【文章內容簡介】 31 參考文獻 32 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） １ 第 1 章 概論 課題來源、目的和意義 本課題來源于生產實際，主要是對 半金屬剎車片的模壓模具設計，并且得到了 材料力學、 塑料 模具設計及機械制造技術基礎的綜合訓練。同時， 掌握 汽車 半金屬剎車片 的工藝優(yōu)化及模具設計的流程、工藝重要參數(shù)選擇及優(yōu)化，并加深對計算機輔助繪圖軟件的了解以及加強查閱運用資料、手冊的等主要方面能力的訓練。在這個過程中也可以加強自身對所學知識的運用以及分析問題和解決實際問題的能力、探求真理的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力并受到工程設計與科學理論結合的初步訓練等方面的能力。 模具設計和制造是我國經濟 建設中的一項重要產業(yè)，起著振興和發(fā)展我國模具工業(yè)的重要作用，正日益受到人們的重視和關注。以汽車 半金屬剎車片 為例，通過計算機設計模具結構及模擬 模 壓過程并對其中的工藝和模具進行優(yōu)化，可以大大縮短模具設計周期，提高產品設計的準確性，降低產品開發(fā)和模具成本。尤其是在 模具 技術相對落后的中國，制造出優(yōu)質的模具以及生產出高質量的 模壓 產品勢在必行。 國內外模具技術發(fā)展 現(xiàn)狀 與趨勢 國內外模具的 發(fā)展 現(xiàn)狀 模具作為工業(yè)生產的基礎工藝裝備 , 在汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活用品的生產中 被廣泛應用。 70%的 零件都要依靠模具成形，并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越迫切，精度要求越來越高，結構要求也越來越復雜。用模具生產零件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產效率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。 模具生產的工藝水平及科技含量的高低 ,成為衡量一個國家科技與產品制造水平的重要標志 ,在很大程度上決定著產品的質量、效益、新產品的開發(fā)能力 , 決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力 【 1】 。 我國塑料模的發(fā)展極其迅速 ,30年已走過國外 90 年的歷程 , 現(xiàn)已具相當規(guī)模 . 塑料模的設 計技術、制造技術 CAD 技術、 CAPP(Copmuter Aided Programed Proeedure / Proeess Planning)技術已有相應的涉獵和開發(fā)應 【 2】 。 中國雖然在很早以前就制造模具和使用模具 ,但一直未形成產業(yè)。 1988 年至 1992 年 , 國家委托中國模協(xié)和機械院在全國范圍內組織了上百個模具企業(yè)和有關科研單位、大專院校 , 共同對模具關鍵技術進行攻關 , 取得了豐碩成果。 20 世紀 90 年代以來 , 中國在汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用 CAD/ CAM 技術。由于 CAD/ CAE/ CAM 的應用 , 特別是 20 世紀 80 年代開始中國許多模具制造廠從國外引進了許多軟件 , 包括 壓制 模、級進模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應軟件 , 使中國模具設計制造湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） ２ 水平有很大提高 , 也產生了較大的經濟技術和社會效益。 20 世紀 80 年代后期開始 , 中國模具工業(yè)發(fā)展十分迅速。由于國民經濟的發(fā)展對模具提出了越來 越高的要求 , 使國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展 ,世界模具市場仍然是供不應求 。 近幾年 , 世界模具市場總量一直保持在 600 億 650 億美元之間。美、日、法、瑞等國每年出口模具約占其 本國模具總產值的 1/ 3, 我國模具的出口量還不到總產值的 5%, 我國模具出口可以發(fā)展的空煎非常廣闊 【 3】 。 