打孔通風剎車盤鑄造工藝設計

金華職業(yè)技術學院 JINHUACOLLEGEOFPROFESSIONANDTECHNOLOGY畢業(yè)綜合項目成果題目打孔通風剎車盤鑄造工藝設計學院機電工程學院專業(yè)汽車檢測與維修技術班級學號姓名指導教師

金華職業(yè)技術學院畢業(yè)綜合項目成果目錄摘要…………………………1引言………………………11汽車剎車盤概述………………………11.1剎車盤結構及作用………………21.1.1剎車盤結構…………………21.1.2剎車盤作用…………………21.2打孔通風剎車系統的特點…………21.2.1打孔通風剎車盤的優(yōu)點……………………21.2.2打孔通風剎車盤的缺點……………………32金屬型及芯砂的選擇……………………32.1金屬型材料選擇………………32.1.1性能比較…………………32.2鐵型覆砂工藝…………………42.3芯砂選擇………………………43鑄造工藝設計……………………53.1鑄造工藝分析……………………53.1.1實際生產工藝……………………63.1.2剎車盤加工工藝…………………73.2澆注系統設計………………………73.2.1澆注系統計算…………………83.2.2實用冒口設計…………………103.2.3排氣槽設計……………………103.4風孔、風道設計……………………10結論……………………11謝辭………………………12參考文獻…………………12附件打孔通風剎車盤鑄造工藝設計機電工程學院汽車檢測與維修技術陳健摘要：如今，絕大部分汽車都至少在前胎裝有盤式剎車——大多數汽車的四個輪胎上都裝有盤式剎車裝置。汽車剎車性能好壞直接決定了安全性，而剎車盤的好壞也是直接影響到剎車性能的好壞。本論文針對現代汽車技術及其發(fā)展現狀，對金屬型覆砂鑄造剎車盤的工藝進行設計。通過對零件圖的詳細分析，明確了各項技術指標。擬定鑄造工藝方案，包括選擇鑄造和造型方法等。完成砂芯設計、澆冒口設計和風道風孔設計。繪制零件圖、工藝流程圖等。關鍵詞：金屬型覆砂芯砂風孔風道工藝設計引言近年來隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車需求量也在逐年提高。汽車工業(yè)已成為國民經濟的支柱產業(yè)，汽車工業(yè)的發(fā)展為汽車零部件特別是鑄造企業(yè)的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展空間。剎車盤作為汽車制動系中的主要磨損消耗件，市場需求量很大，每年需求量大約為6億只。在這種需求下，剎車盤的鑄造工藝發(fā)生了翻天覆地的改變。剎車盤鑄件屬薄壁小件，技術要求高，而國內生產出口剎車盤的企業(yè)，大多采用手工造型，粘土砂濕型，沖天爐熔煉鐵液，成分變化較大，給生產技術管理和鑄件質量控制帶來一定難度，個別廠家鑄件廢品率居高不下，直接影響企業(yè)的經濟效益和出口業(yè)務，急需有新的工藝取代。其中運用的鑄造方法—金屬型覆砂鑄造，已在許多鑄造領域采用，并得到廣大廠家及工廠的認可。本畢業(yè)設計也采用金屬型覆砂鑄造剎車盤，以保證鑄件質量及出品率。1汽車剎車盤概述剎車一般有盤剎和鼓剎兩種，老一些的車很多都是前輪盤剎后輪鼓剎的。剎車盤較剎車鼓有散熱快、重量輕、構造簡單、調整方便，特別是在高負荷時耐溫性能好，制動效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬天和惡劣路況下行車，盤剎比鼓剎更容易在較短時間內令車停下。有些剎車盤上還開了很多小孔，加速通風散熱，提高制動效率。盤剎的剎車盤就是一個圓的盤子，車子行進時它也是轉動的。制動卡鉗就是用來兩片夾住剎車盤而產生制動力的。