CN108698122A - 用于形成金属基质复合物构件的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
用于制造金属基质复合物车辆构件的示例性方法包括:使用包括具有模具表面的公模和母模和多个间隔物的模具;将模具加热至铸造温度;将陶瓷预型件置于多个间隔物上,陶瓷预型件由间隔物与模具表面中的至少一个间隔开;闭合模具来形成公模与母模部分的模具表面之间的模腔,陶瓷预型件布置在模腔中;提供熔融金属到模腔中;以及在铸造持续时间内将熔融金属加压至铸造压力来渗透陶瓷预型件,从而形成金属基质复合物车辆构件。
Description
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2016年2月4日提交的题为用于形成和挤压铸造复合制动鼓的装置和方法(DEVICE AND METHOD FOR FORMING AND SQUEEZE-CASTING A COMPOSITE BRAKEDRUM)的美国临时申请号62/291200和2016年9月22日提交的题为用于形成和挤压铸造(等静压渗透)复合制动鼓、转子或车辆构件的装置和方法(DEVICE AND METHOD FOR FORMINGAND SQUEEZE-CASTING (ISOSTATIC INFILTRATION) A COMPOSITE BRAKE DRUM, ROTOR,OR VEHICLE COMPONENT)的美国临时申请号62/398042的权益,其公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请大体上涉及金属基质复合物构件,且更具体地说是金属基质复合物车辆构件,如,制动鼓和制动转子,以及用于制造其的装置及方法。
背景技术
金属基质复合物(MMC)大体上通过将增强材料结合到金属基质中制成。例如,MMC可包括用金属渗透的陶瓷预型件。MMC大体上具有与金属不同的性质和物理特征,其取决于应用可为期望的。例如,相对于包绕MMC的金属,MMC可具有较高的比强度、较高的杨氏模量、较高的耐温性、较高的横向刚度和强度、较高的抗吸湿性、较高的导电性和导热性、较低的密度,以及较高的耐磨性。MMC的具体物理性质通常取决于最终应用,且可通过使用的基质和金属合金两者中的改变来修改。
车辆可包括鼓式制动器和/或盘式制动器。鼓式制动器大体上包括称为制动鼓的旋转鼓形部分。鼓式制动器的蹄片或衬块压靠制动鼓的内表面,以引起摩擦,而减小制动鼓的旋转。盘式制动器大体上包括旋转制动盘或转子。制动钳具有制动衬块,其挤压制动盘的外部和内部,以引起摩擦,而减小制动盘的旋转。在车辆制动过程期间,通常存在到制动鼓或制动盘的摩擦表面的高能量传递,这可导致温度上升。
发明内容
本文公开了金属基质复合物构件的示例性实施例和用于制造金属基质复合物构件的装置和方法。
用于制造金属基质复合物车辆构件的示例性方法包括:使用包括具有模具表面的公模部分和母模部分和多个间隔物的模具;将模具加热至铸造温度;将陶瓷预型件置于多个间隔物上,陶瓷预型件由间隔物与模具表面中的至少一个间隔开;闭合模具来形成公模部分与母模部分的模具表面之间的模腔,陶瓷预型件布置在模腔内;将熔融金属提供到模腔中;以及在铸造持续时间内将熔融金属加压至铸造压力来渗透陶瓷预型件,从而形成金属基质复合物车辆构件。
用于制造金属基质复合物车辆构件的示例性模具包括:具有模具表面的公模部分和母模部分;在模具在闭合状态时由模具表面形成的模腔;从至少一个模具表面延伸的多个间隔物;以及从至少一个模具表面延伸的多个间隔物。间隔物构造成支承与至少一个模具表面间隔开的预型件,且模具构造成接收熔融金属来铸造金属基质复合物车辆构件。
例如,本申请的金属基质复合物车辆构件通过使用本文公开的任何方法或模具产生。例如,金属基质复合物车辆构件可包括:金属基质复合物部分;大致没有金属基质复合材料的金属部分;以及从金属部分的外表面延伸到金属基质复合物部分的凹部。
附图说明
