CN106256462A - 用于车辆的盘中鼓式制动盘及其制造方法 - Google Patents

用于车辆的盘中鼓式制动盘及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种盘中鼓式制动盘，其包含主制动部和盘帽部，该盘帽部与主制动部结合并具有在其摩擦表面上形成的喷涂层。本发明还涉及盘中鼓式制动盘的制造方法，其包括铸造主制动部并将主制动部放置在模具中，并向模具中注入铝合金熔化物的步骤。该方法还包括冷却主制动部和盘帽部，并分离模具以制造盘中鼓式制动盘的步骤。该方法包括对盘帽部的内径部分的表面进行抛光，并使用氧化铝对表面进行短喷砂工序。该方法还包括在已进行过短喷砂工序的内径部分上形成喷涂层。

Description

用于车辆的盘中鼓式制动盘及其制造方法
技术领域
本公开涉及盘中鼓式制动盘及其制造方法。
背景技术
在这部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，且不构成现有技术。
通常而言，用于车辆的制动系统根据制动系统的功能而划分为脚制动系统以及驻车制动系统，在脚制动系统中，驾驶员在驾驶车辆时将他或她的脚按下踏板以向车辆提供制动力，而在驻车制动系统中，驾驶员在停车或停止车辆时对杆等进行操纵以制动车辆，从而车辆由于外部冲击或在斜坡道路上的自身负荷而无法移动。
用于车辆的制动系统可以根据制动系统的操作方法而划分为盘式制动系统和鼓式制动系统。
在这当中，盘式制动系统具有的结构为，在与车轮一起转动的盘的两面上设置的垫片通过压紧盘来制动盘，且主要安装在车辆的前轮上；而鼓式制动系统具有的结构为，在与车轮一起转动的鼓中设置的一对制动蹄通过扩张以制动鼓，且主要安装在后轮上。
此处，安装在后轮中的鼓式制动系统起到驻车制动器以及主要制动器的作用。
更具体地说，鼓式制动系统经由钢索而与在车辆内部设置的驻车制动杆连接。因此，当使用者操作驻车制动杆时，由钢索拉动的制动蹄紧紧地贴附于制动鼓，从而产生制动力。
近来，不是鼓式制动器，而是盘式制动器也已经被用于车辆的后轮。如此，在盘式制动器用于后轮的情况下，驻车制动独立于盘式制动器而设置，其以盘中鼓式(drum in hat，DIH)制动系统执行。盘中鼓式制动系统具有设置在盘式制动系统中的鼓式制动系统，且根据现有技术的常见盘中鼓式制动系统具体地公开在现有技术中。
如相关现有技术中所述，在盘中鼓式制动系统的主制动部中设置的盘帽部的内径部分(其是与摩擦材料产生机械摩擦的一部分)应当易于排放摩擦热并具有优良的耐久性。常规地，上述盘帽部主要使用具有良好的耐热性和耐磨性的灰铸铁。
然而，作为通过引起片状石墨而获得的铸铁的灰铸铁具有良好的机械强度和良好的耐腐蚀性以及振动吸收性等，而其比重为7.2g/cm3，算是较重的。因此，灰铸铁可能会使车辆的行车品质、可操作性和燃料效率变差。
此外，由于近期石油能源枯竭、气候变化等问题，在全球汽车产业中，用于改善燃料效率的技术开发正不断增加。
发明内容
本公开提供一种盘中鼓式(DIH)制动系统，其能够在减少车辆重量增加的同时改善车辆的制动力，从而改善车辆的行车品质、可操作性和燃料效率，并还提供其制造方法。
此外，本公开提供一种DIH制动系统，其能够改善盘帽部的与摩擦材料产生摩擦的内径部分的耐磨性，并还提供其制造方法。
根据本公开的一个形式，提供一种盘中鼓式制动盘的制造方法，该方法包括：铸造铸铁以制造主制动部的主制动部铸造操作；将主制动部放在模具中并向模具中注入铝合金熔化物以形成盘帽部的盘帽部铸造操作；在室温下冷却主制动部和盘帽部并分离模具以制造盘中鼓式(DIH)制动盘的模具分离操作；抛光盘帽部的内径部分的表面以改善喷涂层的粘附的第一表面处理操作；使用氧化铝对盘帽部内径部分的表面进行短喷砂工序的第二表面处理操作；以及在已进行过短喷砂工序的盘帽部的内径部分形成喷涂层的喷涂操作。
制造方法还可以包括，在主制动部铸造操作后，预热主制动部至400～500℃以改善铝合金熔化物的流动性和填充特性的主制动部预热操作。
