半金属刹车片模压模设计和制造毕业设计

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1、毕业设计（论文）题 目半金属刹车片模压模设计和制造摘 要本课题主要是对半金属刹车片的模压模具设计的研发过程，对塑件结构进行了工艺分析,并利用UG软件完成模具三维造型及二维工程图的设计。通过对半金属刹车片的工艺优化及模具设计的流程、工艺重要参数选择及优化，确定合理的模压工艺方案，并对其工序进行相关的工艺尺寸计算，然后根据压缩模的设计规范，设计出了合理的模具结构。关键词：模压；刹车片； 压制模；UGABSTRACTThis topic is mainly to semi-metallic brake pads molded mold design and development process,

2、and completes the three-dimensional modeling and 2D drawing designing in UG. By semi-metallic brake pads process and optimization of mold design process, technology selection and optimization of key parameters, determined a reasonable solution molding process , Calculated the process size which is r

3、elated to the relevant processes .Then according to the design specification of compression die designed the reasonable mold structure.Keywords: molded; brake pads; press die; UG目 录第1章 概论1.1 课题来源、目的和意义1.2 国内外模具技术发展现状与趋势1.2.1 国内外模具的发展现状1.2.2 国内外模具的发展趋势1.3 本课题的内容和具体要求1.3.1 本课题的内容1.3.2 对压制成型工艺的特点与要求1.3

4、.3 刹车片的分类1.3.4 本课题的主要任务与要求1.4 压制成型工艺过程第2章 制件结构分析及工艺方案62.1 制件结构工艺分析62.2 制件工艺方案的确定82.2.1 主要设计内容82.2.2 工艺设计方案82.2.3 工艺方案的选择9第3章 工艺计算及主要工艺参数的确定113.1 加料腔尺寸计算113.2 压制成型压力的计算123.3 开模力的计算123.4 脱模力的计算133.5 压力机的选择133.6 压力机的校核143.7 压力中心的确定143.8 预压和压制行程计算153.9 塑料件在模具内加压方向的选择153.10 压缩成型温度163.11 压缩成型时间16第4章 压缩模总体

5、结构设计174.1 压缩模主体结构设计174.2 预压模的结构设计174.2.1 压膜的型腔配合形式174.2.2 确定成型零件的结构形式与尺寸计算184.2.3 加料室高度尺寸计算194.2.4 承压面的结构形式214.2.5 导向机构的设计224.2.6 凸模的尺寸校核234.3 压制模的结构设计244.3.1 成型零件的结构形式244.3.2 承压块的设计25第5章 模具的工作过程265.1 预压模模具的结构265.2 预压模的工作过程265.3 压制模模具的结构275.4 压制模的工作过程27第6章 总结29结束语30致 谢31参考文献32第1章 概论1.1 课题来源、目的和意义本课题

6、来源于生产实际，主要是对半金属刹车片的模压模具设计，并且得到了材料力学、塑料模具设计及机械制造技术基础的综合训练。同时，掌握汽车半金属刹车片的工艺优化及模具设计的流程、工艺重要参数选择及优化，并加深对计算机辅助绘图软件的了解以及加强查阅运用资料、手册的等主要方面能力的训练。在这个过程中也可以加强自身对所学知识的运用以及分析问题和解决实际问题的能力、探求真理的创新精神和创新能力并受到工程设计与科学理论结合的初步训练等方面的能力。模具设计和制造是我国经济建设中的一项重要产业，起着振兴和发展我国模具工业的重要作用，正日益受到人们的重视和关注。以汽车半金属刹车片为例，通过计算机设计模具结构及模拟模压过

7、程并对其中的工艺和模具进行优化，可以大大缩短模具设计周期，提高产品设计的准确性，降低产品开发和模具成本。尤其是在模具技术相对落后的中国，制造出优质的模具以及生产出高质量的模压产品势在必行。1.2 国内外模具技术发展现状与趋势1.2.1 国内外模具的发展现状模具作为工业生产的基础工艺装备, 在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。70%的零件都要依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求越来越高，结构要求也越来越复杂。用模具生产零件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的

8、。模具生产的工艺水平及科技含量的高低,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志,在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力, 决定着一个国家制造业的国际竞争力【1】。我国塑料模的发展极其迅速,30年已走过国外90年的历程, 现已具相当规模. 塑料模的设计技术、制造技术CAD 技术、CAPP(Copmuter Aided Programed Proee-dure / Proeess Planning)技术已有相应的涉猎和开发应【2】。中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具,但一直未形成产业。1988 年至1992 年, 国家委托中国模协和机械院在全国范围内组织了上百个模具企业和有关

9、科研单位、大专院校, 共同对模具关键技术进行攻关, 取得了丰硕成果。20 世纪90 年代以来, 中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/ CAM 技术。由于CAD/ CAE/ CAM 的应用, 特别是20 世纪80 年代开始中国许多模具制造厂从国外引进了许多软件, 包括压制模、级进模、塑料模、压铸模、橡胶模、玻璃模、挤压模等相应软件, 使中国模具设计制造水平有很大提高, 也产生了较大的经济技术和社会效益。20 世纪80 年代后期开始, 中国模具工业发展十分迅速。由于国民经济的发展对模具提出了越来越高的要求, 使国有模具企业有了很大发展,世界模具市场仍然是供不应求。近几年, 世界模具市场总