它相對旋轉的剎車盤是固定的。踩剎車時就是它夾住剎車盤起到減速或者停車的作用。如圖1所示打孔通風剎車盤圖片：圖1打孔通風剎車盤1.1剎車盤結構及作用1.1.1剎車盤的結構盤式剎車盤分為實心盤（單片盤）和風道盤（雙片盤）。實心盤式我們比較容易理解，說白了，就是實心的。風道盤，顧名思義具有透風功效。從外表看，它在圓周上有許多通向圓心的洞空，稱為風道。汽車在行使中通過風道處空氣對流，達到散熱的目的的，比實心式散熱效果要好許多。1.1.2剎車盤的作用剎車盤是用來制動的，盤式剎車以靜止的剎車片，夾住隨著輪胎轉動的剎車盤以產生摩擦力，使車輪轉動速度降低的剎車裝置。當踩下剎車踏板時，剎車總泵內的活塞會被推動，而在剎車油路中建立壓力。壓力經剎車油傳送到剎車卡鉗上的剎車分泵的活塞，剎車分泵的活塞在受到壓力后，會向外移動并推動剎車片去夾緊剎車盤，使得剎車片與剎車盤發(fā)生摩擦，以降低車輪轉速，好讓汽車減速或是停止。盤式剎車的剎車盤暴露在空氣中，使得剎車盤有優(yōu)良的散熱性，當車輛在高速狀態(tài)做急剎車或短時間內多次剎車，可以讓車輛獲得較佳的剎車效果，以增加車輛的安全性。并且由于盤式剎車的反應快速，有能力做高頻率的剎車動作。1.2打孔通風剎車系統的特點1.2.1打孔通風剎車盤的優(yōu)點（1）打孔能夠盡快使剎車盤上因與剎車片摩擦產生的灰塵通過孔洞分散到空氣中，從而避免因有灰塵產生的滾動摩擦，提高剎車盤與剎車片之間的摩擦力。（2）打孔是通過在剎車面上開孔，提高剎車盤表面的空氣流動速度和散熱效率，避免熱量集結，影響剎車效果，同時也使熱量不至于過多通過輪圈傳遞到輪胎上，降低高溫爆胎的風險。（3）打孔通風剎車盤在雨天行駛時，可以有效避免產生水膜潤滑效果，防止剎車效果減弱，在晴天行駛一樣可以減輕空氣產生的氣膜，從而提高剎車效果。（4）剎車盤經過500度高溫燒蝕處理，消除內應力，防止在剎車過程中由于溫度過高而導致剎車盤變形和剎車效果降低，同時還可防銹，耐腐蝕，延長使用壽命。1.2.2打孔通風剎車盤的缺點（1）因為沒有鼓式剎車的自動煞緊作用，使盤式剎車的剎車力較鼓式剎車為低。（2）難以完全防塵和銹蝕。（3）手剎車裝置不易安裝，有些后輪使用盤式剎車的車型為此而加設一組鼓式剎車的手剎車機構。（4）剎車片之磨損較大，致更換頻率可能較高。2金屬型及芯砂的選擇2.1金屬型材料選擇根據以往金屬型設計經驗，選擇常用的HT200作為金屬型材料，參數如下：牌號：HT200標準：GB9439-88特性：珠光體類型的灰鑄鐵。其強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性較優(yōu)，需進行人工時效處理，其原理是把鑄件重新加熱到530-620℃，目的在于消除鑄件內應力，減少變形、開裂的缺陷。化學成分：碳C：3.16～3.30硅Si：1.79～1.93錳Mn：0.89～1.04硫S：0.094～0.125磷P：0.120～0.170力學性能：抗拉強度σb(MPa)：200硬度：(RH=1時)209HB試樣尺寸：試棒直徑：30mm金相組織：片狀石墨＋珠光體2.1.1性能比較表3金屬型鑄造和砂型鑄造灰鑄鐵件性能比較鑄件種類δb(MPa)HBS加工性石墨形態(tài)砂型180～200150～180一般A型金屬型200～250170～220好D型2.2鐵型覆砂工藝覆膜砂：在造型、制芯前砂粒表面上已覆蓋有一層固態(tài)樹脂膜的型砂、芯砂稱為覆膜砂。其基本工藝過程是利用射芯在加熱的鐵型上填上一層覆膜砂，以形成精密的型腔來生產鑄件。本畢業(yè)設計覆膜砂厚度為5mm。表4覆膜砂基本配比所示。表4覆膜砂基本配比成分配比說明原砂100擦洗砂酚醛樹脂1.0～3.0占原砂重烏洛托品（水溶液1:1）10～15占樹脂重硬脂酸鈣5～7占樹脂重2.3砂芯選擇造型材料性能的基本要求：(1)具有一定強度，保證在合型、搬運和澆注過程中不變形、不損壞。