在第一表面处理操作中，盘帽部的内径部分可以研磨成具有1.0～2.0μm的表面粗糙度Ra。
在第二表面处理操作中，盘帽部的内径部分可以进行短喷砂处理以具有5.0～8.0μm的表面粗糙度Ra。
在喷涂操作中，喷涂层可以使用火焰线材喷涂法由高碳钢盘条(SWRH)铁(Fe)丝形成。
在喷涂操作中，喷涂层可以在10～25μm/道次的速度下形成，且喷涂层可以包含0.44～0.51wt％的碳(C)、0.15～0.35wt％的硅(Si)、0.60～0.90wt％的锰(Mn)、0.04wt％或更少(但除0wt％外)的磷(P)、0.04wt％或更少的硫(S)、余量的铁(Fe)和附带的杂质。
制造方法还可以在喷涂操作后包括，抛光喷涂层使得喷涂层的厚度为100～150μm且喷涂层的表面粗糙度为0.8～1.8μm的喷涂层抛光操作。
铝合金熔化物可以包含11～13wt％的硅(Si)、3～5wt％的铜(Cu)、2～4wt％的镍(Ni)、余量的铝(Al)和附带的杂质。
根据本公开的另一个形式，提供一种用于车辆的盘中鼓式(DIH)制动系统，其包含：主制动部，其由铸铁材料构成；以及盘帽部，其结合至与车轮一起旋转的主制动部，并具有在其摩擦表面上形成的喷涂层。
盘帽部可以由包含11～13wt％的硅(Si)、3～5wt％的铜(Cu)、2～4wt％的镍(Ni)、余量的铝(Al)和附带的杂质的铝合金而形成。
喷涂层可以包含0.44～0.51wt％的碳(C)、0.15～0.35wt％的硅(Si)、0.60～0.90wt％的锰(Mn)、0.04wt％或更少(但除0wt％外)的磷(P)、0.04wt％或更少的硫(S)、余量的铁(Fe)和附带的杂质。
喷涂层的厚度可以为100～150μm，且喷涂层的表面粗糙度可以为0.8～1.8μm。
喷涂层可以是Fe基火焰喷涂层，且喷涂层的硬度Hv可以为300～400。
主制动部的抗拉强度可以为170Mpa或更高，且盘帽部的抗拉强度可以为100Mpa或更高。
此外，基于本文提供的描述，应用领域将会使明显的。应当理解，说明书和具体实例仅出于示例说明的目的，且并不意在限制本公开的范围。
附图说明
为较好地理解本公开，现在将参考附图描述以实例方式给出的其多种形式，其中：
图1是示出常见盘中鼓式制动盘的透视图；
图2是根据本公开一个形式的盘中鼓式制动盘的制造方法的流程图；
图3是示出通过火焰线材喷涂形成的喷涂层的视图；以及
图4是示出通过电弧喷涂形成的喷涂层的视图。
本文的附图仅出于示例说明的目的，而并不意在以任何形式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下说明在本质上仅是示例性的，且并不意在限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记指代相似或对应的部件和特征。
参考图1，通常用于车辆的盘中鼓式制动盘包含主制动部100和盘帽部200。具体地，盘帽部200的与摩擦材料(内衬)产生机械摩擦的内径部分210应当具有良好的耐磨性。
在根据本公开的一个形式的盘中鼓式制动盘的制造方法中，主制动部100由灰铸铁制造，且盘帽部200由铝合金制造，以减少车辆的重量。此处，为补充铝的耐磨性，盘帽部200的耐磨性通过在盘帽部200的内径部分210中形成喷涂层而进行改善。
图2是根据本公开的一个形式的盘中鼓式制动盘的制造方法的流程图。
如图2所示，根据本公开的一个形式的盘中鼓式制动盘的制造方法包括：主制动部100的铸造操作、盘帽部200的铸造操作、模具的分离操作、第一和第二表面处理操作、以及喷涂操作。
在主制动部100的铸造操作中，主制动部100通过铸造具有良好静摩擦系数与动摩擦系数以及良好的耐热性与耐磨性的灰铸铁而制造。主制动部100可以通过重力铸造、差压铸造、低压铸造、真空吸铸、压铸或挤压铸造来制造，且也可以采用砂型铸造。
在该情况中，主制动部100可以形成为具有170MPa或更高的抗拉强度，其还可以包含放射状地形成在内圆周表面上的结合盘帽部200的多个结合突起，从而加强与盘帽部200的结合力。