綜上所述 , 我國塑料模具的質量、技術和制造能力近年來確實發(fā)展很快 , 有些已達到或接近國際水平 , 由于我國模具制造基礎薄弱 , 各地發(fā)展極不平衡 , 因此總體來看 , 與國際先進水平相比和與國內外市場需求相比 , 差距還很大。這主要表現(xiàn)在下列方面 。 。 國內模具生產廠家，工藝條件參差不齊，差距很大。不少廠家由于設備不配套很多工作依賴手工完成，嚴重影響了精度和質量。模具的質量、性能依賴試模結果檢驗 。 2. 標準化水平不高 。 由于中國模具標準化工作起步較晚，模具標準件生產、銷售、推廣和應用工作也比較落后，因此，模具標準件品種規(guī)格少、供應不及時、配套性差等問題長期存在，從而使模具標準件使用覆蓋率一直較低。 3. CAD/CAE/CAM 技術剛起步 。 在歐美 CAD/CAE/CAM 已成為模具企業(yè)普遍采用的技術而我國只是剛剛起步。在沖模設計中應用 CAE 軟件，模擬金屬變形過程，分析應力應變的分布，預測破裂、起皺和回彈等缺陷，我國只有少部分企業(yè)開始 CAE 技術的應用。 4. 缺乏相關人才 。 我國傳統(tǒng)教育方式對模具人 才的培養(yǎng)存在不足。一些高校盡管在近幾年內設立了模具專業(yè)，但由于受軟硬件設施限制，培養(yǎng)出的學員實際技能不夠。而社會上各種各樣的模具培訓班，由于缺乏規(guī)范的職業(yè)標準，因此學員質量良莠不齊。 造成上述差距的原因很多 , 除了歷史上長期以來未將模具作為產品得到應有的重視以及多數(shù)國有企業(yè)機制仍不能適應市場經濟之外 , 還有下列幾個主要原因 : 1. 國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠。 , 科研開發(fā)及技術攻關方面投入太少。 , 且配套性不好 , 利用率低。 、標準化、商品化的程度低 , 模具企業(yè)之間協(xié)作差。 5. 模具材料及模具相關技術落后 【 4】 。 國內外模具的 發(fā)展 趨勢 由于模具工業(yè)快速發(fā)展及上述各方面差距的存在，因此我國今后模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。模具生產企業(yè)在向著規(guī)模化和現(xiàn)代化發(fā)展的同時， “小而專 ”、“小而精 ” 仍舊是一個必然的發(fā)展趨勢。從技術上來說，為了滿足用戶對模具制造的 “交貨期短 ”、 “精度高 ”、 “質量好 ”、 “價格低 ”的要求，以下的發(fā)展趨勢也較為明顯。 展望我國模具的未來，筆者以為應從提高技術水平著手，一方面發(fā)展專業(yè)模具廠的技術優(yōu)勢，使之進一步提高對 某一類模具的設計制造水平；另一方面 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） ３ 要不斷采用新技術、新工藝，提高模具產品的技術含量。要提高我國的模具技術水平，必須在以下方面加大努力： 、大型、復雜、長壽命的模具，實現(xiàn)模具國產化； 2..加速模具標準化、專業(yè)化、商品化生產； CAD／ CAM／ CAE、 RPM 等先進模具設計和制造技術； ，使他們盡快掌握模具設計和制造中的先進技術。 本課題的內容和具體要求 本課題的內容 汽車工業(yè)是一個巨大的市場，新型高性能無石棉摩擦材料剎車片、離合器片是汽車不可缺少的零配件（易耗體），同樣擁有巨大的需求和市場，且市場需求增長與汽車工業(yè)的發(fā)展息息相關（汽車產量和保有量決定了剎車片的產量，它與剎車片產銷量之間存在很強的正相關關系），中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展將直接帶動摩擦材料（剎車片、離合器片）生產企業(yè)的更高速發(fā)展。 本課題對半金屬剎車片模壓模具進行設計，并根據(jù)圖紙和模壓工藝制造模具。 對 壓制成型工藝 的 特點與 要求 壓制成型又稱為壓塑、壓縮或者壓膠成型，主要用于成型熱固性塑件的制件，還可以成型熱固性塑性塑料制件。其工藝的主要優(yōu)點與制件的主要要求有如下幾點： （一） 制件質量高 與熱固性塑料注射或壓注成型相比，制件的收縮率較小、變形小、各項性能比較均勻，塑料流動距離較短，收填料的定向影響少，制件案的尺寸變動和變形小，故力學性能穩(wěn)定。 （二） 制件尺寸精度高 適用于流動性差的塑料，從而比較容易成型大型制件，尺寸精確，表面光潔，質量穩(wěn)定，可換性好。 （三） 模具結構簡單 與注塑成型等相比，使用的設備和模具比較簡單。