10、量一直保持在600 亿-650 亿美元之间。美、日、法、瑞等国每年出口模具约占其本国模具总产值的1/ 3, 我国模具的出口量还不到总产值的5%, 我国模具出口可以发展的空煎非常广阔【3】。综上所述, 我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展很快, 有些已达到或接近国际水平, 由于我国模具制造基础薄弱, 各地发展极不平衡, 因此总体来看, 与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比, 差距还很大。这主要表现在下列方面。1.产品质量不高。国内模具生产厂家，工艺条件参差不齐，差距很大。不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成，严重影响了精度和质量。模具的质量、性能依赖试模结果检验。2. 标准

11、化水平不高。由于中国模具标准化工作起步较晚，模具标准件生产、销售、推广和应用工作也比较落后，因此，模具标准件品种规格少、供应不及时、配套性差等问题长期存在，从而使模具标准件使用覆盖率一直较低。3. CAD/CAE/CAM 技术刚起步。在欧美CAD/CAE/CAM 已成为模具企业普遍采用的技术而我国只是刚刚起步。在冲模设计中应用CAE软件，模拟金属变形过程，分析应力应变的分布，预测破裂、起皱和回弹等缺陷，我国只有少部分企业开始CAE 技术的应用。4. 缺乏相关人才。我国传统教育方式对模具人才的培养存在不足。一些高校尽管在近几年内设立了模具专业，但由于受软硬件设施限制，培养出的学员实际技能不够。而

12、社会上各种各样的模具培训班，由于缺乏规范的职业标准，因此学员质量良莠不齐。造成上述差距的原因很多, 除了历史上长期以来未将模具作为产品得到应有的重视以及多数国有企业机制仍不能适应市场经济之外, 还有下列几个主要原因:1. 国家对模具工业的政策支持力度还不够。2.人才严重不足, 科研开发及技术攻关方面投入太少。3.工艺装备水平低, 且配套性不好, 利用率低。4.专业化、标准化、商品化的程度低, 模具企业之间协作差。5. 模具材料及模具相关技术落后【4】。1.2.2 国内外模具的发展趋势由于模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。模具生产企业在向

13、着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也较为明显。展望我国模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力：1.开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化；2.加速模具标准化、专业化、商品化生产；3.大力发展CADCAMCAE、RPM等先进模具设计和制造技术；4.加大人

14、才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。1.3 本课题的内容和具体要求1.3.1 本课题的内容汽车工业是一个巨大的市场，新型高性能无石棉摩擦材料刹车片、离合器片是汽车不可缺少的零配件（易耗体），同样拥有巨大的需求和市场，且市场需求增长与汽车工业的发展息息相关（汽车产量和保有量决定了刹车片的产量，它与刹车片产销量之间存在很强的正相关关系），中国汽车工业的快速发展将直接带动摩擦材料（刹车片、离合器片）生产企业的更高速发展。本课题对半金属刹车片模压模具进行设计，并根据图纸和模压工艺制造模具。1.3.2 对压制成型工艺的特点与要求压制成型又称为压塑、压缩或者压胶成型，主要用于成型热固性

15、塑件的制件，还可以成型热固性塑性塑料制件。其工艺的主要优点与制件的主要要求有如下几点：（一） 制件质量高与热固性塑料注射或压注成型相比，制件的收缩率较小、变形小、各项性能比较均匀，塑料流动距离较短，收填料的定向影响少，制件案的尺寸变动和变形小，故力学性能稳定。（二） 制件尺寸精度高适用于流动性差的塑料，从而比较容易成型大型制件，尺寸精确，表面光洁，质量稳定，可换性好。（三） 模具结构简单与注塑成型等相比，使用的设备和模具比较简单。制造费用低，制造周期短，维修方便。特别适用于生产数量少的制件，可以降低成本。（四）不受塑料种类的限制压制成型工艺基本上对每种塑料都能适用【5】。1.3.3 刹车片的分

16、类有着汽车保护神之称的刹车片，不仅是刹车系统中重要零部件之一，更是汽车易损件中的一种。刹车片的好坏直接决定着汽车刹车效果，所以它的选择也就尤为重要。目前，市场上的刹车片按成分技术来分主要分为以下三种：（一）石棉型刹车片：其成分40%-60%是石棉。 石棉片的主要优点是廉价 。 其缺点是：1.石棉纤维可能会导致肺癌。不符合现代环保要求。2.石棉导热能力差。通常反复制动会使热量在刹车片中堆积起，刹车片变热后，它的制动性能就会发生改变，要产生同样的摩擦和制动力需要更多的踩刹车次数，这种现象被称为“制动萎缩”，如果刹车片达到一定热度，将导致制动失灵。（二）半金属混合物刹车片：主要采用粗糙钢丝绒作为加固

