所以在不必要的情况下 , 可以设计的尽量短一些 ,便于加热元件的热量能够更快且尽量减少消耗的传递过 来 但是需要通过刹车片背板的的两个孔进行固 定和定位 ,所以需要有两个 14 的圆形凸台，所以长度为 35上厚度为 15连接板。 注： 阴模型腔的硬度约为 6265得低于 60冲除和阴模型腔一样必须 耐磨以外，还必须具 有韧性，故模冲的硬度可比阴模稍低一些，一般以 6063宜。 模具表面粗糙度愈小愈好。这不仅可以减少压制成型时粉末与阴模型腔间的摩 擦力，且可增高压坯密度的均匀性，减低脱模压力。文献表明，精细研磨的硬质 14 浙江理工大学本科毕业论文 合金阴模型腔表面，可时脱模力减到 1/模型腔及模冲端面粗糙度极 为重要。理论上，粉末压制成形模具中与粉末成形相关的任何表面，粗糙度上都 是越小越好，以不大于 m 为宜。 它模架零件的设计 下模冲与 下模座之间需要一段空间来保证下模冲的压制运动能够顺畅进行，所 以在下模座与阴模之间需要一组阴模固定块来支撑阴模一下模座之间的这片空 间。下模冲长为 150模高度为 90模的装粉高度为 40以固定 块的高度至少为： 150-（ 90=100留出至少 1020余量，最终确 定阴模固定块的高度为 120 下模座和上模座由于需要装置导柱和放置杆，而导柱在 标准件中查 询到大于 350度的导柱直径需要 60以设定放置杆的直 径也设计为相 同的 60终确定上下模座的面积为 700550度为 50 加热板上表面设计成略小于上模座，以便于连接，而下表面用来传递热量，为 了尽量不浪费资源，设计成与上模冲大小一样，厚度暂时定为 90 接方式的设计 下模座与固定板之间的连接 图 3用 90 的内六角螺钉，方便拆卸，连接紧密，强度高。 模座与阴模固定板之间的连接 15 汽车刹车 片模具设计 图 3用 50 的内六角螺钉连接，并且每一侧用两个 20 的定位销来确定 位置和承受阴模的压力。 模材料的选择 阴模是成形零件压坯轮廓形状的模具，耐磨性特别重要。粉末成形时，阴模承 受巨大内压。为防止破损，阴模大多以热装状态使用。因此，主要采用主要采用 高硬度材料制造，并进行热处理。 在这里使用合金工具钢 硬度要高于 60 冲材料的选择 模冲压制成形用 的模冲都不只是使用一次，二是 105106 次或更多，同时在使 用过程中不得断裂或产生塑性变形，而且在负载作用下不会弹性胀大到挤进阴模 型腔中的程度。就量一个压制周期中产生很小量的塑性变形，经过若干的压缩周 期后，也会使模冲发生相当大的缩短与增厚。其后果可以想象：模冲缩短时，压 坯的高度会相应的增高，而当模冲增厚时，最终会挤进阴模型腔与断裂，而且， 可能会损坏整套模具。 于是，模冲必须具有高压缩屈服强度、高的刚度及高的疲劳强度。除了上述性 能外，再由模冲形成压制成型模具壁的一部分的场合，模冲 表面的硬度还必须足 16 浙江理工大学本科毕业论文 够高。必要时，可十分精细的将模冲进行表面硬化，以免发生脆裂和表面开裂。 只有刚度最高的一类工具钢适用于制造模冲，最理想的情况是，制造模冲的材料 具备以下性能： （ 1）软化退火时，切削性能好； （ 2）淬火硬化后，具有最高可能的刚度与疲劳强度； （ 3）在淬火硬化过程中，具有最高可能的尺寸稳定性和最小 可能的对裂纹的敏感性； （ 4）最高可能的耐磨性； 所以选择使用工具钢 架的材料选择 制作与模 冲托板都是模架的一部分，即便是跟换模具，他们也都是通用的，故 具有不产生缺陷与压痕的硬度是必要的。由于它们的尺寸余裕的场合居多，故在 强度方面，没有必要采用像模具那么高级的材料。可使用 硬度和模冲相同或略高即可。 这里选择材料为 45 号钢，硬度与模冲一样。 第 4 章 强度的校核 机的选择 金属粉末的压制力通常由其单位流动压力所决定 : P=4式中 p 金属粉末平均单位流动压力 F 压制坯截面积 n 压制模中型腔数量 (对一次多件压制 ) 由于该刹车片只需要 45右的压力，截面积为 4500需压制力使用原 料粉末的成型压力乘以该零件的截面积，所以压力 F=45 4500=202500N， 确定压制力后 ,可选择压机的吨位 : 中 压力机吨位裕度系数， 7 (4 汽车刹车片模具设计 而压制后制件的顶出力有侧压力 体侧表面面积 粉体与模壁的摩擦系 数（ =定： 4 顶出力为： 3804 1045 106=30以选用 机，主要技术参数数据：额定压制力 40045脱出力 1800阴模最大装粉深度 120制速度范围 624 件 /压头 /下 速头速度比 1:11:4。 冲强度校核 由于压制成形模具在周期高载荷下工作，因此，必须对主要受力件进行强 度校核。 冲头一般处于压应力状态，其强度校核式为： =P/ 式中 P金属粉末压制力 头最小截面积 工具钢许用应力 =220000/4500=围 常 用 值 范围 常 用 值 范围 常 用 值 范围 常 用 值 铁基 . 25 . 30 铁基 . 15 . 20 . 25 6 铜 . 12 . 20 汽车刹车片模具设计 坯烧结率与回弹率的总收缩率计算 坯的回弹率 常见的铁、铜压坯的回弹率见表 、铜压坯的回弹率 g 表 回弹率的影响因素 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。 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 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。 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 5下时，回弹率大大 降低。 烧结 收缩率及其影响因素 结收缩率 常见的铁、铜压坯的烧结收缩率见表 20 成分 密度 3 （ g/ 收缩率（ %） 工艺条件 范围 常用 值 纯铁 结温度 10801150 铁 碳 碳 13%，烧结温度 10801120 6铜 结温度 780830 浙江理工大学本科毕业论文 铁、铜压坯的烧结收缩率 c 表 缩率的影响因素 化学成分对收缩率有一定影响。不仅不同的金属粉末收缩率差异较大，而且 少量的合金元素添加剂，对收缩率也有一定的影响。例如，在铁基材料中，添加 碳、硒、铝、硼等元素，使收缩率增大；添加铜，可阻碍收缩，一定条件下可使 收缩率接近零，甚至胀大。在铜基材料中，添 加锡、磷等元素，可增大收缩率； 添加锌，在一定条件下，有阻碍收缩的作用。 提高压坯密度，可是收缩率减小，反之亦然。 烧结工艺对收缩率影响最为明显。提高烧结温度，收缩率增大。这因素最 敏感，尤其对于收缩率大的材料。延长保温时间，是收
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