在制备主制动部100的情况中，在盘帽部200的铸造操作中，将主制动部100放置在预先制造的模具中并铸造盘帽部200。
盘帽部200也可以通过与主制动部100相似的各种铸造进行制造，并且可以通过重力铸造或低压铸造进行制造。
在该情况下，盘帽部200可以使用铝合金形成。更具体地，在铸造盘帽部200时使用的铝合金熔化物包含11～13wt％的硅(Si)、3～5wt％的铜(Cu)、2～4wt％的镍(Ni)、余量的铝(Al)和附带的杂质。
因此，盘帽部200由铝合金而非常规的更高重量的灰铸铁制造而成，从而车辆会减轻，由此使得可以改善燃料效率和驾驶操作性。
硅(Si)在合金固化过程中改善铝合金的耐磨性和机械特性，并改善铝合金熔化物的流动性。在硅(Si)含量少于11wt％的情况下，合金的强度会降低，且在硅(Si)含量超过13wt％的情况下，其强度得以改善，但是由于脆性增加，其延伸率降低。因此，硅(Si)的含量可以限制在11～13wt％的范围内。
同时，铜(Cu)通过引起强化效应来改善铝合金的耐腐蚀性和机械特性。在铜(Cu)含量少于3wt％的情况下，由于强化效应不充分，铝合金的耐腐蚀性和机械特性不会得到充分改善，并且在铜(Cu)含量超过5wt％的情况下，合金的铸造性降低。因此，铜(Cu)的含量可以限制在3～5wt％的范围内。
此外，镍(Ni)是通过与铝形成金属间化合物而改善铝合金的高温特性和铸造性的元素。在镍含量低于2wt％的情况下，由于金属间化合物如Al3Ni的产生较少，铝合金的高温特性和铸造性无法得到充分地确保，并且在镍含量超过4wt％的情况下，由于金属间化合物变得粗糙，铝合金的脆性会增加。因此，镍(Ni)的含量可以限制在2～4wt％的范围内。
同时，根据本公开的形式的盘中鼓式制动盘的制造方法还可以在主制动部100的铸造操作与盘帽部200的铸造操作之间包括预热由铸铁构成的主制动部100的主制动部100预热操作。
结果，形成盘帽部200的铝合金熔化物的流动性和填充特性可以得到改善。
在该情况下，主制动部100可以预热到400～500℃。原因为，在主制动部100被预热到低于400℃温度的情况下，难以充分地确保铝合金熔化物的流动性和填充特性，并且在主制动部100被预热到超过500℃温度的情况下，可能引起主制动部100的变形。因此，主制动部100的预热温度可以限制在400～500℃的范围内。
如果铝合金熔化物的注入已完成，那么在模具的分离操作中，注入到模具中的铝合金熔化物在室温下冷却，并然后从模具中分离，从而制造出盘中鼓式制动盘。
如上所述，如果已形成盘中鼓式制动盘，则进行对盘帽部200的内径210的表面进行抛光的第一表面处理操作。
在该情况下，通过从由粗磨、车削加工(精整工序)以及珩磨加工(研磨工序)组成的抛光工序中除去珩磨工序，按照粗磨工序和车削工序的顺序进行第一表面处理操作。内径部分210优选地抛光成具有1.0～2.0μm的表面粗糙度。原因为，由于在接下来的第二表面处理工序中用于加强喷涂层的粘附而进行的短喷砂工序中，内径部分210的表面状态会改变。
在如上所述的第一表面处理工序已完成的情况下，在第二表面处理工序中，遮蔽主制动部100的不形成喷涂层的内表面部分和侧面部分，且然后使用氧化铝粉等对其进行短喷砂处理，从而增加喷涂层的粘附区域，以改善粘附。
在该情况下，使内径部分210进行短喷砂处理，以具有5.0～8.0μm的表面粗糙度。原因为，在内径部分210的表面粗糙度小于5.0μm的情况下，喷涂层的粘附会降低，并且在内径部分210的表面粗糙度超过8.0μm的情况下，会造成喷涂层的表面缺陷。
在第一和第二表面处理操作已完成的情况下，在喷涂操作中，喷涂层在盘帽部200的内径部分210上形成。
喷涂层以通过火焰线材喷涂方形成具有0.44wt％或更高碳含量的高碳钢盘条(SWRH)的方式形成，且包含0.44～0.51wt％的碳(C)、0.15～0.35wt％的硅(Si)、0.60～0.90wt％的锰(Mn)、0.04wt％或更少(但除0wt％外)的磷(P)、0.04wt％或更少的硫(S)、余量的物铁(Fe)和附带的杂质。