17、纤维和重要的混合物。 半金属片的主要优点是：主要优点在于它的温控能力及较高的制动温度，同石棉型的传热性能差与制动盘、制动鼓的冷却能力差相比它们在刹车时帮助制动盘和制动鼓将热量从其表面上散发出去，热量被传递到制动钳及其组件上。其缺点是：1.需要更高的制动压力来完成同样的制动效果，2.特别是在低温环境中金属含量高对刹车盘磨损大，同时会产生更大的噪音。3.制动热量被传递到制动钳及其组件上，会加快制动钳、活塞密封圈和回位弹簧老化。4.处理不当的热量达到一定温度水平，将会导致制动萎缩和刹车液沸腾。（三）无石棉有机物NAO型刹车片：主要使用玻璃纤维、芳香族聚酰纤维或其它纤维（碳、陶瓷等）作为加固材料。 N

18、AO片其主要优点是：无论在低温或高温都保持良好的制动效果，减少磨损，降低噪音，延长刹车盘的使用寿命。代表目前摩擦材料的发展方向。 所有世界著名品牌奔德士/菲罗多牌刹车片使用的摩擦材料都是第三代NAO无石棉有机物材料。能在任何温度下制动自如。保护驾驶员生命安全。并最大限度上延长刹车盘寿命。 目前市场上大部分刹车片都是使用第二代半金属摩擦材料或石棉制造。由于轿车行驶速度高于一般汽车，半金属盘式刹车片的制动摩擦面积小，这使得盘式刹车片比一般刹车片要承受更高的制动负荷，吸收更多的制动能量，经受更高的制动温度，且要有良好的制动性能，较好的耐磨性和热稳定性，从而保证足够的安全和寿命；另外，刹车片对对偶件的

19、损伤及制动噪音要小等。轿车盘式刹车片的典型结构是由钢背和衬片二者结合而成，钢背在刹车片中起着支撑和增强作用，使刹车片能够经受制动和传动时的冲击力和压力；衬片则起制动或传动的功用，刹车片制动性能的好坏主要是指衬片性能的优劣【6】。1.3.4 本课题的主要任务与要求（一）本设计中要注意的问题：制件的精度要求与配合。（二）估计预期的效果：通过本次设计，熟练掌握模具开发的基础知识和工艺，并能熟练应用UG、Auto-CAD。1.4 压制成型工艺过程图1-1 压制成型工艺流程图第2章 制件结构分析及工艺方案2.1 制件结构工艺分析零件名称：刹车片材 料：半金属混合物衬片与钢背板厚 度：17mm半金属混合物

20、摩擦片的原料成份(%)（质量分数）如表2.1所示表2.1 半金属摩擦片的原料成份序号原料名称质量百分比/%1钢棉202酚醛树脂103人造石墨104超细硫酸钡205黄铜纤维26煅烧氧化铝粉27煅烧石油焦58超细氧化铁粉59软性泡沫铁粉510硫化锑311棕刚玉412粘胶纤维313黄铜粉514硫化锌515芳纶纤维1图2-1 刹车片产品图本制件的形状结构比较简单，制件材料为半金属混合物与钢背板之间的粘合，料厚为17mm。其中，半金属混合物的厚度为11mm，钢板的厚度为6mm，具体形体尺寸如图2.1所示。半金属混合物衬片的表面精度为8级，模具的精度应高于制件的精度等级2-3级，因此模具的精度等级取6级，

21、部分零件（比如：凸模与凹模）之间的配合公差等级可以取5级。钢背板的表面粗糙度是6.3，并且此板事先要用线切割切出来，然后在压缩模装配时放入凹模内，然后再在加料腔里加入粉料进行加热压缩固化成型。该制件的形状相对来说较为简单，压制部分也比较规则，从技术要求和使用条件上看，该制件精度、刚度、强度要求较高，该工件压缩工艺性比较好。但是，半金属摩擦片的材料成分比较复杂，不宜直接计算它的密度、比体积、压制成型压力、压制成型温度以及成型收缩率等加工过工艺参数。姑且认为成型压力、压缩率和比体积较大，为了实现制件的生产，宜采用预压模将混合物先压制成锭块，以达到减小压制模的成型压力。同时，采用预压模，可以降低压制

22、模的加料室的高度，增加制件的密度，保证制件的组织紧密均匀。这种工艺方案既满足使用性能和成型工艺的要求，又做到结构合理，造型美观，便于制造。2.2 制件工艺方案的确定2.2.1 主要设计内容本课题主要是对刹车片进行工艺分析并进行模具三维造型及二维图的设计，从而达到提高学生的模具设计水平，提高综合运用大学所学的知识的能力，为将来工作奠定基础，积累经验。2.2.2 工艺设计方案该制件形面较为简单，不需要多个工序方能做出复合要求的制件。但是，只有对工序进行合理的组合以及对压制顺序进行合理的安排，才能保证产品的质量，提高生产效益，满足大批量生产要求。本设计为小批量生产的刹车片压制工艺方案。由于在小批量的

23、生产时刹车片压制工艺方案的关键在于考虑生产的成本，在保持优良性能的情况下，使用大量价格低廉的材料，使得这些材料的价格比较便宜。综合该产品的形状及工艺分析可以初步的定义几种设计工艺方案，如图2-1、2-2、2-3：导板上凸模凸模固定板上模座板加料板凹模固定板下模座板凹模图2-2方案一预压模示意图方案一：带有加料板的半开式预压模半开式压制模上模座板导板加料板凸模凸模固定板凹模凹模垫板凹模固定板图2-3方案二预压模示意图方案二：带加料板的预压模的半开式预压模半开式压制模凸模上模座板凸模固定板导板下模座板凹模图2-4方案三预压模示意图方案三：不带加料板的半开式预压模半开式压制模2.2.3 工艺方案的选