参照以下描述和附图,将更好地理解本发明的这些和其它特征和优点,在附图中:
图1为用于金属基质复合物制动鼓的示例性铸造装置的透视图,其中铸造装置在开启状态中;
图2为沿线A-A的图1中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在开启状态,且预型件定位在母模内;
图3为沿线A-A的图1中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在闭合状态,且预型件定位在母模内
图4为沿线A-A的图1中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在闭合状态,且熔融金属填充模腔;
图5为从图4中的铸造装置除去的示例性制动鼓的截面图,图4示出为沿线A-A截取;
图6为用于金属基质复合物制动转子的示例性铸造装置的透视图,其中铸造装置在开启状态中;
图7为沿线B-B的图6中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在开启状态,且预型件定位在母模内;
图8为沿线B-B的图6中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在闭合状态,且预型件定位在母模内;
图9为沿线B-B的图6中的铸造装置的截面图,其中铸造装置在闭合状态,且熔融金属填充模腔;
图10为从图9中的铸造装置除去的示例性制动转子的截面图,图9示出为沿线B-B截取;以及
图11为描述制造金属基质复合物车辆构件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
如本文所述,当一个或多个构件描述为连接、联接、附连、耦合、附接或以别的方式互连时,这种互连可为构件之间直接的,或者可为间接的,例如通过使用一个或多个中间构件。同样如本文所述,对“部件”、“构件”或“部分”的引用不应限于单个结构部件、构件或元件,而是可包括构件、部件或元件的组件。还如本文所述,用语“大致”和“大约”限定为至少接近(和包括)给定值或状态(优选在其10%内,更优选在其1%内,且最优选在其0.1%内)。还如本文所述,用语“铸造装置”限定为适用于形成金属构件的任何装置,例如,如,用于使熔融金属形成为金属构件的模或模具。
嵌有轻重量金属(例如铝合金)的金属基复合物在许多行业是有用的,例如,如航空航天、汽车、重型卡车、铁路、国防等。由包括局部MMC部分的轻重量金属合金制成的构件可用于车辆的任何部分,以减轻部件的重量,同时保持或改善材料的其它特征,例如,如耐磨性、耐久性、强度、导热性等。包括局部MMC部分(即,MMC部分限于构件的某些区域)的许多不同的车辆构件可使用本申请中所述的方法形成。尽管下文详细讨论了形成具有局部MMC部分(具体而言,制动鼓和转子)的旋转且旋转对称的构件,但使用下文所述的方法也可制造出其它非旋转和非旋转对称的车辆构件,例如,车身的部分、车架,或车辆悬架。
MMC大体上通过将增强材料结合到金属基质中来制造,因此增强复合材料的结构。MMC大体上包括两个部分:主要的无机金属部分,以及由其它无机组分如熔合碳化硅制成的多孔结构。MMC的非金属部分可通过添加和预成型技术来结合到金属部分中。
通过添加过程如搅拌铸造来形成MMC涉及将非金属材料直接地结合到熔融金属中。具体而言,搅拌铸造涉及在搅拌熔融金属的同时将非金属增强物质直接加入熔融金属,其中添加剂的表面能量高于熔融金属的表面张力。这些添加方法用于生产汽车制动构件,如,Alcan和Lanxide构件。
然而,这些添加制造技术存在使MMC构件的大规模生产过分昂贵的问题。使用Duralcan技术(用于将碳化硅与铝组合的搅拌铸造技术)生产的制动转子示出了这些问题。例如,利用该技术,除了其它不一致之外,碳化硅不均匀地分布在铝合金内,导致一些碳化硅颗粒从转子表面突出。另外,碳化硅颗粒遍布整个制动转子。因此,加工铸造零件需要特殊工具,因为碳化硅散布在铝各处。美国专利号6547850中描述了Duralcan过程的各种不足。美国专利号5531425中描述了由Alcan Aluminum Company设计的搅拌铸造设备。
