CN102239344B - 复合制动盘 - Google Patents

Abstract

制动盘装置具有由金属形成的支座部分，且具有从支座部分径向地向外延伸的多个径向突出物。每个径向突出物都具有径向远端的末梢部分，而且陶瓷涂层被施加于径向突出物的径向远端的末梢部分。制动板部分被铸造为围绕径向远端的末梢部分。但是，陶瓷涂层使制动板部分与径向远端的末梢部分隔开。至少一些径向远端的末梢部分由金属形成，该金属具有通过电火花加工产生的微观结构，从而提高了减振。芯盒里的砂芯使支座部分保持在预先固定的方向。熔化的金属被倒入芯盒模具中，且陶瓷涂层防止金属制动板与多个径向突出物中的任何一个焊接在一起。

Description

复合制动盘

与其他申请的关系

本申请要求于2008年5月8日递交的临时专利申请系列第61/127,272号的申请日的权益。该临时专利申请的公开内容在此通过引用并入。

发明背景

发明领域

本发明通常涉及用于机动车的制动盘，且更具体地涉及由两个铸造部分(支座部分(mounting portion)和制动带部分)形成的复合制动盘装置，这两部分形成了摩擦界面。

相关技术的描述

在一些已知的装置中，通常由支座部分和制动板部分的组合形成的制动盘使用从支座部分径向地向外延伸的连续的裙体，该连续的裙体与制动板部分(即制动带)啮合。由于它的隆起的中心部分及从中心部分轴向地延伸的大体上的圆柱形部分，因此支座部分有时被称为“转子帽(rotorhat)”。这种组合，特别是具有从圆柱形部分径向地延伸的连续的裙体和轴向地远离中心部分放置的圆柱形部分的组合整体上就象一顶帽子。它也被称为“座钟(mounting bell)”。

在已知的技术里，连续的裙体与制动板部分之间的啮合可通过多种方法实现。一种啮合方法包含支座部分与制动板部分之间的直接交接，因而形成连续的产品。在其他已知的连接装置里，指状物从制动板部分径向地向内伸展，且由紧固件连接到连续的裙体。径向地向内延伸的指状物可与制动板部分整体地形成。在这些已知的装置中，支座部分与制动板部分是如此牢固地相互联在一起，以至于它们相当于单个元件运行。

众所周知，在制造和使用机动车的过程中，制动板部分的发热将导致各种形式的翘曲与变形，特别是包括径向变形。一种减轻该问题的方法是使用径向地向内指向的指状物，它们与制动板部分整体地形成，并与支座部分交接。但是，指状物可以径向地移动，因而可认为能使制动板部分径向膨胀从而容纳径向变形。在已知的装置里不存在制动时减少振动的机械装置，尽管支座部分与制动板部分之间具有少量的隔开。

因此，需要一种制动盘装置，其特点是比传统的制动盘装置具有提高的减振。

还需要一种制动盘装置，其呈现出对在机动车的使用和制造过程中的热负荷与机械负荷减小的变形。

另外，需要一种制动盘装置，其特点是整体质量减少。

发明概述

本发明满足并实现了上述及其他发明的需要及目标，根据装置的第一方面，其提供了一种类型的制动盘装置，它具有支座部分和制动板部分。根据本发明，提供了从支座部分径向地向外延伸的径向突出物。径向突出物具有径向远端的末梢部分(radially distal tip portion)。围绕径向远端的末梢部分布置涂层，使得在制动板部分被铸造为围绕径向远端的末梢部分时，涂层用来防止制动板部分与径向远端的末梢部分焊接在一起。

根据本发明的一个实施方案，提供了多个径向突出物。多个径向突出物被大体上布置成彼此共面。在另外的实施方案中，多个径向突出物与支座部分整体地形成。

在一个实施方案中，径向突出物由金属形成。另外，使径向远端的末梢部分经受电火花加工(EDM)过程，该电火花加工(EDM)过程提高了金属在径向远端的末梢部分的减振特性。

砂芯有利于将制动板部分铸造为围绕径向远端的末梢部分。在一个实施方案中，砂芯设置有贯穿其的多个孔，用于在铸造时在制动板部分的两半之间形成相应的支柱。

涂层必须能承受住在制动板部分的铸造过程中的熔化的金属的温度。在一个实施方案中，涂层由陶瓷材料形成。

根据本发明的装置的另一方面，提供了一种制动盘装置，它具有由金属形成的支座部分，支座部分具有多个从支座部分径向地向外延伸的径向突出物。至少一些径向突出物中的每一个都具有径向远端的末梢部分。陶瓷涂层被施加于至少一些径向突出物的径向远端的末梢上。制动板部分被铸造为围绕径向远端的末梢部分。但是，陶瓷涂层使制动板部分与径向远端的末梢部分隔开。

