汽車剎車片的模具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】
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1課題名稱汽車剎車片模具設(shè)計(jì)主要任務(wù)與目標(biāo)1)汽車剎車片成形方案設(shè)計(jì)分析汽車剎車片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度,利用 CAD 和 Pro/E繪制二維圖、三維圖,最終確定汽車剎車片的工藝成型方案和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);2)根據(jù)汽車剎車片的工藝方案,結(jié)合汽車剎車片的公差等級、制作模具的成本、精度要求和生產(chǎn)效率等因素,確定模具總體結(jié)構(gòu)形式,完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3)零件設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算;目標(biāo):得出相關(guān)二維零件圖,裝配圖,三維零件,裝配圖,仿真相關(guān)動(dòng)畫及相關(guān)分析圖,寫出設(shè)計(jì)論文。主要內(nèi)容與基本要求主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有:1)測繪模型零件,并繪制零件的二維圖和三維造型;2)用 pro/e 軟件對制件進(jìn)行成形工藝性分析,確定最佳成形工藝方案;3)沖壓模具設(shè)計(jì),完成三維、二維圖紙;基本要求:零件三維造型結(jié)構(gòu)合理,連接位置的形狀和尺寸正確,能夠進(jìn)行裝配,完成注塑模具的總體結(jié)構(gòu)方案,完成三維、二維裝配圖和零件圖,總計(jì)不少于 5 張圖紙;完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的各種文檔,包括文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文等。嚴(yán)格按照進(jìn)度安排,保質(zhì)保量完成所承擔(dān)的任務(wù);遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)定。主要參考資料及文獻(xiàn)閱讀任務(wù)1 牟紅霞模具材料的發(fā)展與動(dòng)向現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2006,4:83842劉全坤,王成勇,劉傳經(jīng)模具技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展重點(diǎn)模具工業(yè),2011,37(5)143馬超,淺談我國沖壓模具的發(fā)展趨勢,2012,35;4孔炎,梁辰。趙蒙,聶愛琴,汽車端蓋零件的沖壓模具設(shè)計(jì),文章編號:16746457(2012)060129035 洪慎章,曾振鵬密封蓋落料拉伸沖孔切邊復(fù)合模設(shè)計(jì)J模具工業(yè),2OOl(11):23266 郝濱海沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊(第 2 版)M北京:化學(xué)工業(yè)出社,2009:1944,1651827 朱家誠機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2005:2502518 周淑容沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響及其選擇方法J科技信息,2009(12):22259崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究D. 南京:南京航空航天大學(xué),2005.11 朱 東 波 , 王 伊 卿 等 . 電 弧 噴 涂 汽 車 覆 蓋 件 沖 壓 模 具 快 速 制 造 方 法 P. 中 國 專利:03134500,2004.4.12程應(yīng)潮,范國輝.國內(nèi)外橋車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)概括.1672-0121(2004)04-0026-0413李體彬.沖壓成型工藝. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2008. 023458 號:119814李德群,肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢J.模具工業(yè),2005(7):9-1215中國模具工業(yè)協(xié)會(huì).模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃J.模具工業(yè),2005(7):3-816李大鑫,張秀錦.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述J.模具制造,2005 (2):1-417張春水. 國內(nèi)外冷沖模技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,1991,第 1 期18Richard W.Sorenson . Push button switch with compound contac lever action.Ameica:4640998,1987-02-03.19王華,尚振國.Solid Works 在沖壓模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,中國科技信息 2008 年,第 15期:141-142.20聶蘭啟,聶伯揚(yáng). 薄壁深錐零件的拉伸成形.模具制造,2008 年,第 8 期,29-32.21鄧明,呂琳.沖壓成形工藝及模具.第 1 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006 年:117-125.2322 ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Yi-Chun.A Mechanics Model for Stamping a Sheeton Elastic Die with Large Deformation.Journal of Shanghai Uniwersity(EnglishEdition),2002,6(2):130-135.23彭建聲.冷沖壓技術(shù)問答(上冊).第 3 版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006 年:336-340.外文翻譯任務(wù)閱讀 10000 字符以上的外文文獻(xiàn),并至少翻譯 5000 漢字的兩篇外文文獻(xiàn),若一篇篇幅較長,則另一篇只需翻譯開頭部分。計(jì)劃進(jìn)度:起止時(shí)間內(nèi)容2013.2.12013.2.25前期資料準(zhǔn)備、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯布置。2013.2.252013.3.3查閱資料(包括外文資料),撰寫文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告及外文資料翻譯。2013.3.32013.3.8完成開題報(bào)告。開題報(bào)告答辯。2013.3.92013.4.5總體方案設(shè)計(jì),分析計(jì)算,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2013.4.52013.4.12方案設(shè)計(jì),分析計(jì)算,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),圖紙繪制,撰寫說明書。2013.4.132013.4.18畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查完成情況及表格與記錄的填寫。2013.4.182013.5.10完成圖紙繪制,說明書撰寫。提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)。2013.5.112013.5.18畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的審閱;評議小組分組審閱。2013.5.192013.5.30畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。實(shí)習(xí)地點(diǎn)指導(dǎo)教師簽 名年 月 日系 意見系主任簽名:年 月 日學(xué)院蓋章主管院長簽名:年 月 日剎車片模具設(shè)計(jì)1 選題的背景與意義汽車剎車片是汽車制動(dòng)的一個(gè)重要零件,對汽車的安全性能和質(zhì)量都有重要影響,通過對生產(chǎn)實(shí)際中鈑金件零部件的設(shè)計(jì),可以掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法,培養(yǎng)綜合分析和解決專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力,對于了解掌握沖壓成形技術(shù)和設(shè)計(jì)制造沖壓模具有很大的幫助。目前隨著汽車模具行業(yè)的快速發(fā)展,沖壓成形技術(shù)不斷應(yīng)用于汽車覆蓋件、汽車側(cè)圍等方面,同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于能源、機(jī)械、信息、航空航天、國防工業(yè)1要方法,與切削加工相比,具有材料利用率高、能耗低、產(chǎn)品性能好、生產(chǎn)效率高和成本低等顯著特點(diǎn)。所以熟練掌握沖壓成形技術(shù)對于個(gè)人以后發(fā)展和從事機(jī)械制造業(yè)至關(guān)重要,為以后順利的走向工作崗位做準(zhǔn)備。1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1.1 沖壓成形技術(shù)介紹沖壓,是在室溫下,利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力,使其產(chǎn)生分離或塑性變形,從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。沖壓模具,是在冷沖2和日常生活的生產(chǎn)之中。采用模具生產(chǎn)毛坯或產(chǎn)品零件,是材料成型的一種重壓加工中,將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的一種特殊工藝裝備,稱為冷沖壓模具(俗稱冷沖模)。一般冷沖壓的基本工序分為兩大類分離工序:沖壓工件與板料沿要求的輪廓線相互分離。如切斷、中裁、切舌、切邊、剖切、整修、精中。成形工序毛坯在不被壞的條件下發(fā)生塑性變形,獲得防需形狀,尺寸和精度的 30T 方法。如彎曲、卷邊、拉彎、扭彎、拉深、變薄拉深、翻邊、翻孔、卷緣、脹形、起伏、擴(kuò)口、縮口、縮徑、旋壓、校平整形,冷擠壓、冷鐓、壓花。