CN105715706A - 机械地粗糙化的制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械地粗糙化的制动盘。制动盘包括：外表面；相对的第一制动表面和第二制动表面，每个以外表面为界而形成相对的第一制动表面边缘和第二制动表面边缘。多个同心凹槽形成在第一制动表面和/或第二制动表面上。

Description

机械地粗糙化的制动盘

技术领域

本发明针对机械地粗糙化的制动盘及制造该制动盘的工具和方法。

背景技术

汽车盘式制动器包括制动盘和制动钳。制动盘与车轮和车轴一起旋转。制动钳不旋转并保持制动垫。制动钳安装在制动盘任一侧之上。当制动器被致动时，制动钳迫使制动垫抵着制动盘以消耗能量并使汽车停止。制动盘承受高应力和热，制动盘传统上由铸铁制成，铸铁是相对重的材料。为了减少车辆重量并提高燃料经济性，已经对开发由诸如铝和镁的相对轻质材料制成的制动盘产生了相当大的兴趣。这种相对轻质的金属制动盘涂覆有硬表面层用于适当的摩擦以及耐磨损。可以通过若干方法来施加这种硬质层，例如，通过将金属粉末或金属丝热喷涂到制动盘表面上。

发明内容

公开了制动盘的机械地粗糙化的表面。制动盘包括：外表面；相对的第一制动表面和第二制动表面，第一制动表面和第二制动表面的每个表面以外表面为界以形成相对的第一制动表面边缘和第二制动表面边缘；包括在第一制动表面上的多个同心的凹槽。所述多个同心的凹槽中的每个可具有基本上恒定的直径。所述多个同心的凹槽可包括第一凹槽和第二凹槽。第一凹槽可比第二凹槽更邻近第一制动表面边缘，并且第一凹槽可比第二凹槽具有更大的基本上恒定的直径。第一凹槽和第二凹槽可以彼此相邻，并形成在二者之间延伸的峰。在一个或更多个实施例中，每个峰的宽度可以是100μm到200μm。第一凹槽和第二凹槽可分别包括槽深和谷宽。第一凹槽和第二凹槽中每个的槽深可以是50μm至100μm。第一凹槽和第二凹槽中每个的谷宽可以为200μm到300μm。多个同心的凹槽可被包括在第一制动表面的一部分上。制动盘还可在第二制动表面上包括多个同心的凹槽。第二制动表面上的多个同心的凹槽可以包括第一凹槽和第二凹槽，并且第一凹槽可比第二凹槽更邻近第一制动表面边缘，并且第一凹槽可比第二凹槽具有更大的基本上恒定的直径。

公开了一种机械地粗糙化热喷涂制动盘表面的方法。该方法包括：旋转具有相对的第一制动表面和第二制动表面的制动盘；致动工具以使制动盘的第一制动表面粗糙化以在制动盘的第一制动表面中形成多个同心的凹槽。该方法还可包括同时致动第一工具和第二工具以以在第一制动表面和第二制动表面上形成多个同心的凹槽而使制动盘的第一制动表面和第二制动表面粗糙化的步骤。该方法可进一步包括同时致动第一工具和第二工具以粗糙化制动盘的第一制动表面和第二制动表面以在第一制动表面和第二制动表面上形成多个同心凹槽。在致动步骤期间，第一工具和第二工具是静止的。该方法还可包括使第一制动表面上的多个同心的凹槽变形以形成多个变形的同心的凹槽。在一个或更多个实施例中，该方法可包括将涂层施加到第一制动表面的同心的凹槽的步骤。

公开了一种用于机械地粗糙化制动盘表面的切削工具。切削工具可包括：具有安装表面的主体；从安装表面向外突出的一排或更多排切削元件，每排的切削元件包括凹槽切削部分和峰形成部分，每个凹槽切削部分通过切削齿形成，每个峰形成部分形成在两个相邻的凹槽切削齿之间。凹槽切削齿可以在每排中彼此基本上等距离间隔开。每排的切削齿彼此平行，某一排中的凹槽切削齿与其它排的峰形成部分对齐。

