CN109420748A - 制动盘、其制造方法及包括该制动盘的车辆 - Google Patents

Abstract

公开了制动盘、其制造方法及包括该制动盘的车辆。具体地，制动盘可包括由铸铁形成的摩擦表面，并且制动盘的摩擦表面沿圆周方向被分成多个部分。优选地，形成在该部分的表面上的共晶单胞的每单位面积数量的平均值可不大于300ea/cm²。

Description

制动盘、其制造方法及包括该制动盘的车辆

技术领域

本发明涉及包括由铸铁形成的摩擦表面的制动盘以及用于制造该制动盘的方法。

背景技术

当制动器用于制动驱动的车辆时，由于制动转矩增加，因此车辆速度降低。然而，当在制动期间增加的制动转矩没有保持恒定水平、而是在重复地增加/降低中振动时，出现这种振动被传递至乘客的抖动现象。

图1示出了制动期间的制动转矩的振动现象，该振动现象可能导致抖动现象。由于制动转矩重复地增加和降低，因此最大制动转矩振动(BTV)被定义为接近制动转矩的最大点的部分的最上端与最下端之间的高度差。

因而，最大BTV增加，传递至乘客的振动的幅度可增加，并且抖动现象可变得更强烈。因此，可以减小最大BTV以防止或减少抖动现象。

在现有技术中，通常考虑来减小最大BTV的因素包括：制动盘的形状、制动盘的热容量和制动盘的硬度偏差、制动盘是否被腐蚀、制动盘的摩擦材料的材料等。然而，即使当其他条件几乎相同时，如果改变用于铸造制动盘的方法，则最大BTV可能发生极大变化。

因此，需要具有减小在制动盘中生成的最大BTV的一致物理特性的制动盘、以及用于制造该制动盘的方法。

提供作为背景技术描述的主题仅用于帮助理解本发明的背景，并且不应将其认为与本领域技术人员已知的现有技术相对应。

发明内容

在优选的方面中，本发明提供了可以通过高BTV减少抖动现象的制动盘以及用于制造该制动盘的方法。

在一个方面，提供了包括由铸铁形成的摩擦表面的制动盘。制动盘的摩擦表面可以包括沿圆周方向的多个部分，并且形成在该部分的表面上的共晶单胞的平均每单位面积数量可不大于约300ea/cm²。

本文中使用的术语“一个共晶单胞”或“多个共晶单胞”是指可以以铸铁或铁碳材料形成的凝固颗粒或者球形或类球状结构。典型的共晶单胞可具有大于约580μm、大于约590μm、大于约600μm、大于约650μm或大于约700μm的大小(例如，直径或者最长的截面)。在某些实施方式中，共晶单胞可具有小于约10，000μm、小于约5，000μm或小于约3，000μm的大小(例如，直径或者最长的截面)。优选地，形成在多个部分中的共晶单胞的每单位面积数量的偏差或差值可不大于60ea/cm²。本文中使用的术语“偏差”可以指某个面积单位(例如，cm²)中的共晶单胞的数量与该单位中的单胞的平均数之间的变化。

在其他优选方面中，提供了用于制造制动盘的方法。该方法可包括铸造包括由铸铁形成的摩擦表面的制动盘，并且沿厚度方向磨削制动盘的摩擦表面，使得形成在制动盘的摩擦表面上的共晶单胞的每单位面积数量不大于约300ea/cm²。

在沿厚度方向磨削制动盘的摩擦表面时，当制动盘被铸造时制动盘沿厚度方向收缩的平均收缩率小于约1.5％或2.5％时，摩擦表面的一侧可以以不小于约2mm且小于3mm的程度被磨削。

本文中使用的术语“收缩率”是指在铸造工艺期间，例如沿制动盘的厚度方向相对于原始值收缩的比率。

在沿厚度方向磨削制动盘的摩擦表面时，当制动盘被铸造时制动盘沿厚度方向收缩的平均收缩率可不小于约1.5％时，摩擦表面的一侧可以被磨削约3mm或更大。

进一步提供了包括本文中描述的制动盘的车辆。

在下文中讨论本发明的其他方面。

由根据本发明的方法制造的制动盘可以通过相对简单的工艺减小最大BTV来减少抖动现象，并且通过减少抖动现象改善乘客的移动质量。此外，可以基于以低放大率可观察的共晶单胞的每单位面积数量预测抖动现象的出现。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，将更明确地理解本发明的以上和其他目的、特征以及优点，在附图中：