通过预成型过程形成MMC涉及形成用金属合金如铝渗透的增强材料的非金属预型件。申请人开发了各种MMC和制造MMC的方法,包括铝MMC。此类MMC及其相关方法的实例描述于美国专利号9429202(本文中为“'202专利”)和美国公开专利申请号2016/0108980(即美国申请序列号14/536311;此处为“'311申请”),两者都通过引用以其整体并入本文。如果通过引用并入的材料与本说明书矛盾或不一致,则本说明书将取代任何此类材料。本文引用的任何参考文献并不是承认这些参考文献是本发明的现有技术。
申请人已经(例如在'202专利和'311申请中)示出了某些车辆制动构件可形成有局部MMC部分,而不是将MMC材料混合在整个车辆构件中。在铸造零件之前,这些MMC构件通过将MMC预型件设在期望的位置来产生。用于铸造零件的熔融金属渗透陶瓷预型件,以形成最终的铸造零件的局部MMC部分。例如,MMC部分可形成在制动转子的磨损表面上,如'311申请中的图6A中所示。
当形成包括MMC部分的构件如车辆构件时,大体上首先制造陶瓷预型件。用于形成陶瓷预型件的陶瓷化合物可包括多种组分,例如,如,陶瓷颗粒、增强纤维、淀粉、有机多孔产生材料、低温粘合剂、高温粘合剂(例如,胶体氧化硅)和/或水。这些材料可通过湿式方法和干式方法来结合。陶瓷预型件可具有范围从大约50%到大约80%的孔隙度,或大约60%的孔隙度。
陶瓷化合物和预型件可由产生能够由本文所述的方法铸造的预型件的多种方法制造。例如,下文公开了制备陶瓷化合物的一种方法。首先,增强纤维经历解开缠结过程。干材料(例如,陶瓷颗粒、增强纤维、淀粉和有机多孔产生材料)然后逐步加入一罐式系统且加重。湿材料(例如,低温粘合剂和高温粘合剂和水)然后可缓慢加入同一个一罐式混合物,搅拌,且然后在减小的压力下混合。该均匀的一罐式混合物大体上没有空隙,且具有随机定向的纤维和可延展的浓度。混合物然后载入压机中,且由公模和母模压缩。该压缩模制技术向预型件提供均匀结构。一旦模制好预型件,则其从压机除去,且在潮湿环境中干燥,由吸收性内衬支承。一旦水从预型件除去,则预型件和吸收性内衬加热到极端温度,以除去有机材料,且熔合无机陶瓷颗粒。在冷却时,陶瓷预型件加工成适合的尺寸,表皮的外层除去,且露出预型件的孔隙。如上文所述,预型件可使用干燥压制技术制备,其中水未包括在混合物中。
接下来,预型件大体上渗透有金属,这基于MMC构件的期望性质来确定。这通过将加热的预型件置于模中、以用足够的压力使铝加压进入模腔来完成,以浸透预型件,且达到期望的铸造压力。铸造部分然后可经历热处理和加工,以达到车辆构件的期望的特征和尺寸。例如,构件可经历T7热处理过程。
在铸造过程期间,熔融金属可间接地或直接地加压。直接加压是指通过闭合模具的模来对熔融金属加压。间接加压是指用加压已经闭合的模具内的金属的活塞或其它机构来对熔融金属加压。
在MMC车辆构件的一些生产方法中,例如,通过水平模铸造,预型件载入模的公部分或上箱上,以使预型件在构件内对准。将预型件载入上箱有时可由于与上箱未对准或由于热冲击而导致损坏的预型件。为了将预型件插入模的上箱而不破坏预型件,通常需要紧密制造公差,例如,预型件周围小至0.003''的间隙。在插入模的上箱上之后,模具闭合且熔融金属在高压下注入模具(在射出套筒或腔中间接地加压),例如,如,大约7000到大约12000磅每平方英寸。高压熔融金属也可不均匀地冲击预型件,这也可破坏预型件或推动其脱离对准。
类似的问题可通过直接挤压铸造出现。在直接挤压铸造中,预型件载入模的母部分中,且熔融金属在模闭合之前加入。模的公部分然后闭合来对熔融金属加压,且将其挤压到预型件中。在挤压过程期间,熔融金属在预型件周围流动,且可破坏预型件或推动其脱离对准。