24、择从生产率、模具结构和寿命方面考虑了坯料预压成形和压制成型的同时，刹车片取件，加工工艺性等因素，进行如下的分析：方案一：本方案的特点是模具都采用一模一件，这使得模具结构相对简单，而且带有加料板作为加料室型腔，兼有敞开式和半敞开式这两周种模具的多数优点。主要结构如图所示，主要由凹模、凸模和加料板组成，加料板与凹模合在一起构成加料室。加料板是一个浮动板，适用于高压缩的塑料，且制件密实性好。但是其缺点是：1、凹模的加工困难，难以实现，而且凹模边缘处的毛刺等不易清除；2、，由于刹车片的形状原因，导致取件不容易实现，并且开模后挤压边缘上的废料不易清除，最后生产效率变低，提高了生产成本及生产周期。方案二：

25、与方案一相比，方案二中的凹模进行了改进，凹模完全是由线切割制成，更加容易实现模具的机械加工，加工工艺更加简单，同时，模具下压的时候，预压塑料因为密实性降低，多余的空气会从凹模与凹模固定板的配合的间隙之间排除，而且在开模后可以手动取件，实现取件难得问题。但是，模具的数量增加，模具成本增加，而且，由于凸模的缘故，造成力学强度降低，刹车片的密实度难以保证，有可能造成预压模所施的压力将全部作用在制件的边缘上，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，有如下几个优点：1、模具结构简单，模具制造费用低，制造周期短，维修方便。由于是试制新产品，在一定程度上可以缩短试制周期，降低了成本

26、。2、制件尺寸高，模具的加料室只有凹模与凸模两部分，在一定的程度上减少了飞边的形成，比较容易成型尺寸精确、表面光洁、质量稳定的制件。3、相比于前两种方案，它的成型面积比较小，因此成型所需要的成型压力也比其他方案的小，同时，材料损耗少，塑件密实性好，飞边在垂直方向，易于去除。4、由于无加料板，安装嵌件比较方便。综合以上的分析比较，可看出在一定的生产批量条件下，选择第三方案较为合理。本次毕业设计主要是利用UG三维设计技术对方案三中的压制模模具进行三维设计。第3章 工艺计算及主要工艺参数的确定3.1 加料腔尺寸计算由于本制件型面复杂，无法用普通方法直接计算分型面面积和体积，在此采用UG的分析法，先确

27、定制件的形体尺寸，将利用UG将实物用三维图画出来，并不断的调整实物的大小和形状，直到所有的尺寸与实物一致，然后利用UG软件的分析功能，最终确定实物的分型面面积和体积、周长分别为：2960.8983mm2 、31045.9996mm3和216.2202mm。具体分析图如下所示：图3-1实物的面积分析图图3-2实物的体积分析图图3-3实物的分型面周长分析图3.2 压制成型压力的计算压制成型压力是指压制时，压力机通过凸模对塑料熔体充满型腔和固化是在单位投影面积上施加的压力，简称成型压力。成型塑件所需的总压力计算公式【7】：Fm=nAP （3-1）式中：n型腔数目A单个型腔水平投影面积（mm2），对于

28、溢式和不溢式模具，A等于塑料制件最大轮廓的水平投影面积；对于半溢式模具，A等于加料腔的水平投影面积； P压缩成型塑件所需的单位成型压力（Mpa）通过UG软件分析中测量面命令估算塑料件在加料型腔的投影面积为A=2960.8983mm2在材料为混合物（其主要成分的酚醛树脂）的情况下，其单位压力查表8.1，取扁平壁厚塑件，粉末酚醛树脂类，不预热的单位压力在12.2517.15MPa之间，取P=15MPa；预热的单位压力在9.8014.70MPa之间，取P=12MPa 【7】。又因为本次设计分为预压模阶段和压制模阶段，其中，预压模不需要预热，压制阶段需要预热。又由于本次产品设计处于试制阶段，因此均采用

29、一模一件的模具，所以取n=1 。所以 预压模阶段的压制力为 Fm预=nAP=115 Mpa2960.8983mm2=44413.4745（N）=44.41（KN）压制模阶段的压制力为 Fm压=nAP=112 Mpa2960.8983mm2=35530.7796（N）=35.53（KN）3.3 开模力的计算查相关资料可知，开模力可按下式计算【7】：FKKFm （3-2）式中：FK开模力；K系数，当塑件形状简单，凸、凹模配合环不高时取0.1；配合环高时取0.15；塑件形状复杂，配合环又高时取0.2。Fm压缩成型塑件所需的总成型压力（Mpa）由于塑件形状简单，因此预压模时，配合环高度较高，取K=0.