图1是描述在现有技术中在制动期间生成制动转矩的振动的状态的曲线图；

图2示出了根据本发明的示例性实施方式的形成在示例性制动盘的表面上的示例性共晶单胞组织；

图3和图4示出了根据本发明的示例性实施方式的根据共晶单胞的大小生成的各种量的碳化铁；

图5是描述根据本发明的示例性实施方式的摩擦系数根据共晶单胞的每单位面积数量而变化的曲线图；

图6示出了根据本发明的示例性实施方式的包括多个部分的制动盘的示例性摩擦表面；

图7是描述根据示例性铸造方法制造的示例性制动盘的摩擦表面的各种收缩率的曲线图；以及

图8是描述了根据本发明的示例性实施方式的利用不同的铸造方法和不同的磨削量形成在示例性制动盘的摩擦表面上的示例性共晶单胞的数量的曲线图。

具体实施方式

本文中使用的术语仅用于提及特定实施方式，并且不旨在限制本发明。只要该词语没有明显表示相反的含义，则本文中使用的单数形式包括复数形式。本说明书中使用的术语“包括”指定了特定的特性、区域、本质、步骤、操作、元件和/或部件，并且不排除其他特定的特性、区域、本质、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或附加。

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只和船舶的水上交通工具，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，从除石油以外的资源获得的燃料)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。

进一步地，除非明确指出或根据上下文显而易见，否则如在本文中使用的术语“约”理解为在本领域中正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另从上下文中清晰可见，否则本文中所提供的所有数值可被术语“约”修饰。

尽管没有进行不同限定，但是本文中使用的包括技术术语和科学术语的所有术语都具有与本发明所属领域中的技术人员所理解的含义相同的含义。通常使用的字典中限定的术语被额外解释为具有与现有技术文献和当前所公开的内容匹配的含义，并且只要未限定术语，则术语不应解释为具有理想含义或非常形式的含义。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的示例性实施方式的制动盘及其制造方法。

在一个方面，以下将描述根据本发明的制动盘。

制动盘可包括由铸铁形成的摩擦表面。制动盘的摩擦表面可包括沿圆周方向的多个部分，并且形成在该部分的表面上的共晶单胞的每单位面积数量的平均值可不大于约300ea/cm²。

如图2至图4所示，共晶单胞100可以形成在由铸铁形成的制动盘10中。共晶单胞100可以是生长为总体上与球形相似的组织。共晶单胞可以通过凝集多个板状石墨110形成并且其中铁氧体形成在石墨110之间的间隔中，并且诸如Fe₃C的碳化铁200形成在共晶单胞100的边界处。

尽管共晶单胞100是通常在通过一般铸造工艺制造的铸铁中发现的组织，但是共晶单胞100的摩擦系数可以根据共晶单胞100的大小而变化极大，换言之，共晶单胞100的每单位面积数量的差异可以在各种范围内。

如图5所示，随着共晶单胞100的每单位面积数量增加，摩擦系数可以逐渐增加。此时，当共晶单胞100的每单位面积数量不小于约300ea/cm²时，摩擦系数可以急剧增加。当共晶单胞100的每单位面积数量小于约300ea/cm²时，摩擦系数可减少并且摩擦系数的变化可不增加。然而，当共晶单胞100的每单位面积数量大于约300ea/cm²时，由于摩擦系数急剧增加，摩擦系数的偏差可能增加。

当共晶单胞100的每单位面积数量在预定范围(例如，约200～300ea/cm²)内时，由于石墨110的生长，可以在制动盘10的摩擦表面上递增地形成润滑膜。进一步地，因为形成在共晶单胞100的边界处的碳化铁200的数量和总面积减少，磨料磨损减少，因此可以减少总摩擦系数。

另一方面，当共晶单胞100的每单位面积数量增加时，或者可替换地，当共晶单胞100的大小降低时，由于石墨110不增加，因此在制动盘10的摩擦表面上不能充分地形成润滑膜。进一步地，由于形成在共晶单胞100的边界处的碳化铁200的数量和总面积增加引起磨料磨损，因此可增加总摩擦系数。

如图6所示，在制动盘10的圆周被分成几个部分之后，当在部分中测量的共晶单胞的平均数不大于约300ea/cm²时，可以使摩擦系数最小化。

此外，形成在制动盘10的部分中的共晶单胞的数量的偏差可以适当地不大于约60ea/cm²。

即使当形成在制动盘10中的共晶单胞的平均数不大于约300ea/cm²时，当根据位置的偏差增加时，摩擦系数的偏差可能增加。因此，为了使摩擦系数的偏差最小化，制动盘10的共晶单胞的根据位置的数量的偏差可以适当地约60ea/cm²或更小。