此处，在SWRH的碳含量低于0.44wt％的情况下，随着SWRH自身的抗拉强度降低，喷涂层的硬度降低，且随着石墨产生量的减少，散热特性和润滑特性降低，从而降低耐磨性。因此，在一个形式中，喷涂层使用碳含量为0.44wt％或更多的SWRH形成。
图3是示出通过火焰线材喷涂形成的喷涂层的视图，且图4是示出通过电弧喷涂形成的喷涂层的视图。
如图3所示，根据本公开的喷涂层可以通过火焰线材喷涂法形成。原因是，与电弧喷涂法或等离子喷涂法相比，火焰线材喷涂法不昂贵，从而降低制造成本，并且在铁(Fe)基喷涂层被涂覆成具有200μm或更高的厚度的情况下，由于铁(Fe)基喷涂层与作为基材的铝合金之间的热膨胀系数差，可能发生粘附力的降低。因此，通过火焰线材喷涂法形成的喷涂层具有最低的热源和熔融颗粒的温度。
同时，在根据等离子弧喷涂法的另一个形式中，如图4所示，熔融颗粒的颗粒速度较快，从而使得可以克服热膨胀系数并确保粘附力。然而，由于热源的温度较高，盘厚度变化(DTV)和失效会引起盘的缺陷。此外，根据电弧喷涂法，由于散布有熔融颗粒的区域(即，着火点)较宽，与火焰线材喷涂法相比时，涂层的微结构和粘附状态较差。因此，根据本公开的一个形式的喷涂层通过火焰线材喷涂法而非电弧喷射法而形成。
在该情况下，Fe涂层的相对于喷枪各个道次的厚度为10～25μm。原因是，在所加工的Fe涂层的厚度超过25μm/道次的情况下，在喷涂层中的残余应力会增加，从而降低粘附力，并且在所加工的Fe涂层的厚度小于10μm/道次的情况下，循环时间增加，从而增加制造成本并降低生产力。
此处，将盘中鼓式制动盘装在可转动的夹具中，从而以预定速度进行转动，且喷枪通过在保持与内径部分210的预定角度的同时以预定速度在盘中鼓式制动盘的垂直方向上进行往复运动来形成喷涂层。
根据本公开的一个形式的盘中鼓式制动盘的制造方法还可以在喷涂操作后包括喷涂层抛光操作，为满足终产品需要的喷涂层的厚度和表面粗糙度。
在一个形式中，将喷涂层抛光成具有100～150μm的喷涂层厚度，且其表面粗糙度Ra为0.8～1.8μm。
原因是，在喷涂层的厚度小于100μm的情况下，由于薄喷涂层的磨损，喷涂层的更换周期变短，在喷涂层的厚度超过150μm的情况下，制造成本增加其耐磨性无法显著改善。在喷涂层的表面粗糙度小于0.8μm的情况下，摩擦系数不能充分地确保，从而减少车辆的制动力，并且在喷涂层的表面粗糙度为1.8μm或更大的情况下，摩擦材料的磨损会加速。
根据本公开的一个形式的盘中鼓式制动盘包含主制动部100和盘帽部200。在这种情况下，铁(Fe)基喷涂层在盘帽部200的内径部分210上形成。
在该情况下，盘帽部200优选地由具有改善的耐腐蚀性和耐热性的铝(Al)合金材料形成。因此，车辆，具体为其非簧载质量等会减轻，从而使得可以改善行车品质和燃料效率。
同时，通过形成喷涂层来提高铝合金的较低耐磨性，从而使得可以减轻车辆并保持制动性能。
根据本公开，喷涂层由铁(Fe)形成，但不限于此。例如，可以有选择地使用具有优良的耐磨性、耐热性和振动吸收性的多种金属。
此外，可以满足喷涂层的300～400的硬度Hv。原因是，在喷涂层的硬度超过400的情况下，由于会增加对另一部件的侵入，可能引起摩擦材料如内衬的过度磨损以及噪声，并且在喷涂层的硬度小于300的情况下，喷涂层的磨损量会增加。因此，喷涂层的硬度Hv可以在300～400之间。
如上所述，根据本公开的形式，盘帽部从传统的灰铸铁替换为具有喷涂层的铝合金，从而车辆可以减轻，由此可以改善车辆的行车品质、可操作性和燃料效率
此外，喷涂层在盘帽部的内径部分形成，从而可以改善耐久性和制动能力。
上述的形式可以由本公开所属领域的技术人员改变或修改，而不偏离本公开的范围，且各种改变和修改在本公开的技术精神以及权利要求的等效范围内都是可行的。

Claims (15)

1.一种盘中鼓式制动盘的制造方法，所述制造方法包括：
对铸铁进行铸造，以制造主制动部；
