汽车刹车盘金属型铸造模具的设计.docx
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汽车刹车盘金属型铸造模具的设计
汽车刹车盘金属型铸造模具的设计
绪论
随着我国铸造业的不断进展壮大,铸造模具的设计与制造也愈来愈受到人们的关注。
文章分析以为模具设计与制造专业(铸造模具方向)进展前景良好对那个专业的人材需求量也在不断增加。
但同窗不能因为那个就对自己未来的就业定位很高,咱们应该不时关注咱们专业的各方面信息以备明白行业的技术需求从而随时提高自己的技术水平.本文立足于分析我国铸造模具行业的现状,针对问题提出对策,展望未来。
模具作为一种特殊的机械产品,模具行业作为一种特殊的机械行业,不能像其它机械行业&机械产品那样,所研发制造的机械产品生产出来零部件或机械产品本省仅靠设计人员的理论设计就可以大体保证最终所要达到的所需的功能和利用要求,也就是说,对于其它的大多数机械产品,若是加工进程能够完完全全全或尽可能抵达设计的精度和要求,最终的产品和当初的设计目的是不会有太大的误差,即完善的设计在加工条件的保证下就可以够生产出完美的产品,同时,这种产品的设计理论依据通过几十年乃至在一些老牌资本主义国家上百年的不断研究与实际生产的互不进展下已经变得很成熟,很完善,很实用了,比如各类机床设备,动力设备等。
模具产品则不一样,由于无论是注塑、压铸类的高温流动成型仍是常温下冲压类的塑性成型,虽然长的也有几十年研究与应用历史,由于基础理论和数学模型很不完善,不准确,也有仍是存在专门大的不肯定性,专门是在咱们国内,大多数仍是要靠现场调试经验来支持,来尽可能使模具产品做到完善,生产出来的达到用户用户要求,所以在设计阶段,大多数量前只能做的工作,在整个模具制造进程和质量体系环节保证种,只能充当“粗加工环节”!
!
也就是通常所说的模具的好坏最终要靠靠钳工手艺,不同厂家模具产品最终的极峰对决,可能就是模具钳工的一种技艺比武吧,而在这行里设计人员和前期的各序加工人员只能是给极峰对决做配角。
铸造模具是指为了取得零件的结构外形,预先用其他轻易成型的材料做成零件的结构外形,然后再在砂型中放入模具,于是砂型中就形成了一个和零件结构尺寸一样的空腔,再在该空腔中浇注流动性液体,该液体冷却凝固以后就可以形成和模具外形结构完全一样的零件了。
1铸造模具的历史:
中国铸造模具工业进展到今天,经历了一个艰辛的历程,直到1976年仍处在掉队状态。
自1977年以来,由于我国机械、电子、轻工、仪表、交通等工业部门的蓬勃进展,对铸造模具的需求在数量上愈来愈多,质量要求愈来愈高,供货期愈来愈短。
因此,引发了我国有关部门对铸造模具工业的高度重视,将模具列为“六五”和“七五”计划重点科研攻关项目,派人出国学习考察,引进国外铸造模具先进技术,制定有关铸造模具国家标准。
通过这一系列办法,使得铸造模具工业有了专门大进展,并在某些技术方面有所冲破。
第二汽车制造厂采用新技术、新材料为日本五十铃厂制造了高质量的大型铸造模具,博得了良好的国际信用。
2模具设计与制造(铸造模具方向)进展前景分析:
1.市场需求
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,汽车工业重点是进展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为进展重点,已在汽车工业产业政策中取得了明确。
估计到2005年,我国汽车总需求量约为300万辆,因此,汽车模具市场庞大。
汽车大体车型在2000年约140种,2005年将达到170种,还有更新车型和改装车型430种。
一个型号的汽车所需模具几千副,其中铸造模具数百套。