30、15；压制模时，凸、凹模配合环不高，取K=0.1。所以 预压模阶段的开模力为 FK预KFm预=0.1544.41KN=6.662（KN）压制模阶段的开模力为 FK压KFm压=0.135.53KN=3.553（KN）3.4 脱模力的计算 压机的顶出力是保证压缩模推出机构推出塑件的动力，压缩机所需要脱模力可按下式计算【7】：Ft=AcPf (3-3)式中：Ft塑件从模具中所需要的脱模力（N）；Ac塑件侧面积之和（mm2 ）；Pf塑件与金属表面的单位摩擦力，塑件以木纤维和矿物为填料时取0.49 MPa ，以玻璃纤维增强时取1.47MPa。查表2.1可知，此处取Pf1.47MPa。根据UG的分析可知，

31、塑件的侧面积不能直接得出，可以用周长与高的乘积来估算侧面积的大小。如图3-3所得塑件的周长为C=216.2202mm由于预压模的原因，塑件的高度略高于实际尺寸，故取高度为h=14mm。所以 预压模阶段的脱模力为Ft预=Ac Pf=216.2202mm14mm1.47MPa=4449.8（N）压制模阶段的脱模力为Ft压=Ac Pf=216.2202mm11mm1.47MPa=3496.3（N）3.5 压力机的选择压力机型号的确定主要取决于压制工艺的要求及塑件结构。选用液压压力机时，必须满足以下要求：(1)压缩成型塑料制件所需要的总成型压力应小于或等于压力机的公称压力，即 FmKFp ； （3-4

32、）式中：Fm压缩成型塑件制件所需要的总压力（N）；Fp压机公称压力（N）K修正系数，K=0.75-0.90，根据压机新旧程度而定。取K=0.85取预压模和压制模较大值计算，可得FpFm/K=44.41KN/0.85=52.25（KN）(2)压力机的装模高度必须符合模具闭合高度的要求，即：hminhhmax （3-5）h=h1+h2 （3-6）hmin为压机上、下模板之间最小距离；hmax为压机上、下模板之间最大距离；h1为模具闭合总高度；h2为凹模高度；h2为凸模台肩高度。(3)压力机的滑块行程必须满足压制件的成形要求。对于压缩工艺，为了便于放料和取料，其行程必须大于压缩件高度的22.5倍；(

33、4)为了便于安装模具，压力机的工作台面尺寸应大于模具尺寸，一般每边至少留1530mm的台阶。综上所述，结合计算压制力的大小和模具外形尺寸，选用曲轴柱塞泵和蓄能器同时作用的压力机Y（X）D-45【8】。其主要技术参数如下： 公称压力：450kN回程压力：70KN柱塞最大行程： 250mm压板最大距离：330mm压板最小距离：80mm压板尺寸（左右前后）：360mm400mm最大推出压力：150 kN3.6 压力机的校核公称压力450kN大于压制计算总压力52.25kN，符合要求；模具闭合状态时的高度为155mm，满足压力机装模高度330-515580+10的要求；滑块行程250mm，远远大于压缩

34、深度70mm，符合要求；模具底面尺寸260mm130mm，符合要求。3.7 压力中心的确定压缩模具的中心就是压制力的合力作用点。为了保证压力机和模具正常平衡的工作，模具的压力中心必须在压力机滑块的中心线相重合，否则会偏心冲击，形成偏心荷，从而加速压力机和模具导向部分以及凸凹模的磨损。对称形状的工件，其压力中心位于其轮廓图形的几何中心。复杂形状工件获多凸模冲模的压力中心可以用解析法和图解法求的。本工件为对称件，所以其压力中心就是模具的几何中心。3.8 预压和压制行程计算1）预压压料行程经测量得，理想状态压料行程为56mm，加上10-20mm的余量，取压料行程为80mm。2）压制工作行程测量得坯料

35、至制件的最低点为5mm，取整加上10-15，取压制工作行程为20mm。3.9 塑料件在模具内加压方向的选择加压方向即凸模的作用方向，即模具的轴线方向。在确定加压方向时要考虑以下因素。（1） 有利于压力传递。加压方向应避免在加压过程中压力传递距离太长，以致压力损失太大。（2）便于加料。（3）便于安装和固定嵌件。嵌件放在下模:操作方便，利用嵌件推出塑件，在塑件上不留下任何影响外观的推出痕迹。嵌件安装在上模:既不方便，又可能因嵌件安装不牢固而落下，导致模具损坏。加压方向（4）保证凸模的强度。对于从正面或反面都可以加压成型的塑件，应选用简单面为加压方向。 图3-4实物的加压方向3.10 压缩成型温度压

36、缩成型温度是指压缩成型温度是指压缩成型时所需的模具温度，是热固性塑料流动、充模，并最后固化成型的主要工艺参数，决定了成型过程中塑料交联反应的速度，从而影响塑件的最终性能。如果模具温度较高，会加快交联反应，降低成型压力，缩短成型周期，但是易发生充模困难的现象；如果模具温度过低，则会固化周期过长，固化不充分，塑件表面无光，物理性能和力学性能下降。综合考虑各方面因素，可得刹车片的混合物成型温度170-180oC【9】。3.11 压缩成型时间压缩成型时间：压缩成型时，热固性塑料要在一定的温度和压力下保持一定时间，才能使其充分地交联固化。压制时间过短，塑料硬化不足，塑件的外观性能差，力学性能下降，易变形