在本发明的装置的这个另外的方面的一个实施方案中，至少一些径向远端的末梢部分由金属形成，该金属具有通过EDM产生的微观结构。另外，具有径向远端的末梢的径向突出物具有通过EDM产生的微观结构。这种径向突出物大体上均匀地分布在支座部分周围。

根据本发明的方法的方面，提供了以下步骤：

形成具有多个整体地形成的径向突出物的支座部分；

将陶瓷涂层施加于径向突出物；且

用熔化的金属将金属制动板部分铸造为围绕径向突出物。

在本发明的这个方法的方面的一个实施方案中，在进行施加陶瓷涂层的步骤之前，提供有加工径向突出物的步骤。在另一实施方案中，在进行施加陶瓷涂层的步骤之前，提供有使至少一些径向突出物经受电火花加工(EDM)的步骤。另外还提供有使经受EDM的至少一些径向突出物大体上均匀地分布在支座部分周围的步骤。

在另一方法的实施方案中，铸造金属制动板部分的步骤包括形成将支座部分保持在预先固定的方向的砂芯的另外的步骤。在另一实施方案中，铸造金属制动板部分的步骤包括将熔化的金属倒在砂芯上的步骤。在又一实施方案中，这种倾倒包括将熔化的金属倒在砂芯上的步骤和在制动板部分的内部之内形成支柱的步骤。

在本发明的又一实施方案中，在进行将熔化的金属倒入在砂芯上的步骤之前，提供有形成芯盒模具(core box mold)的另外的步骤。在这个实施方案中，将熔化的金属倒在砂芯上的步骤包括将熔化的金属倒入芯盒模具的步骤。在发明的实施过程中，重要的是确保金属制动板部分不与多个整体地形成的径向突出物中的任何一个焊接在一起。

本发明的制动盘的独特的两个零件设计(two-part design)使对设计的考虑如较薄的壁部位得到实现，而且同时减少了质量。支座部分的特殊制造产生局部高减振区域，因而显著减少了整个零件的振动倾向。最后，支座部分与板部分之间的独立的但仍受约束的交互作用允许每部分对外部刺激做出反应，而不影响另一部分，从而减少了在机械负荷和热负荷下的零件的整体变形。

附图简述

通过结合附图阅读以下详述促进对本发明的理解，其中：

图1是用在根据本发明的制动盘装置中的铸造支座部分的简化的示意性透视图；

图2(a)是图1中的铸造支座部分的局部侧面剖面图；图2(b)放大的剖面图，较详细地示出了铸造支座部分的支座部位；及图2(c)是铸造支座部分的图2(b)中的支座部位的放大图；

图3是铸造制动盘的简化的示意性透视图，示出了与铸造制动带部分组合的铸造支座部分；

图4是图3中的铸造制动盘的平面图；

图5(a)是图3中的铸造制动盘的局部剖面图；图5(b)是铸造支座部分和铸造制动带部分之间的相互连接的放大的局部剖面图；

图6(a)是在制造时的图3中的铸造制动盘的内部的平面图，示出了砂芯；及图6(b)是图6(a)中的平面图的一部分的放大图，示出了在铸造制动带部分之前铸造支座部分和砂芯之间的相互连接的另外的细节；

图7是铸造制动盘的简化的示意性透视图，示出了与铸造制动带部分组合的铸造支座部分，并且还示出了带有孔的铸造支座部分，通过孔将支座部分装配在机动车的轮轴上；以及

图8是图7中的完整的铸造制动盘的局部侧面剖面图。

详述

本发明的制动盘装置基本上由两个零件形成。它们是如本文将详细描述的支座部分和制动板部分。支座部分和制动板部分的制造将产生制动盘，其中，支座部分实际上受制动板部分的约束。尽管如此，这两部分互相独立地响应于外部刺激。结果是该制动盘具备有利的特征：在使用和制造过程中提高减振(dampening)、减少变形以及减少质量。

图1是用在根据本发明的制动盘装置(图中未显示)中的铸造支座部分100的简化的示意性透视图。如下文将描述的，支座部分100通过多个径向突出物122支持并约束制动板部分(图中未显示)，径向突出物122大体上均匀地分布在支座部分100的外圆117周围。与传统的环状地连续的部位(未显示)相反，径向突出物122的使用显著地促进了优于传统的一体设计的质量减少的获得。如下面将描述的，径向突出物122被配置为被容纳于制动板部分，并且充当支座部分和制动板部分之间的相互作用点。