随着我国进入世贸组织的临近,汽车行业将进入新一轮换型改造时期,专门是中、重、轻、轿型汽车,将以快节拍更新换代来迎接国际汽车市场的挑战。
挑战与机缘同在,进入世贸不单单是对咱们汽车的挑战,与其紧密相关的模具制造业首当其冲。
由此不难看出,铸造金属模具、精密压铸模具在未来铸造模具行业的进展趋势中,将扮演先锋角色。
2.技术要进一步完善
当前,我国工业生产的特点是产品品种多,更新快,市场仍处买方市场态势。
这种情形下,用户对产品包括模具制造的要求是“工期短、精度高、质量好、价钱低”。
用户对铸造模具产品的苛刻,正是对厂家日趋完善的压力。
确实是对铸造模具生产企业一个完整体系的考验。
(1)CAD/CAM/CAE一体化
当前多数铸造模具厂家仍然采用老办法,设计、编程、工艺、加工、检查都是相对独立分开,独立考核、独立核算,而拉开大幕看市场,这方面,部份国企模具厂落伍了。
一些中小模具厂采取的是一条龙作业方式,从设计到编程直到加工出产品乃至售后服务均由一人或几个人完成,生产传递环节少,出现问题易发觉,因此本钱低、质量好、周期短。
象一汽铸造模具厂如此规模的企业本来就有CAD/CAM技术条件,若是打破传统机制的束缚,那个问题便迎刃而解。
若是CAD/CAM一体化加工能够提高普及率,我国铸造模具生产能力将有一个飞跃。
(2)模具标准件的应用
在模具设计上,很多模具厂家都采用标准化组合设计,因此设计周期短,而咱们目前全数产品都是从开头设计,包括每一个环节。
因此,利用模具标准件不但能缩短模具制造周期,而且能提高模具质量和降低模具制造本钱。
因此标准件的应用必将日渐普遍。
模具标准件的开发利用,将使我国铸造模具生产大为简化。
(3)应用反求工程开发铸造模具制造范围
一般而言,反求工程是指对难以用CAD成立数据模型,而只能通过对实物进行数据扫描、测量的方式收集数据,在CAM软件系统中成立数学模型,最后生成NC程序,控制数控加工中心进行模具制造的进程。
一汽铸造模具厂应用反求工程较成功地完成了对缸盖进、排气道热芯盒模具的制造,探索了按一般的设备和加工技术对没有尺寸和技术标准的模具无法加工成功经验。
既缩短了模具制造周期,又提高了产品质量。
反求工程在模具制造业上应值得推行应用。
能够扩展产品加工范围。
随着科技技术的飞速进展模具设计与制造(铸造模具方向)专业人材的需求日趋增加。
因此该学科具有良好的进展前景可是同时也要求咱们更好的学好运算机技术。
国内研究现状
刊内学者和生产厂家对汽车刹车盘研究较多的有无石棉半金属
刹车盘和铸铁刹车盘两种。
(1)无石棉半金属刹车盘的制作工艺有热压法和冷压法两种。
文献”纠于1994年报导了华中爽等人用热压法制作刹车盘。
原料为醛
树腊、丁苯橡胶、钢纤维、摩擦性能好的调节剂及其它填料。
压制的
模具温度为180~190"C。
1997年文献。
1报导了有关无石棉半金属刹车盘的研究情形。
半金属刹车盘由粘合剂、钢纤维和填料三大部份热压而成。
吉林大学韩英淳等人研制了碳纤维复合材料汽车用无石棉刹车盘。
原料为碳纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂(HT200铸铁粉、固体润滑剂、摩擦剂)等。
原料按比例配好后进行混料、热压成形、热处置、据图纸磨削加工。
1998年徐仁泉等人研究了冷压刹车盘的摩擦磨损性能。
原料为钢纤维、聚酰胺酯等。
其制工艺包括原料混合一冷压一预磨一热处置一磨平一表面焦化处置等几个步骤。
用自制冷压刹车片在桑塔纳轿车上进行了行车实验。
结果表明:
行车50000km时磨损厚度为5mm,制动性能和表面状况良好。
2002年文献”朝报导了郝华伟等人关于盘式刹车片冷压配方及工艺的研究。