根据本发明，提供一种方法，包括：在旋转具有相对的第一制动表面和第二制动表面的制动盘的同时，致动工具使制动盘的第一制动表面粗糙化以在制动盘的第一制动表面中形成多个同心凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：同时致动第一工具和第二工具以使制动盘的第一制动表面和第二制动表面粗糙化而在第一制动表面和第二制动表面上形成多个同心凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：同时致动第一工具和第二工具以粗糙化制动盘的第一制动表面和第二制动表面而在第一制动表面和第二制动表面上形成多个同心的凹槽，其中，在致动步骤期间，第一工具和第二工具是静止的。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括使第一制动表面上的多个同心的凹槽变形而形成多个变形的同心凹槽。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括将涂层施加到第一制动表面的同心的凹槽。

根据本发明，提供一种切削工具，包括：主体，具有安装表面；一排或更多排切削元件，从安装表面向外突出，每排的切削元件包括凹槽切削部分和峰形成部分，每个凹槽切削部分通过凹槽切削齿形成，每个峰形成部分形成在两个相邻的凹槽切削齿之间。

根据本发明的一个实施例，凹槽切削齿在每一排中彼此基本等距间隔开。

根据本发明的一个实施例，每排的切削元件彼此平行，某一排中的凹槽切削齿与其它排中的峰形成部分对齐。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的处理过的制动盘的透视图。

图2A示出了表面粗糙化之前制动盘表面的局部透视图。

图2B示出了具有形成在其上的同心圆的制动盘表面的局部透视图。

图3A示出了沿图2A的线3A-3A截取的粗糙化之前的制动盘表面的局部剖视图。

图3B示出了沿图2B的线3B-3B截取的制动盘表面的局部剖视图，制动盘表面已被加工而产生带有同心凹槽的凹入表面。

图3C示出了根据一个实施例的图3B的变形前后的同心凹槽的放大的示意图。

图4示出了根据一个实施例的制动盘和带有在制动盘上产生凹入表面的嵌件的工具块的示意性的侧视图。

图5示出了根据一个实施例的用于使制动盘表面粗糙化的嵌件的示意性的俯视图。

图6示出了根据一个实施例的使制动盘表面粗糙化的单侧方法的示意性的侧视图。

图7示出了根据一个实施例的使制动盘表面粗糙化的双侧方法的示意性的侧视图。

图8示出了根据一个实施例的用于使粗糙的制动盘的凹入表面的峰变平的变形刀片的详细示意图。

图9示出了相对于其他粗糙化方法的机械地粗糙化方法的一个实施例的粘附试验结果的图。

具体实施方式

现在将对发明人已知的本发明的组成、实施例和方法进行详细地说明。然而，应该理解的是，所公开的实施方案仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。因此，在此公开的具体细节不应被解释为限制，而仅是用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

除非另有明确说明，在本具体实施方式中指示材料的量或反应和/或使用的条件的所有的数值量应理解为由词语“大约”修饰以描述本发明的最宽的范围。

作为适合于结合本发明的一个或更多个实施例的给定目的一组材料或一类材料的描述意味着所述组或类的成分的任何两种或更多种的混合物是适合的。化学术语中成分的描述是指附加到说明书中指定的任何组合时的成分，并且不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩写词或其他缩写的第一个限定适用于相同缩写的此处所有的后续使用，将必要的修改应用于最初限定的缩写的正常语法变化。除非明确说明与此相反，属性的测量通过与先前或以后引用的同一属性相同的技术确定。

汽车盘式制动器包括承受高应力和磨损的制动盘。由于传统上使用的铸铁制动盘对于现代汽车结构可能太重，所以已提出来自诸如铝和镁的相对轻质材料的制动盘。这样的相对轻质金属制动盘涂覆有硬表面层用于适当的摩擦以及耐磨性。可以通过若干方法施加这种硬质层，例如将金属粉末或金属丝热喷涂到制动盘的表面上。制备保留这种硬质热喷涂金属层的制动盘表面。

