CN106077505B - 一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺 - Google Patents

一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于制造业领域，具体为一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，包括如下步骤金属熔炼：成分分析、浇注、恒温、脱模、清理、锻坯、模锻、脱模、切边、堆冷、表面处理、机加工、热处理和装配成品。本发明极易融合内部缺陷，特别是内部的缩孔、缩松缺陷，利用液体固化放热现象，并能同时消除铸件内部的气孔，提高了锻件的综合力学性能。

Description

一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺
技术领域
本发明属于制造业领域，具体为一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺。
背景技术
制动盘是高速列车安全运行的重要保证，在随着现代化的高速列车不断提速，高速列车对制动盘的要求越来越高。主要体现在高速列车速度高和运行条件恶劣的制动工况下，巨大的制动热负荷及热冲击引起很高的温度梯度，从而带来很高的热应力，使得制动盘在工作的过程中会产生应力集中，在工作一段时间后，制动盘容易产生断裂，进而发生事故。因此，制动盘需要改进以满足高速列车的使用要求。
在对制动盘进行改进时，主要表现为对制动盘的材料进行改进。现有技术中的制动盘主要为铸钢制成，现有的改进技术主要体现在对铸钢的成分进行改进，如《粉末冶金材料科学与工程》在2009年8月第14卷第4期发表的文献“高速列车铸钢制动盘材料的研究”，选用铸钢作为制动盘材料，对其化学成分和盘结构进行设计，并对制动盘材料进行性能研究，通过制动动力试验台对制动盘进行验证试验。研究结果表明，所研制的高速列车铸钢制动盘材料在常温及高温下的力学性能良好，抗热变形能力和热稳定性能优异，韧性：耐磨性和铸造工艺性能好，是理想的制动盘材料；试制的铸钢制动盘紧急制动距离短，盘面光洁，完全满足我国高速动车组制动技术条件及《铁路主要技术政策》的规定；铸钢制动盘与粉末冶金闸片相匹配的摩擦副摩擦制动性能良好，而且安全可靠，能满足200km/h和300km/h。但这类材料重量较重，增加高速列车自身的重力，变相提高了高速列车的摩擦力。同时，仅仅争对材料的改进，所制备的制动盘在成分并不均匀，会存在成分偏析，因而需要对制动盘的制动工艺进行改进，而目前没有很好的办法得以解决这个问题。
复合成形技术突破了传统成形技术的局限性，通过结合各个成形技术的优势，弥补单一成形技术的局限，能获得高品质的金属零件。铸锻复合成形技术将铸造和锻造相结合，取长补短，可成形高性能复杂形状零件，在金属材料复合成形技术领域占有重要地位。
目前国内主要采用铸锻复合塑性成形工艺，工艺过程为：坯料熔炼：铸造：铸坯：加热：模锻：切边：校正：热处理。其充分发挥锻造和铸造的双重优势，克服传统模锻的固有缺点，可获得所需形状：尺寸和质量的铸锻件。
现有多家国内企业采用这种工艺获得成功，如北方通用动力集团有限公司在30~50kN模锻锤上模锻成形获得了成功，扭转了特大型刮煤板应在≥160kN模锻锤或≥120~125MN电动螺旋模锻压力机等特大型设备上成形或依赖国外进口的被动局面。
制动盘是薄壁环状零件，重量约70kg，属于大型锻件了，零件结构复杂，有许多散热筋，目前以铸造为主。锻造的制动盘也有，锻造工序多，加热次数多，工艺复杂，成本高。
但目前铸锻成形工艺用于制动盘制造尚未开始，我单位开始着手开发连续铸锻工艺制造制动盘。特别是大型环形铸件金属模铸造与锻造的结合，及运用铸造余热连续锻造，减少二次加热进行尝试。采用了最新的铸造涂层工艺技术，克服铸件粘连难于脱模技术难关，保护模具，解决了单纯锻造制造制动盘难成型，单纯铸造机械性能不能满足要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明通过改变原材料及生产工艺，提高国产制动盘的综合力学性能，延长使用寿命，降低制动盘的断裂几率。
为实现上述技术目的，本发明采取的具体的技术方案为：
步骤一：将原材料在1500-1750℃下进行金属熔炼，所述原材料的合金成分为：碳0.25-0.31%，硅0.032-0.038%，锰0.57-0.73%，钒0.27-0.33%，铬1.27-1.33%，镍0.32-0.38%，钼0.72-0.78%，其余量为铁；
步骤二：对熔炼的原材料进行成分分析，在步骤一的金属熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对减少的成分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为400-600℃；
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到950-1100℃，铸件脱模；
步骤六：清除铸件表面氧化皮，杂质，表面温度不低于900℃；