材料为石棉纤维、有机粘结剂、钢棉、填充剂。
混好的物科用单片模在24.5~34.3MPa下压制,静压lmin出模。
结果表明,冲击强度3.2dJ/cm2,硬度30HBS。
(2)有关铸铁刹车盘的研究比较多。
从1986年开始,李云堂等
人“础研究了铁基粉末冶金刹车盘。
实验工艺为69%还原铁粉、11%石墨粉、1%SiO:
粉和少量铜粉、二硫化钼粉、铅粉在混料机中混合1.5~25时,另加入粘结剂、润滑剂、硬脂酸锌在500吨液压机上压成毛坯,经0。
C、2.5小时烧结,再据图纸机加工。
技术要求为:
动摩擦系数90.28,抗压强度≥150MPa,抗拉强度≥50MPa,表面硬度35~65HBS,金相组织为珠光体+铁素体+渗碳体、游离石墨。
1994年山东九阳集团公司“”为美国福特公司制造了灰铸铁刹车盘,材质HT250,采用砂型铸造,热芯盒,覆膜砂,铸件性能达到抗拉强度280~3IOMPa,硬度190~2IOHBS。
据文献2000年报导,西安交通大学陈跃、沈百令等人研究了铸究院沈阳铸造研究所硕士。
刹车盘浇注模具设计进程一般有如下几个阶段:
第一由用户提供零件的产品图;然后按照铸件的生产条件肯定铸造工艺方案及要求;由此能够取得铸造工艺图,这是模具设计及验收的根本依据;再按照铸造工艺及制芯设备的要求,设计能知足生产要求的母模、芯盒、模板、砂箱等。
应该说明的是,上述设计阶段并非完全独立,而是彼此联系的。
1.1汽车刹车盘产品三维造型
三维产品造型就是按照汽车刹车盘零件的二维工程图纸(如图2.1所示)用Unigraphics软件进行建模,形成零件的兰维实体。
图刹车片零件图
UG—CAD建模所用的模块是UG-MODELING模块的建模方式主要有实体建模和自由曲面建模等。
按照刹车盘零件的结构特点,本文选择利用UG—CAD建模功能中的实体建模法进行建模。
实体建模主要包括基于特征建模、基于约束建模、参数化建模、复合建模等具体建模方式,其中复合建模法是基于特征建模、基于约束建模、参数化建模这3种建模技术的选择性组合运用。
一般来讲,复合建模法应用普遍。
汽车刹车盘零件建模时选择的就是组合了基于特征建模、基于约束建模、参数化建模模3种建模法的复合建模法。
汽车刹车盘产品三维建模进程如下。
1)按照二维设计图纸,明确刹车盘零件的形状、结构特征。
2)选择形成毛坯的“成形特征”功能。
在UG中,
毛坯由“成形特征”功能形成。
“成形特征”包括为简
单的解析形状零件直接提供现成毛坯的“体素特征”功能和为复杂的非解析形状零件提供形成毛坯方式的“扫描特征”功能两类。
由于刹车盘结构比较简单,能够选用“体索特征”提供的简单解析形状块、柱等直接作毛坯。
3)对毛坯图进行粗加工。
用“向毛坯添加材料”方式中的“凸台”
功能形成零件中的各类凸台,用“向毛坯减去材料”方式中的
“孔”功能和“键槽”功能形成零件的各类孔和槽。
4)在租加工的基础上,运用“特征操作”进行精加工,形成三维模型。
此处用到的功能主要有“布尔运算”中的“并”和“差”(,边缘操作中的“边
倒圆”,“面倒圆”,“边倒角”等。
同时还要用到参考特征中的“基准轴”、“基准面”和阵列特征)等功能。
通过利用如上各类功用,形成刹车盘零件产品的三维模型,如图
2.2所示。
图刹车片产品三维造型
1.铸造工艺
铸造工艺要求,包括增加加工余量和收缩率,生成份型面、起模斜度和铸造圆角。
处置铸造工艺要求时,应将加工余量的增加放在收缩率的增加上前。
为了便于修改铸造工艺,加工余量不在产品三维造型进程中考虑。
汽车刹车盘的铸造工艺如图2.3所示。
图铸造工艺图
(1)分型面:
分型面是铸件造型时必需第一考虑的问题,只有在肯定了分型面以后,才能处置不同起模方向的立面的起模斜度。