制造費用低，制造周期短，維修方便。特別適用于生產數(shù)量少的制件，可以降低成本。 （四） 不受塑料種類的限制 壓制成型工藝基本上對每種塑料都能適用 【 5】 。 剎車片的分類 有著汽車保護神之稱的剎車片，不僅是剎車系統(tǒng)中重要零部件之一，更是汽車易損湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） ４ 件中的一種。剎車片的好壞直接決定著汽車剎車效果，所以它的選擇也就尤為重要 。目前，市場上的剎車片按成分技術來分主要分為以下三種： （一） 石棉型剎車片：其成分 40%60%是石棉 。 石棉片的主要優(yōu)點是廉價 。 其缺點是： 。不符合現(xiàn)代環(huán)保要求。 。 通常反復制動會使熱量在剎車片中堆積起，剎車片變熱后，它的制動性能就會發(fā)生改變，要產生同樣的摩擦和制動力需要更多的踩剎車次數(shù)，這種 現(xiàn)象被稱為 “制動萎縮 ”，如果剎車片達到一定熱度，將導致制動失靈。 （二） 半金屬混合物剎車片：主要采用粗糙鋼絲絨作為加固纖維和重要的混合物。 半金屬片的主要優(yōu)點是： 主要優(yōu)點在于它的溫控能力及較高的制動溫度，同石棉型的傳熱性能差與制動盤、制動鼓的冷卻能力差相比它們在剎車時幫助制動盤和制動鼓將熱量從其表面上散發(fā)出去，熱量被傳遞到制動鉗及其組件上。 其缺點是： 壓力來完成同樣的制動效果， ，同時會產生更大的噪音。 ，會加快制 動鉗、活塞密封圈和回位彈簧老化。 ，將會導致制 動萎縮和剎車液沸騰。 （三） 無石棉有機 物 NAO 型剎車片：主要使用玻璃纖維、芳香族聚酰纖維或其它纖維（碳、陶瓷等）作為加固材料。 NAO 片其主要優(yōu)點是：無論在低溫或高溫都保持良好的制動效果，減少磨損，降低噪音，延長剎車盤的使用 壽命。代表目前摩擦材料的發(fā)展方向。 所有世界著名品牌奔德士 /菲羅多牌剎車片使用的摩擦材料都是第三代 NAO 無石棉有機物材料。能在任何溫度下制動自如。保護駕駛員生命安全。并最大限度上延長剎車盤壽命。 目前市場上大 部分剎車片都是使用第二代半金屬摩擦材料或石棉制造。 由于轎車行駛速度高于一般汽車，半金屬盤式剎車片的制動摩擦面積小，這使得盤式剎車片比一般剎車片要承受更高的制動負荷，吸收更多的制動能量，經受更高的制動溫度，且要有良好的制動性能，較好的耐磨性和熱穩(wěn)定性，從而保證足夠的安全和壽命；另外，剎車片對對偶件的損傷及制動噪音要小等。轎車盤式剎車片的典型結構是由鋼背和襯片二者結合而成，鋼背在剎車片中起著支撐和增強作用，使剎車片能夠經受制動和傳動時的沖擊力和壓力；襯片則起制動或傳動的功用，剎車片制動性能的好壞主要是指襯片性 能的優(yōu)劣 【 6】 。 本課題的主要任務與要求 （一） 本設計中要注意的問題： 制件 的精度要求 與 配合。 （二）估 計預期的效果：通過本次設計，熟練掌握模具開發(fā)的基礎知識 和工藝 ，并能熟練應用 UG、 AutoCAD。 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） ５ 壓制成型工藝過程 圖 11 壓制成型工藝流程圖湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 6 第 2 章 制件結構分析及工藝方案 制件結構工藝分析 零件名稱： 剎車片 材 料： 半金屬混合物 襯片 與 鋼背 板 厚 度： 17mm 半金屬混合物 摩擦片 的 原料 成份 (%)（質量分數(shù)） 如表 所示 表 半金屬摩擦片 的 原料 成份 序號 原料名稱 質量百分比 /% 1 鋼棉 20 2 酚醛樹脂 10 3 人造石墨 10 4 超細硫酸鋇 20 5 黃銅纖維 2 6 煅燒氧化鋁粉 2 7 煅燒石油焦 5 8 超細氧化鐵粉 5 9 軟性泡沫鐵粉 5 10 硫化 銻 3 11 棕剛玉 4 12 粘膠纖維 3 13 黃銅粉 5 14 硫化鋅 5 15 芳綸纖維 1 圖 21 剎車片 產品圖 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 7 本制件的形狀結構比較簡單，制件材料為 半金屬混合物與鋼背板之間的 粘合 ，料厚為 17mm。 其中，半金屬混合物的厚度為 11mm，鋼板的厚度為 6mm，具體形體尺寸如圖。半金屬混合物襯片的表面精度為 8級，模具的精度應高于制件的精度等級 23級，因此模具的精度等級取 6級，部分零件（比如：凸模與凹模）之間的配合公差等級可以取 5 級。