沖壓所使用的模具稱為沖壓模具,簡稱沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量生產(chǎn)成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要,沒有符合要求的沖模,批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行,沒有先進(jìn)的沖模,先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素,只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。1.1.2 沖壓工藝的發(fā)展優(yōu)勢沖壓工藝是一種成形加工方法,通常依靠外在壓力和模具對相關(guān)的板料施加力,使其板料發(fā)生分離或塑性變形,從而實(shí)現(xiàn)所需形狀和尺寸的沖壓件的有效獲取。與其他的機(jī)械、塑性等加工方法比較而言,沖壓加工工藝在其技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上具備了諸多的獨(dú)特優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1)沖壓加工工藝的操作便利,易于實(shí)現(xiàn)工藝的機(jī)械自動(dòng)化。由于沖壓加工工藝的實(shí)現(xiàn)是通過沖壓模具、沖壓設(shè)備而完成的,而普通壓力機(jī)每分鐘的行程量可達(dá)到幾十次,若是高速的壓力機(jī)每分鐘的行程量則可為上百至千次,并且壓力機(jī)的每次行程都有可能獲取一個(gè)沖件,從而使其加工工藝的生產(chǎn)效率得到了大大的提高。2)沖壓工藝的質(zhì)量穩(wěn)定,具有良好的互換性。這是因?yàn)樵谶M(jìn)行沖壓加工時(shí),沖壓模具使其沖壓件的形狀尺寸的精度得到了良好的保證,沖壓件的表面質(zhì)量通常都會(huì)受到較好的保護(hù),再加之所使用的沖壓模具的使用壽命較長,從而使得同一沖壓模具制成的沖壓件具有一模一樣的特點(diǎn)。3)小到秒表大到汽車覆蓋,沖壓加工工藝可加工出形狀復(fù)雜、尺寸跨度大的零件,再加上板料在沖壓加工工藝過程中的冷變形硬化效應(yīng),使其所得沖壓件的剛強(qiáng)度較高。4)沖壓加工工藝是一種省料、節(jié)能的加工方法,在其沖壓加工過程中幾乎沒有碎料的產(chǎn)生,使得材料的利用率較高,并且在此過程中無需外來其他的加熱設(shè)備,3因而所得沖壓件的成本也較低。由于沖壓加工工藝中所用的模具具有一定的專業(yè)性,沖壓模具是一種制造精度、技術(shù)要求都較高的技術(shù)密集型產(chǎn)品,而加工成形一個(gè)復(fù)雜零件時(shí)所需要的模具也較多,因此, 沖壓工藝的優(yōu)越性只有在沖壓件大量生產(chǎn)的情況下也會(huì)得到充分的體現(xiàn),其所獲取的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)隨之體現(xiàn)的更為突出。1.1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著與國際接軌的腳步不斷加快,市場競爭的日益加劇,人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一,模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間,這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn)),以及研制快速換模裝置,可減少?zèng)_壓生產(chǎn);隹備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間,能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。模具制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。為滿足這一要求,模具制造沖壓成型技術(shù)的發(fā)展趨勢 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)展,模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。沖壓成型技術(shù)將更加科學(xué)化、數(shù)字化、可控化。注重產(chǎn)品制造全過程,最大程度的實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜合優(yōu)化,優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成型環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及生命期的系統(tǒng)整體發(fā)展,汽車模具行業(yè)的發(fā)展,沖壓成型工藝在汽車覆蓋件、側(cè)圍等方面應(yīng)用越來越多。隨著模具 CAD/CAM 技術(shù)的不斷發(fā)展,作為改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù),模具 CAD/CAM 技術(shù)將會(huì)越來越多的應(yīng)用于沖壓成型工藝。1.1.4 技術(shù)的發(fā)展方向沖壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)沖壓模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是國際公認(rèn)的提高模具整體水平的有效手段。該技術(shù)包括模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與CADCAMCAE一體化技術(shù),尤其是三維技術(shù)和計(jì)算機(jī)4仿真模擬分析技術(shù)、模具模塊化、集成化、協(xié)同化設(shè)計(jì)技術(shù);模具企業(yè)ERP、PDM、PLM 、MES等信息化管理技術(shù);快速成型與快速制模技術(shù):虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及公共服務(wù)平臺(tái)的建立等。沖壓模具大型化和精密化制造技術(shù)沖壓模具大型化和精密化一直是模具的重要發(fā)展趨勢。該技術(shù)包括汽車大型覆蓋件模具生產(chǎn)技術(shù);汽車零部件大型多工位級進(jìn)模生產(chǎn)技術(shù);高強(qiáng)度板及不等厚焊接板冷沖模生產(chǎn)技術(shù);高強(qiáng)度板熱壓成形及模具生產(chǎn)技術(shù);厚板精沖模具生產(chǎn)技術(shù)等。沖壓模具標(biāo)準(zhǔn)件制造技術(shù)模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具的重要組成部分,是模具基礎(chǔ)。模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標(biāo)志。該技術(shù)包括:球鎖式快換凸模及固定板、固體潤滑導(dǎo)板和導(dǎo)套、斜楔機(jī)構(gòu)及其零部件,氨氣主彈簧等技術(shù)含量高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、性能優(yōu)異、質(zhì)量上乘、更換便捷的具有個(gè)性化的產(chǎn)品。2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題2.1 基本內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括:1)汽車剎車片成形方案設(shè)計(jì);分析汽車剎車片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度,利用 CAD 和 Pro/E 繪制二維圖、三維圖,最終確定汽車剎車片的工藝成型方案。2)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);根據(jù)汽車剎車片的工藝方案,結(jié)合汽車剎車片的公差等級、制作模具的成本、精度要求和生產(chǎn)效率等因素,確定模具總體結(jié)構(gòu)形式,完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3)零件設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算;2.2 擬解決的主要問題1) 汽車剎車片尺寸結(jié)構(gòu)的解決分析2)汽車剎車片模具的設(shè)計(jì)3)該模具的制作剎車片工藝過程過程2.3 解決方案1)根據(jù)已知的剎車片背板的圖紙,仔細(xì)研究剎車片的工作原理,配合公差尺寸等,設(shè)計(jì)出相對應(yīng)的剎車片,確定相應(yīng)的尺寸和公差標(biāo)準(zhǔn)。52)畫出摩擦片的三維圖并加以修正。3)根據(jù)所確定的剎車片模具的尺寸。4)確定模具所用的材料為常用的模具鋼,使用的模具為壓制模。5)設(shè)計(jì)出剎車片模具的三維圖。6)對所設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行強(qiáng)度和壽命校核與計(jì)算。3 總體研究思路及預(yù)期研究成果本畢業(yè)設(shè)計(jì)擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法,在前人的基礎(chǔ)上,通過三維 Pro/E 環(huán)境完成汽車剎車片的三維成型,并對其進(jìn)行初步的沖壓模具設(shè)計(jì)。3.1 總體研究思路3.1.1 成形方法的選用根基零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,選擇使用沖壓模,考慮到人工成本、生產(chǎn)效率等因素,可以選用壓制模。3.1.2 設(shè)計(jì)的思路及步驟1)設(shè)計(jì)沖壓件。拉深毛坯展開計(jì)算:為了減少鈑金件變形程度及方便定位,應(yīng)根據(jù)汽車剎車片的形狀及尺寸,選用與汽車剎車片毛坯展開后相同的尺寸,其具體數(shù)據(jù)可通過軟件計(jì)算得到。2)確定毛坯形狀及兩孔尺寸距離。毛坯形狀及尺寸對沖壓件的充填性能和模具壽命影響很大。根據(jù)汽車剎車片的形狀特點(diǎn),計(jì)算孔間距離和汽車剎車片的外形尺寸。3)驗(yàn)算許可變形程度。沖壓變形時(shí),必須要進(jìn)行材料的許可變形程度,否則,將得到破碎外形的制件。同時(shí),根據(jù)汽車剎車片外形對板材的沖壓次數(shù)進(jìn)行預(yù)算。4)計(jì)算沖壓變形力。沖壓的變形力是設(shè)計(jì)模具的基礎(chǔ),選擇設(shè)備的依據(jù),并可借以衡量擠壓變形的難易程度,分別對所許拉深力和沖裁力以及相關(guān)的其它力進(jìn)行計(jì)算。在考慮應(yīng)變力的情況下,同時(shí)要考慮半成品件的回彈變形,因此要對沖壓變形力進(jìn)行綜合考慮。5)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)汽車剎車片的形狀、尺寸及加工工藝的要求,設(shè)計(jì)出完成其相關(guān)功能的模具結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上選用的成型方法,要設(shè)計(jì)級進(jìn)模具結(jié)構(gòu)來完成其主要功能,這需要借助軟件對其模具進(jìn)行實(shí)體造型。