汽車剎車片的模具設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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剎車片模具設(shè)計
1 選題的背景與意義
汽車剎車片是汽車制動的一個重要零件,對汽車的安全性能和質(zhì)量都有重要
影響,通過對生產(chǎn)實際中鈑金件零部件的設(shè)計,可以掌握工程設(shè)計的一般程序規(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)問題的獨立工作能力,對于
了解掌握沖壓成形技術(shù)和設(shè)計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,同時也被廣泛應(yīng)用于能源、機械、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。所以熟練掌握沖壓成形技術(shù)對于個人以后發(fā)展和從事機
械制造業(yè)至關(guān)重要,為以后順利的走向工作崗位做準備。
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)就難以進行,沒有先進的沖模,先進的沖壓工藝就無法實現(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,從而實現(xiàn)所需形狀和尺寸的沖壓件的有效獲
取。與其他的機械、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
上具備了諸多的獨特優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
1)沖壓加工工藝的操作便利,易于實現(xiàn)工藝的機械自動化。由于沖壓加工工藝
的實現(xiàn)是通過沖壓模具、沖壓設(shè)備而完成的,而普通壓力機每分鐘的行程量可達
到幾十次,若是高速的壓力機每分鐘的行程量則可為上百至千次,并且壓力機的
每次行程都有可能獲取一個沖件,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。這是因為在進行沖壓加工時,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
都會受到較好的保護,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。
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,而加工成形一個復(fù)雜零件時所需要的模
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)的情況下也會得到
充分的體現(xiàn),其所獲取的經(jīng)濟效益也會隨之體現(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)越來越認識
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)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標
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)計和制造需要較多的時間,這就延長了
新沖壓件的生產(chǎn)準備時間。模座、模架、導(dǎo)向件的標準化和發(fā)展簡易模具(供小
批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進模(供大量生產(chǎn)),以及研制快速換模裝置,可
減少沖壓生產(chǎn);隹備工作量和縮短準備時間,能使適用于大批量生產(chǎn)的先進沖壓
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,最大程度的實現(xiàn)多目標全局綜合優(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)計制造技術(shù)
沖壓模具數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)是國際公認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)計與CAD/CAM/CAE一體化技術(shù),尤其是三維技術(shù)和計算機
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
級進模生產(chǎn)技術(shù);高強度板及不等厚焊接板冷沖模生產(chǎn)技術(shù);高強度板熱壓成形
及模具生產(chǎn)技術(shù);厚板精沖模具生產(chǎn)技術(shù)等。
沖壓模具標準件制造技術(shù)模具標準件是模具的重要組成部分,是模具基礎(chǔ)。模
具標準化程度和應(yīng)用水平是衡量模具工業(yè)水平的重要標志。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、性能優(yōu)異、質(zhì)量上乘、更換便捷的具有個性化的產(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)計中主要完成的內(nèi)容包括:
1)汽車剎車片成形方案設(shè)計;
分析汽車剎車片的結(jié)構(gòu)特點、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;
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。
3)零件設(shè)計和相關(guān)計算;
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
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,仔細研究剎車片的工作原理,配合公差尺寸
等,設(shè)計出相對應(yīng)的剎車片,確定相應(yīng)的尺寸和公差標準。
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2)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)計出剎車片模具的三維圖。
6)對所設(shè)計的模具進行強度和壽命校核與計算。
3 總體研究思路及預(yù)期研究成果
本畢業(yè)設(shè)計擬采用理論分析與三維建模與仿真實驗的方法,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,并對其進行初步的沖壓模
具設(shè)計。
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)特點和設(shè)計要求,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)計的思路及步驟
1)設(shè)計沖壓件。拉深毛坯展開計算: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,計算孔間距離和汽車剎車片的外
形尺寸。
3)驗算許可變形程度。沖壓變形時,必須要進行材料的許可變形程度,否則,
將得到破碎外形的制件。同時,根據(jù)汽車剎車片外形對板材的沖壓次數(shù)進行預(yù)算。
4)計算沖壓變形力。沖壓的變形力是設(shè)計模具的基礎(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
進行計算。在考慮應(yīng)變力的情況下,同時要考慮半成品件的回彈變形,因此要對
沖壓變形力進行綜合考慮。
5)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)汽車剎車片的形狀、尺寸及加工工藝的要求,設(shè)計出
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)計級進模具結(jié)構(gòu)來
完成其主要功能,這需要借助軟件對其模具進行實體造型。
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6)對設(shè)計出來的模具的經(jīng)濟和使用性進行分析探討,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 汽車制動中的一個重要零件,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)取得很大的進展且日漸成熟,被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機械、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)計論
文進行汽車剎車片模具設(shè)計,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,本設(shè)計的研究方法思路經(jīng)過深思熟慮,切實可行,能夠確保畢業(yè)
設(shè)計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)計分析,
保證設(shè)計能較好的滿足設(shè)計要求。
4 研究工作計劃
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