鋼背板的表面粗糙度是 ，并且此板事先要用線切割 切出來，然后在壓縮模裝配時放入凹模內，然后再在加料腔里加入粉料進行加熱壓縮固化成型。 該制件的形狀相對來說較為簡單， 壓制 部分也比較規(guī)則 ， 從技術要求和使用條件上看，該制件精度、剛度、強度要求較高，該工 件壓縮工藝性比較好。但是，半金屬摩擦片的材料成分比較復雜，不宜直接計算它的密度、比體積、壓制成型壓力、壓制成型溫度以及成型收縮率等加工過工藝參數(shù)。姑且認為成型壓力、壓縮率和比體積較大，為了實現(xiàn)制件的生產，宜采用預壓模將混合物先壓制成錠塊，以達到減小壓制模的成型壓力。同時，采用預壓模，可以降低壓制模的加料室的高度，增加制件的密度，保證制件的組織緊密均勻。 這種工藝方案既滿足使用性能和成型工藝的要求，又做到結構合理，造型美觀，便于制造。 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 8 制件工藝方案的確定 主要設計內容 本課題主要是對 剎車片 進行 工藝 分析并進行模具三維造型及二維圖的設計，從而達到提高學生的模具設計水平，提高綜合運用大學所學的知識的能力，為將來工作奠定基礎，積累經驗。 工藝 設計方案 該制件形面較為簡單，不需要多個工序方能做出復合要求的制件。 但是 ，只有對工序進行合理的組合以及對 壓制 順序進行合理的安排，才能保證產品的質量，提高生產效益，滿足大批量生產要求。 本設計為 小 批量生產的 剎車片壓制 工藝方案。由于在 小 批量的生產時 剎車片壓制 工藝方案的關鍵在于考慮 生產的成本 ， 在保持優(yōu)良性能的 情況下，使用大量價格低廉的材料，使得這些材料的價格比較便宜 。綜合該產品的形狀及工藝分析可以初步的定義幾種設計工藝方案 ，如圖 2 2 23： 圖 22方案一 預壓模 示意圖 方案一： 帶有 加料板的 半開式 預壓模 —— 半開式壓制模 上模座板 凸模固定板 上凸模 導板 凹模固定板 下模座板 凹模 加料板 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 9 圖 23方案二 預壓模 示意圖 方案二： 帶加料板的預壓模 的半開式預壓模 —— 半開式壓制模 圖 24方案三預壓模示意圖 方案三： 不帶加料板的半開式預壓模 —— 半開式壓制模 工藝方案的選擇 從生產率、模具結構和壽命方面考慮 了 坯料 預壓 成形和 壓制成型 的 同時， 剎車片取件 ， 加工工藝性 等因素，進行如下的分析： 方案一 ： 本方案的特點是模具都采用 一模一件 ，這使得模具結構相對簡單， 而且?guī)в屑恿习遄鳛榧恿鲜倚颓唬嬗谐ㄩ_式和半敞開式這兩周種模具的多數(shù)優(yōu)點。主要結構如圖所示，主要由凹模、凸模和加料板組成，加料板與凹模合在一起構成加料室。上模座板 凸模固定板 凸模 加料板 導板 凹模固定板 凹模墊板 凹模 上模座板 凸模固定板 凸模 導板 凹模 下模座板 湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 10 加料板是一個浮動板，適用于高壓縮的塑料，且制件密實性好。但是其缺點是： 凹模的 加工困難，難以實現(xiàn)，而且凹模邊緣處的毛刺等不易清除； 由于 剎車片 的形狀原因，導致 取件不容易實現(xiàn) ，并且開模后擠壓邊緣上的廢料不易清除，最后 生產效率變低，提高了生產成本及生產周期。 方案二 ： 與方案一相比，方案二中 的凹模進行了改進， ， 凹模完全是由線切割制成，更加容易實現(xiàn)模具的機械加工，加工工藝更加簡單，同時，模具下壓的時候，預壓塑料因為密實性降低，多余的空氣會從凹模與凹模固定板的配合的間隙之間排除，而且在開模后可以手動取件，實現(xiàn)取件難得問題。 但是，模具的數(shù)量增加，模具成本增加，而且，由于凸模的緣故，造成力學強 度降低，剎車片的密實度難以保證，有可能造成預壓模所施的壓力將全部作用在制件的邊緣上，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，有如下幾個優(yōu)點 ： 模具結構簡單，模具制造費用低，制造周期短，維修方便。由于是試制新產品， 在一定程度上 可以縮短試制周期，降低了成本。 制件尺寸高，模具的加料室只有凹模與凸模兩部分，在一定的程度上減少了飛邊的形成，比較容易成型尺寸精確、表面光潔、質量穩(wěn)定的制件。 相比于前兩種方案，它的成型面積比較小，因此成型所需要的成型壓力也比其他方案的小，同時，材料損耗 少 ，塑件密實性好，飛邊在垂直方向，易于去除 。 由于無加料板，安裝嵌件比較方便