66)對設(shè)計(jì)出來的模具的經(jīng)濟(jì)和使用性進(jìn)行分析探討,考慮其可否用于工業(yè)生產(chǎn)。3.2 可行性分析汽車剎車片是 汽車制動(dòng)中的一個(gè)重要零件,對汽車安全性、質(zhì)量都有重要影響,是使用沖壓模具加工生產(chǎn)出的一種零件。經(jīng)過國內(nèi)外的研究與發(fā)展,沖壓成形技術(shù)取得很大的進(jìn)展且日漸成熟,被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。在前人研究工作基礎(chǔ)上,本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行汽車剎車片模具設(shè)計(jì),在基本原理上是可行的。指導(dǎo)老師曾教學(xué)我們沖壓成形工藝,并在沖壓成形技術(shù)相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn),本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮,切實(shí)可行,能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。3.3 預(yù)期研究成果設(shè)計(jì)出汽車剎車片的沖壓模具,完成三維建模。通過 pro/E 鈑金件設(shè)計(jì)分析,保證設(shè)計(jì)能較好的滿足設(shè)計(jì)要求。4 研究工作計(jì)劃參考文獻(xiàn)71 牟紅霞模具材料的發(fā)展與動(dòng)向現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2006,4:83842劉全坤,王成勇,劉傳經(jīng)模具技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展重點(diǎn)模具工業(yè),2011,37(5)143馬超,淺談我國沖壓模具的發(fā)展趨勢,2012,35;4孔炎,梁辰,趙蒙,聶愛琴.汽車端蓋零件的沖壓模具設(shè)計(jì),文章編號:16746457(2012)060129035 洪慎章,曾振鵬密封蓋落料拉伸沖孔切邊復(fù)合模設(shè)計(jì)J模具工業(yè),2OOl(11):23266 郝濱海沖壓模具簡明設(shè)計(jì)手冊(第 2 版)M北京:化學(xué)工業(yè)出社,2009:1944,1651827 朱家誠機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2005:2502518 周淑容沖裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響及其選擇方法J科技信息,2009(12):22259崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究D. 南京:南京航空航天大學(xué),2005.11 朱 東 波 , 王 伊 卿 等 . 電 弧 噴 涂 汽 車 覆 蓋 件 沖 壓 模 具 快 速 制 造 方 法 P. 中 國 專利:03134500,2004.4.12程應(yīng)潮,范國輝.國內(nèi)外橋車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)概括.1672-0121(2004)04-0026-0413李體彬.沖壓成型工藝. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2008. 023458 號:119814李德群,肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢J.模具工業(yè),2005(7):9-1215中國模具工業(yè)協(xié)會(huì).模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃J.模具工業(yè),2005(7):3-816李大鑫,張秀錦.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述J.模具制造,2005 (2):1-417張春水. 國內(nèi)外冷沖模技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,1991,第 1 期18Richard W.Sorenson . Push button switch with compound contac lever action.Ameica:4640998,1987-02-03.9王華,尚振國.Solid Works 在沖壓模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,中國科技信息 2008 年,第 15 期:141-142.20聶蘭啟,聶伯揚(yáng). 薄壁深錐零件的拉伸成形.模具制造,2008 年,第 8 期,29-32.21鄧明,呂琳.沖壓成形工藝及模具.第 1 版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006 年:117-125.22 ZHOU Li-Qun,LI Yu-Ping,ZHOU Yi-Chun.A Mechanics Model for Stamping a Sheet on891班 級課題名稱汽車摩擦片模具設(shè)計(jì)目錄1.前言2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力3.覆蓋件模具設(shè)計(jì)及技術(shù)31 軟件環(huán)境32 修正回彈的對策33 新斜楔機(jī)構(gòu)在外覆蓋件模具上的應(yīng)用3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)4.總結(jié)參考文獻(xiàn)指導(dǎo)教師審批意見簽名:年 月 日汽車摩擦片沖壓模具設(shè)計(jì) 1.前言近幾年來,我國轎車市場發(fā)展十分迅猛,2002 年在轎車銷售超過 100 萬輛的基礎(chǔ)上,2003 年則向 200 萬輛大關(guān)邁進(jìn),達(dá)到了 197 萬輛。然而,在轎車熱迅速升溫的同時(shí),不得不尷尬地面對這樣的現(xiàn)實(shí)市場上熱銷的絕大多數(shù)車型是直接從國外引進(jìn)的。由手國內(nèi)轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造能力從總體上看還比較薄弱,為了生產(chǎn)這些車型,各大汽車公司不得不耗資幾億、十幾億元采購海外模具。與國外大汽車公司相比,由于生產(chǎn)規(guī)模比較小,這就造成單車均攤的模具成本遠(yuǎn)高于國外車,這也是造成國產(chǎn)車整車制造成本居高不下的主要原因之一1。2.國產(chǎn)轎車覆蓋件模具開發(fā)能力國內(nèi)主要的轎車模具制造商有:一汽模具制造有限公司、東風(fēng)汽車模具廠、天津汽車模具有限公司、成飛集成科技股份有限公司、南京模具裝備有限公司、上海千緣汽車車身模具有限公司等等。作為國內(nèi)最大轎車生產(chǎn)銷售商上海大眾汽車有限公司,也有自己的模具設(shè)計(jì)制造部門(TMM部)。目前,雖然國內(nèi)模具商在轎車內(nèi)覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造方面已小有能力,并可承接整車廠的部分模具開發(fā)項(xiàng)目,但對于有很高型面精度和表面質(zhì)量要求的外覆蓋件,特別是中高檔轎車的外覆蓋件,整車廠很少會(huì)將這類模具交由國內(nèi)開發(fā)。上海大眾汽車有限公司為了降低整車生產(chǎn)成本,同時(shí)也為了提高公司的核心技術(shù)能力,從2001年開始,涉足轎車沖壓模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。2001年2002年完成2了POL0轎車在手動(dòng)壓機(jī)線上生產(chǎn)的10只簡單零件的模具,通過了公司質(zhì)保部門驗(yàn)收并投產(chǎn)。2002年開始向大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化發(fā)展,設(shè)計(jì)制造了6000kN自動(dòng)線上生產(chǎn)的POLO轎車備胎座模具(該零件外形尺寸大、拉深深度深、形狀復(fù)雜)。2003年,為進(jìn)一步提高模具設(shè)計(jì)制造的能力和水平, 他們涉足20000kN多工位壓力機(jī)和10000kN自動(dòng)線生產(chǎn)使用的模具設(shè)計(jì)。過去上海大眾在20000kN多工位壓力機(jī)上使用的模具,全部需進(jìn)口,國內(nèi)模具商還沒有能力設(shè)計(jì)制造這樣的模具。為此,他們選擇了POLO轎車中柱內(nèi)板的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)。10000kN多工位壓力機(jī)是世界上最先進(jìn)的壓力機(jī)之一,集成化自動(dòng)化程度非常高,當(dāng)然這對模具設(shè)計(jì)的要求也相應(yīng)地提高。零件的送料高度、步距、機(jī)械手的位置有嚴(yán)格的要求,還要保證機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中與模具無干涉,這樣給予模具設(shè)計(jì)的空間就小了很多。在考慮諸多因素之后,他們最終完成了整套模具的設(shè)計(jì)。另外,他們還完成了PoLo轎車在10000kN自動(dòng)線上生產(chǎn)的后輪罩的模具設(shè)計(jì),在去年的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。這些工作的順利完成,標(biāo)志著上海大眾模具設(shè)計(jì)能力已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平,從而為今后上海大眾汽車模具國產(chǎn)化 打 下 了 堅(jiān) 實(shí) 的 基 礎(chǔ) 。 盡 管 如 此 , 與 國 際 先 進(jìn) 水 平 比 較 ,圖1 內(nèi)板模具裝配示意圖仍有較大差距,比如在轎車外覆蓋件具設(shè)計(jì)方面還是空白。 POLO轎車中柱內(nèi)板模具裝配示意圖(a)上模裝配示意圖(b)下模裝配示意圖在轎車沖模中,難度最大的是外覆蓋件模具設(shè)計(jì),主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:(1)克服由回彈造成的零件型面偏差破裂、起皺、回彈是轎車沖壓件成形過程中的3主要缺陷。由于轎車外覆蓋件外形尺寸大、拉深深度淺、塑性變形程度低,一般不易拉裂,因而回彈就成為該類零件制造過程中的主要問題,它將嚴(yán)重影響零件間的相互配合關(guān)系。有限元模擬軟件在沖壓模具設(shè)計(jì)中得到普遍應(yīng)用,已經(jīng)能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測破裂和起皺,從而有助于設(shè)計(jì)合適的工藝補(bǔ)充面來改善拉深過程中材料的流動(dòng)狀況,提高零件的成形性。然而,迄今為止,大多數(shù)有限元軟件還不能精確地預(yù)測沖壓件從模具當(dāng)中取出后的回彈變形。