在本发明的实施中，首先制造与制动板部分分离的支座部分100。与传统的一体设计相比，支座部分与制动板部分分别铸造的这种制造程序促进了以下优势的获得：允许显著地较薄的壁-部位厚度的使用。在本发明的这个具体的示例性实施方案中，厚度的这种减少以及径向突出物122的使用构成了主要的特征，通过该主要的特征获得了制动盘(图中未显示)质量的有利减少。

支座部分100具有整体地形成的支座表面110。在本发明的这个具体的示例性实施方案中，支座表面110具有孔115，当制动盘的制造完成时，通过孔将方便其安装在机动车(未显示)的轮轴(未显示)上。

在本发明的具体的示例性实施方案的支座部分100的制造过程中，使用了传统的砂型铸造工艺。支座部分可由灰铸铁、铝、球墨铸铁或其他合适的金属制造。但是，在完成支座部分100的铸造之后，需要多个另外的工艺步骤来为与制动板部分连接做准备。

图2(a)是如先前图1中所描述的支座部分100的局部侧面剖面图。图2(b)是放大的剖面图，较详细地示出了支座部分100的径向突出物122。另外，图2(c)是支座部分100的径向突出物122的放大图。先前已讨论的结构元件被相同地标出。

如这些图中所示，径向突出物122从外圆117径向地向外延伸。径向突出物122中的每一个都具有与其整体地形成的末梢部分120。每一个末梢部分120都具有外表面125。为了实现在使用和制造过程中提高减振和减少变形的设计目标，用传统的方法加工外表面125。这种加工能对表面有较大的控制，这对进一步的加工是有利的。

紧接传统的加工，有必要使多个径向突出物122的末梢部分120的外表面125经受电火花加工(EDM)。通常，EDM过程的主要目的是去除材料。但该工艺的第二个结果是金属的微观结构的内部变化。该微观结构的变化提供了极大地提高在经受EDM的区域内的金属的减振性能的优点，这是非常有用的第二效果。在本发明的实施中，将EDM过程施加于多个而不必是所有的径向突出物122，以便产生具有高减振特性的区域。通过消除与制动板部分的常见振动模式来实现这种减振。

在本发明的这个实施方案的实践中，当一些而非全部的径向突出物122经受EDM过程时，完全得到了应用EDM过程所期望的结果。优选的是，使经过EDM处理的径向突出物122大体上均匀地隔开在支座部分100的圆周周围。这么做是为了得到非常高减振的分布在整个制动板部分周围的不同的区域，以避免振动围绕制动板部分增加和传播。

紧接EDM处理，将陶瓷涂层(未显示)施加于所有的径向突出物122。陶瓷涂层具有阻止径向突出物的末梢部分与制动板部分之间焊接在一起的厚度。如下面将要讨论的，在制动板部分的形成过程中，将熔化的金属倒在支座部分100的径向突出物122的周围。如果在这个步骤中，制动板部分与支座部分100焊接在一起，那么本发明所获得的益处将大部分丧失，因为支座部分与制动板部分将不能用作两个分开的物体。当完成陶瓷涂层的施加后，支座部分100即将与制动板部分组合，如下所述。

图3是铸造制动盘(非特别设计)的简化的示意性透视图，示出了具有铸造制动板部分130的铸造支座部分100。图4是图3中的铸造制动盘的平面图。先前已讨论的结构元件被相同地标出。制动盘的制动板部分在本领域中也称作制动带。

从这些图中可以看到，制动板部分130被安装为环状地围绕支座部分100。虽然在这些图中径向突出物122的部分是可见的，但是末梢部分120被包含在制动板部分130的内圆周内，而所以在这些图中不能看见。

图5(a)是图3和图4中的铸造制动盘的局部剖面图。图5(b)是铸造支座部分100与铸造制动板部分130之间的相互连接的放大的局部剖面图。先前已讨论过的结构元件被相同地标出。

从图5(a)和图5(b)中可以看到，径向突出物122的末梢部分120被包围在制动板部分130的内圆周(非特别设计)内。支座部分100和制动板部分130的组合实际上是将一个零件加到另一个零件上。更特别地，在本发明的这个实施方案中，制动板部分130被铸造在支座部分100的径向突出物122的周围。但是，当用于铸造制动板部分130的金属被倾倒并冷却时，使支座部分100保持在正确的和精确的方向是关键的。在本发明的具体的示例性实施方案的实践中，通过使用砂芯来解决这个问题。

