CN108220844A - 一种乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机动车部件加工技术领域,涉及一种轻质、耐磨、温升低、高强耐疲劳的乘用车用铝合金制动刹车盘成型工艺,采用半连续铸造技术通过成分配比熔铸出6系铝合金铸锭,将铝合金铸锭经过均匀化热处理后采用125MN正向挤压机挤压成实心挤压棒材,通过离线淬火技术对挤压棒材进行固溶处理,然后进行T6人工时效热处理,达到提高铝合金刹车盘力学性能的目的,然后将时效后挤压棒材进行精切定尺,然后通过粗车、精车、精铣、钻孔工序加工出刹车盘外轮廓,最后将机加出的变形铝合金刹车盘进行微弧氧化表面处理,使变形铝合金表面形成一层致密的陶瓷氧化膜层,进而提高变形铝合金刹车盘的表面硬度和耐摩擦系数。
Description
技术领域
本发明属于机动车部件加工技术领域,涉及一种轻质、耐磨、温升低、高强耐疲劳的乘用车用铝合金制动刹车盘成型工艺。
背景技术
刹车盘是汽车制动系统中的关键部件,其性能的好坏直接影响制动效果,进而涉及乘车人的生命安全问题。乘用车刹车盘一般要求摩擦性能稳定、制动噪音小、导热性能好、温升低、运转平稳和具备优异的耐疲劳和耐磨损性能。在满足上述条件外,刹车盘的质量要求愈轻愈好,轻量化刹车盘可以减轻整车装备质量,增加燃油经济型,同时可以降低车辆惯性,在制动刹车过程中可以有效缩短制动距离,增加制动安全性。
现阶段乘用车刹车盘应用最广泛的是铸铁刹车盘,铸铁材质的强度适中、耐磨性能良好,材料和制造加工成本都比较低,是近几十年来汽车刹车盘使用的首选材料。然而,铸铁刹车盘在大功率制动情况下存在热容量不足、导热性能差,连续制动易产生高温高热甚至热龟裂,致使刹车强度降低,刹车性能不可靠,对行人和乘车人造成危险。除此之外,铸铁的密度较大,使车身自重增加,整车惯性增加,从而加大发动机的运转负荷,降低汽车的加速性能,增加刹车制动距离。
在法拉利、保时捷、奥迪A8等豪华车型上的刹车盘为碳纤维增强的陶瓷(SiC)刹车盘,不过陶瓷刹车盘的制造成本非常高,很难被大多数车辆所采用。
铝合金密度小、散热好,经过微弧氧化表面处理后表面生成一层陶瓷膜,膜层硬度高、耐磨性能好,是制作刹车盘的理想材料。铝合金微弧氧化刹车盘解决了现有铸铁制动盘耐磨性差、散热效果不好、质量大等问题,同时可替代传统价格高昂的陶瓷刹车盘。目前人们已经成功研制出铝合金刹车盘,中国专利文献CN 103115098 B公开了机动车用高硅铝合金刹车盘制作方法。该方法采用半固态成形方法铸造出高硅铝合金刹车铸型,再经微弧氧化表面处理工艺提高其表面的耐摩擦系数以及耐磨性能。但是该方法成型困难,对设备要求高,且铝合金中硅含量高,不利于微弧氧化膜层的形成。
发明内容
有鉴于此,本发明为了解决现有技术中采用半固态成形方法铸造出高硅铝合金刹车铸型,再经微弧氧化表面处理工艺提高其表面的耐摩擦系数以及耐磨性能的方法成型困难,对设备要求高,且铝合金中硅含量高,不利于微弧氧化膜层的形成的问题,提供一种乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺。
为了达到上述目的,本发明提供一种乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,包括如下步骤:
A、采用半连续铸造技术通过成分配比熔铸出6系铝合金铸锭,将铝合金铸锭经过均匀化热处理后采用125MN正向挤压机挤压成实心挤压棒材,通过离线淬火技术对挤压棒材进行固溶处理,然后进行T6人工时效热处理,达到提高铝合金刹车盘力学性能的目的;
B、将时效后挤压棒材进行精切定尺,然后通过粗车、精车、精铣、钻孔工序加工出刹车盘外轮廓;
C、将机加出的变形铝合金刹车盘进行微弧氧化表面处理,使变形铝合金表面形成一层致密的陶瓷氧化膜层,进而提高变形铝合金刹车盘的表面硬度和耐摩擦系数。
进一步,步骤A中6系铝合金铸锭为6061或6082铝合金铸锭。
进一步,步骤A挤压棒材制备的过程包括如下步骤:
a、按照6061或6082铝合金铸锭中各元素的成分比准备铝合金原料,将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔炼为液态铝合金,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭;
b、将铝合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理的温度为500~550℃,保温时间为1~20h;
c、将均匀化处理后的铝合金铸锭置于125MN正向挤压机中挤压成实心挤压棒材,其中模具的加热温度为450~500℃,铝合金铸锭的加热温度为440~480℃,挤压筒的温度为420~460℃,挤压机的挤压速度为0.3~0.6m/min;
