王宜龍

（濟南交通技師學(xué)院，山東 濟南250200）

0 前言

剎車片是汽車的剎車系統(tǒng)中最關(guān)鍵的安全零件，剎車片的生產(chǎn)工藝分為清洗鋼板、拋丸鋼板（表面處理）、粘合劑涂抹、摩擦材料混合、熱壓成型、倒角、熱處理、組裝，其中熱壓成型在熱壓成型設(shè)備上完成。而熱壓成型設(shè)備的成型的壓力和動作順序是由液壓系統(tǒng)提供的，為此設(shè)計了一套液壓系統(tǒng)，來滿足設(shè)備的壓制動作順序和工藝流程。圖1所示。

圖1 剎車片的基本構(gòu)造

1 熱壓成型機機構(gòu)和其壓制工藝順序

盤式剎車片主要在家庭橋車上使用，其基本構(gòu)造如圖1所示，其生產(chǎn)工藝中的熱壓成型部分在熱壓成型機上完成。熱壓成型機基本結(jié)構(gòu)類似于工廠中的四柱液壓機，由上橫梁、下橫梁，立柱、液壓主缸、副缸等組成。剎車片的壓制成型，采用凸凹模正壓法壓制，在主壓制大油缸上安裝一個有平衡缸，平衡缸一個缸體，四個小活塞，每個活塞對應(yīng)一個模芯即凹模，平衡缸體的底部相通，通一定的壓力油，保證主缸壓制過程中每個模腔的壓力相同，凸模通過上模板固定在上橫梁上，封膜采用封膜缸運動完成。其主體壓制機構(gòu)簡圖，如圖2所示。

圖2 熱壓機主體示意圖

設(shè)計一套液壓系統(tǒng)來完成盤式剎車片的熱壓成型，工藝順序要求如下：

1）封膜時，主油缸與輔助油缸同步上升，到行程開關(guān)2檢測到封膜到位時，輔助油缸保壓不動；

2）主油缸繼續(xù)前進，同時壓力上升到設(shè)定工藝壓制壓力，而且壓力要能實現(xiàn)實時控制，與閥或者泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，此時行程開關(guān)3檢測凸凹模壓實到位；

3）保壓，放氣；

4）壓制完畢后，主油缸首先泄壓，后退，同時輔助油缸泄壓也后退，兩者單獨退回，輔助油缸退回的速度快于主油缸退回的速度，目測成型品可以手取，一般會停留在行程開關(guān)1和2之間；

5）取完成型品后，主油缸后退到行程開關(guān)1位置，主輔缸都停止。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計

2.1 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計

根據(jù)壓機壓制的工藝順序，可以設(shè)計如下的液壓原理圖3、圖4所示，根據(jù)壓機壓制的工藝順序，可以設(shè)計如下的液壓原理圖3，4所示，疊加式溢流閥15.2、26.1，二通電磁閥 27.1、27.2、28.1，疊加式液控單向閥24.1、24.2、30.1，疊加式單向節(jié)流閥25.1，換向閥 23.1、23.2、29.1，疊加式減壓閥 22.1，針閥 19.3、19.4，壓力表 21.2、20.2，壓力傳感器 31.1，比例溢流閥 17.1，單向閥 13.1、18.1、34.1，溢流閥 16.1，泵機組9.1、10.1、11.1、12.1 ，空濾器 5.1，液位控制器 6.1，溫度變送器 7.1，液位計 8.1，過濾器 14.1，33.1,35.1，疊加式溢流閥15.1，空濾器5.1，針閥19.1、19.2，壓力表21.1、20.1.

圖3 液壓原理圖

圖4 液壓原理圖

其工作大致情況如下：

1）當(dāng)換向閥b 23.2，和換向閥b 29.1得電，主油缸無桿腔油進入到輔助油缸的有桿腔，實現(xiàn)同步動作，當(dāng)封住模板后換向閥b 29.1失電，二通電磁閥27.2得電接通，主油缸繼續(xù)上升，且輔助油缸保壓不動。主油缸壓制，保壓，放氣，壓力傳感器31.1實時監(jiān)測主油缸的壓力，反饋到設(shè)備的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)控制信號給比例溢流閥17.1去調(diào)定壓力，疊加式溢流閥15.2和先導(dǎo)式溢流閥16.1保證整個系統(tǒng)的壓力，也可卸荷。

2）壓制完后，換向閥a 23.2和二通電磁閥27.2得電，二通電磁閥28.1得電泄壓2～3 s后失電，同時換向閥b 23.1得電，二通電磁閥27.1得電泄壓2～3s后失電。同時比例溢流閥17.1調(diào)低壓力與溢流閥16.1的壓力一致，主油缸和輔助油缸同時下降，輔助油缸比主油缸下降速度快，當(dāng)露出產(chǎn)品后就停止，人工取完產(chǎn)品后，主油缸和輔助油缸再運動，當(dāng)運動到行程開關(guān)1時，電磁閥全部失電。

2.2 主油缸和輔助油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)動作靈活，控制方便，一般按雙作用油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)剎車片壓制工藝需要的最大負載F=1 800 kN和液壓機設(shè)備類工作壓力一般選擇20 MPa[5]，故主油缸試驗壓力1.25×20＝25 MPa，忽略背壓，液壓缸的機械效率一般η＝0.9～0.97，則主油缸的活塞面積活塞直徑按照結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性和液壓缸徑的尺寸系列GB2348-80，活塞直徑選D1＝350 mm，活塞桿徑d1=320 mm.封膜力一般在5 t左右，工作壓力5 MPa左右，輔助油缸無桿腔D1＝80 mm，有桿腔d2=45 mm.主油缸和輔助油缸行程根據(jù)剎車片壓制工藝和模具尺寸確定，主缸行程l1=150 mm，輔缸行程l2=170 mm.