因此,對外覆蓋件回彈問題的處理,主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)來修改模具型面,使沖壓件過正成形,來抵消由于回彈導(dǎo)致的變形2。(2)沖壓件的取件由于外覆蓋件(如前蓋外板、車頂、翼子板)都需進(jìn)行復(fù)雜的翻邊整形或預(yù)卷邊工藝,這就使得在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮沖壓件成形后的取件問題,目前,大都依靠復(fù)雜的多斜楔機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)模具工作部分對零件讓位,以實(shí)現(xiàn)方便取件,由此造成整個(gè)模具的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜3。3.覆蓋件模具設(shè)計(jì)及技術(shù)目前,國外大汽車公司為了降低模具開發(fā)、制造成本,縮短生產(chǎn)周期,將除轎車外覆蓋件之外的大部分轎車沖壓件的模具都交由專業(yè)模具公司 (如FontanaPietro、Kuka、Laepple、Schuler Cartec、Ogihala、Fuji Techniaca等等)設(shè)計(jì)和制造,這些公司都有很強(qiáng)的開發(fā)能力,并在某些零件的模具制造方面擁有獨(dú)到的優(yōu)勢。但作為整車廠,考慮到新車型開發(fā)過程中的保密,對諸如翼子板、行李箱蓋、車門、側(cè)圍、車頂、前蓋等敏感零部件的模具,則都由自己的模具制造部門來設(shè)計(jì)和制造4。31軟件環(huán)境沖壓模具設(shè)計(jì),除了必要的CAD軟件之外,還大量應(yīng)用了有限元模擬軟件,如AutoForm、PamStamp、DynaForm、Indeed等,來輔助沖壓工藝設(shè)計(jì)。下面,以AutoForm為例,說明如何利用CAE軟件來設(shè)計(jì)拉深I(lǐng)序工藝補(bǔ)充面。AutoForm是一款由瑞士開發(fā)的專業(yè)薄板成形快速模擬軟件,可以用于薄板、拼焊板的沖壓成形、液壓脹形等過程的模擬,配合不同的功能模塊,還可以進(jìn)行沖壓件單步法成形模擬以及拉深工序工藝補(bǔ)充面(Addendum)的設(shè)計(jì)。轎車沖壓件中,約有23可以利用AutoForm的Diedesigner Module模塊設(shè)計(jì)Addendum,該模塊根據(jù)由設(shè)計(jì)者指定的或由軟件自動(dòng)4產(chǎn)生的壓邊圈型面,以及工藝補(bǔ)充面的多條截面線(Profile),能夠快速地生成工藝補(bǔ)充面,用于拉深工序的模擬,如圖2所示。壓邊圈型面、Profile均可進(jìn)行參數(shù)化式的調(diào)整。這種快速設(shè)計(jì)是建立在對Addendum曲面的粗略構(gòu)造上的,即曲面面片本身以及曲面面片之間的連續(xù)并非十分光順,盡管這種曲面不能夠直接用于模具表面的機(jī)械加工,但是對于模擬精度的影響卻不是很大。根據(jù)模擬結(jié)果,設(shè)計(jì)者可以很方便地對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整,直到模擬結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。最后,將壓邊圈、Addendum曲面和Profile以中性數(shù)據(jù)格式IGS或VDA輸出,在CAD軟件中進(jìn)行曲面重構(gòu),并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模,就能夠得到機(jī)加工可以使用的拉深工序模具數(shù)模5。圖2 AutoForm設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面示意沖壓工藝傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法:首先,在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,利用CAD設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面;其次,將CAD數(shù)模傳遞給AutoForm等CAE軟件進(jìn)行拉深過程模擬;根據(jù)模擬結(jié)果,在CAD中對工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整,并將新的CAD數(shù)模傳遞給CAE,開始新的模擬,直到滿足要求為止。這是一個(gè)從CAD到CAE再回到CAD的不斷反復(fù)的過程。由于每次在CAD中構(gòu)造曲5面都遠(yuǎn)較在AutoForm中復(fù)雜,因此,整個(gè)過程所花費(fèi)的時(shí)間就多得多。而新方法在沖壓工藝設(shè)計(jì)初期,就用Diedesigner Module在AutoForm軟件中設(shè)計(jì)并調(diào)整拉深工藝補(bǔ)充面,與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比,就能夠大大提高設(shè)計(jì)效率6。由于AutoForm是一款快速模擬軟件,為了在較短的時(shí)間內(nèi)對復(fù)雜沖壓件的成形過程進(jìn)行評價(jià),采用了膜單元來離散幾何模型,必然要降低模擬精度,因此,有些汽車公司在模具設(shè)計(jì)開始之前還要利用模擬精度高的CAE軟件,如德國大眾就采用了Indeed軟件,對拉深工序進(jìn)行再次模擬(Indeed軟件的計(jì)算是基于帶厚度的殼單元的,能夠得到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果,但是其計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間通常是AutoForm的幾到十幾倍,該軟件比較適用于最終驗(yàn)證 7,所有拉深工藝必須通過Indeed模擬并驗(yàn)證為是可行的,才可用于模具設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)完備,應(yīng)通過圖紙結(jié)合泡沫模型進(jìn)行驗(yàn)收(圖3),各道工序用不同顏色的線條標(biāo)記在泡沫模型上,這樣做直觀而清晰。還應(yīng)組織包括工藝設(shè)計(jì)者、項(xiàng)目規(guī)劃員、模具調(diào)試人員、模具操作者等相關(guān)人員進(jìn)行討論驗(yàn)收。對于在沖壓工藝上難以解決的成形問題,還應(yīng)邀請產(chǎn)品開發(fā)人員一同討論,尋求對產(chǎn)品進(jìn)行更改設(shè)計(jì)的n-I能性8。圖 3 沖壓工藝泡沫模型32 修正回彈的對策由前已知,回彈是轎車外覆蓋件成形過程中的主要問題,現(xiàn)以前蓋外板為例,對此進(jìn)行詳細(xì)分析。通常外覆蓋件的回彈有以下兩類:6大片平坦曲面由彈性回復(fù)造成的拱起或塌陷,如圖 4 中 C 部放大所示,虛線表示零件從模具中取出并發(fā)生回彈后的位置。這類問題,工藝設(shè)計(jì)時(shí)通常不加以考慮,工藝數(shù)模中產(chǎn)品型面部分的數(shù)據(jù)與來自于產(chǎn)品開發(fā)部門的數(shù)據(jù)相一致,并用于模具制造。待試模之后,將試件與檢具進(jìn)行對比測量,根據(jù)偏差對拉深模型面進(jìn)行修正。如果設(shè)計(jì)人員對于這類問題的控制擁有非常豐富經(jīng)驗(yàn)的話,也可以事先估計(jì)出曲面彈性回復(fù)的方向以及偏移量,并將其反向疊加到產(chǎn)品數(shù)模上去,求得考慮回彈變形的拉深工藝曲面,這個(gè)計(jì)算過程需要由專門的計(jì)算機(jī)軟件來完成,在德國大眾,采用的是 ICEM。翻邊整形部分由彎曲變形回彈造成的折邊轉(zhuǎn)圖 4 平坦曲面由彈性示意圖角變化,如圖 4 中 B 部放大所示。對于這類問題,該處除拉深和剪邊外,還包括翻邊和斜楔整形,整形工藝需過正成形 23,以抵消彎曲回彈。該工藝由工藝設(shè)計(jì)完成,并體現(xiàn)在工藝方案的數(shù)模中9。3.3 新斜楔機(jī)構(gòu)在外覆蓋件模具上的應(yīng)用目前,新車型的很多外覆蓋件,如翼子板前蓋外板、車頂?shù)鹊姆呎喂ば蛑校捎昧艘环N稱之為“旋轉(zhuǎn)斜楔”的新工藝16。其工作原理為旋轉(zhuǎn)進(jìn)程。斜楔上的凹槽部分是沖壓件需整形的區(qū)域,當(dāng)整形過程完成后,氣缸驅(qū)動(dòng)的托架推動(dòng)旋轉(zhuǎn)斜楔繞滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),從而達(dá)到對零件讓位的目的,方便整形后的零件從模具上取出。7旋轉(zhuǎn)斜楔的優(yōu)點(diǎn)是:因整形部分與沖壓件托料部分的拼接處非常光順,故零件上無明顯壓痕;模具結(jié)構(gòu)簡單;維修保養(yǎng)簡便且費(fèi)用低。3.4 汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù)方法有很多,具體用那種方法要看汽車覆蓋件沖壓模具的難易程度和制造精度。3.4.1 快速成型技術(shù)快速成型技術(shù)是基于離散、堆積成形思想的新型成形技術(shù),即由三維 CAD 模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù),這是繼數(shù)字驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)(CAD)和數(shù)字驅(qū)動(dòng)制造(CAM)之后的又一項(xiàng)為制造業(yè)帶來巨大變革的數(shù)字化制造技術(shù)10??焖俪尚图夹g(shù)中,三維形體在離散過程中被沿著一至三個(gè)方向分解,生成形體的各個(gè)離散面、離散線和離散點(diǎn),將這些離散體(面、線和點(diǎn))轉(zhuǎn)換成實(shí)體,并將它們依照原先的順序堆積還原成三維形體的實(shí)體形狀15。通過離散獲得材料堆積的路徑、順序和方式,生成一系列二維層面數(shù)據(jù),再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,加入加工參數(shù),生成數(shù)控代碼,在數(shù)控系統(tǒng)控制下將材料逐層“迭加”起來形成三維實(shí)體,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化成形,構(gòu)成三維物理實(shí)體??焖俪尚渭夹g(shù)的特點(diǎn)有:(1)高度柔性。不需要傳統(tǒng)的專用工具和生產(chǎn)裝備,而利用信息技術(shù)把生產(chǎn)加工的重組集成到制造系統(tǒng)中;(2)各種先進(jìn)技術(shù)的高度集成;(3)快速性。傳統(tǒng)加工方式開發(fā)一個(gè)復(fù)雜形狀的產(chǎn)品,從設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃到加工完成,可能需要幾天、幾個(gè)月甚至上年的時(shí)間,而采用快速成形技術(shù),從實(shí)體建模到原型或零件加工完成,可以在幾十小時(shí)或幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成;(4)自由成形性。