汽车是当今世界最主要的交通工具之一,而汽车的安全性、经济性和舒适性是人们所关注的焦点^[1]。随着高速公路的迅速发展,车速的提高以及车流密度的日益增大,为保证人和车的安全,必须为汽车配置十分安全可靠的制动系统零部件^[2]。制动器底板是制动器底板总成中的关键件^[3],是汽车制动器中固定制动蹄总成与制动鼓装配的支撑零件,是整车制动的核心,其质量的好坏,直接影响汽车的安全性和可靠性。

在汽车行业的冲压件当中,除了经常见到的汽车车身零件(板料厚度常为0.8～ 2.0mm)之外,还有一些厚板料(板料厚度达4.0～ 6.0mm)高精度(如具有较高的平面度、平行度及孔的位置度要求)的关键零件、安全件^[4],如制动器底板、离合器压盘壳等。这些零件,因为涉及到汽车的行驶安全问题,所以要求很高^[5]。同时,由于零件精度比较高,所用板料比较厚^[6],因此其所用成形方法与常用薄板料有所不同,模具设计也与常规设计不同^[7-8]。

鼓式制动器是通过制动传动机构使得制动蹄片将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧，从而产生制动力，进而使车轮依据实际需要减速，或在最短的距离内停止，以确保行车安全，同时保障汽车停放可靠而不能自动滑移^[9]。主要由制动鼓、制动底板、制动蹄、轮缸组成，制动过程中，蹄片和制动鼓由于摩擦产生的制动力都传递到制动底板上^[10]，因此制动底板需要有足够的强度和刚度，以保证制动过程安全有效^[11]。

鼓式制动器一般由制动底板、制动蹄片、制动分泵、制动鼓以及连杆弹簧等组成^[12]，它首先通过液压装置将液压力传递到制动分泵上，然后再通过连杆弹簧将制动蹄片向外推出使其与制动鼓产生相对摩擦而阻止汽车前进^[13]。从汽车诞生至今己有百年的历史，国内外许多专家学者对制动器都做出了大量的、开拓性的研究，涉及到摩擦学、动力学、振动理论和接触力学^[14-16]等多个研究领域。国内也有很多学者对汽车制动器进行了相关研究。韩文明等分析单双自由度制动蹄效能因数与摩擦片上的径向合力作用点位置和摩擦系数变化间的关系，后将制动效能因数分解为摩擦自增势或自减势和杠杆增力作用两部分，进而分析每部分制动效能因数的变化特性，并得出提高制动效能稳定性的有效方法，为鼓式制动的改进提供了理论依据。宁晓斌等应用多体动力学仿真软件建立了基于矿用汽车鼓式制动器的非线性刚柔结合仿真模型^[17]，得出了制动器效能因数。杨国俊等利用有限元分析法建立凸轮鼓式制动器模型，分析了制动鼓和摩擦衬片间的接触应力，结果表明，两蹄的效能因数和最大接触压力随着摩擦衬片初始角的减小而增加。吴涛，李万成以某型车用鼓式制动器开发为例,充分考虑到目前载货汽车多存在的超重、超载的特殊情况,利用计算机仿真分析技术,结合台架试验,深入研究了鼓式制动器的制动振动、摩擦、温升和热衰退特性,改进了制动器结构,优化制动性能,有效解决了该型货车超载行车时制动力不足、驻车可靠性低的问题^[18]。王巍，姚磊发现了鼓式制动器的制动底板实验中翘曲变形,通过结构优化、CAE分析,提高底板强度,刚度。孟召辉在阅读了大量国内外相关文献基础上,分析了重型车辆鼓式制动器制动过程,利用大型通用有限元软件ANSYS,建立了领蹄式鼓式制动器的三维有限元分析模型,对其制动过程进行结构力学分析,得到了制动器应力场、位移场分布情况及制动过程的制动力矩,并与理论分析得到的制动力矩对比,验证了所建有限元模型的正确性;在此基础上进行了制动过程的热分析,研究了紧急制动过程中,制动器摩擦表面的温度场分布,得出了不同初速度下的制动结束瞬间的制动鼓温度。牛化武孙运柱设计了鼓式制动器冷却能力自控装置,水泵采用直流电动机驱动,水泵转速和电磁阀开闭频率都由单片机控制,实现了冷却能力的自动调节。电动机调速采用PWM电控器,建立了其控制模型。将此电控装置在制动试验台上进行了试验研究。结果表明:该冷却装置可将摩擦片的温度控制在310℃以内,有效防止制动器的热衰退。

汽车制动器底板的成形质量受到诸多因素的影响,主要有机床、几何参数、材料参数、工艺参数等。在机床、几何形状和材料确定的情况下工艺参数就成为影响成形质量最主要的因素。应用有限元数值模拟方法对汽车制动器底板冲压成形进行模拟分析,其计算结果是多个工艺参数综合影响的结果。本设计主要是对后制动器底板零件作了冲压成形工艺分析,并从冷冲压变形理论解决了凸台处的裂纹问题,提出一种合理的成形模具。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

零件结构分析：后制动器底板是一个回转体零件,中间有一个精度大约为(IT9)的孔,中部有一环形槽,其深度有一定的公差要求,在零件的左边有一个高度较高的凸台,同时还有一高度尺寸有一定的公差要求竖边。总之,该零件形状结构并不复杂,尺寸精度要求也不是很高,可以采用冷冲压生产。

零件冲压加工工艺分析：本设计后制动器底板加工工艺主要程序为：圆剪→拉深→冲孔→切边→翻边；冲孔在拉深之后,保证孔的尺寸没有问题,在经过拉深、冲孔之后进行了切边,这样,在翻边之后可以保证竖边尺寸。

2.2 研究目标

1、掌握后制动器底板的零件特征与加工工艺；