为了在铸造期间帮助预型件对准,用于这些铸造技术的模具的上箱通常在大约0.75°到大约1.5°之间渐缩。渐缩还促进从模具除去铸造零件。铸造之后,加工MMC材料来除去拔模角,以产生期望形状。由于MMC中的高度耐磨的碳化硅,故加工铝MMC比加工纯铝显著更困难。如上文所述,由于使用了尖锐且昂贵的基于金刚石的工具,故这还导致成本提高。加工期间,含有来自从鼓除去的MMC的碳化硅的铝合金大体上是废料,且不可再循环。
根据本申请的实施例,MMC车辆构件通过等静压渗透过程形成。本申请的示例性铸造方法和装置减小了设置和铸造期间由预型件经历的应力,且减小了铸造过程期间产生的废料量。如本文所述,用语“等静压渗透”描述了用熔融金属渗透预型件,使得由金属施加在模具和预型件上的压力是均匀的、或穿过熔融金属的整体均匀分布。因此,预型件并未受到熔融金属干扰,且在铸造期间保持了其位置。等静压渗透可通过间接挤压铸造技术来执行,该技术涉及将预型件置于模具的母部分中,闭合模具,向模具填充熔融金属,且然后对熔融金属加压来引起其渗透预型件。
本申请的装置和方法允许在铸造期间保持陶瓷预型件的位置,从而提高铸造构件内的MMC的定位精度,且减少废物和非可再循环废料。由于预型件可选择性地定位在MMC车辆构件内,故构件包括MMC部分和大致没有MMC材料的金属部分。在保持预型件与模具表面成间隔开的关系的同时,预型件在MMC车辆构件内的选择性定位还允许了使用较小的预型件,而预型件不会在载入模具中期间开裂。使用较小预型件降低了MMC车辆构件的总成本,因为用于形成预型件的材料通常比金属合金更昂贵。
本申请的示例性挤压铸造设备包括公模部分,称为“上箱”,以及母模部分,称为“下箱”,其分别具有模具表面。在模具在闭合状态时,模腔形成在公模和母模的模具表面之间。至少一个模还包括栓或间隔物,其在铸造过程期间与公模部分和母模部分中的至少一个模具表面成间隔开的关系支承预型件。即,这些间隔物或钉允许预型件定位在模内,使得预型件的一些或所有表面不会接触模具表面。如上文所述,这些间隔物允许预型件精确定位在模腔内,而不需要将预型件定位在公模的上箱上,从而减小了预型件在载入模具中期间受损的可能性。间隔物还减少模具与预型件之间的接触,使得在模具闭合时和熔融金属引入模腔之前从预型件失去较少热。当填充模腔时,间隔物提供预型件与模具表面之间的空间,使得熔融金属可自由流动,且将相等压力提供到预型件的所有侧上,使得预型件不由流动的熔融金属破坏或位移。这些间隔物可加工进母模,或可与模分离。间隔物可为渐缩的,具有模具处的较大底座和预型件处的较小部分,且具有任何形状,例如,如,圆锥、圆柱、凸脊、圆顶、角锥等。在一些实施例中,间隔物由在铸造期间渗透或消耗的材料(例如,预型件的材料)形成,从而变为铸造零件的部分。间隔物还可为预型件的延伸部分,例如,“支柱”,其在母模的表面上方支承预型件,且将预型件定位在模腔内。
作为另一个好处,本申请中所述的示例性铸造技术可用于用金属合金铸造车辆构件,金属合金通常认为是难以铸造和渗透到MMC组分中的,如,具有低镁含量的金属合金。例如,合金319、355、356和357铝可用于本文公开的示例性铸造过程。
作为又一个好处,本申请中的示例性铸造技术允许了铸造零件使用T7热处理过程来热处理。T7热处理过程涉及将零件加热至溶液相、淬火,且然后使铸造零件老化。使用高压模铸造技术铸造的零件难以使用T7过程处理,因为模铸造零件的多孔内部结构导致溶液相中起泡的气体夹杂物。使用本文公开的铸造技术制造的零件不遭受此问题。
现在参看图1,示出了用于根据本申请的实施例的金属基质复合物制动鼓的等静压铸造的示例性模具100。模具100包括具有模具表面112的公模部分110,以及具有模具表面122的母模部分120。母模120包括在模具表面122上方延伸的间隔物130。公模部分110包括加压室102,以用于在铸造期间对熔融金属加压。在一些实施例中,公模部分和母模部分的位置可相反。