已知各种表面制备方法，但这些方法有许多缺点。其中一种方法是喷砂，它有许多缺点，包括沉砂压裂、污染、结果随时间的可变性、产生大量浪费和破坏环境空气质量。制动盘粗糙化的其它已知方法包括Nissan(日产)的机械地粗糙化方法、HP(惠普)水刀和Braunschweig(不伦瑞克)方法。Honsel和Gühring在2008年开发了别的方法。Honsel方法从外部径向进给粗糙化工具并一次切削一个齿，这导致完成粗糙化操作需要大量时间。此外，它不能够一次提供制动盘两侧的粗糙化或者不能在工具沿螺旋方向移动时将制动盘内部或外部粗糙化。

因此，可期望提供没有这些缺点的热喷涂制动盘的表面制备的方法。更为理想的是提供制动盘的机械地粗糙化方法，它将是可重复的且具有基本上相同的结果，这将是快速的、有成本效益的、精确的并且将允许重复粗糙化以及同时粗糙化两侧。

根据一个或更多个实施例，可通过在制动盘表面中加工一系列的同心凹槽而使制动盘表面粗糙化来制备制动盘表面。可使用加工的凹槽，而无需进行进一步加工，但要进一步提高粘附强度，可使凹槽变形以增加结合强度。在此所公开的实施例为使制动盘表面粗糙化而提供粗糙化工具和方法，以提高随后施加的金属粉末或金属丝的粘附和结合。

图1示出了制动盘100和保持制动垫104的非旋转制动钳102的非限制性示例。制动盘具有外表面106、第一制动表面108和第二制动表面110。可通过在此公开的方法使第一制动表面108和/或第二制动表面110粗糙化。机械的粗糙化方法可用于第一制动表面108、第二制动表面110或第一制动表面108和第二制动表面110两者。第一制动表面108和第二制动表面110分别以外表面106为界，以形成第一制动表面边缘112和第二制动表面边缘114。

可在整个第一制动表面108、整个第二制动表面110或者第一制动表面108和/或第二制动表面110的一部分上执行机械的粗糙化。例如，第一制动表面108的边缘112和/或第二制动表面110的边缘114可以不进行粗糙化以通过提供防护唇(未示出)消除边缘破损。。

如图2A中所示，在粗糙化处理之前，第一制动表面108和第二制动表面110是相对光滑的表面而没有任何脊或凹槽。在粗糙化处理过程中，在第一制动表面108和/或第二制动表面110中加工多个凹槽200。从图2B中可以看到，凹槽200是同心的并且每个凹槽200具有基本上恒定的直径。同心凹槽200具有共同的中心和共同的轴线x，制动盘100绕轴线x旋转。

多个凹槽200至少包括同心的第一凹槽202和第二凹槽204。图2B示出了根据在此教导的方法形成在制动盘100的第一制动表面108上的同心凹槽202和204。从图2B中可以看出，第一凹槽202比第二凹槽204更邻近第一制动表面边缘112。第一凹槽202比第二凹槽204具有更大的基本恒定的直径。

多个同心凹槽200彼此相邻。第一凹槽202和第二凹槽204形成在同心的凹槽202和204之间延伸的峰206。如图3B中所示，多个峰206形成在多个同心的凹槽200之间。峰206可具有任何尺寸、形状和构造以充分激活制动表面108、110。在变形前和/或变形后，峰206可具有矩形、正方形、蘑菇、燕尾等形状或矩形、正方形、蘑菇、燕尾等形状的组合。峰206可变形而形成突出部(overhang)216，突出部216被设计为锁定可在随后施加到制动表面108、110的涂层。如图3C中所示，峰206具有变形前的峰宽208。所有峰206的变形前的峰宽208可基本上相同。峰206的变形前的峰宽208和/或变形后的峰宽218可从5μm到500μm，更优选地，为50μm到250μm，最优选地，从100μm到200μm。可预期任何其他峰宽208和218。变形前的峰宽208可不同于变形后的峰宽218，或者峰宽208和218可以基本相同。峰宽208和峰宽218之间的差由图3C中所示的宽度L1和L2限定。

可从图3A中看到粗糙化之前第一制动表面108和/或第二制动表面110的横截面。在图3B和3C中示出通过在此公开的粗糙化方法制备的包括多个同心凹槽200的表面108、110的横截面。