因此能夠制造特別復(fù)雜的實(shí)體;(5)材料的廣泛性。不同的工藝可制造樹脂、塑料、紙、石蠟、復(fù)合材料、金屬材料、陶瓷等原型。采用分層實(shí)體制造工藝。分層實(shí)體制造將激光用于箔材(主要是涂敷紙)的切割,逐層粘切完成后,清除被切割的廢料,就獲得了所需要的原型。該技術(shù)可保證原型件精度;能制造出大型甚至超大型的設(shè)備,得到最大尺寸,運(yùn)行費(fèi)用設(shè)備中為最低。3.4.2.電磁成型技術(shù)電磁成型技術(shù)最先起源于美國。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展,電磁8成型技術(shù)逐漸發(fā)展成為制造業(yè)中一種新型的金屬塑性加工方法。它是利用瞬間的高壓脈沖磁場迫使金屬產(chǎn)生塑性變形達(dá)到成型金屬零件的目的。電磁成型加工是一種高速能的工藝,目前,電磁成型技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、原子能、汽車、儀器儀表、電子以及玩具等領(lǐng)域11,主要是金屬板材的沖孔、壓印或壓花以及管材的脹形、縮頸、沖孔、翻邊等。電磁成型的理論基礎(chǔ)是物理學(xué)中的電磁感應(yīng)定律,在電場周圍會(huì)產(chǎn)生變化的磁場,而隨時(shí)間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)渦旋電場,所以當(dāng)有導(dǎo)體處于此電場中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)。在電磁成形過程中,磁場力是工件成型的動(dòng)力。電磁成型是利用脈沖磁場力來使金屬坯料變形的,脈沖磁場力是由電容器通過工作線圈瞬間放電所產(chǎn)生的。脈沖磁場里是磁場間相互排斥或相互吸引的作用。電磁成型加工的工藝特點(diǎn):非機(jī)械接觸性加工,電磁力是工件變形的動(dòng)力,它不同于一般的機(jī)械力,工件變形時(shí)施力設(shè)備無需與工件進(jìn)行直接接觸,因此工件表面無機(jī)械擦痕,也無需添加潤滑劑,工件表面質(zhì)量較好;工件變形源于工件內(nèi)部帶電粒子受磁場力的作用14。因此,工件變形受力均勻,殘余應(yīng)力小,疲勞強(qiáng)度高,使用壽命長,加工后不影響零件的力學(xué)、物理、化學(xué)性能,也不需要熱處理;施力元件(線圈)相對壓力機(jī)尺寸小,易在真空和氣保下進(jìn)行,將感應(yīng)加壓一次完成;由電磁力的控制精度其誤差可在 0.5%以內(nèi),因此加工精度高;加工效率高、時(shí)間短、成本低,便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化;電磁成型設(shè)備可實(shí)現(xiàn)工件的多步、多點(diǎn)、多工位成型,有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化;污染較輕,有利于環(huán)境的保護(hù)。電磁成型加工作為一種新型的金屬塑性加工技術(shù),不同于傳統(tǒng)的冷鍛、溫鍛和熱鍛等加工方法,它以其獨(dú)特的加工特點(diǎn)展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?2。3.4.3.無模多點(diǎn)成形無模多點(diǎn)成形就是將多點(diǎn)成形技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體,通過對各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制,自由地構(gòu)造出成形面,實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對三維曲面扳類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)無模成形:取代傳統(tǒng)的整體模具,節(jié)省模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力,顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比,不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用,而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間,與手工成形方法相比,成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量9好,并且顯著提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化變形路徑:通過基本體調(diào)整,實(shí)時(shí)控制變形曲面,隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài),提高材料成形極限,實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性變形,擴(kuò)大加工范圍。實(shí)現(xiàn)無回彈成形:可采用反復(fù)成形新技術(shù),消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力,并實(shí)現(xiàn)少無回彈成形、保證工件的成形精度。小設(shè)備成形大型件:采用分段成形新技術(shù),連續(xù)逐次成形超過設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍的大型工件。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化:曲面造型、工藝計(jì)算。壓力機(jī)控制、工件測試等整個(gè)過程全部采用計(jì)算機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn) cad cam cat 一體化生產(chǎn),工作效率高,勞動(dòng)強(qiáng)度小,極大地改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境13。3.4.4.其它技術(shù)采用低熔點(diǎn)合金澆鑄,快速制造汽車蓋件試制模具。合金的熔點(diǎn)低至,且凝固時(shí)幾乎沒收縮,是其兩個(gè)明顯的特點(diǎn)。提出工藝路線為:根據(jù)模型制造原型,再將翻制為具有足夠尺寸精度的陶瓷型,對陶瓷型進(jìn)特殊處理后,在接近的溫度下,澆鑄出低熔點(diǎn)合金汽車覆蓋件拉延模具。此拉延模具以制造件汽車覆蓋件零件,完全滿足試制模具的需要。主要應(yīng)注意:低熔點(diǎn)合金的設(shè)計(jì);低熔點(diǎn)合金的澆鑄工藝;低熔點(diǎn)合金模具的試模與調(diào)試。采用等離子噴涂技術(shù),也可快速制造汽車車身試制模具。在電弧噴涂研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行的主要研究與開發(fā)技術(shù)為采用原型制造汽車噴涂模具的工裝8;紙?jiān)团c工藝轉(zhuǎn)化原型的設(shè)計(jì)與制造;噴涂工藝參數(shù)的選擇;噴涂型殼與紙?jiān)偷姆蛛x;噴涂模具背襯材料的選擇與制備;噴涂模具背襯的制造及后處理;噴涂模具的試模與調(diào)試。4.總結(jié)近年來,通過不懈的努力,國內(nèi)轎車沖壓模具的設(shè)計(jì)制造能力取得了顯著的進(jìn)步。但是,在轎車特別是中高檔轎車外覆蓋件模具的開發(fā)上,我們與國際水平仍有較大差距。不過,這種差距并非不能縮小,只要我們多加強(qiáng)國際交流,多吸取國外同行的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn),一定能夠加快轎車覆蓋件模具的國產(chǎn)化進(jìn)程。105.參考文獻(xiàn)1陳炎嗣.郭景儀.沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù).北京:北京出版社,1991042郭春生.湯寶駿.孫繼明.汽車大型覆蓋件模具.北京:國防工業(yè)出版社,1993103楊玉英.大型薄板成型技術(shù).北京:國防工業(yè)出版社,1996024鄧仕珍.汽車車身制造工藝學(xué).北京:北京理工大學(xué)出版社,1997-095Gang Liu,Zhongqin Liu,Youxia gaoOptimization desing of drawbead in drawing toolsof autobody cover paneljournal of Engineering mateials and Technology6劉罡.基手回彈控翩的提高轎車沖壓成形精度方法研究上海交通大學(xué)博士論文20017程迎潮,劉罡,范國輝.國內(nèi)外轎車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)概況,(上海大眾汽車有限公司,上海201805)8樊小年,試談汽車覆蓋件沖壓模具的制造技術(shù),岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南岳陽 4140009崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2003.10劉緒功.基于特征的汽車覆蓋件沖壓成形性研究D. 南京:南京航空航天大學(xué),2005.11朱東波,王伊卿等.電弧噴涂汽車覆蓋件沖壓模具快速制造方法P.中國專利:03134500,2004.4.12程應(yīng)潮,范國輝.國內(nèi)外橋車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)概括.1672-0121(2004)04-0026-0413李體彬.沖壓成型工藝. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2008. 023458 號:119814李德群,肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢J.模具工業(yè),2005(7):9-1215中國模具工業(yè)協(xié)會(huì).模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃J.模具工業(yè),2005(7):3-816李大鑫,張秀錦.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述J.模具制造,2005 (2):1-411摘要粉末冶金是一種不需要將材料融化的冶金方法,是冶金和材料科學(xué)的一個(gè)分支。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,粉末冶金工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復(fù)雜形狀工件等一系列優(yōu)點(diǎn),使其在現(xiàn)代工業(yè)中的地位也越來越高。相應(yīng)的,粉末冶金模具作為現(xiàn)代高速成型技術(shù)在工藝裝備中起到越來越大的作用。特別是在汽車行業(yè)中應(yīng)用的比例越來越重,是現(xiàn)代汽車行業(yè)發(fā)展的重要支柱之一,現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向.