间隔物130可包括在公模110和母模120两者中,且可位于模腔140(见图2-3)中的任何位置,且可从下方、上方、侧部/或其任何组合来支承陶瓷预型件150(见图2-3)。间隔物130将预型件150保持为与模具表面112,122中的至少一个成间隔开的关系。尽管所示实施例中示出了四个间隔物130,但在任何数量的间隔物130都可包括在模具100中。间隔物130可由与预型件150相同的材料或另一耐高温材料形成,如,陶瓷或金属合金(例如,工具钢或铸铁)。如上文所述,间隔物130是渐缩的,即,间隔物具有拔模,以允许在构件渗透和铸造之后除去。间隔物130的顶部处的减小的接触面积会减小离开间隔物130且进入模具100的热传递。如上文所述,间隔物可包括在模具的任何表面上,以接触预型件的任何部分。例如,间隔物可包括在预型件的顶部和底部上,以使其与顶部模具表面和底部模具表面间隔开。预型件还可由重力在间隔物上保持就位。
间隔物130可永久地形成在模110,120中的一个或两个中。与模110,120整合形成的间隔物130具有朝预型件150的拔模或渐缩,以在从模具100除去铸造零件时提供释放。整合形成的间隔物130大体上由模具100的相同材料形成,例如,如,工具钢。按需要,可除去的间隔物可连同整合形成的间隔物使用。可除去的间隔物允许相同模具用于生产具有或没有局部MMC部分的零件。间隔物还可包括渐缩部分,以帮助在将预型件载入铸造装置期间对准预型件。间隔物可从模具表面延伸将预型件定位在期望位置所需的任何距离,这取决于模腔的形状和特定应用。在某些实施例中,间隔物从模具表面延伸大约0.05英寸到大约0.2英寸,或至少大约0.1英寸,或至少大约0.05英寸。
现在参看图2,示出了沿线A-A的图1中的模具的截面。模具100示为在开启状态,其中公模110和母模120间隔开。陶瓷预型件150定位在母模120中的间隔物130上,且与模具表面122间隔开。拔模角可设在公模部分110和母模部分120中的一者或两者中,以允许在铸造之后除去构件。
现在参看图3,模具100示为在闭合状态。公模部分110和母模部分120的模具表面112,122形成包绕预型件150的模腔140。公模110和母模120移动来与彼此接触,且锁定在一起,使得其在模腔140的加压期间不会分离。
现在参看图4,模具100示为在闭合状态,且填充有熔融金属160。加压活塞106沿箭头104的方向下压穿过加压室102,以对熔融金属160加压来引起其填充模腔140,且渗透预型件150。
现在参看图5,示例性制动鼓162示为从模具100除去,且在最终加工状态。制动鼓162包括MMC部分164和大致没有MMC材料的金属部分166。如上文所述,从金属部分166的外表面延伸到MMC部分164的凹部168由间隔物130形成在金属部分166中。MMC部分164可具有范围从大约0.05英寸到构件的整个厚度的厚度。在某些实施例中,MMC部分具有范围从大约0.2英寸到大约0.5英寸,或从大约0.25英寸到大约0.45英寸的厚度。
在制动鼓162铸造之后除去的多余的铝可大致覆盖预型件150的内径和外径。由于模具表面112,122未用于将预型件150定位在模腔140中,故预型件150与模具表面112,122之间的间隙填充有金属,其大致没有MMC材料。为了除去该多余材料,可使用两部分的加工过程。第一加工步骤涉及使用传统加工工具来除去金属部分,而不需要用于加工MMC材料的特殊工具。第二加工步骤涉及使用特殊工具来形成MMC部分的精整表面。在第一加工步骤期间除去的材料大致没有MMC材料,且可再循环,其减少MMC车辆构件的生产期间产生的废物。
现在参看图6,示出了用于金属基质复合物制动盘的等静压铸造的示例性模具200。模具200包括具有模具表面212的公模部分210,以及具有模具表面222的母模部分220。母模220包括在模具表面222上方延伸的间隔物230。公模部分210包括加压室202,以用于在铸造期间对熔融金属加压。在一些实施例中,公模部分和母模部分的位置可为相反的。
间隔物230可包括在公模210和母模220两者中,且可位于模腔240(见图2-3)中的任何位置,且可从下方、上方、侧部/或其任何组合来支承陶瓷预型件250(见图2-3)。间隔物230将预型件250保持为与模具表面212,222中的至少一个成间隔开的关系。尽管所示实施例中示出了四个间隔物230,但在任何数量的间隔物230都可包括在模具200中。间隔物230可由与预型件250相同的材料或另一耐高温材料形成,如,陶瓷或金属合金(例如,工具钢或铸铁)。如上文所述,间隔物230是渐缩的,即,间隔物具有拔模,以允许在构件渗透和铸造之后除去。间隔物230的顶部处的减小的接触面积减小离开间隔物230且进入模具200的热传递。