如图3B和3C中所示的，在相邻的峰206之间形成谷210。谷210由变形前的槽深212或变形后的槽深220以及谷宽214限定，如图3C中所示，图3C是图3B的制动表面108、110的横截面的放大示意图。变形前的槽深212和/或变形后的槽深220是从峰206的顶部到谷210的底部的距离。变形前的槽深212和/或变形后的槽深220可从5μm到500μm，更优选地从25μm到250μm，最优选地从50μm到100μm。可预期任何其他槽深212和220。变形前的槽深212可不同于变形后的槽深220，或槽深212和220可基本相同。变形前的槽深212和变形后的槽深220之间的差由图3C中示出的距离R限定。谷宽214是在两个相邻的峰206之间的距离。谷宽214可从50μm到500μm，更优选地为100μm到400μm，最优选地从200μm到300μm。可预期任何其他谷宽214。变形前的谷宽可与变形后的谷宽基本上相同或不同。

现在参照图4，示出了在此所公开的粗糙化过程中使用的工具300。工具300包括具有切削表面304的主体302。如图4中所示，工具300可包括工具块306和一个嵌件308。嵌件308包括切削表面304。切削表面304包括一排或更多排切削元件310。切削元件310可包括凹槽切削部分312、峰形成部分314、槽壁或内侧壁切削部分等或凹槽切削部分312、峰形成部分314、槽壁切削部分的组合。换句话说，切削元件310包括一个或更多个向外突出的切削齿316。每个峰形成部分314通过一对相对的槽壁切削部分之间的切削表面304形成。参照图4，嵌件308包括带有切削元件310的切削表面304。图4还示意性地示出了切削表面304通过多个齿或切削齿316形成。应当理解的是，示出的齿316的数量仅是示例性的。切削齿316可以是矩形形状，但是一个或更多个实施例可考虑例如正方形的其它形状。所有的切削齿316可具有相同的尺寸和形状。或者，至少一些切削齿316可具有与其余的切削齿316不同的尺寸和形状。但是，本公开不限于一个嵌件，并且工具300可包括多于一个嵌件308。

工具300可包括一排或更多排的切削齿316。可以按照各种图案构造切削齿316。优选地，工具300可包括一排切削元件310。工具300可具有被构造为方波形状的切削元件310。优选的波长是0.4mm，但是可考虑其它长度。更优选地，切削齿316可跨越工具300的表面以单排水平地对齐。在选择性的实施例中，切削齿316可被构造为Z字形图案的两排以增加工具300的强度并减少工具300破坏的可能性。在另一个选择性的实施例中，切削齿316可被构造为具有半个齿宽的两排以单独两次切削同心凹槽200。单排的切削齿316可被构造为由诸如带有钎焊金刚石边缘的固体碳化钨的精密研磨材料形成的一件。在另一实施例中，切削齿316可被构造为至少两部分，每部分覆盖小于工具300的整个长度。所述至少两部分可被安装在一起以节约成本并在机器400碰撞的情况下使损害最小化。

如上所述的工具300可以是另一个机器400(例如，车床)的一部分。车床可以是任何类型的车床。优选地，机器400是用于单侧粗糙化的卧式车床(horizontalbedfacinglathe)和用于双侧粗糙化处理的双转塔车床。

图5中可看到示例性工具300。图5的嵌件308包括在四个侧面上的切削齿316。每一侧包括多排切削齿316。凹槽切削齿316在第一制动表面108和/或第二制动表面110形成谷210。凹槽切削齿316之间的距离限定峰形成部分314。优选地，凹槽切削齿316等距地间隔开使得谷宽214和峰宽208是均匀的。例如，凹槽切削齿316可在第一排和至少第二排中等距地间隔开，第二排平行于第一排。