d、将实心挤压棒材进行离线淬火式固溶处理,淬火制度为在530~540℃的温度下保温330min;
e、将固溶处理后的挤压棒材进行人工时效热处理,人工时效制度为在170~180℃的温度下保温8h。
进一步,步骤C微弧氧化表面处理的加工工艺为将步骤B加工后的刹车盘外轮廓放入微弧氧化电解液中,通入交流电进行微弧氧化处理,使所述刹车盘外轮廓表面具有微弧氧化膜层,其中微弧氧化电解液成分为1~10g/L Na2SiO3、1~5g/L KOH、1~2g/L Na2WO4,电流密度为2~8A/dm2,电压为350~600V,交流电的频率为100~1000Hz,电解槽中电解液的温度为20~60℃,微弧氧化处理的时间为0.5~2h。
本发明的有益效果在于:
本发明乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺简单,微弧氧化陶瓷层致密,膜层质量优异。应用本发明专利制成的乘用车变形铝合金刹车盘与传统刹车盘相比减重约65%,在车辆行驶时起到节能减排的效果,在车辆制动时可有效降低刹车制动距离。对比铸造工艺,应用变形铝合金挤压工艺可有效提高刹车盘力学性能,提升刹车盘使用过程中的疲劳耐久性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为通过本发明乘用车用铝合金制动刹车盘成型工艺制备刹车盘的主视图;
图2为通过本发明乘用车用铝合金制动刹车盘成型工艺制备刹车盘的侧视图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
如图1~2所示乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,包括如下步骤:
A、制备6061挤压棒材,6061挤压棒材制备的过程包括如下步骤:
a、按照6061铝合金铸锭中各元素的成分比准备铝合金原料,成分配比执行GB/T3190-2012,将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔炼为液态铝合金,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭;
b、将铝合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理的温度为520~540℃,保温时间为20h;
c、将均匀化处理后的铝合金铸锭置于125MN正向挤压机中挤压成实心挤压棒材,其中模具的加热温度为450~500℃,铝合金铸锭的加热温度为440~480℃,挤压筒的温度为420~460℃,挤压机的挤压速度为0.3~0.6m/min;
d、将实心挤压棒材进行离线淬火式固溶处理,淬火制度为在535±3℃的温度下保温330min;
e、将固溶处理后的挤压棒材进行人工时效热处理,人工时效制度为在175℃的温度下保温8h。
B、将时效后挤压棒材进行精切定尺,然后通过粗车、精车、精铣、钻孔工序加工出刹车盘外轮廓;
C、将机加出的变形铝合金刹车盘进行微弧氧化表面处理,使变形铝合金表面形成一层致密的陶瓷氧化膜层,微弧氧化表面处理的加工工艺为将步骤B加工后的刹车盘外轮廓放入微弧氧化电解液中,通入交流电进行微弧氧化处理,使所述刹车盘外轮廓表面具有微弧氧化膜层,其中微弧氧化电解液成分为1~10g/L Na2SiO3、1~5g/L KOH、1~2g/LNa2WO4,电流密度为2~8A/dm2,电压为350~600V,交流电的频率为100~1000Hz,电解槽中电解液的温度为20~60℃,微弧氧化处理的时间为0.5~2h。
实施例2
如图1~2所示乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,包括如下步骤:
A、制备6082挤压棒材,6082挤压棒材制备的过程包括如下步骤:
a、按照6082铝合金铸锭中各元素的成分比准备铝合金原料,成分配比执行GB/T3190-2012,将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔炼为液态铝合金,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭;
b、将铝合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理的温度为530~540℃,保温时间为20h;
c、将均匀化处理后的铝合金铸锭置于125MN正向挤压机中挤压成实心挤压棒材,其中模具的加热温度为450~500℃,铝合金铸锭的加热温度为440~480℃,挤压筒的温度为420~460℃,挤压机的挤压速度为0.3~0.6m/min;