37、；适当的增加压制时间，可以减少塑件的收缩率，提高耐热性和其它物理、力学性能。影响时间因素主要有塑料的工艺性能，成型压力及模具温度。 一般的酚醛塑料，压制时间为15min左右【9】。第4章 压缩模总体结构设计4.1 压缩模主体结构设计本压缩模采用单动压缩模的结构，分上模、下模两部分，按照设计规范，工作时候上模固定在压力机上压板上，下模固定在压力机下压板上。两大部分依靠导柱或导板导向开合。开模后，将配好的塑料原料倒入凹模上端的加料室，上下模闭合，使装于加料室和型腔中的塑料受热受压，成为熔融状态并充满整个型腔；当塑料固化成型后，上下模打开，取出塑件。由于本次设计主要用于刹车片试制阶段，所以压缩模的凸

38、模、凹模等都采用45钢，要求既要降低生产成本又要有足够的强度和刚度，因此模具上所有材料均可由45钢机械加工、线切割加工、数控加工等完成。4.2 预压模的结构设计4.2.1 压膜的型腔配合形式本套模具上模和下模以及加料室的配合关系采用半溢式压缩模配合形式，材料为45#钢，成形淬火、回火处理，硬度达55-58HRC。凸模一般机械加工出来，经过数控加工得到凸模型面。凹模一般为线切割加工。其中凹模上的引导环作用是引导凸模顺利地进入凹模。引导环最上部都有一段斜度，并设置有圆角R，以便引入凸模，减少凹模与凸模之间的摩擦，避免顶出制件产品时擦伤表面并可延长模具的使用寿命，同时还有利于排气。圆角半径一般取1.

39、5-3.0mm，这里取R=2mm，斜度取1o，引导环L2 只需保证塑料粉达到熔融时，凸模已进入配合部分即可，这里取L2 =10mm。凹模上的配合环是与凸模配合的部位，其作用是保证凸模与凹模定位准确，阻止塑料溢出，顺利排出气体。而凹模与凸模的配合间隙以不产生溢料和不擦伤模腔表壁为设计原则，可用热固性塑料的溢边值作为确定间隙的标准。这里取单边间隙值为0.025mm。而配合环L1 的长度主要视凸、凹模配合间隙情况而定。挤压环L3的主要作用是在半溢式压缩模中用以限制凸模下行得位置。一般L3=3-5mm。但是由于刹车片制件是扁平状且壁厚高达11mm的塑件，因此在确定好分型面后也限制了凸模的形状和结构设计

40、，本套模具中的凸模表面是扁平状，不含型芯。因此为了确保制件的受力均匀和防止飞边过大，这里采取对挤压环的改进，直接取L3=0。4.2.2 确定成型零件的结构形式与尺寸计算本模具的主要作用是提供刹车片生产分析的试制模具，因此考虑成本和实际需要等因素，拟采用单一型腔的结构。压制模的凹、凸模的成型尺寸是根据塑件形状及尺寸来确定的。因此，压制模凹、凸模的成型尺寸主要与塑件的形状、尺寸公差、塑件的收缩率及收缩误差、模具磨损；量以及制造误差因素有关。刹车片是扁平状的成型零件，因此属于成型轴类塑件。凹模的尺寸为D，可按下式进行计算：D=dmax(1+KP)-X (4-1)式中 D塑件为轴时的凹模型腔尺寸（mm

41、）； dmax塑件为轴时的最大尺寸（mm）； KP塑件平均收缩率（mm）； 塑模制造公差，一般为（1/61/4）（mm）； 塑件公差（mm）； X修正系数，一般为1/23/4（塑件公差大则取小值，小则取大值）。对成型塑件高度的凹模尺寸时，则根据塑件偏差的不同，按以下公式计算： H=（hg-/4） （4-2）式中 H成型塑件高度的凹模型腔高度尺寸（mm）；hmin塑件高度的最小尺寸（mm）； hmax塑件高度的最大尺寸（mm）； hg塑件高度的公称尺寸（mm）； C飞边厚度，一般取C0.10.2（mm）；塑件公差（mm）； KP塑件平均收缩率（mm），塑件是酚醛塑料一般取Kp0.008； 塑模制

42、造公差，一般为（1/61/4）（mm）；刹车片零件的成型尺寸如图4-1所示，图4-1刹车片零件的成型尺寸凹模尺寸计算，按式（4-1）和（4-2）计算如下：D5 =dmax(1+KP)-X =5 (1+0.008)-1/20.18 mm=4.95 mmD57.8 =dmax(1+KP)-X =57.8 (1+0.08)-1/2 0.52 =58.0024 mmH14=（hg-/4） =（14-0.22） =13.945 mm4.2.3 加料室高度尺寸计算设计压缩模时，应根据塑件的几何形状、塑料的品种以及加料腔的形式来确定加料室的尺寸。由于刹车片摩擦片的形状比较简单，塑件的原材料是混合物并且成分复