切削元件310可包括倒角以提供应力释放和易于安装切削元件310。切削元件310由耐用材料(优选的，诸如可替换的钎焊的多晶金刚石的硬金属)制成。在其他实施例中，可使用可替换的碳化钨元件。凹槽切削齿316和峰形成部分314的尺寸对应于形成在第一制动表面108和/或第二制动表面110上的凹槽200和峰206的预期尺寸。在示例性实施例中，包括切削元件310的工具部分的宽度可以等于制动盘100上的粗糙区域的径向宽度，例如，60mm至100mm。可考虑任何其他宽度。切削齿316的数量取决于进行粗糙化的制动盘凸缘120的宽度。例如，800mm宽的制动盘凸缘120可能需要带有200个同心凹槽切削齿316的工具300。

工具300可以是机械致动、液压致动、气动致动、机电致动等，或机械致动、液压致动、气动致动、机电致动的组合。优选地，致动工具300抵着硬止动块，更优选地，工具300具有弹簧加载的回缩。

本公开还提供了使第一制动表面108和/或第二制动表面110粗糙化的方法。机械的粗糙化方法包括以下步骤，这些步骤可以以任何顺序实施或根据期望重复。以下步骤只公开了第一制动表面108的粗糙化。传入制动盘100应该具有呈方形的和有孔的轮毂、粗加工的轮廓和相等的凸缘。将制动盘100装载到诸如车床的机器400上。优选地，车床是卧式车床。将制动盘100定位在转子孔和花盘(faceplate)表面上。将制动盘100装载在机器400上，朝向花盘表面402径向和轴向地安放制动盘100。执行一次或更多次端面切削以使得制动盘100与花盘表面402装准。使制动盘100绕轴线x旋转。进给工具块306以在第一制动表面108中切削多个凹槽200。进给工具块306为选择区域的涂层切削凹入型腔。执行第一制动表面108整个区域的粗糙化。执行第一制动表面108的一部分的粗糙化。使第一制动表面108的选定区域粗糙化。在第一制动表面108的至少一部分中切削多个同心凹槽200。形成多个峰206。使工具块306压抵第一制动表面108。在第一制动表面108中压出多个同心凹槽200。在第一制动表面的108中同时生成所有的同心凹槽200。在一次挤压中，在第一制动表面108中生成所有同心凹槽200。将工具块306退回到固定点。使第一制动表面108上的多个同心凹槽200变形以形成多个变形的同心凹槽200。将涂层施加到第一制动表面108中的同心凹槽200。松开制动盘100。卸载制动盘100。

图6中示出了单侧方法。将具有制动盘凸缘120的制动盘100装载到机器400上以面对机器400的花盘表面402。使工具块306压抵第一制动表面108。诸如在图4和图5中最能看见的，多个切削元件310切削多个同心凹槽200并在凹槽之间形成多个峰206。单侧方法的优点之一在于动态稳定的刚性设置。可容易地控制刀片的尺寸和位置。

下面的步骤公开了使第一制动表面108和第二制动表面110同时粗糙化。传入的制动盘100必须有打孔和方形的轮毂和粗加工的轮廓。在粗糙化处理过程中可完成粗加工。所述机械地粗糙化的方法包括以下步骤，这些步骤可以以任何顺序实施或根据期望重复。将制动盘100定位在诸如卧式双转塔车床(horizontalbeddoubleturretlathe)的机器400上。将制动盘100沿径向和轴向朝向芯轴404上的固定止动块装载。执行两侧或更多侧的端面切削以装准以及均衡制动盘100并控制粗糙化的尺寸。执行粗糙化操作，从相对侧将工具块306进给固定深度而切削多个同心凹槽200并形成多个峰206。使第一制动表面108和/或第二制动表面110的一部分粗糙化。使第一制动表面108和/或第二制动表面110选择的区域粗糙化。在第一制动表面108和第二制动面110中同时压出同心凹槽。同时致动第一工具300和第二工具300以粗糙化第一制动表面108和第二制动表面110而在第一制动表面108和第二制动表面110上形成多个同心凹槽200。同时致动第一工具300和第二工具300以使第一制动表面108和第二制动表面110粗糙化而在第一制动表面108和第二制动表面110上形成多个同心凹槽200，而在致动步骤期间，第一工具300和第二工具300是静止的。将一个或更多个工具块306退回到固定点。使第一制动表面108和/或第二制动表面110上的多个同心凹槽200变形以形成多个变形的同心凹槽200。从相对两侧将扫刀条(wiperbar)进给到固定止动块以使多个凹槽200变形。将扫刀条进给到固定止动块以使多个凹槽200变形。将涂层施加到第一制动表面108和/或第二制动表面110的同心凹槽200。松开制动盘100。卸载制动盘100。