步骤七：将清理后的铸件送模锻机，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初件进行表面处理，包括对制动盘初件依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘初件进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
作为本发明的改进的技术方案，在浇注过程中还包括对浇注用模具进行表面涂层，涂层厚度为3-4um。
作为本发明的改进的技术方案，所述涂层采用的原料为：氧化锌5份；水玻璃1.2份；水90份；三氧化二铝0.8份；玻璃粉3份；所述涂层的制备方法为水玻璃和水在90-100℃下搅拌混合，然后加入氧化锌；三氧化二铝和玻璃粉。
本发明的有益效果：
在进行制动盘制备的过程中，金属熔炼：浇注以及模锻等工艺为连续进行，中间不需进行加热，在进行模锻工艺过程时，能利用浇注得到的铸件的余热进行锻造成型，减少二次加热，内部温度高，极易融合内部缺陷，特别是内部的缩孔、缩松缺陷，利用液体固化放热现象，使去氧化皮，转运等有充足的时间。并能同时消除铸件内部的气孔，提高了锻件的综合力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚：完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1
本发明的制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，包括如下步骤，
步骤一：金属熔炼；
金属熔炼包括选用原材料，保证原材料的合金成分为：碳0.25%，硅0.032%，锰0.57%，钒0.27%，铬1.27%，镍0.32%，钼0.72%，其余量为铁。
步骤二：成分分析；
对熔炼的原材料进行成分分析，将原材料在1500-1750℃下进行熔炼，熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对成分减少的组分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为400℃，
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到950℃，铸件脱模，
步骤六：清除铸件表面氧化皮，杂质，表面温度不低于900℃，
步骤七：将清理后的铸件送模锻机，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初件进行表面处理，包括对制动盘初件依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘初件进行涂装；所涂装的主要为耐磨防腐涂料，具体组成成分为：氧化锌 2份、氟树脂10份、环氧树脂3份、磷酸锌1份、三氧化二铝1份、三乙烯二胺0.1份，使用过程中先将固体组分优先混合均匀，然后加入液体组分，整个配方混合完成后静置10-20min进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
实施例2
本发明的制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，包括如下步骤，
步骤一：金属熔炼；
金属熔炼包括选用原材料，保证原材料的合金成分为：碳0.31%，硅0.038%，锰0.73%，钒0.33%，铬1.33%，镍0.38%，钼0.78%，其余量为铁；
步骤二：成分分析；
对熔炼的原材料进行成分分析，将原材料在1500-1750℃下进行熔炼，熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对成分减少的组分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为600℃；
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到1100℃，铸件脱模；
步骤六：清除铸件表面氧化皮，杂质，表面温度不低于900℃；
步骤七：将清理后的铸件送模锻机，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初件进行表面处理，包括对制动盘初件依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘初件进行涂装；所涂装的主要为耐磨防腐涂料，具体组成成分为：氧化锌10份、氟树脂15份、环氧树脂8份、磷酸锌5份、三氧化二铝3份、三乙烯二胺0.2份，使用过程中先将固体组分优先混合均匀，然后加入液体组分，整个配方混合完成后静置10-20min进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
实施例3
本发明的制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，包括如下步骤，
步骤一：金属熔炼；
金属熔炼包括选用原材料，保证原材料的合金成分为：碳0.28%，硅0.035%，锰0.68%，钒0.3%，铬1.3%，镍0.35%，钼0.75%，其余量为铁。
步骤二：成分分析；