对于
如图2.二、2.3所示的刹车盘零件来讲,是简单的平面分型,处置起来比较容易,文中肯定的分型面如图2.3所示。
分型面完成后,即可全面进行起模斜度和圆角特征的处置。
(2)加工余量:
刹车盘零件轮廓最大尺寸为,考
虑到铸件的变形、收缩等因索,为了保证机械加工后产品的规格尺寸,
按照GB/T6414-1999的规定,在每一个加工面上要求的机械加工余量品级为F,要求的机械加工余量值为2.5m,同时铸件的一般公差为CT8。
(3)起模斜度:
为了起模方便.且不破坏铸型,铸件中平行于起
模方向的平面必需附加必然的起模斜度以有利于铸件脱模。
刹车盘铸
件分型面设计完成后,就可以够沿起模方向加起模斜度。
本文设计中铸
件型腔内壁起模斜度一般采用2度,铸件外表面采用1度。
(4)铸造圆角:
按照工艺要求,非加工面圆角2.5mm,加工面圆
角1.2mm。
完成以上几个步骤以后,利用autoCAD2008创建刹车盘铸件的二维工程图(如图2.4所示),作为后续机械加工的参考和铸件尺寸查验的标准。
图铸件尺寸查验的标准图
(5)收缩率:
刹车盘铸件材质为铸铁HT250;取其铸件收缩率为1%随“,即要求模具型腔的尺寸要比产品图纸尺倍。
在uG中,处置收缩率时,一般是利用“缩放”(Scale)来实现的。
“缩放”(Scale)既能够对不同方向利用同一比例,也能够按照要求对不同的方向施加不同的缩放比例,本文中采用的是前者。
添加完收缩率以后,铸件造型就全部完成了。
1.2.1型砂的选择
高质量的型砂具有为铸造出高质量铸件所必备的各类性能。
咱们选择湿型砂,按照铸件合金的种类,铸件的大小、厚薄、浇注温度、金属液压头、砂型紧实方式、紧实比压、起模方式、浇注系统的形状、位置和出气孔情形,和砂型表面风干情形等的不同,对湿型砂性能提出不同的要去。
最主要的,即有直接影响铸件质量和造型工艺的湿型性能有水分、透气性、强度、紧实率、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、有效粘土含量、颗粒组成、砂温、发气性、有效煤粉含量、灼烧减量、抗夹砂性、抗粘砂性等。
湿型砂是由原砂、粘土、附加物及水按必然比例组成的。
效仿第一汽车厂选用的型砂,对于灰铸铁中小件,型砂的性能W(水分)x100为~%,透气性>70,湿压强度65~90kpa,旧砂为,新砂为大林,膨润土为建平九台,煤粉为抚顺。
1.3模具设计
汽车刹车盘铸件采用砂芯、砂型重力铸造。
模具采用灰铸铁HT250。
1.3.1砂芯造型
运用CAD画出砂芯的二维图。
如图2.5所示。
图砂芯
1.3.2浇注系统设计
按照工艺设计的原则,浇注系统应知足以下要求抽:
控制金属液流动的速度和方向,并保证充满型腔;有利于铸件温度的合理散布;
金属液在型腔中的流动应平稳、均匀,以避免夹带空气、产生金属氧
化物及冲洗铸型;浇注系统应具有除渣功能。
按照以上要求,刹车盘铸造时采用底注式浇注系统,且采用封锁一开放式设计:
阻流截面设在直浇道下端,阻流截面以上封锁,以下开放。
这种浇注系统既有利于挡渣,又使充型平稳。
(1)金属型浇注系统最小截面积阳“
金属型浇注系统最小截面积的计算公式如下:
F=G/ptu√2gHp
式中F一浇注系统中最小截面积,cm2
G~金属液的浇注重量,g
u一包括所有阻力损失的流量损耗系数
t一浇注时刻,s
P一液态金属的密度,g/cm3
H广充填整个型腔的平均计算压头,cm
1)G值的肯定
铸件的三维造型完成以后,按照铸件材质铸铁HT250材料的p=,由uG软件计算出铸件重量为,同时,浇注系统重量估量为铸件重量的30%,所以G=×1.3=(kg)。
2)u值的肯定