(2)良好的透氣性。(3)對鑄件收縮的可退讓性。(4)一定的耐火度和化學穩(wěn)定性。樹脂自硬砂是指原砂（或再生砂）以合成樹脂為粘結劑，在相應的固化劑作用下，在室溫下自行硬化成形的一類芯砂，其基本特點是：=1\*GB3①型砂加熱無需加熱烘干，更節(jié)省資源，同時可以采用木質或塑料芯盒和模板。=2\*GB3②鑄件質量高，鑄鐵件的尺寸精度高。鑄鐵件表面粗糙度比粘土砂、水玻璃砂好。=3\*GB3③型砂容易緊實，易潰散，好清理，舊砂容易再生回用，因而大大減輕勞動強度，改善車間勞動環(huán)境，使單間小批量生產實現機械化。④樹脂價格較高，同時要求使用優(yōu)質原砂，因而型砂成本比粘土砂水玻璃砂高。⑤混砂、造型、澆注時，有刺激性的氣味，應注意勞動保護。表5樹脂自硬砂用原砂的技術指標（%）指標原砂粒度級別SiO2含泥量含水量微粉量酸耗值灼減值石英砂30（40/70）＞90＜0.2＜0.1～0.2＜0.5～1＜5＜0.5表6樹脂自硬砂配比比例比例構成砂子100%占砂子的百分比比占樹脂的百分型砂組分新砂再生砂樹脂固化劑加入量（%）10900.8～1.530～50表7再生砂的質量指標灼燒量（%）＜酸耗值（mL）＜PH值＜0.075篩～底盤（%）＜底盤（%）＜含水量（%）＜含氮量（%）＜2.02.051.0⑥砂芯造型：運用UG的Modeling模塊進行砂芯的三維實體建模，需采取以下步驟：a建立一個在三維空間能完全包容鑄件三維造型的實體方坯；b用剎車盤鑄件造型作為工具實體，與目標實體方坯作Subtract運算，得到一個砂芯的初始原型；c根據工藝要求，對砂芯局部形狀、尺寸進行修改，得到砂芯的三維造型。圖5三維造型圖圖6二維工程圖3鑄造工藝設計3.1鑄造工藝分析覆砂金屬型鑄造工藝是一種新型的鑄造方法,它是在粗成形的金屬型內腔上覆上一層5～8mm的覆砂層而形成鑄型的一種先進鑄造工藝。該工藝克服了金屬型鑄造無退讓性的缺點,使冷卻條件得到很好的改善;該工藝不僅提高了鑄件的成品率和工藝出品率,對鑄件的表面質量和力學性能也有了很大的提高。鑄件凝固過程是一個非常復雜的過程,基本上可視為一個不穩(wěn)定的導熱過程,它同鐵液成份、澆注溫度、澆注速度及澆注系統、金屬型壁厚、覆砂層厚度等有著很大的關系。經過大量的試驗,根據鑄件不同的壁厚、不同的鐵液成份,摸索出一整套合理的金屬型壁厚和覆砂層厚度的經驗數據及計算公式,在實際生產中發(fā)揮了重要作用。根據鑄件溫度場模擬可以得出鑄件的凝固順序,就可以制定合理的澆注工藝和設計合理的澆注系統。首先對鐵水澆入鐵型覆砂鑄型以后，鑄件—覆砂層—鐵型不穩(wěn)定熱交換情況分析如下圖7。圖7鑄件—覆砂層—鐵型溫度分布3.1.1實際生產工藝大批量生產中的鐵型覆砂鑄造，其覆砂造型方法如圖8所示。覆砂造型是鐵型背面的一組射砂孔，經鐵型和模樣合模后形成的間隙（縫隙寬度等于覆砂層厚度）射入流動性較好的型砂，再經固化，起模后即形成鐵型覆砂的鑄型（即覆砂鐵型）。一般鐵型覆砂鑄造的生產流程如圖9所示。圖8機械造型圖9鐵型覆砂鑄造生產流程3.1.2剎車盤加工工藝具體加工工藝見表8。表8剎車盤加工工藝卡零件機械加工工藝過程卡片剎車盤產品圖號第1頁毛坯種類板材零件材料HT200SHACHEPAN共1頁工序名稱工序內容車間工時備注加工準終10下料下料：尺寸φ310*30金工0020車夾毛坯外圓，車端面光出，車外圓φ307至圖紙要求，調頭夾φ307外圓，車φ150圓（中間凸起部分）及端面至圖紙要求，倒角清刺。金工201030鉆鉆φ50至圖紙要求（中間大孔）,鉆40-φ5通孔分布在剎車盤適當位置，鉆5-φ20通孔（在中間凸起部分上均勻分布）金工15540銑按圖紙要求銑加強筋40根，銑長度51mm高度4mm,倒邊去毛刺。