刹车盘挤压浸渗模具设计制造及热应力分析

摘要

刹车盘是汽车制动系统的关键零部件，刹车盘的性能对于行车安全性和乘坐舒适性有着重要的影响。目前使用的刹车盘是铸铁材料铸造成形后机加工而成的。由于砂型铸造的表面质量差，所以机加工余量大，加工工时长，机加工成本高。铸铁的热传导系数低，在车辆连续制动情况下刹车盘温升高，影响刹车性能和行车安全性。挤压浸渗工艺制备的纤维增强耐磨复合材料铸件具有零件表面质量高，晶粒细小，强度较高等优点。铝合金具有较高的热传导系数，可以将热量及时的散失出去。因此，如果利用挤压浸渗工艺制备纤维增强铝基复合材料刹车盘，那么该刹车盘在连续制动情况下温升低，摩擦系数稳定，具有一定的优越性。
　　根据刹车盘零件图和挤压铸造的工艺特点确定了刹车盘的加工余量、拔模斜度、圆角半径等参数，设计了刹车盘铸件结构。
　　根据刹车盘的铸件结构设计了挤压铸造模具，模具分别从强度条件和刚度条件来设计，并相互校核。设计了合理的加热冷却装置和隔热装置。
　　以模具型芯为例制订了模具加工工艺规程，规定了型芯加工的工艺路线、各道工序的具体加工内容、加工余量、加工参数等。建立了型芯的模型，选择了合适的数控加工刀具和参数，规划了走刀路径，并对型芯的数控加工过程进行了实体仿真。
　　对铝合金液在纤维预制块中的流动进行了静力学和动力学分析，计算了渗流的临界浸渗压力是0.367MPa，在外界压力是80MPa情况下整个渗流过程所需的时间是0.025s。
　　对刹车盘成形过程的热应力进行了数值模拟，得到了刹车盘及其模具的温度场、应力场以及变形，计算了复合材料的热残余应力，分析了热残余剪切应力对复合材料摩擦性能的影响。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 挤压浸渗工艺概述

1.3 挤压浸渗铝基复合材料的国内外研究现状

1.4 主要研究工作

第二章 刹车盘铸件结构设计

2.1 刹车盘结构分析

2.2 铸件结构设计

第三章 刹车盘模具设计

3.1 刹车盘模具结构设计

3.2 模具冷却设计

3.3 模具排气设计

第四章 模具制造工艺与仿真

4.1 模具制造工艺规程

4.2 型芯的数控加工仿真

4.3 型芯的热处理工艺

第五章 挤压浸渗的静力学与动力学分析

5.1 液态金属在纤维预制块中渗流的静力学分析

5.2 液态金属在纤维预制块中渗流的动力学分析

第六章 刹车盘成形的热应力分析

6.1 相变问题的处理

6.2 有限元模型的建立

6.4 模拟结果分析

6.5 复合材料热残余应力分析

结论与展望

参考文献

附 录

致谢