本次設(shè)計(jì)了一套汽車剎車片的壓制模。本課題主要是從對零件壓坯的尺寸,密度,質(zhì)量和高度等計(jì)算,來確定陰模與模沖的類型,再通過對壓機(jī)的選擇設(shè)計(jì)所需要的模具,頂出方式的選擇,加熱方式的選擇,對模具的材料進(jìn)行選擇,強(qiáng)度校核,粗糙度的確定,最后畫出零件圖和裝配圖。關(guān)鍵字:粉末冶金;壓制成形;剎車片模具AbstractPowder metallurgy is a branch of metallurgy and materials science who is anundesirable material melting metallurgy method.With the development ofeconomy,Because of powder metallurgy process with high efficiency, stable quality,low cost and can be processed with complicated shapes advantages,so that itsposition in modern industry are more and more important. Accordingly, powdermetallurgy die as a modern high-speed molding technology play an increasinglyimportant tole in the process equipment.Especially in the automotive industry, an increasingproportion of re-application,is one of the important pillars of the modern automobile industry andalso is a direction of Modern industrial development.This design is a press die of brake pads.The project must basis on parts size,density, height and mass to design the milds stamping type.Then basis on pressmachine to choice molds type. Then I choice the best way for pushing-out andboiling. Next step are Selecting the material of the mold and Strength check. The last way, Imust determine the roughness and draw the parts and assembly drawings finally.Key Words:Powder metallurgy; stamping shape; Brake pads mold目 錄摘要Abstract第 1 章 緒論. 11.1 粉末冶金概述. 11.2 模具工業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)國民經(jīng)濟(jì)中的地位. 41.3 粉末冶金模具的現(xiàn)狀. 4第 2 章 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的原則. 52.1 通用粉末成形壓機(jī)的選擇原則. 52.2 壓坯的選用原則. 52.3 壓制成形模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則. 6第 3 章 模具的設(shè)計(jì)和材料選擇. 63.1 壓坯的要求和壓制方式的選擇. 63.1.1 壓制方式的選擇. 93.1.2 頂出方式的決定. 113.1.3 加熱板的排布方案. 113.2 陰模的設(shè)計(jì). 123.3 上下模沖的設(shè)計(jì). 123.3.1 下模沖長度的設(shè)計(jì). 123.3.2 上模沖的設(shè)計(jì). 133.4 其它模架零件的設(shè)計(jì). 133.5 連接方式的設(shè)計(jì). 143.5.1 上下模座與固定板之間的連接. 143.5.2 下模座與陰模固定板之間的連接. 143.6 陰模材料的選擇. 143.7 模沖材料的選擇. 153.8 模架的材料選擇. 15第 4 章 強(qiáng)度的校核. 164.1 壓機(jī)的選擇. 164.2 模沖強(qiáng)度校核. 16第 5 章 模具間的余量的計(jì)算. 175.1 下模沖的彈性變形余量. 175.2 陰模與下模沖的間隙. 175.3 壓坯燒結(jié)率與回彈率的總收縮率計(jì)算. 185.3.1 壓坯的回彈率. 185.3.2 回彈率的影響因素. 195.3.3 燒結(jié)收縮率. 19第 6 章 主要零件加工后應(yīng)達(dá)到的要求.206.1 陰模.206.2 模沖.216.3 其他零件. 21總結(jié)與展望. 28參考文獻(xiàn).30致 謝. 32第 1 章 緒論1.1 粉末冶金概述粉末冶金是一門制造金屬粉末,以金屬粉末(包括混入有廢金屬粉末者)為原料,用成形-燒結(jié)制造材料或制品的技術(shù)學(xué)科。廣義上,它也包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金屬化合物粉末為原料,用成形-燒結(jié)制造材料或制皮的技術(shù)。這里所講的成形,系指賦予金屬粉末等原料粉末以所要求的金屬制品的形狀與尺寸。在制造粉末冶金零件的過程中,所用的成型模具是如何設(shè)計(jì)的。模具設(shè)計(jì)與所使用的粉末原料的性能、使用的成形工藝與設(shè)備以及所制造的零件的材料性能、形狀和尺寸大小等密切相關(guān)。特別是 20 世紀(jì) 70 年代以來,鐵基粉末冶金零件的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展非???,一句對所制造零件的技術(shù)性能要求,研發(fā)出了各種各樣的金屬粉末成形技術(shù)與設(shè)備,除常規(guī)的單軸向剛性模具壓制工藝之外,還有粉末鍛造、注射成型、溫壓、熱壓、冷等靜壓、熱等靜壓、擠壓、粉末軋制、粉漿澆注、噴射成形及無模成形等。其中多種成型工藝都涉及到模具設(shè)計(jì)問題。粉末冶金是一門古老的冶金技術(shù)。我國早在 2500 多年前的春秋末期,就已用塊煉鐵(即海綿鐵)鍛造法制造鐵騎了。塊煉鐵是用木炭還原鐵礦制成海綿鐵,這和現(xiàn)在還原鐵粉的生產(chǎn)工藝相似,故可稱之為早期的粉末鍛造技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)后來由于煉鐵技術(shù)的興起而從歷史舞臺(tái)上消失。進(jìn)入 18 世紀(jì)后,為制取金屬鉑,粉末冶金重新煥發(fā)了青春。從而,使粉末冶金這么古老的冶金技術(shù)開始進(jìn)入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的行列。繼金屬鉑之后,在 19 世紀(jì)后期至 20 世紀(jì)初,用粉末冶金方法制取了具有劃時(shí)代意義的鎢。之后粉末冶金方法制取了鉬、鈮等難熔金屬,從而為現(xiàn)代電子和電光源工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì)初,繼難熔金屬之后,用粉末冶金技術(shù)陸續(xù)研制成功了硬質(zhì)合金,多孔性金屬含油軸承、鎢-鋼與鎢-鋼鎳復(fù)合材料等。2003 年全球粉末貨運(yùn)總量約為 88 萬噸,其中美國占 51%,歐洲 18%,日本 13%,其他國家和地區(qū) 18%。汽車工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的進(jìn)步。汽車制造業(yè)現(xiàn)已經(jīng)成為粉末冶金工業(yè)最大的用戶,20005 年歐洲生產(chǎn)的粉末冶金結(jié)構(gòu)零件 80%用于汽車制造,在日本為 90%,北美為 75%。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加,另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不斷增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高,為 19.5 公斤,歐洲平均為 9 公斤,日本平均為 8 公斤。中國由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展,擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景,已經(jīng)成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機(jī)。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了每年 4.3 億美元,其中熱沉材料占 23%,發(fā)光和電極材料占 30%。現(xiàn)代粉末冶金工業(yè),除了通常所講的生產(chǎn)鐵粉、銅粉等金屬粉末和生產(chǎn)鐵基、銅基粉末冶金制品等產(chǎn)業(yè)外,廣義的講,還應(yīng)包括用粉末冶金技術(shù)制造的所有產(chǎn)品門類的產(chǎn)業(yè),諸如難熔金屬制品、硬質(zhì)合金、金剛石-金屬制品、軟磁與硬磁鐵氧體元件、技術(shù)陶瓷、電觸頭材料、多孔性金屬過濾器、金屬-石墨材料等產(chǎn)業(yè)?,F(xiàn)在用粉末冶金技術(shù)制造的材料或制品,大體上可以分為五類:1)粉末冶金機(jī)械零件,其中包括燒結(jié)金屬自潤滑軸承、燒結(jié)金屬結(jié)構(gòu)零件及燒結(jié)金屬摩擦材料與制品等;2)鐵氧體磁性材料,其中包括永磁鐵氧體材料、軟磁鐵氧體材料;3)硬質(zhì)合金材料與制品,其中包括工具材料、耐磨材料、耐高溫與耐腐蝕材料;4)難熔金屬或高熔點(diǎn)金屬材料與制品,諸如鎢、鉬、鉭、鈮;5)精細(xì)陶瓷材料與制品。粉末冶金機(jī)械零件是當(dāng)前粉末冶金工業(yè)的主導(dǎo)性產(chǎn)品。廣泛使用的粉末冶金機(jī)械零件材料有燒結(jié)鐵、燒結(jié)碳鋼、燒結(jié)低合金鋼、燒結(jié)合金鋼、燒結(jié)不銹鋼、燒結(jié)鋁和燒結(jié)鋁和金、燒結(jié)同和燒結(jié)銅合金、燒結(jié)鎳合金等。早期的粉末冶金機(jī)械零件主要是含油軸承與墊圈之類的制品,形狀簡單且力學(xué)性能較低。近 40 年來,由于鋼鐵粉末、粉末成形壓機(jī)、模具、燒結(jié)爐等的不斷改進(jìn),組合燒結(jié)、粉末鍛造、注射成形、溫壓及冷、熱等靜壓等工藝技術(shù)的相繼開發(fā),制造的粉末冶金結(jié)構(gòu)零件形狀愈來愈復(fù)雜,材料的力學(xué)性能越來越高,像6汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中承受動(dòng)態(tài)應(yīng)力最高的連桿,現(xiàn)在不但可用粉末鍛造生產(chǎn),甚至可用一次壓制-燒結(jié)工藝制造。