图7示出了双侧粗糙化。如上所述，将制动盘100装载到芯轴404上。使一个工具块306压抵第一制动表面108，另一个工具块306压抵第二制动表面110。同时轴向进给和退回这两个工具块306。双侧粗糙化方法的优点之一在于如果使制动盘100的两侧粗糙化将减少步骤的数量。

可以重复粗糙化过程，例如，工具300可以从原始粗糙化位置偏移。该粗糙化过程可以重复而与第一制动表面108上前一组的凹槽200重叠。可通过切削半个宽度的凹槽200并随后径向偏移工具300以切削凹槽200剩下的一半来执行粗糙化处理以增加成本节约。

如上面所讨论的，可使凹槽图案变形以生成突出部216。突出部216被设计为锁定随后施加的涂层。在图3B和3C中示出了突出部216。在图3C中示出了变形后的峰宽218和变形后的槽深220。可通过挤压凹槽峰206的顶部而形成突出部216。为将凹槽200变形为预期形状，主轴反转而完成扫击以在凹槽200上形成燕尾形状。优选的扫击深度可从5μm到50μm，优选地从10μm到30μm。扫刀可选的变形可以是3μm，优选地为6μm。或者，可使用具有切削齿501的变形刀片500压平峰206，这在抵着前挡块时被激活。图8示出了带有切削齿501的变形刀片500的示意图。

现在参照图9，公开了本公开的机械地粗糙化的方法相比于其他粗糙化方法的粘附试验结果。如可以看到的，Ford(福特)的机械地粗糙化的方法(MRP)的结果比诸如喷砂处理、Honsel方法和HP水刀的其它机械表面方法具有更好的表面粘附。因此，目前公开的机械的粗糙化在制动盘表面和热喷涂表面层之间提供了高粘合强度。

虽然如上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (12)

1.一种制动盘，包括：

外表面；

相对的第一制动表面和第二制动表面，每个制动表面以所述外表面为界以形成相对的第一制动表面边缘和第二制动表面边缘；

多个同心的凹槽，包括在所述第一制动表面上。

2.根据权利要求1所述的制动盘，其中，所述多个同心的凹槽中的每个具有基本恒定的直径。

3.根据权利要求1所述的制动盘，其中，所述多个同心的凹槽包括同心的第一凹槽和第二凹槽。

4.根据权利要求3所述的制动盘，其中，所述第一凹槽比所述第二凹槽更邻近所述第一制动表面边缘，所述第一凹槽比所述第二凹槽具有更大的基本恒定的直径。

5.根据权利要求3所述的制动盘，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽彼此邻近并形成在第一凹槽和第二凹槽之间延伸的峰。

6.根据权利要求5所述的制动盘，其中，每个峰的宽度是100μm到200μm。

7.根据权利要求5所述的制动盘，其中，所述第一凹槽和第二凹槽均包括槽深和谷宽。

8.根据权利要求7所述的制动盘，其中，所述第一凹槽和第二凹槽中的每个的所述槽深是50μm到150μm。

9.根据权利要求7所述的制动盘，其中，所述第一凹槽和第二凹槽中的每个的所述谷宽是200μm到300μm。

10.根据权利要求1所述的制动盘，其中，所述多个同心的凹槽包括在所述第一制动表面的一部分上。

11.根据权利要求1所述的制动盘，还包括形成在所述第二制动表面上的多个同心的凹槽。

12.根据权利要求11所述的制动盘，其中，所述第二制动表面上的多个同心的凹槽包括第一凹槽和第二凹槽，其中，所述第一凹槽比所述第二凹槽更邻近所述第一制动表面边缘，所述第一凹槽具有比所述第二凹槽更大的基本恒定的直径。