金工15550檢按圖紙要求檢驗，入庫金工00合計50203.2澆注系統設計根據工藝設計原則，澆注系統應滿足以下要求：控制金屬液流動的速度與方向，并保證充滿型腔；有利于鑄件溫度的合理分布；金屬液在型腔中的流動應平穩(wěn)、均勻，以避免夾帶空氣、產生金屬氧化物及沖刷鑄型；澆注系統應具有除渣功能。本畢業(yè)設計采用頂注式澆注系統，有利于薄壁鑄件的充型。3.2.1澆注系統計算選擇封閉式澆注系統，設A1、A2、A3為直澆道、橫澆道、內澆道總截面積，系統組元截面比為：A1：A2：A3=1.15:1.1:1式中：F阻——澆注系統中的最小斷面總面積（cm2）G——流經F阻斷面的金屬液總重量（N)μ——總流量耗損系數t——澆注時間（s)HP——平均靜壓力頭（cm2)(1)G值的確定由UG軟件計算出鑄件重量為20kg，同時g取標準重力加速度為9.8m/s2。G=mg=20×9.8=196N(2)μ值的確定μ值與澆注系統結構、澆注方式及合金性質等因素有關，在充型過程中，該值不穩(wěn)定，根據實驗確定μ值取0.6。(3)t值的確定澆注時間是金屬型鑄造的一個重要工藝參數，按下面計算：G——型內金屬液的總質（重）量S1——系數，取決于鑄件壁厚S1=1.85所以t=26s采用頂部注入圖9頂注式鑄件平面圖Hp=H-P/2H=Ho，P=0則Hp=100mm綜上所得：F阻=8cm2F直=8.4cm2設計的總斷面積是1.6cm2直澆口棒D=35mm圖10直澆口棒內澆道A=14mm、B=12mm、C=6mm圖11內澆道3.2.2實用冒口設計為了防止鑄件產生縮孔、縮松等缺陷，在鑄件位置最高、壁厚最厚的地方設置腰型冒口，增強對鑄件補縮作用。但鑄件凝固后期有“奧氏體+石墨”的共晶轉變，析出石墨并發(fā)生體積膨脹，從而可部分或全部地抵消凝固前期所發(fā)生的體積收縮，即具備有“自補縮的能力”。因此，在鑄型剛性足夠大時，逐漸可以不設冒口或采用較小的冒口進行補縮。D=10mm、c=6mm、b=53mm，求得Mc=0.44cm由于此灰鑄鐵件模數小于0.75cm，適宜采用澆注系統當冒口。故不單設冒口。3.2.3排氣槽設計金屬型模具本身沒有透氣性，排氣系統設計不好就會使鑄件產生冷隔、澆不足、氣孔等缺陷。冒口可以起到排氣作用，扁縫寬度為15mm、深度為0.5mm，如圖12所示圖12排氣槽3.3風孔、風道設計剎車盤直徑278mm厚度66mm為通風盤結構，兩個盤面間有40根加強筋，加強筋的長度為51mm厚度為4mm根據計算，確定打孔的數量為8組，每組5個孔，孔的大小是5.0mm，相鄰的兩個孔在直徑位置上距離為10.2mm，相鄰的一組孔的位置在直徑與上一組錯開5.1mm的距離，這樣可以保證剎車盤和剎車片的均勻磨損。孔開好以后，整個剎車盤的重量減輕1.187公斤。如圖13、14風孔設計圖。圖13風孔設計平面圖圖14風孔設計三維圖風道是用于散發(fā)汽車在頻繁剎車過程中摩擦片與剎車盤本體摩擦產生的熱量的通道，它與散熱筋片作為一體由一塊覆膜砂芯片形成。不同的車型、不同的載重量和不同的形式速度，剎車盤剎車時所產生的熱量是不同的，所以剎車盤散熱筋片和風道設計成大小不同的尺寸，以保證剎車盤的使用壽命和獲得良好的剎車效果。風道的設計寬度（含加工余量）在3～20mm之間。設計的剎車盤風道為6mm，具有良好的散熱性。如圖15、16為風道設計圖。圖15風道設計平面圖圖15風道設計立體圖結論通過本論文，訓練自身調研、觀察、分析、總結和創(chuàng)新能力，提高自身綜合素質；并利用所學的知識、技能分析解決生產實際問題，豐富了實踐經驗，提高專業(yè)能力；通過論文對原有知識、技能進行總結、提升和拓展。以上內容對當今剎車