图6(a)是在制造时的图3中的铸造制动盘的内部的平面图，示出了砂芯140。图6(b)是图6(a)中的平面图的指定部分的放大图，且示出了在铸造制动带部分(图中未显示)之前支座部分100和砂芯140之间的较详细的相互连接。

在传统的一体设计的制动盘中，使用具有砂芯如夹于其间的砂芯140的两个砂模具(sand mold)(未显示)的组合来形成制动板部分。砂芯使得能够形成详细的几何形状，并在砂芯的任一侧被两个砂模具保持在合适的位置。在本发明的这个实施方案的实践中，使支座部分100与砂芯140组合以保证它在铸造制动板部分的整个过程中保持合适的方向。在这个实施方案中，砂芯140通过将砂(非特别设计)吹入模具而产生，通常称为“芯盒”。通过将支座部分100插入芯盒，且然后围绕它吹砂以产生砂芯，结果是砂芯/支座部分组合物。

然后，将砂芯/支座部分组合物插入在两个砂模具之间，如同典型的砂芯。砂模具使砂芯/支座部分组合物保持在适当的方向，保证铸造制动板部分围绕支座部分100的径向突出物122正确地凝固。因为陶瓷涂层在铸造制动板的过程中阻止制动板部分与支座部分之间焊接在一起，因此产生了约束在一起的两个零件的系统，但两个零件独立地对刺激作出反应。因为独立的关系，在作为机动车制动器加工和应用时，制动板部分的偏斜/变形将大大减少。

另外，从图6(a)和图6(b)中可以看到，砂芯140具有贯穿其的孔。在这点上，参见图6(b)中的孔142、144和146。如下面将要看到的与图7相关的，这些孔使得能在制动板部分130的两半之间产生支柱。更具体地，在铸造制动板部分130的过程中倾倒的熔化的金属(未显示)中的一些被容纳于孔内，从而形成了支柱。

图7是铸造制动盘的简化的示意性透视图，示出了与制动板部分130组合的支座部分100，并且还示出了孔160，通过孔能够将制动盘装配在机动车(未显示)的轮轴上。先前已讨论过的结构元件被相同地标出。在该图中可以看到，提供了支柱，例如置于制动板部分的两半之间的支柱152、154和156。在本发明的这个具体的示例性实施方案中，支柱152是熔化的金属进入孔142的结果(图6(a)和图6(b))；支柱154作为孔144存在的结果而形成；而支柱156是孔146的结果。可以理解的是，砂芯140中的孔及其制动板部分130中得到的支柱被在制动板部分130的圆周周围进行复制。另外，孔及得到的支柱不限于本图所示的构造。本领域技术人员可生产另外的和不同的孔，而相应的支柱构造不偏离本发明的权利要求。

紧接在支座部分周围铸造制动板部分，还有完整的制动盘零件的最后的加工过程。在本发明的这个具体的示例性实施方案的实践中，加工以与传统的一体设计相同的方式实现。但是，本发明给予较小的变形，这导致可获得提高的加工控制以及显著地提高降低加工的几何和尺寸规格的误差的可能性。

图8是图7中的完整的铸造盘的局部侧面剖面图。先前已讨论过的结构元件被相同地标出。图8显示加工后的铸造制动盘。

虽然已按照具体的实施方案及应用描述了本发明，本领域技术人员可根据本指导创造出另外的实施方案，而不超出本发明的权利要求或不偏离本发明的权利要求的精神。因此，应理解，本公开内容中的附图及描述是为了有利于理解本发明，而不应该被解释成限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种具有支座部分和制动板部分的制动盘装置，所述制动盘装置包括：

多个径向突出物，其从所述支座部分径向地向外延伸，所述多个径向突出物中的每个径向突出物具有径向远端的末梢部分；

涂层，其被布置成围绕所述径向远端的末梢部分；

其中，所述制动板部分被铸造为围绕所述径向远端的末梢部分，所述涂层用来防止所述制动板部分与所述径向远端的末梢部分焊接在一起，使得所述支座部分和所述制动板部分受约束但配置成独立地作出反应，以便表现为两个分离的本体以促进减小所述制动盘装置的整体热变形，

其中，所述多个径向突出物中的第一部分的径向突出物的所述径向远端的末梢部分经受电火花加工EDM过程，从而提高每个径向突出物在其径向远端的末梢部分的区域中的减振特性，

其中，所述多个径向突出物中的第二部分的径向突出物的所述径向远端的末梢部分不经受所述EDM过程，

其中，经受所述EDM过程的径向远端的末梢部分大体上均匀地隔开在所述支座部分的圆周周围，以便限定非常高减振的分布在所述制动板部分周围的不同的区域，以此避免振动围绕所述制动板部分增加和传播。