当制动盘10的根据位置的摩擦系数的偏差减少时，由于摩擦系数的偏差生成的最大BTV也可以减少。经此，可以通过最终减少抖动现象使在制动期间生成的振动最小化。

由于只要材料是通常应用于制动盘的摩擦零件的铸铁则任何材料可以应用于上述制动盘10，因此材料不受到具体限制。例如，诸如FC200的商用材料可以适当地用作该材料。

进一步提供了用于制造制动盘的方法。该方法可包括铸造包括由铸铁形成的摩擦表面的制动盘，并且通过沿厚度方向磨削制动盘的摩擦表面而将形成在制动盘的摩擦表面上的共晶单胞的每单位面积数量调节为约300ea/cm²或更小。

当铸造铸铁材料时，制动盘的直接与模具接触的外部可以相对迅速地冷却，并且制动盘的远离模具的中心部可以相对缓慢地冷却。由于石墨的生长大小与冷却速率成反比，因此在外部的共晶单胞的大小可以降低，并且在中心部的共晶单胞的大小可以增加。

由于共晶单胞的大小与共晶单胞的每单位面积数量成反比，因此共晶单胞的每单位面积数量可以随着在制动盘上从铸铁材料的外侧至中心侧的方向而减少。因此，当磨削由铸铁形成的制动盘的摩擦表面时，暴露于摩擦表面的共晶单胞的每单位面积数量可以适当地逐渐减少。

因此，当制动盘的摩擦表面沿厚度方向磨削时，由于共晶单胞的每单位面积数量被减少到约300ea/cm²或更小，因此可以减少抖动现象。

可以根据各种条件改变制动盘在其厚度方向上的磨削量，并且具体地，可以根据铸造工艺期间在厚度方向上的收缩率调节磨削量。

图7示出了在两种类型的铸造方法中铸造的具有相同形状的制动盘的两个样品沿厚度方向的收缩率。水平轴上的数字对应于图6中示出的划分的部分，区域1是以第一铸造方法制造的样品，并且区域2指以第二铸造方法制造的样品。在两种铸造方法中，冒口头和溢流孔的位置、大小、形状等可彼此不同，但是生成的铸件的形状可彼此相同。其详细描述由于偏离本发明的范围因此将被省略。

在两种铸造方法中，可以插入由相同材料形成的熔融金属，熔融金属可以两次接种在浇包中并且一次接种在喷射流中，因此总计三次，并且在每个模具中冷却时间可以是40分钟或者更长时间。

尽管通过使用两种铸造方法制造的最终产品的形状彼此相同，但是样品#1具有小于约1％的收缩率，但是样品#2具有大于约1.5％的收缩率。以此方式，铸件的收缩率可以根据铸造方法的详细配置而改变。

因为从模具直接移除的铸件具有粗糙表面，因此可能需要额外的磨削。在现有技术中，已确定磨削量与摩擦表面的收缩率成反比。

例如，可增加具有低收缩率的样品#1的磨削量，并且可降低具有高收缩率的样品#2的磨削量。因此，从两个模具注入的铸件的形状彼此相同。因此，样品#1沿其厚度方向被磨削约2至2.5mm，并且样品#2沿其厚度方向被磨削约1.5至1.9mm。

如图8所示，在样品#1具有低收缩率的情况下，共晶单胞的每单位面积数量不大于约300ea/cm²，并且共晶单胞的偏差不大于约60ea/cm²。因此，摩擦系数减小并且摩擦系数的偏差减小，使得可以使抖动现象最小化。

然而，在样品#2具有高收缩率的情况下，共晶单胞的每单位面积数量大于约300ea/cm²，并且共晶单胞的偏差大于约60ea/cm²。因此，摩擦系数增加并且摩擦系数的偏差增加，使得可能更频繁地发生抖动现象。

因此，在本发明中，可以确定磨削量与收缩率成比率，使得可以将形成在制动盘的摩擦表面上的共晶单胞的每单位面积数量调节为约300ea/cm²或更小。

与现有技术相反，样品#1的磨削量可被设置为大于样品#2的磨削量，使得位于铸件的中心处的具有较大尺寸的共晶单胞可暴露于摩擦表面。

图8中示出的样品#3、样品#4和样品#5以与样品#2的铸造方法相同的铸造方法制造，并且然后沿制动盘的一侧的厚度方向以不同的磨削量被磨削。例如，样品#3被磨削2mm，样品#4被磨削2.5mm，并且样品#5被磨削3mm。