间隔物230可永久地形成在模具210,220中的一个或两个中。与模具210,220整合形成的间隔物230具有朝预型件250的拔模或渐缩,以在从模具200除去铸造零件时提供释放。整合形成的间隔物230由模具200的相同材料形成,例如,如,工具钢。按需要,可除去的间隔物可连同整合形成的间隔物使用。可除去的间隔物允许相同模具用于生产具有或没有局部MMC部分的零件。间隔物还可包括渐缩部分,以帮助在将预型件载入铸造装置期间对准预型件。间隔物可从模具表面延伸将预型件定位在期望位置所需的任何距离,这取决于模腔的形状和特定应用。在某些实施例中,间隔物从模具表面延伸大约0.05英寸到大约0.2英寸,或至少大约0.1英寸,或至少大约0.05英寸。
现在参看图7,示出了沿线B-B的图6中的模具的截面。模具200示为在开启状态,其中公模210和母模220间隔开。陶瓷预型件250定位在母模220中的间隔物230上,且与模具表面222间隔开。拔模角可设在公模部分210和母模部分220中的一者或两者中,以允许在铸造之后除去构件。
现在参看图8,模具200示为在闭合状态。公模部分210和母模部分220的模具表面212,222形成围绕预型件250的模腔240。公模210和母模220移动来与彼此接触,且锁定在一起,使得其在模腔240的加压期间不会分离。
现在参看图9,模具200示为在闭合状态,且填充有熔融金属260。加压活塞206沿箭头204的方向下压穿过加压室202,以对熔融金属260加压来引起其填充模腔240,且渗透预型件250。
现在参看图10,示例性制动盘262示为从模具200除去,且在最终加工状态。制动盘262包括MMC部分264和大致没有MMC材料的金属部分266。从金属部分266的外表面延伸到MMC部分264的凹部(未示出)由间隔物230形成在金属部分266中。在所示实施例中,凹部在制动盘262的最终加工状态中不明显,因为金属部分266在铸造之后从MMC部分264的两侧切削掉。在某些实施例中,凹部存在于最终加工的制动盘262中。MMC部分264可具有范围从大约0.05英寸到构件的整个厚度的厚度。在某些实施例中,MMC部分具有范围从大约0.2英寸到大约0.5英寸,或从大约0.25英寸到大约0.45英寸的厚度。
在制动盘262铸造之后除去的多余的铝可大致覆盖预型件250的顶部表面和底部表面。由于模具表面212,222未用于将预型件250定位在模腔240中,故预型件250与模具表面212,222之间的间隙填充有金属,其大致没有MMC材料。为了除去该多余材料,可使用两部分的加工过程。第一加工步骤涉及使用传统加工工具来除去金属部分,而不需要用于加工MMC材料的特殊工具。第二加工步骤涉及使用特殊工具来形成MMC部分的精整表面。在第一加工步骤期间除去的材料大致没有MMC材料,且可再循环,其减少MMC车辆构件的生产期间产生的废物。
尽管本文所述和所示的各种实施例示出了用于形成MMC车辆构件的单个预型件,但多个预型件可由用于形成具有一个或多个MMC部分的MMC车辆构件的模具中的间隔物支承。另外,尽管图1-10中所示的模具布置成垂直定向,但本申请的铸造技术还可应用于水平铸造装置或以任何角定向的任何铸造装置。
现在参看图11,示出了形成金属基质复合物车辆构件的示例性方法1100的流程图。示例性方法1100包括:在1102处,提供模具,其包括分别具有模具表面的公模部分和母模部分,以及从公模部分和母模部分的模具表面中的至少一个或在其上方延伸的多个间隔物;在1104处,将模具加热至铸造温度;在1106处,将陶瓷预型件置于多个间隔物上,使得预型件与模具表面间隔开;在1108处,闭合模具来形成公模部分与母模部分的模具表面之间的模腔,陶瓷预型件布置在模腔内;在1110处,将熔融金属提供到模腔中;以及在1112处,在铸造持续时间内将熔融金属加压到铸造压力来渗透陶瓷预型件,从而形成金属基质复合物车辆构件。示例性方法1100可用上文所述的任何铸造装置实施。