43、杂，加料腔用半开式的压缩模形式，所以其加料室的高度可按以下公式进行近似计算。1. 塑料体积的计算塑料体积可按下式求得：V料=m=V （4-3）式中V料塑件所需要塑料粉的体积（cm3）；V塑件体积（包括溢料）（cm3）；塑件体积比（cm3/g）；塑件密度（g/ cm3）；m塑件质量（包括溢料）（g）。由于本产品的密度和体积比并不可知，而且不能根据密度来确定其体积。所以只能根据UG软件的分析功能来确定。从图3.2可知刹车片的体积为31045.9996mm3 。2.加料腔的高度计算加料腔的高度计算一般根据其加料腔结构的形式不同而由不同的计算公式。本模具结构是半开式压缩模，塑件在加料室下边成型，其加料

44、腔高度为： （4-4）式中H加料腔高度（cm）；VSL塑料原料体积（cm3）；V0在AB线以下的型腔体积（cm3）；A在AB线以上的加料腔横断面积（cm2）；K修正量，取0.51.0mm。根据设计图可以知道塑料的原料体积未知，在AB线以下的型腔体积可以根据预压模的形体面积乘以高度确定，在AB线以上的加料腔横断面积也可以根据UG分析图得知。取修正量K=0.5mm。如图所示图4-2，可知预压模的压制块的面积为2853.5736mm2 ，在AB线以上的加料腔横断面积为2858.9025 mm2 。图4-2预压模的型腔面积和制件面积由于预压模所生产出来的制件体积比实际制件的体积大，因此按照预压模的制件

45、体积是刹车片最终体积的1.2倍。根据体积等量原则可以计算出预压模的制件高度h。将体积和面积代入V1.1=Sh得31045.99961.2=2853.5736h得h=13.1mm取实际预压模的制件高度为h=14mm。又因为综合考虑各方面因素，确定塑料粉末的比体积为=5 cm3/g.因此塑料原料体积VSL= V0= Sh =2853.5736145 =199750.152mm3=（199750.512-2853.573614）/2858.9025+0.5=56.4mm取H=56mm因此可以确定加料腔的高度为56mm，又因为本模具的特殊设计，采用的是不带加料板的压缩模，而且由于半溢式的特殊情况，为保

46、证刹车片的压力能够均匀加载，使得加料室的横截面积与型腔尺寸几乎相等，所以可以确定凹模的加料腔深为70mm。又由于为了方便模具加工，降低模具的生产成本，最优方案是将凹模完全线切割，在凹模下面垫上一块垫板作为凹模型腔。如图所示图4-3；图4-3凹模零件图4.2.4 承压面的结构形式采用承压块作为挤压面，挤压部分不易损坏，并通过调节承压块的厚度来控制土木进入凹模的深度，减少飞边的厚度，承受液压机余压，有时还可以调节塑件高度。这样以承压块作为承压面的作用是减轻挤压环的载荷，延长模具寿命。模具的承压面形式不同，对模具的使用寿命及塑件质量有很大的影响。本模具的承压面形式根据承压面积和安装位置等各方面因素采

47、取圆形的承压块、单面安装的形式，组装后承压块的厚度应一致，材料为45钢，硬度为22-32HRC。如下图所示图4-4；图4-4圆形承压块4.2.5 导向机构的设计压缩模的导向装置相比于注射模有以下几个特点：1.半溢式压缩模的导向除了导向机构外，凸模和加料腔的配合段也能起到导向作用和定位作用，一般加料室上端设置有10mm的锥形导向环结构。2.压缩模为了提高压缩成型的质量时，可在大型壳体塑料件中心设置中心导柱。3.由于压缩模在高温下工作，因此，一般不采用带有加油槽的润滑形导柱【10】。针对本模具的实际情况和出于对成本的考虑，为了便于加工，采用导板导向，鉴于导板导向的局限性，最终经过反复推敲，采用T型

48、槽导板来导向，利用多方位的导向和定位解决了导板定位不准确的问题。具体结构如图4-5。图4-5预压模的导板导向机构4.2.6 凸模的尺寸校核由于刹车片并不是简单的圆形，为了确定凸模在轴向压力（压制力）的作用下保证凸模的强度和刚度，不发生失稳的情况，必须要对凸模进行校核。1.凸模的做小断面承受的压应力，必须小于凸模材料强度允许的压力,即：=FP/Amin （4-5）刹车片非圆形，因此承载能力的校核公式有AminFP/ （4-6）式中凸模最小断面的压应力，MPa；FP凸模纵向总压力，N；Amin凸模最小断面面积，mm2；凸模材料的许用压应力，MPa；凸模的材料为45钢，淬火处理后的硬度为4856HR

49、C，查表可知45钢的许用压应力为120MPa。凸模纵向的总压力近似于压制力，所以取FP=44.41KN。所以根据公式（4-6）可得凸模的最小断面面积为AminFP/ =120MPa /44.41KN =2702.094 mm2 又因为根据图4.4可知压制块的面积为2853.5736mm2 ，在AB线以上的加料腔横断面积为2858.9025 mm2，凸模的断面面积为在两者之间，由此可见凸模的承载能力满足材料的性能要求。2.凸模不发生失稳弯曲的极限长度为【11】： Lmax135 （4-7）式中Lmax凸模弯曲极限长度，mm；FP凸模纵向总压力，N；J凸模最小横截面的轴惯性距，mm4；通过查资料得

50、均质物体的轴惯性矩公式为【12】：J=y2dA = 16507808 mm4从而得Lmax135=1351.92=259.2mm凸模的长度为76mm，远小于弯曲极限长度，符合要求。4.3 压制模的结构设计压制模的模具结构与预压模的结构大同小异，相对于预压模来说，主要的区别有以下几点：1.预压模结构的型腔是严格按照半溢式压缩模的结构设计尺寸的，而压制模由于有压制块的填入，所以加料室的高度大大降低。2.预压模是把原料简单的进行压缩，并没有发生固化反应，而压制模是最终成型步骤，需要发生固化反应。因此，预压模具结构里并不需要加热装置，而压制模里需要电加热板来加热整套模具，是模具达到塑料的成型温度。3.