利用溫壓技術(shù),用一次壓制-燒結(jié)就可以使鐵基粉末冶金零件的材料密度達(dá)到 7.4g/cm3以上,從而使材料的力學(xué)性能顯著增高.因此,粉末冶金機(jī)械零件的市場一直在不斷擴(kuò)大。1.2 模具工業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)國民經(jīng)濟(jì)中的地位模具因其生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、材料消耗低、操作簡單、生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化、生產(chǎn)成本低而獲得廣泛的應(yīng)用,利用模具可以加工出薄壁、重量輕、剛性好、形狀復(fù)雜的零件;產(chǎn)品質(zhì)量有模具保證,具有一模一樣的特點(diǎn);這是其它加工制造業(yè)所無法完成的;模具是現(xiàn)代工業(yè),特別是汽車、摩托車、航空、儀表、儀器、醫(yī)療器械、電子通信、兵器、家用電器、五金工具、日用品等工業(yè)必不可少的工藝裝備。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),利用模具制造的零件數(shù)量,在飛機(jī)、汽車、摩托車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器儀表等機(jī)電產(chǎn)品中占 80%以上;在電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電風(fēng)扇、自行車、手表等輕工業(yè)產(chǎn)品中占 90%以上;在子彈、槍支等兵器產(chǎn)品中占 95%以上;在日用金屬產(chǎn)品中占 95%以上??梢姡芯亢桶l(fā)展模具技術(shù),對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化具有特別重要的意義。目前,模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造的水平的重要標(biāo)志之一。1.3 粉末冶金模具的現(xiàn)狀80 年代后,我國的一些主要粉末冶金機(jī)械零件生產(chǎn)企業(yè),先后從日本、歐洲及美國引進(jìn)了高壓縮性霧化鐵粉成套霧化裝備,鐵粉精還原爐,臥式霧化銅粉裝置,機(jī)械式與液壓式粉末冶金壓機(jī),網(wǎng)帶式、推進(jìn)式及步移梁式燒結(jié)爐,氮基氣氛裝置,水蒸汽處理爐,連續(xù)式雙金屬帶材和 CM(DU)帶材生產(chǎn)線,噴撒法生產(chǎn)銅基摩擦片生產(chǎn)線,以及鐵基結(jié)構(gòu)零件、微型精密銅基含油軸承,電機(jī)車受電弓滑板,銅基過濾元件,銅基摩擦材料,雙金屬帶材和 CM(DU)帶材等的制造技術(shù)。通過消化、吸收這些引進(jìn)技術(shù)與設(shè)備,有力地推動(dòng)了我國粉末冶金機(jī)械零件工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,使其生產(chǎn)技術(shù)水平有了明顯提高。例如:1.hl 含油軸承洗衣機(jī)、電機(jī)用含油軸承 1983 年以前全部從日本進(jìn)口,1987 年北京粉末冶金工業(yè)公司實(shí)驗(yàn)廠試制成這種軸承后,擋住了進(jìn)口。現(xiàn)在該廠年產(chǎn)量數(shù)以百萬計(jì),微型精密含油軸承是音像機(jī)器和微小型電機(jī)不可替代的關(guān)鍵零件。我國生產(chǎn)這種含油軸承的能力已超過 2 億件/年,材料有銅基、鐵基及鐵銅合金等。780 年代后期,我國家用電冰箱生產(chǎn)發(fā)展迅速。電冰箱的心臟是壓縮機(jī),而壓縮機(jī)的一些主要零件都是用粉末冶金制造的,諸如往復(fù)式壓縮機(jī)中的連桿、活塞、軸套、閥板,旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中的缸體、缸蓋、平衡塊、葉片等?,F(xiàn)在寧波粉末冶金廠等一些廠家已能批量生產(chǎn)這些零件。這些零件是由易切削鐵粉制造的。易切削鐵粉的主要添加劑 MnS,國內(nèi)已研制成功,并開始小批量生產(chǎn)。寧波粉末冶金廠經(jīng)過 4 年研制,已試制成功大發(fā)車的曲軸正時(shí)齒輪、凸輪軸正時(shí)齒輪、平衡塊、主動(dòng)與從動(dòng)鏈輪,止推板等,有的零件已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。上海粉末冶金廠為上海桑塔納轎車配套的粉末冶金零件 17 種 33 件,已有 14 件(包括二次配套件)先后投入批量生產(chǎn)。飛速發(fā)展的粉末冶金制品,也給模具制造帶來了飛速的發(fā)展。有單一的整體式的模具到復(fù)雜的組合式的模具一應(yīng)俱全,產(chǎn)品數(shù)量直線上升。這就為現(xiàn)在的模具設(shè)計(jì)提出了新的要求:高的壽命,高的強(qiáng)度,高的耐磨性,高的韌性,高的耐熱性等。這就給設(shè)計(jì)工作者提出了更高的要求。這不僅要求對模具制造工藝了如指掌,而且要對材料的性能及特點(diǎn)非常熟悉。第 2 章 粉末冶金模具設(shè)計(jì)的原則2.1 通用粉末成形壓機(jī)的選擇原則1)壓制成形用原料粉末的特性,原料粉末的特性影響壓制時(shí)的裝粉速度、壓制壓力-密度曲線以及可達(dá)到的尺寸公差;2)零件壓坯的幾何形狀,決定了所需模沖的個(gè)數(shù);3)制品的尺寸公差;4)批量大小,生產(chǎn)批量大時(shí),模具更換少,反之亦然;5)粉末冶金生產(chǎn)廠可利用的壓機(jī)和模具的結(jié)構(gòu)、氣候條件和建筑特性等;6)操作和維修人員的素質(zhì);7)快速采購備件的可能性;8)對自動(dòng)化程度的要求。2.2 壓坯的選用原則1)材質(zhì) 根據(jù)所要求的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性、氣密性、磁性等物理-力學(xué)特性,來選擇材料的組成、密度、后續(xù)處理等;82)零件尺寸 根據(jù)對象零件的尺寸計(jì)算成形加壓面積。然后依靠材質(zhì)選定的密度,確定所需要的單位面積壓力,從而計(jì)算出所需要的總壓制力;3)零件形狀 關(guān)鍵在于是否能壓制成型,若整體無法壓制成形,可以考慮分割成 2 部分以上分別壓制成形再組合起來;4)成本 盡量將功能用不上的零件部分去除,以節(jié)約材料,降低生產(chǎn)成本;5)精度 零件形狀確定之后,在選定的材質(zhì)、后續(xù)處理等條件下,確定壓坯精度。為了充分利用粉末冶金零件的經(jīng)濟(jì)性,最好用模具壓制成形來保證各項(xiàng)精度。2.3 壓制成形模具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1)陰模型腔內(nèi)各個(gè)部位都必須可靠地充填以數(shù)量精確的粉末;2)壓坯內(nèi)的密度分布應(yīng)盡量均一;3)為保證鄰接部分粉體間充分連接,對陰模型腔內(nèi)各處的粉體應(yīng)同時(shí)進(jìn)行密實(shí)。應(yīng)注意密實(shí)粉體僅只很微量向側(cè)向移動(dòng);4)必須將壓坯完好的從成型模具中脫出;5)對模具零件的所有必要的動(dòng)作都必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?,而且必須能以足夠高的精度進(jìn)行重復(fù);6)模具的模沖盡量少;7)在壓制過程中,模沖不得與陰?;蛐景?,或相互卡??;8)在壓制過程中,所有模具零件都必須能承受施加于其上的載荷。所有零件都必須盡量耐磨,而且應(yīng)具有最高的可預(yù)期壽命;9)模具的所有功能都必須最好的利用壓機(jī)的相應(yīng)功能;10)模具的設(shè)計(jì)應(yīng)便于組裝和安裝在壓機(jī)上,以將組裝的時(shí)間縮短到最短;11)磨損的模具零件應(yīng)盡量容易更換,以將停工時(shí)間縮小到最短;12)就預(yù)期的模具使用壽命和生產(chǎn)壓坯數(shù)量而言,模具的制造成本必須合理。第 3 章 模具的設(shè)計(jì)和材料選擇3.1 壓坯的要求和壓制方式的選擇該零件為剎車片如圖 3-1 所示,需要在壓制的過程中進(jìn)行和剎車片背板的燒結(jié)。9圖 3-1 剎車片與背板的組合圖實(shí)際零件類似于圖 3-210圖 3-2經(jīng)查閱資料,剎車片材料除了大約 50%左右的金屬材料如還原鐵粉、鋼纖維等,還有一定量的各種纖維,酚醛樹脂,利于燒結(jié)的各種成分在其中,查閱各階段鐵粉的密度如表-1:表-13根據(jù)圖表-2,311粉末種類3松裝密度0 (g/cm )范圍常用值還原鐵粉2.0 2.82.4霧化鐵粉2.5 3.22.8霧化 663青銅粉2.4 3.12.7電介銅粉1.7 1.91.8選擇比還原鐵粉還要小一些的松裝密度2.0g/cm而壓制之后的剎車片壓坯密度分類 密度(g/cm) 孔隙度(%) 單位壓力(Mpa)表-2確定為低密度 5.3g/cm3.由于需要與剎車片背板壓制燒結(jié)在一起3.1.1 壓制方式的選擇壓坯密度的均勻性,是大壓模設(shè)計(jì)要解決的主要壓制質(zhì)量指標(biāo)。在壓制過程中,影響壓坯密度分布均勻的因素較多,除了粉末成分、性能及模具表面質(zhì)量外,主要有兩個(gè)方面:一是由于模壁之間的摩擦所引起的壓坯密度不均勻分布,他于壓制方式有關(guān)。二是當(dāng)模腔中的粉末同時(shí)受到壓縮式,粉末體產(chǎn)生柱式流動(dòng),幾乎不產(chǎn)生明顯的橫向流動(dòng),所以壓坯密度分布均勻性還與模腔內(nèi)各部分粉末填裝高度、壓縮比、壓縮速率或最后壓縮速度有關(guān),這些都可以通過壓制工藝參數(shù)來控制。由于粉末與模壁之間的摩擦,所引起壓坯密度無論是在高度還是橫截面的分布都是不均勻的,特別是隨著壓坯高徑比的增大引起的壓坯密度沿高度方向的不均勻越來越大。但是壓制方式的不同,壓坯密度分布有很大差別。單向壓制時(shí),壓坯密度分布很不均勻,如果采用雙向壓制中的非同時(shí)雙向壓制或摩擦芯桿壓制,可以顯著改善壓坯密度分布的不均勻性。明確了壓坯密度分布與壓制方式之間的關(guān)系后,要解決壓模設(shè)計(jì)中壓坯密度分布的均勻性,必須根據(jù)壓坯的形狀、高徑比、生產(chǎn)批量和壓機(jī)選擇壓制方式和壓模結(jié)構(gòu)類型。(1)當(dāng)圓柱體壓坯的高徑比 H/D1 時(shí),圓筒形壓坯的高壁厚比 H/T3 時(shí),可采用單向壓制和單向壓模.(2)當(dāng) H/D1 或 H/T3 時(shí),通常采用雙向壓制和雙向壓模;(3)當(dāng) H/T4 時(shí),最好采用壓制時(shí)芯桿和陰模能相對移動(dòng)的壓模;(4)當(dāng) H/T610 時(shí),可采用摩擦芯桿壓?;驂褐茣r(shí)陰模、芯桿和上模能相對下模沖移動(dòng)的壓模結(jié)構(gòu)。一般浮動(dòng)芯桿的移動(dòng)速度約等于陰模移動(dòng)速度的二分之12低密度零件20825高密度零件7.62液相燒結(jié)和滲透工藝制作一。但上模沖的移動(dòng)速度要比陰模和芯桿打,才能保證壓坯密度分布均勻。該剎車片的高徑比 H/D=14.5/1101,但由于有凹孔,所以選擇使用單向壓制。3.1.2 頂出方式的決定方案一,拉下式:陰模浮動(dòng)至下模沖的高度,使壓坯脫出,如圖 3-1圖 3-3壓制完成后,陰模繼續(xù)由上模座的壓力繼續(xù)向下移動(dòng),移動(dòng)至下模沖的上表面,最終頂出,之后取出零件。