将所述主制动部放置在模具中，并向所述模具注入铝合金熔化物，以形成盘帽部；
使所述主制动部和所述盘帽部在室温下冷却，并分离所述模具，以制造出盘中鼓式制动盘；
抛光所述盘帽部的内径部分的表面，以改善喷涂层的粘附；
使用氧化铝对所述盘帽部的内径部分的表面进行短喷砂工序；以及
在已进行所述短喷砂工序的所述盘帽部的内径部分上形成喷涂层。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，还包括，将所述主制动部预热到400～500℃，从而改善所述铝合金熔化物的流动性和填充特性。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在所述盘帽部的内径部分的抛光中，将所述盘帽部的内径部分磨成1.0～2.0μm的表面粗糙度Ra。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在所述盘帽部的内径部分的短喷砂工序中，进行所述短喷砂工序直到所述内径部分具有5.0～8.0μm的表面粗糙度Ra。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述喷涂层通过使用火焰线材喷涂法由高碳钢盘条铁丝形成。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，所述喷涂层在10～25μm/道次的速度下形成，且所述喷涂层包含0.44～0.51wt％的碳(C)、0.15～0.35wt％的硅(Si)、0.60～0.90wt％的锰(Mn)、0.04wt％或更低但高于0wt％的磷(P)、0.04wt％或更低的硫(S)、余量的铁(Fe)和附带的杂质。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其中，还包括对所述喷涂层进行抛光以使所述喷涂层的厚度为100～150μm且所述喷涂层的表面粗糙度为0.8～1.8μm的喷涂层抛光操作。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述铝合金熔化物包含11～13wt％的硅(Si)、3～5wt％的铜(Cu)、2～4wt％的镍(Ni)、余量的铝(Al)和附带的杂质。
9.一种用于车辆的盘中鼓式制动盘，所述盘中鼓式制动盘包含：
主制动部，其由铸铁材料构成；以及
盘帽部，其与所述主制动部结合并且具有在其摩擦表面上形成的喷涂层。
10.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述盘帽部由包含11～13wt％的硅(Si)、3～5wt％的铜(Cu)、2～4wt％的镍(Ni)、余量的铝(Al)和附带杂质的铝合金形成。
11.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述喷涂层包含0.44～0.51wt％的碳(C)、0.15～0.35wt％的硅(Si)、0.60～0.90wt％的锰(Mn)、0.04wt％或更低但高于0wt％的磷(P)、0.04wt％或更低的硫(S)、余量的铁(Fe)和附带的杂质。
12.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述喷涂层的厚度为100～150μm。
13.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述喷涂层的表面粗糙度为0.8～1.8μm。
14.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述喷涂层为Fe基火焰喷涂层，且所述喷涂层的硬度Hv为300～400。
15.根据权利要求9所述的盘中鼓式制动盘，其中，所述主制动部的抗拉强度至少为170Mpa，且所述盘帽部的抗拉强度至少为100Mpa。
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