51、由于模具结构的不同以及尺寸的差异造成了压制模的承压块改为矩形。4.压制模需要先将钢背板填入模具型腔里，然后在凹模里加入压制块，所以在结构和工作行程上有一定的差异。下面介绍压制模的设计主要介绍与预压模不同的设计要点，而凸模、凹模的尺寸计算等都与预压模的尺寸近似或者相等，在这里就不赘述了。而对于压力机的校核等因为预压模的压制力比压制模的压制力大，所以压力机选择和校核就不必多此一举了。对于凸模的校核，因为压制模的凸模比预压模的凸模断面面积大，而长度确比预压模的还要小，根据（4-5）、（4-6）、（4-7）的公式可以轻易得知凸模的选用完全符合力学上的要求。4.3.1 成型零件的结构形式压制模的型腔结构

52、的主要特色在于需要在模具装配前将刹车片的钢背板放入凹模的型腔里，然后再将加料腔固定在凹模上。在预压模的设计中，加料室既是加料板本身又和下面的垫板组成凹模型腔，将加料腔和凹模型腔设计为一个整体。而压制模的设计是带有加料板的加料腔，凹模部分主要是防止钢背板和定位作用。如图4-6、4-7所示：图4-6钢背板放入凹模里图4-7加料室固定在凹模上4.3.2 承压块的设计由于定位螺钉的分布限制了承压块的位置，致使承压块的分布只能处于下模部分的中间，为了方便定位，处于中间的承压块不宜是圆形或者弧形，因此压制模的承压块设计为矩形，具体分布位置见上图4.9.实物分型面面：2960.8983mm2实物分型面体积：

53、31045.9996mm3 实物分型面周长：216.2202mmFm预=44.41KNFm压=35.53KNFK预6.662KNFK压3.553KNFt预=4449.8NFt压=3496.3NFp52.25KN压力机：Y（X）D-45模具底面尺寸260mm130mm预压压料行程80mm压制工作行程20mm成型温度：170180oC压制成型时间：15min材料为45#钢，成形淬火、回火处理，硬度达4856HRCR=2mm=1oL2 =10mm单边间隙值：0.025mmL3=0D5=4.95D57.8=58.0024 H14=13.945 h=14mmH=56mm加料腔深：70mm=120MPaF

54、P=44.41KNAmin2702.094 mm2Lmax259.2mm第5章 模具的工作过程5.1 预压模模具的结构本模具为预压模，主要零件有凸模、凹模、加料腔等，其结构如图5-1和5-2所示:图5-1 模具总装配爆炸图图5-2 A-A剖视图5.2 预压模的工作过程工作初开始时，压力机中的油泵通过液压作用将上模部分提起，顶到比加料腔最高点高出的地方，此时，将刹车片原料放入压凹模的加料室里，高度与下面部分的上平面略低12mm；压力机上滑块下行带动上模下行，在导板的导向作用下，上模的凸模与下模的加料室的引导环部分首先与粉料接触，将粉料下压，溢料部分随着粉料受到的压制力阻力增大向两边流动，通过凸模

55、与加料腔的间隙向上流动；上模继续下行，压力机上滑块到达下死点，上模部分的凸模固定板下表面与下模部分的承压块上表面接触，预压成型结束。停止压力机工作，从工作台上取下预压模，从下模部分松开螺钉，手动取出预压块，然后装配好模具放在工作台上，进入下一次工作。5.3 压制模模具的结构本模具为压制模，主要零件有凸模、凹模、加料板等，其结构如图5-3和5-4所示:图5-3 模具总装配爆炸图图5-4 A-A剖视图5.4 压制模的工作过程工作初开始时，将模具的上模部分打开，将加料板也从下模部分打开，在凹模里嵌入刹车片钢背板，再将加料板安装在凹模上固定好，然后合模。将装配好的压制模放到工作台上固定好，然后安装好电加热棒，压力机中的油泵通过液压作用将上模部分提起，顶到比加料腔最高点高出的地方，此时，将再将预压模预压出的预压块放入加料室的底部，然后开始加热；刹车片的摩擦片受到模具传到过来的热量，温度升高，混合物开始受热固化；压力机上滑块下行带动上模下行，在导板和加料腔的引导环的导向作用下，上模的凸模首先与预压块接触，将继续下压，预压块受热和受压进一步的压缩成型；上模继续下行，压力机上滑块到达下死点，上模部分的凸模固定板下表面与下模部分的承压块上表面接触，然后持续固定的温度一定时间直至混合物完全固化成型，压制成型结束。停止加热和停止