因此，由于样品#3和样品#4具有与以上样品#2极其不同的共晶单胞数和偏差，因此不能预期抖动现象的减少。然而，样品#5具有被极大减少的共晶单胞数和偏差，并且因此，可以被改善为与样品#1相似的水平。

因此，为了将共晶单胞的每单位面积数量调节为约300ea/cm²并且将偏差调节为约60ea/cm²，当制动盘在其厚度方向上的收缩率平均小于约1.5％时，在一侧的厚度方向上的磨削量可以调节为不小于约2mm并小于3mm。当制动盘在其厚度方向上的收缩率平均不小于约1.5％时，在一侧的厚度方向上的磨削量可被调节为不小于约3mm。

即使当制动盘在其厚度方向上的收缩率减小时，可以磨削制动盘的直接与模具接触的一部分，以便布置铸件的表面的形状并且移除形成在铸件的表面上的小的共晶单胞的部分，使得可以减少共晶单胞的每单位面积数量。

因此，不考虑制动盘的收缩率，可以将制动盘的一侧上的摩擦表面磨削至少约2mm或更大，优选地，约2.5mm或更大。

当制动盘在其厚度方向上的收缩率小于约1.5％时，制动盘的一侧上的摩擦表面的磨削量可以约为3mm或更小，因为即使当将摩擦表面磨削约3mm或更大时，也不能极大减少共晶单胞的每单位面积数量。

同时，当制动盘在其厚度方向上的收缩率不小于1.5％时，可以将制动盘的一侧上的摩擦表面磨削约3mm或更大。当磨削量小于约3mm时，如在图8中示出的样品#2、样品#3和样品#4中，共晶单胞的每单位面积数量可增加，并且其偏差也可增加。因此，不能实现本发明减少抖动现象的目的。

表1表示在例如当初始速度和制动转矩改变时的各种条件下通过测量具有不同的共晶单胞的每单位面积数量的样品的最大BTV而获得的结果。最大BTV的单位是与制动转矩相同的kgf。

如图8所示和表1中表示的，其中共晶单胞的每单位面积数量不大于约300ea/cm²并且其偏差不大于约60ea/cm²的样品#1和样品#5的最大BTV的平均值小于样品#4。另一方面，其中共晶单胞的每单位面积数量大于约300ea/cm²并且其偏差大于约60ea/cm²的样品#2、样品#3和样品#4的最大BTV的平均值不小于6而是高达9或者更大。以此方式，当最大BTV高时，由于在制动期间可能出现严重的抖动现象，因此乘客的舒适度可能急剧劣化。

因此，为了减少制动期间的抖动现象，可以如上所述限制共晶单胞的每单位面积数量及其偏差。

表1

尽管已经参考附图描述了本发明的实施方式，但是本发明所属领域的技术人员可以理解的是，在不改变本发明的技术精神或基本特征的情况下，可以其他特定形式实现本发明。

因此，应当理解，上述实施方式在所有方面并非限制性的而是说明性的。本发明的范围不是由具体描述而是由所附权利要求进行限定，并且应当解释为所附权利要求的含义和范围、以及从其等效物得来的所有变化或改变形式都包括在本发明的范围中。

Claims (6)

1.一种具有由铸铁形成的摩擦表面的制动盘，其中，所述制动盘的所述摩擦表面包括沿圆周方向的多个部分，并且形成在所述部分的表面上的共晶单胞的每单位面积数量的平均值不大于300ea/cm²。

2.根据权利要求1所述的制动盘，其中，形成在多个所述部分中的所述共晶单胞的每单位面积数量的偏差不大于60ea/cm²。

3.一种制造制动盘的方法，包括以下步骤：

铸造包括摩擦表面的制动盘；并且

沿厚度方向磨削所述制动盘的所述摩擦表面，使得形成在所述制动盘的所述摩擦表面上的共晶单胞的每单位面积数量不大于300ea/cm²。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在沿所述厚度方向磨削所述制动盘的所述摩擦表面的过程中，当所述制动盘被铸造时所述制动盘沿厚度方向收缩的平均收缩率小于1.5％时，所述摩擦表面的一侧以不小于2mm且小于3mm的程度被磨削。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，在沿所述厚度方向磨削所述制动盘的所述摩擦表面的过程中，当所述制动盘被铸造时所述制动盘沿所述厚度方向收缩的平均收缩率不小于1.5％时，所述摩擦表面的一侧被磨削3mm或更大。

6.一种包括根据权利要求1所述的制动盘的车辆。