2.3 液壓泵和重要元件的選型設(shè)計

根據(jù)壓制壓力等級和高壓小流量、低壓大流量的特點，選擇Yunken雙聯(lián)葉片泵PV2R12-12-65-L-RAAA，電機選三相四極異步電動機，傳速n=60 f/p=60×50/2=1 500 r/min.

大泵流量Q1=q1n=60×1 500/1 000=97.5 l/min

小泵流量Q2=q2n=12×1 500/1 000=18 l/min

不計管道流量損失，由圖3知，封模的過程中主缸運動速度：

輔缸運動速度：

系統(tǒng)所需功率：

N1=P1Q1/612=50×97.5/612=7.9 kW

N2=P2Q2/612=200×18/612=5.88 kW

考慮到泵的效率，電機功率一般為所需功率的1.05～1.25倍。

ND=（1.05～1.25）N1=8.295 ～ 9.875（kW）

查有關(guān)華力電機手冊，所選電機的功率為11 kW時比較適合，型號YE2-160M-4.

由實際經(jīng)驗可知：DN06的閥通過流量一般在20～40 L/min，DN10的閥通過流量一般在40～60 L/min，壓力在25 MPa以下，注意流量-壓力曲線和外形尺寸。查相關(guān)產(chǎn)品樣本，元件選擇如下表1所示。

2.4 液壓閥組設(shè)計

液壓閥組是液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，不僅簡化液壓系統(tǒng)的設(shè)計和安裝，而且便于實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的集成化和標準化，有利于降低制造成本，提高精度和可靠性[1]。采用三維軟件Solidworks2012和SolidWorks建立的閥3D數(shù)據(jù)庫，合理布置孔道，與閥的油孔相通孔道的直徑，應(yīng)與液壓閥的油孔直徑相同，與管接頭相連接的孔道，其直徑一般應(yīng)按通過的流量與允許流速確定，如下公式[2]

其中：q為通過的最大流量；v為孔道中允許流速（吸油管 v=0.5～1.5 m/s，壓力油管 v=2.5～5 m/s，回油管 v=1.5～2.5 m/s）；d 為孔道內(nèi)徑。

計算后的孔道內(nèi)徑要圓整，孔深按企業(yè)加工能力確定，對于DN≥25，采用SAE法蘭接口?？椎乐g最小的壁厚一般大于5 mm，上面安裝的閥與閥之間的間隙一般大于3 mm，選用材質(zhì)35#鍛鋼加工，能方便的設(shè)計出透明的集成油路塊和外形美觀的集成閥組，如圖5、圖6所示。

圖5 液壓閥塊

圖6 液壓閥組

2.5 液壓油箱的設(shè)計

油箱作為液壓油源的儲存器外，還有散熱、消泡、污物沉淀分離、元件安裝基礎(chǔ)等作用。油箱的有效容積（油箱的80%）在定量泵或者不帶壓力補償?shù)淖兞勘脮r，油箱容量至少按L/min計算的系統(tǒng)供油流量的5～10倍；在帶壓力補償?shù)淖兞勘脮r，油箱容量至少按L/min計算的系統(tǒng)供油流量的3～5倍。油箱也要有足夠的剛度，保證在搬運或注油后變形小，小油箱板厚一般取4 mm，頂板6 mm，大油箱板厚一般取6 mm，頂板8 mm，對于側(cè)板長度大于1.5 mm，采用折彎工藝，如果高度大于1.5 mm，采用分板壓彎焊接工藝，油箱底部高于安裝平面100 mm，回油區(qū)和吸油區(qū)要用隔板隔開，隔板的高度一般為油面高度的3/4，底板傾斜15°.最后，油箱的材質(zhì)一般為Q235B或者不銹鋼1Cr18Ni9Ti，焊接時焊縫為連續(xù)焊，高度3～5 mm.本液壓站的油箱容量：由經(jīng)驗公式：V=KQ=KQ1.式中 K=5～10；Q 是泵的流量（L/min）

V=10×97.5=975 L

設(shè)計完的整體液壓站如圖7所示。

圖7 液壓系統(tǒng)實物圖

2.6 液壓系統(tǒng)試驗

為驗證液壓系統(tǒng)能否滿足剎車片的工藝順序要求，對熱壓成型機制造完的剎車片進行了密度測試。轎車制動過程中的振動、噪音及磨損不均等后果都是由剎車片的密度不均勻引起的，密度是剎車片各項性能指標的重要參考依據(jù)[3-5]。密度可以用壓制完后的產(chǎn)品的厚度來表示。在主缸壓力18 MPa，副缸壓力5 MPa情況下，以制造的某號剎車片為例進行試驗測定。測定結(jié)果如表2所示。

表2 實驗產(chǎn)品厚度偏差實驗表

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品的厚度偏差不大于要求0.3 mm.說明設(shè)計的液壓系統(tǒng)能完成熱壓機既定的工作過程。

3 結(jié)論

本文簡要介紹了盤式剎車片的熱壓成型機設(shè)備結(jié)構(gòu)、壓制工作過程，設(shè)計出了液壓系統(tǒng)，介紹了該液壓系統(tǒng)的工作原理，選擇出了符合要求的液壓元件，設(shè)計了集成塊、油缸、油箱等，液壓站與主機分開布置，液壓缸與液壓站通過撓性液壓油管連接，便于維修。最后通過某型號的剎車片進行了液壓系統(tǒng)試驗，結(jié)果說明該液壓系統(tǒng)能夠準確完成熱壓成型設(shè)備預(yù)定的工藝動作，效果良好。