在某些实施例中,铸造温度的范围可从大约500℉到大约1200℉,或可为大约1000℉或更高。在置于模具中之前,预型件可从大约1000℉加热到大约1500℉,或大于1500℉。在渗透期间,取决于使用的合金,熔融铝的范围可从大约1000℉到大约1200℉。铸造压力的范围可从大约10000磅每平方英寸到大约16000磅每平方英寸,或可为大约15000磅每平方英寸或更大。在某些实施例中,将模具的模部分保持在一起所需的夹持力是大约1000吨。铸造持续时间大体上不大于大约三分钟,或在从大约20秒到大约40秒的范围中,或大约27秒。申请人注意到,在某些实施例中,低温和低压可用于铸造金属基质车辆构件,如,范围从大约400℉到大约600℉的铸造温度,以及范围从大约8000磅每平方英寸到大约12000磅每平方英寸的铸造压力。
尽管本公开内容的各种发明方面、概念和特征可在本文中描述为和示为在示例性实施例中组合实施,但这些各种方面、概念和特征可独立地或以各种组合和其子组合用于许多备选实施例中。除非本文中明确排除,否则所有这些组合和子组合都旨在处于本申请的范围内。更进一步地,虽然关于公开的各个方面、概念和特征的各种备选实施例(如备选材料、结构、构造、方法、装置和构件,关于形式、配合和功能等的备选方案)可在本文中描述,这样的描述不旨在是可用的备选实施例的完整或详尽列表,无论是目前已知的还是以后开发的。本领域技术人员可容易地将发明方面、概念或特征中的一个或多个采用到本申请范围内的另外的实施例和用途中,即使这些实施例未在本文中明确公开。
另外,即使本公开内容的一些特征、概念或方面可在本文中描述为优选的布置或方法,但是这样的描述并不旨在暗示这样的特征是需要的或必需的,除非另外明确指出。更进一步地,可包括示例性或代表性的值和范围以帮助理解本申请,然而,这些值和范围不应解释为限制意义,并且仅在如此明确陈述的情况下旨在是关键值或范围。
此外,尽管各种方面、特征和概念在本文中可明确地标识为具有创造性或形成公开内容的部分,但此类标识不旨在是排他性的,而是可存在本文中完全描述的发明方面、概念和特征,而没有明确地标识为这样或作为具体公开内容的部分,本公开内容改为在所附权利要求中阐述。示例性方法或过程的描述不限于包括在所有情况下都需要的所有步骤,也不限于步骤呈现出解释为需要或必需的顺序,除非明确这样指出。权利要求中使用的词语具有其完整的普通含义,并且不以任何方式受说明书中的实施例的描述的限制。
Claims (25)
1.一种制造金属基质复合物车辆构件的方法,所述方法包括:
使用模具,其包括:
具有模具表面的公模部分;
具有模具表面的母模部分;以及
多个间隔物;
将所述模具加热至铸造温度;
将陶瓷预型件置于所述多个间隔物上,其中所述陶瓷预型件由所述间隔物与所述模具表面中的至少一个间隔开;
闭合所述模具来形成所述公模和母模部分的所述模具表面之间的模腔,所述陶瓷预型件布置在所述模腔内;
将熔融金属提供到所述模腔中;以及
在铸造持续时间内将所述熔融金属加压到铸造压力,以渗透所述陶瓷预型件,从而形成所述金属基质复合物车辆构件。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述熔融金属加压包括所述模腔的等静压加压,其中所述熔融金属将大致相等压力施加到暴露于所述熔融金属的所述陶瓷预型件的侧上。
3.根据权利要1所述的方法,其特征在于:
所述陶瓷预型件包括陶瓷颗粒、增强纤维和高温粘合剂;以及
所述陶瓷预型件具有范围从大约50%到大约80%的孔隙度。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述陶瓷预型件具有大约60%的孔隙度。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述熔融金属包括铝。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述铸造温度范围从大约500℉到大约1200℉;
