盤式剎車片熱壓成型機液壓系統設計

王宜龍

（濟南交通技師學院，山東 濟南250200）

0 前言

剎車片是汽車的剎車系統中最關鍵的安全零件，剎車片的生產工藝分為清洗鋼板、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備上完成。而熱壓成型設備的成型的壓力和動作順序是由液壓系統提供的，為此設計了一套液壓系統，來滿足設備的壓制動作順序和工藝流程。圖1所示。

圖1 剎車片的基本構造

1 熱壓成型機機構和其壓制工藝順序

盤式剎車片主要在家庭橋車上使用，其基本構造如圖1所示，其生產工藝中的熱壓成型部分在熱壓成型機上完成。熱壓成型機基本結構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。其主體壓制機構簡圖，如圖2所示。

圖2 熱壓機主體示意圖

設計一套液壓系統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2檢測到封膜到位時，輔助油缸保壓不動；

2）主油缸繼續前進，同時壓力上升到設定工藝壓制壓力，而且壓力要能實現實時控制，與閥或者泵組成閉環控制系統，此時行程開關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1和2之間；

5）取完成型品后，主油缸后退到行程開關1位置，主輔缸都停止。

2 液壓系統設計

2.1 液壓系統原理設計

根據壓機壓制的工藝順序，可以設計如下的液壓原理圖3、圖4所示，根據壓機壓制的工藝順序，可以設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，實現同步動作，當封住模板后換向閥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實時監測主油缸的壓力，反饋到設備的控制系統，控制系統發控制信號給比例溢流閥17.1去調定壓力，疊加式溢流閥15.2和先導式溢流閥16.1保證整個系統的壓力，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，當露出產品后就停止，人工取完產品后，主油缸和輔助油缸再運動，當運動到行程開關1時，電磁閥全部失電。

2.2 主油缸和輔助油缸結構設計

為實現動作靈活，控制方便，一般按雙作用油缸結構設計。根據剎車片壓制工藝需要的最大負載F=1 800 kN和液壓機設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構的優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計

根據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。查相關產品樣本，元件選擇如下表1所示。

2.4 液壓閥組設計

液壓閥組是液壓系統的關鍵部件，不僅簡化液壓系統的設計和安裝，而且便于實現液壓系統的集成化和標準化，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數據庫，合理布置孔道，與閥的油孔相通孔道的直徑，應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 為孔道內徑。

計算后的孔道內徑要圓整，孔深按企業加工能力確定，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35#鍛鋼加工，能方便的設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的變量泵時，油箱容量至少按L/min計算的系統供油流量的5～10倍；在帶壓力補償的變量泵時，油箱容量至少按L/min計算的系統供油流量的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，回油區和吸油區要用隔板隔開，隔板的高度一般為油面高度的3/4，底板傾斜15°.最后，油箱的材質一般為Q235B或者不銹鋼1Cr18Ni9Ti，焊接時焊縫為連續焊，高度3～5 mm.本液壓站的油箱容量：由經驗公式：V=KQ=KQ1.式中 K=5～10；Q 是泵的流量（L/min）

V=10×97.5=975 L

設計完的整體液壓站如圖7所示。

圖7 液壓系統實物圖

2.6 液壓系統試驗

為驗證液壓系統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[3-5]。密度可以用壓制完后的產品的厚度來表示。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。測定結果如表2所示。

表2 實驗產品厚度偏差實驗表

通過以上數據可以看出，產品的厚度偏差不大于要求0.3 mm.說明設計的液壓系統能完成熱壓機既定的工作過程。

3 結論

本文簡要介紹了盤式剎車片的熱壓成型機設備結構、壓制工作過程，設計出了液壓系統，介紹了該液壓系統的工作原理，選擇出了符合要求的液壓元件，設計了集成塊、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試驗，結果說明該液壓系統能夠準確完成熱壓成型設備預定的工藝動作，效果良好。