对熔炼的原材料进行成分分析，将原材料在1500-1750℃下进行熔炼，熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对成分减少的组分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为500℃；
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到1000℃，铸件脱模；
步骤六：清除铸件表面氧化皮，杂质，表面温度不低于900℃；
步骤七：将清理后的铸件送模锻机，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初件进行表面处理，包括对制动盘初件依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘初件进行涂装；所涂装的主要为耐磨防腐涂料，具体组成成分为：氧化锌 6份、氟树脂12份、环氧树脂5份、磷酸锌3份、三氧化二铝2份、三乙烯二胺0.15份，使用过程中先将固体组分优先混合均匀，然后加入液体组分，整个配方混合完成后静置10-20min进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
实施例4
本发明的制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，包括如下步骤，
步骤一：金属熔炼；
金属熔炼包括选用原材料，保证原材料的合金成分为：碳0.25-%，硅0.036%，锰0.57%，钒00.33%，铬1.27%，镍0.38%，钼0.72%，其余量为铁；
步骤二：成分分析；
对熔炼的原材料进行成分分析，将原材料在1500-1750℃下进行熔炼，熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对成分减少的组分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为550℃；
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到1100℃，铸件脱模；
步骤六：清除铸件表面氧化皮，杂质，表面温度不低于900℃；
步骤七：将清理后的铸件送模锻机，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初件进行表面处理，包括对制动盘初件依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘初件进行涂装；所涂装的主要为耐磨防腐涂料，具体组成成分为：氧化锌 1-10份、氟树脂10-15份、环氧树脂3-8份、磷酸锌1-5份、三氧化二铝1-3份、三乙烯二胺0.1-0.2份，使用过程中先将固体组分优先混合均匀，然后加入液体组分，整个配方混合完成后静置10-20min进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一：将原材料在1500-1750℃下进行金属熔炼，所述原材料的合金成分为：碳0.25-0.31%，硅0.032-0.038%，锰0.57-0.73%，钒0.27-0.33%，铬1.27-1.33%，镍0.32-0.38%，钼0.72-0.78%，其余量为铁；
步骤二：对熔炼的原材料进行成分分析，在步骤一的金属熔炼半小时后抽样检查熔液的组成成分，并对减少的组分进行补充，补充完成后继续熔炼半小时；
步骤三：在进行浇注前先对浇注模具型腔喷涂特殊涂层，干燥固化处理，然后进行整体预热处理，预热方式为远红外加热，加热至模具温度为400-600℃；所述特殊涂层采用的原料为：氧化锌5份；水玻璃1.2份；水90份；三氧化二铝0.8份；玻璃粉3份；
步骤四：然后浇注，控制浇注速度使得熔液完全充满浇注型腔；
步骤五：冷却固化，表面温度下降到950-1100℃，铸件脱模；
步骤六：清除铸件表面氧化皮和杂质，表面温度不低于900℃；
步骤七：将清理后的铸件送模锻机模锻，从而得到模锻件；
步骤八：对模锻件进行脱模，并将模锻过程中产生的飞边进行切边处理；将切边后的模锻件进行整齐堆放，进行自然冷却；
步骤九：对制动盘初件进行均匀化退火处理；
步骤十：对完成冷却的模锻件进行机加工，得到制动盘初加工件；
步骤十一：对制动盘初加工件进行表面处理，包括对制动盘依次进行表面抛丸处理和表面氮化处理；
步骤十二：对完成表面处理后的制动盘进行涂装；
步骤十三：对涂装后的制动盘初件进行装配，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，其特征在于，步骤三中的浇注模具为金属模具，在浇注过程中还包括对浇注用模具型腔表面喷涂涂层，涂层厚度为3-4um。
3.根据权利要求2所述的一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，其特征在于，涂层的制备方法为水玻璃和水在90-100℃下搅拌混合，然后加入氧化锌、三氧化二铝和玻璃粉。
4.根据权利要求1所述的一种制动盘的铸锻复合塑性成形工艺，其特征在于，步骤七中要保持铸锻的连续性，铸件冷却不低于1000℃，进行锻造。
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