所述铸造压力范围从大约10000磅每平方英寸到大约16000磅每平方英寸;以及
所述铸造持续时间不大于大约三分钟。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铸造压力范围从大约8000磅每平方英寸到大约12000磅每平方英寸。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铸造温度范围从大约400℉到大约600℉。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铸造持续时间为大约27秒。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
利用T7热处理过程来热处理所述金属基质复合物车辆构件。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述模具包括四个间隔物。
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述四个间隔物布置成两对,其中每对间隔物中的所述间隔物布置在所述模腔的相对侧上。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述陶瓷预型件在所述模腔中对中,且由每个所述间隔物大致相等地支承。
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述母模部分是具有底部模具表面的底模部分;以及
所述间隔物在所述底模部分上方延伸,且构造成使所述预型件与所述底部模具表面间隔开。
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述金属基质复合物车辆构件包括:
金属基质复合物部分;以及
大致没有金属基质复合材料的金属部分。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述金属基质复合物部分的至少一部分布置在所述金属基质复合物车辆构件的外表面处。
17.一种金属基质复合物车辆构件,包括:
金属基质复合物部分;
大致没有金属基质复合材料的金属部分;以及
从所述金属部分的外表面延伸到所述金属基质复合物部分的凹部。
18.根据权利要求17所述的金属基质复合物车辆构件,其特征在于,所述车辆构件是制动构件。
19.根据权利要求18所述的金属基质复合物车辆构件,其特征在于,所述车辆构件是制动鼓。
20.根据权利要求18所述的金属基质复合物车辆构件,其特征在于,所述车辆构件是制动盘。
21.根据权利要求17所述的金属基质复合物车辆构件,其特征在于,所述车辆构件是结构构件。
22.一种根据权利要求1所述的方法制造的金属基质复合物车辆构件。
23.一种用于制造金属基质复合物车辆构件的模具,包括:
具有模具表面的公模部分;
具有模具表面的母模部分;以及
在所述模具在闭合状态时由所述公模和母模部分的所述模具表面形成的模腔;以及
从所述公模和母模部分的所述模具表面中的至少一者延伸的多个间隔物;
其中所述间隔物构造成支承与至少一个所述模具表面间隔开的预型件;以及
其中所述模具构造成接收熔融金属来铸造所述金属基质复合物车辆构件。
24.根据权利要求23所述的用于制造金属基质复合物车辆构件的模具,其特征在于,还包括:
用于将所述模具加热至范围从大约400℉到大约1200℉的铸造温度的至少一个加热元件;以及。
25.根据权利要求23所述的用于制造金属基质复合物车辆构件的模具,其特征在于,还包括:
用于在所述模腔中将所述熔融金属加压至范围从大约8000磅每平方英寸到大约16000磅每平方英寸的铸造压力的加压活塞。
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