d、将实心挤压棒材进行离线淬火式固溶处理,淬火制度为在535±3℃的温度下保温330min;
e、将固溶处理后的挤压棒材进行人工时效热处理,人工时效制度为在175℃的温度下保温8h。
B、将时效后挤压棒材进行精切定尺,然后通过粗车、精车、精铣、钻孔工序加工出刹车盘外轮廓;
C、将机加出的变形铝合金刹车盘进行微弧氧化表面处理,使变形铝合金表面形成一层致密的陶瓷氧化膜层,微弧氧化表面处理的加工工艺为将步骤B加工后的刹车盘外轮廓放入微弧氧化电解液中,通入交流电进行微弧氧化处理,使所述刹车盘外轮廓表面具有微弧氧化膜层,其中微弧氧化电解液成分为1~10g/L Na2SiO3、1~5g/L KOH、1~2g/LNa2WO4,电流密度为2~8A/dm2,电压为350~600V,交流电的频率为100~1000Hz,电解槽中电解液的温度为20~60℃,微弧氧化处理的时间为0.5~2h。
对比例
对比例为现阶段乘用车刹车盘应用最广泛的是铸铁刹车盘。
通过实施例1、实施例2与对比例的对比发现,通过本发明成型工艺加工的乘用车用铝合金制动刹车盘在重量方面,相对于同等规格的铸铁刹车盘,重量减轻了65%左右。通过本发明成型工艺加工的乘用车用铝合金制动刹车盘减少了刹车制动距离,增加了乘用车的制动安全性。
此外,通过本发明成型工艺加工的乘用车用铝合金制动刹车盘,相对于授权专利号为CN 103115098 B公开的机动车用高硅铝合金刹车盘制作方法,对设备的要求低,铝合金刹车盘的成型比较容易,铝合金刹车盘中的硅含量低,有利于微弧氧化膜层的形成。
根据GB/T228-2008测定,通过本发明成型工艺加工的乘用车用铝合金制动刹车盘,实施例1的抗拉强度Rm为322N/mm2,屈服强度Rp0.2为283N/mm2,实施例2的抗拉强度Rm为345N/mm2,屈服强度Rp0.2为322N/mm2,铝合金刹车盘各部位的抗拉强度、屈服强度一致,刹车盘的一致性好。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,其特征在于,包括如下步骤:
A、采用半连续铸造技术通过成分配比熔铸出6系铝合金铸锭,将铝合金铸锭经过均匀化热处理后采用125MN正向挤压机挤压成实心挤压棒材,通过离线淬火技术对挤压棒材进行固溶处理,然后进行T6人工时效热处理,达到提高铝合金刹车盘力学性能的目的;
B、将时效后挤压棒材进行精切定尺,然后通过粗车、精车、精铣、钻孔工序加工出刹车盘外轮廓;
C、将机加出的变形铝合金刹车盘进行微弧氧化表面处理,使变形铝合金表面形成一层致密的陶瓷氧化膜层,进而提高变形铝合金刹车盘的表面硬度和耐摩擦系数。
2.如权利要求1所述乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,其特征在于,步骤A中6系铝合金铸锭为6061或6082铝合金铸锭。
3.如权利要求2所述乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,其特征在于,步骤A挤压棒材制备的过程包括如下步骤:
a、按照6061或6082铝合金铸锭中各元素的成分比准备铝合金原料,将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔炼为液态铝合金,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭;
b、将铝合金铸锭进行均匀化处理,均匀化处理的温度为500~550℃,保温时间为1~20h;
c、将均匀化处理后的铝合金铸锭置于125MN正向挤压机中挤压成实心挤压棒材,其中模具的加热温度为450~500℃,铝合金铸锭的加热温度为440~480℃,挤压筒的温度为420~460℃,挤压机的挤压速度为0.3~0.6m/min;
d、将实心挤压棒材进行离线淬火式固溶处理,淬火制度为在530~540℃的温度下保温330min;
e、将固溶处理后的挤压棒材进行人工时效热处理,人工时效制度为在170~180℃的温度下保温8h。
4.如权利要求3所述乘用车用铝合金制动刹车盘的成型工艺,其特征在于,步骤C微弧氧化表面处理的加工工艺为将步骤B加工后的刹车盘外轮廓放入微弧氧化电解液中,通入交流电进行微弧氧化处理,使所述刹车盘外轮廓表面具有微弧氧化膜层,其中微弧氧化电解液成分为1~10g/L Na2SiO3、1~5g/L KOH、1~2g/L Na2WO4,电流密度为2~8A/dm2,电压为350~600V,交流电的频率为100~1000Hz,电解槽中电解液的温度为20~60℃,微弧氧化处理的时间为0.5~2h。
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