u值与浇注系统结构、浇注方式及合金性质等因素有关,在充型进程中,该值不稳固,按照经验查表肯定u值取0.48。
3)t值的肯定
浇注时刻是金属型铸造的一个重要工艺参数,查表得铸铁小于250kg时,浇注时刻t取4s到6s。
取t=6s
4)最小剩余压头高度(直浇道高度的肯定,示用意2.8)
H。
=Ltga(2.3)
式中L一金属液的流程,即铸件最高最远点到直浇道中心线的水平
距离,mm
a一压力角(。
)
取L=250mm,a=10度,计算得H。
=45(mm)
直浇道最小高度:
H=H.+C=45+=(mm)(c为铸件高度)
5)平均静压头高度
浇注系统平均静压头高度计算如示用意2.9所示:
H。
=H—C/2=—/2=(mm)
将以上数据代入公式(2.1)中计算得
浇注系统最小截面积F=(cm2)
(2)浇注系统浇口比的肯定
直浇道(F直)、横浇道(F横)、内浇道(F内)的截面积比决定了浇注时金属液的流动状态和充型状态,对铸件的质量有重要影响。
在底注式工艺条件下,开放式浇注系统能有效避免紊流,充型平稳,铸件缺点少,而且对型腔、型芯的冲洗轻,对铸件的质量最为有利。
金属型铸造宜采用封锁式浇注系统,浇口比F直:
F横:
F内,取2:
1.5:
1较为适宜。
所以,按照生产经验数据修正后浇注系统各浇道尺寸为:
F内=(cm2)
F直=12(cm2),D直=40(mm)
F横=9(cm2)
修正后的浇口比为F直:
F横:
F内=2:
:
1
直浇道截面形状为圆形,最小截面直径为40mm,高度按照铸型确
定,而且设计单独的浇口杯,高出铸型主体50~80mm,以保证足够的静压头。
横浇道截面为梯形,长度为围绕铸件半周。
内浇道截面为扁平形,长度为20mm。
各浇道的形状及尺寸见下图。
1直浇道
2横浇道
3内浇道
图直浇道、横浇道和内浇道
在直浇道双侧的横浇道处放置过滤片,过滤金属液中的浮渣,
以避免在铸件中产生夹渣缺点。
(4)浇口杯
浇口杯外形及尺寸如图2.11。
图浇口杯
1.3.3冒口设计
为了避免铸件产生缩孔、缩松等缺点,在铸件位置最高、壁厚最
厚的地方设置腰形冒口,增强对铸件补缩作用。
为了使模具结构简单
而且增强保温效果,采用保温冒口套。
冒口尺寸按照热节处内切圆直
径(图2.13)计算如下:
冒口根部宽度D=I.2d=1.2X14.2=17(mm),‘式中,d一铸件缩孔可能产生处(即热节)内切圆直径(mm)。
冒口高度H=I.5D=1.5×17=26(mm)
从生产实际情形来看,冒口高度不该小于60mm,故将冒口高度调
整为65mm,长度为1/4圆周,对称安放在铸件直浇道双侧最远、最高处,如图2.14所示。
图冒口
1.3.4芯盒的设计
1芯盒的类型为普通芯盒,选用铝合金铸造。
2芯盒结构设计壁厚和边缘尺寸参照相关手册。
不需要活块结构,定位采用8mm的标准件定位销,销子、销套用工具钢制造,工作部份淬火,和M6的螺钉定位。
芯盒的装配图如附图。
-
1.3.5上下模
按照上面的工艺图,利用CAD画出上模和下模,将直浇道、横浇道、内浇道安放在下模上。
具体结构和尺寸如附图。
1.3.6模板和砂箱的选用
(1)模底板为水平分型面用模板中的普通式模板。
(2)模板和砂箱的定位采用直接定位法,定位销(套)直接安装在模底板上。
定位销和销套的配合精度为H10/d10。
定位销和销套的名义直径选用Φ20mm。
(3)砂箱选用通用小型铸钢砂箱(材质:
ZG35),长宽高别离为500x500x150mm,需要上砂箱和下砂箱一套。
简易手工造型砂箱,常常利用较厚的直箱壁,不设内外突缘,制造简便,容易落砂。
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