2.根据权利要求1所述的制动盘装置，其中，所述多个径向突出物与所述支座部分被整体地形成。

3.根据权利要求1所述的制动盘装置，其中，设置有用于促进将所述制动板部分铸造为围绕所述径向远端的末梢部分的砂芯。

4.根据权利要求3所述的制动盘装置，其中，所述砂芯设置有贯穿其的多个孔，用于在铸造时在所述制动板部分的两半之间形成相应的支柱。

5.一种制动盘装置，包括：

支座部分，其由金属形成并包括外圆周；

多个径向突出物，其从所述支座部分径向地向外延伸，所述径向突出物的每一个都具有连接部分和径向远端的末梢部分，其中所述连接部分被耦合在所述支座部分的外圆周和所述径向远端的末梢部分之间，其中所述连接部分的厚度小于所述径向远端的末梢部分的厚度；

陶瓷涂层，其被施加于至少一部分所述径向突出物的所述径向远端的末梢部分；以及

制动板部分，其被铸造为围绕所述径向远端的末梢部分，且通过所述陶瓷涂层与所述径向远端的末梢部分隔开，使得所述支座部分和所述制动板部分受约束但配置成独立地作出反应；

其中，所述多个径向突出物中的第一部分的径向突出物的所述径向远端的末梢部分经受电火花加工EDM过程，从而提高每个径向突出物在其径向远端的末梢部分的区域中的减振特性，以便限定非常高减振的分布在所述制动板部分周围的不同的区域，以此避免振动围绕所述制动板部分增加和传播，

其中，所述多个径向突出物中的第二部分的径向突出物的所述径向远端的末梢部分不经受所述EDM过程。

6.根据权利要求5所述的制动盘装置，其中其径向远端的末梢部分经受所述EDM过程的所述第一部分的径向突出物大体上均匀地分布在所述支座部分的周围。

7.根据权利要求5所述的制动盘装置，其中每个径向远端的末梢部分包括远端和近端，其中所述近端被耦合到所述连接部分，并且其中每个径向远端的末梢部分包括在所述远端和所述近端之间延伸的相对的锥形壁。

8.一种形成制动盘装置的方法，所述方法包括以下步骤：

形成具有多个整体地形成的径向突出物的支座部分，每个径向突出物具有径向远端的末梢部分；

施加陶瓷涂层到所述多个径向突出物的每个径向突出物的所述径向远端的末梢部分；

使所述多个径向突出物中的第一部分的径向突出物经受电火花加工EDM过程，从而提高每个径向突出物在其径向远端的末梢部分的区域中的减振特性，以便限定非常高减振的分布在金属制动板部分周围的不同的区域，以此避免振动围绕所述金属制动板部分增加和传播；

使所述多个径向突出物中的第二部分的径向突出物不经受所述EDM过程；

用熔化的金属铸造具有隔开的第一半和第二半的所述金属制动板部分，以便围绕所述多个径向突出物，所述陶瓷涂层有助于防止所述金属制动板部分与所述支座部分焊接在一起，使得所述支座部分和所述金属制动板部分受约束但配置成独立地作出反应；

形成置于所述金属制动板部分的所述第一半和所述第二半之间的第一多个柱，其中所述第一多个柱中的每个柱围绕一个径向突出物的所述径向远端的末梢部分；以及

形成置于所述金属制动板部分的所述第一半和所述第二半之间的第二多个柱，其中所述第二多个柱中的每个柱在所述金属制动板部分周围在所述第一多个柱的两个柱之间圆周地隔开。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在进行施加陶瓷涂层的所述步骤之前，提供有使所述第一部分的径向突出物经受电火花加工EDM的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，提供有将经受EDM的所述第一部分的径向突出物大体上均匀地分布在所述支座部分的周围的另外的步骤。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，铸造金属制动板部分的所述步骤包括形成将所述支座部分保持在预先固定的方向的砂芯的另外的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，铸造金属制动板部分的所述步骤包括将熔化的金属倒在所述砂芯上的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，将熔化的金属倒在所述砂芯上的所述步骤包括在所述金属制动板部分的内部之内形成所述第一多个支柱和所述第二多个支柱的步骤。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，在进行将熔化的金属倒在所述砂芯上的所述步骤之前，提供有形成芯盒模具的另外的步骤，且将熔化的金属倒在所述砂芯上的所述步骤包括将熔化的金属倒入所述芯盒模具的步骤。

15.根据权利要求8所述的方法，其中，铸造金属制动板部分的所述步骤包括确保所述金属制动板部分不与所述多个整体地形成的径向突出物中的任何一个焊接在一起的步骤。