問題是動(dòng)作過于繁瑣,速度較慢,不適于大批量生產(chǎn)的要求。方案二,頂出式:陰模不動(dòng),下模沖在壓制完成之后繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到陰模的上表面,頂出零件完成取出零件的要求,如圖 3-4:13圖 3-4如圖所示,下推板推動(dòng)下模沖完成壓制動(dòng)作,之后在下推板的作用下繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到陰模上表面,是零件完成脫模動(dòng)作。該動(dòng)作簡單快捷,由于是借助壓床的動(dòng)力,對于一些脫模力較大的零件也可以應(yīng)用,非常適合大批量生產(chǎn),缺點(diǎn)在于陰模內(nèi)腔會(huì)加速磨損。綜合兩種方案,再根據(jù)零件是一種大批量生產(chǎn),只要求一定的平面度,對陰模壓制的外輪廓并沒有很高的要求,所以即使是有一定的磨損也在承受范圍內(nèi),決定選擇使用下模沖向上運(yùn)動(dòng)使零件脫模的方案。3.1.3 加熱板的排布方案方案一:整個(gè)模具全部加熱,如圖 3-514圖 3-5幾乎在所有的相關(guān)零件上都設(shè)有加熱元件的孔,優(yōu)點(diǎn)是加熱速度非??欤瑩碛泻芸斓募庸け憬菪?,相對的,缺點(diǎn)也非常大,浪費(fèi)資源嚴(yán)重,相比于一般的模架來說,整體強(qiáng)度下降很多,抗彎曲的強(qiáng)度也有所下降。方案二:在關(guān)鍵性的局部位置添加加熱板或者在強(qiáng)度比較高的模沖內(nèi)加工可放置加熱元件的深孔,如圖 3-615圖 3-6如圖,僅僅在下模沖和上模沖的墊板之上加設(shè)了加熱元件,相對于全體加熱,加熱速度相對較慢,但是考慮到只是加工時(shí)的預(yù)熱速度較慢,等加熱到可加工溫度,持續(xù)加工的時(shí)達(dá)到所需要的溫度很快,如此一來,將大大節(jié)省能源的消耗,節(jié)約資源,各方面的強(qiáng)度壽命也沒有太大的影響,所以選擇方案二。3.2 陰模的設(shè)計(jì)首先,陰模的高度必須高于裝粉的高度,所以利用壓坯密度和粉末填充密度之間的比率 Q 來計(jì)算零件部分所需要的裝粉密度,比率 Q 可以根據(jù)如下公式計(jì)算:Q=壓坯密度/充填密度=充填深度/壓坯高度 (3-1)Q=5.3/2.0=2.65.則所要求出的裝粉高度 F 為:F=HQ=14.52.65=38.5mm。假定對與下模沖在陰模型腔內(nèi)導(dǎo)引距離需要 25mm,則陰模至少要比裝粉深度高30mm。于是,將陰模下端面的邊緣標(biāo)注在上端面邊緣以距離為 A=F+30mm=70mm處。最后,考慮模沖的長度。因?yàn)槟_的必須要足以能夠?qū)号鲝年幠V型耆摮?,即它們的長度至少為 84mm。對于這個(gè)長度,還應(yīng)加大裕度 510mm,以便能夠修正磨損的模沖輪廓外形。所以最終定為長度為 90mm.3.3 上下模沖的設(shè)計(jì)3.3.1 下模沖長度的設(shè)計(jì)形狀與剎車片的形狀一致,由于之前決定使用的頂出方式為下模沖運(yùn)動(dòng)至陰模面來頂出加16工零件,且選用了直徑為 25mm,長度為 100mm 的加熱元件,并且需要留出 30mm 以上的壁厚和 510mm 的磨損余量,最終確定下模沖長為 150mm.3.3.2 上模沖的設(shè)計(jì)上模沖在壓制時(shí)起到固定剎車片背板,并且通過剎車片背板參與剎車片壓制和燒結(jié)的過程,而且由于在上模沖背面設(shè)有一套加熱原件 ,所以在不必要的情況下,可以設(shè)計(jì)的盡量短一些,便于加熱元件的熱量能夠更快且盡量減少消耗的傳遞過來.上模沖的外輪廓與剎車片一致,但是需要通過剎車片背板的的兩個(gè)孔進(jìn)行固定和定位,所以需要有兩個(gè)14 的圓形凸臺(tái),所以長度為 35mm,加上厚度為 15mm 的連接板。注:陰模型腔的硬度約為 6265HRC,不得低于 60HRC。模沖除和陰模型腔一樣必須耐磨以外,還必須具有韌性,故模沖的硬度可比陰模稍低一些,一般以 6063HRC為宜。模具表面粗糙度愈小愈好。這不僅可以減少壓制成型時(shí)粉末與陰模型腔間的摩擦力,且可增高壓坯密度的均勻性,減低脫模壓力。文獻(xiàn)表明,精細(xì)研磨的硬質(zhì)合金陰模型腔表面,可時(shí)脫模力減到 1/7.因此,陰模型腔及模沖端面粗糙度極為重要。理論上,粉末壓制成形模具中與粉末成形相關(guān)的任何表面,粗糙度上都是越小越好,以不大于 Ra0.125m 為宜。3.4 其它模架零件的設(shè)計(jì)下模沖與下模座之間需要一段空間來保證下模沖的壓制運(yùn)動(dòng)能夠順暢進(jìn)行,所以在下模座與陰模之間需要一組陰模固定塊來支撐陰模一下模座之間的這片空間。下模沖長為 150mm,陰模高度為 90mm,陰模的裝粉高度為 40mm,所以固定塊的高度至少為:150-(90-40)=100mm,再留出至少 1020mm 的余量,最終確定陰模固定塊的高度為 120mm。下模座和上模座由于需要裝置導(dǎo)柱和放置桿,而導(dǎo)柱在 MISUMI 的標(biāo)準(zhǔn)件中查詢到大于350mm 長度的導(dǎo)柱直徑需要 60mm,所以設(shè)定放置桿的直徑也設(shè)計(jì)為相同的 60mm,最終確定上下模座的面積為 700mm550mm,厚度為 50mm。加熱板上表面設(shè)計(jì)成略小于上模座,以便于連接,而下表面用來傳遞熱量,為了盡量不浪費(fèi)資源,設(shè)計(jì)成與上模沖大小一樣,厚度暫時(shí)定為 90mm。3.5 連接方式的設(shè)計(jì)3.5.1 上下模座與固定板之間的連接17圖 3-7使用 M1090 的內(nèi)六角螺釘,方便拆卸,連接緊密,強(qiáng)度高。3.5.2 下模座與陰模固定板之間的連接圖 3-8使用 M850 的內(nèi)六角螺釘連接,并且每一側(cè)用兩個(gè) M1220 的定位銷來確定位置和承受陰模的壓力。3.6 陰模材料的選擇陰模是成形零件壓坯輪廓形狀的模具,耐磨性特別重要。粉末成形時(shí),陰模承受巨大內(nèi)壓。為防止破損,陰模大多以熱裝狀態(tài)使用。因此,主要采用主要采用高硬度材料制造,并進(jìn)行熱處理。18在這里使用合金工具鋼 Cr12MoV,且硬度要高于 60HRC。3.7 模沖材料的選擇模沖壓制成形用的模沖都不只是使用一次,二是 105106 次或更多,同時(shí)在使用過程中不得斷裂或產(chǎn)生塑性變形,而且在負(fù)載作用下不會(huì)彈性脹大到擠進(jìn)陰模型腔中的程度。就量一個(gè)壓制周期中產(chǎn)生很小量的塑性變形,經(jīng)過若干的壓縮周期后,也會(huì)使模沖發(fā)生相當(dāng)大的縮短與增厚。其后果可以想象:模沖縮短時(shí),壓坯的高度會(huì)相應(yīng)的增高,而當(dāng)模沖增厚時(shí),最終會(huì)擠進(jìn)陰模型腔與斷裂,而且,可能會(huì)損壞整套模具。于是,模沖必須具有高壓縮屈服強(qiáng)度、高的剛度及高的疲勞強(qiáng)度。除了上述性能外,再由模沖形成壓制成型模具壁的一部分的場合,模沖表面的硬度還必須足夠高。必要時(shí),可十分精細(xì)的將模沖進(jìn)行表面硬化,以免發(fā)生脆裂和表面開裂。只有剛度最高的一類工具鋼適用于制造模沖,最理想的情況是,制造模沖的材料具備以下性能:(1)軟化退火時(shí),切削性能好;(2)淬火硬化后,具有最高可能的剛度與疲勞強(qiáng)度;(3)在淬火硬化過程中,具有最高可能的尺寸穩(wěn)定性和最小可能的對裂紋的敏感性;(4)最高可能的耐磨性;所以選擇使用工具鋼 Cr12MoV。3.8 模架的材料選擇制作與模沖托板都是模架的一部分,即便是跟換模具,他們也都是通用的,故具有不產(chǎn)生缺陷與壓痕的硬度是必要的。由于它們的尺寸余裕的場合居多,故在強(qiáng)度方面,沒有必要采用像模具那么高級的材料。可使用 SK5(T8Mn)或 SK3(T10),硬度和模沖相同或略高即可。這里選擇材料為 45 號鋼,硬度與模沖一樣。第 4 章 強(qiáng)度的校核194.1 壓機(jī)的選擇金屬粉末的壓制力通常由其單位流動(dòng)壓力所決定:P=nFp (4-1)式中 p金屬粉末平均單位流動(dòng)壓力F壓制坯截面積n壓制模中型腔數(shù)量(對一次多件壓制)由于該剎車片只需要 45Mpa 左右的壓力,截面積為 4500mm2,所需壓制力使用原料粉末的成型壓力乘以該零件的截面積,所以壓力 F=454500=202500N,確定壓制力后,可選擇壓機(jī)的噸位:PT=CpP (4-2)式中 Cp壓力機(jī)噸位裕度系數(shù),Cp=1.251.30而壓制后制件的頂出力有側(cè)壓力 pc、粉體側(cè)表面面積 Fc 和粉體與模壁的摩擦系數(shù) (=0.10.2)確定:Pout=Fcpc (4-3)頂出力為:Pout=0.15380410-645106=30kN所以選用 SX-40 壓機(jī),主要技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù):額定壓制力 400kN(45tf);脫出力 180kN(20tf);陰模最大裝粉深度 120mm;壓制速度范圍 624 件/min;上壓頭/下速頭速度比 1:11:4。4.2 模沖強(qiáng)度校核由于壓制成形模具在周期高載荷下工作,因此,必須對主要受力件進(jìn)行強(qiáng)度校核。沖頭一般處于壓應(yīng)力狀態(tài),其強(qiáng)度校核式為:=P/Fmin (4-4)式中 P金屬粉末壓制力Fmin沖頭最小截面積工具鋼許用應(yīng)力=220000/4500=48Mpa180MPa下模沖為剎車片的外輪廓,則=400000/4500=88Mpa180MPa陰模強(qiáng)度校核:20=Pout/F=30000/3804=7.8Mpa180MPa對支撐模座和固定板也需要進(jìn)行抗壓強(qiáng)度校核:=P/F加熱板的強(qiáng)度校核:=4000000/77392=5.16MPa80MPa模座的強(qiáng)度校核:=4000000/370000=1.1MPa80MPa第 5 章 模具間的余量的計(jì)算5.1 下模沖的彈性變形余量模沖的彈性變量公式為:L=LP/E (5-1)其中:L彈性變形量L模沖長度P成型壓力E彈性模量(模具鋼 210Mpa)上模沖彈性變量:L1=55220000/210106=0.05mm下模沖彈性變量:L2=150220000/210106=0.137mm5.2 陰模與下模沖的間隙如果零件壓坯的外徑對內(nèi)孔的同軸度要求較高,則間隙值可取 57m。對于一般工業(yè)生產(chǎn)用的原料粉末,配合間隙值可取 0.013mm,其目的在于防止粉末進(jìn)入模沖和陰模型腔的間隙中。當(dāng)零件壓坯的半徑大于 25mm 時(shí),一般間隙值為其直徑的 0.05%。間隙為:1040.05%=0.05mm推薦的滑動(dòng)模具零件間的間隙如表-321模具尺寸/mm間隙(IT5)/m10101510181218表-3應(yīng)用表中推薦的間隙時(shí),我們必須明白,在壓制壓力作用下,模沖會(huì)產(chǎn)生彈性脹大。這就意味著陰模與模沖之間的間隙減小。將這樣窄小的間隙用于異形陰模型腔和模沖,在模具制造上會(huì)有一些困難,但是模具令人滿意的進(jìn)行相當(dāng)長時(shí)間并不容許較大的間隙。模具使用壽命長的前提是所有滑動(dòng)表面的粗糙度都必須極好(
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