CN109877295B - 一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铝‑陶瓷复合制动盘的制造方法，本发明涉及车辆制动盘制造领域，具体涉及一种铝‑陶瓷复合制动盘的制造方法。本发明是要提供一种铝‑陶瓷制动盘轻量化结构，保证结构刚度和耐磨性，且低成本的制造方法。主要步骤包括：一、盘芯熔态热合；二、铝合金熔炼及铸造盘体；三、退火；四、制动盘热处理；五、机械加工。本发明采用了带有孔隙率的发泡陶瓷或者泡沫陶瓷与铝合金通过固‑液复合制造而成，陶瓷盘芯采用熔态热合的技术实现有效连接，且铝液浸渗至陶瓷内部后实现了陶瓷和铝界面的连续界面。本发明既能保证制动盘的整体结构刚度又可以轻量化设计，盘体与车轮主轴之间通过螺杆连接，增加了制动效果，该方法制备工艺简单、成本低。

Description

一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法

技术领域

本发明涉及车辆制动盘制造领域，具体涉及一种复合制动盘的制造方法。

背景技术

在交通制造领域，虽然电力制动已经发展的极为成熟，但是机械制动的作用依旧占据重要地位，在电力制动失效时必须发挥有效的制动作用，保证人员和车辆的安全。目前，复合制动盘综合性能优异，且材质更轻，易实现轻量化制造。

发明专利(2018113412493)公开了一种固液复合挤压铸造铝-钢铁复合制动盘的方法，该复合制动盘包括由钢铁制造的盘芯和铝合金铸造的盘体组成，并通过固液复合挤压铸造方法制备，通过该设计制动盘不但具备了优异的耐磨性，而且具有明显的轻量化效果。然而该方法中钢铝的界面结合属于机械结合，结合强度较弱，在使用的过程中可能存在两者结合面开裂的风险，同时，由于盘芯的材质依旧为钢铁，减重效果有限。

发明专利(CN108331863A)公开了一种混合轻质制动盘及其制造方法。混合轻质制动盘具有制动室和具有至少一个圆形的外摩擦表面的摩擦环。制动室由铝锻造合金的材料构成，且通过使用激光沉积焊接工艺或3D打印工艺在制动室的边缘区域上构建由快速凝固的铝合金组成的摩擦环。该发明可以有效的降低制动盘的整体重量，实现轻量化的目的，但是该方法制备工艺复杂，且全铝合金材质并不能保证足够的耐磨性。

发明专利(CN107100949A)提供了一种组合式复合材料制动盘及制备方法和应用，该方法提供了一种梯度复合材料与碳陶瓷基复合材料互配后用做制动盘的方法，虽然该方法的制动盘结构和材料较为先进，轻量化效果明显，但是通过该方法制备制动盘，制备工艺复杂，制备成本很高，难以实现产业化生产。

因此，实现制动盘轻量化结构、保证结构刚度和耐磨性等综合性能、且能实现低成本产业化制造是目前轻量化制动盘制造的首要目标。

发明内容

本发明的目的是实现制动盘的轻量化设计，保证制动盘的结构刚度和足够的耐磨性，且可采用简单工艺流程实现制备，并可实现工业化生产，进而提供一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法。

本发明一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法是按以下步骤进行：

一、陶瓷骨架盘芯预制：根据左右制动盘摩擦面的实际需要，制造带孔隙的陶瓷骨架作为左盘、右盘和连接柱的料坯，采用熔态热合将左盘、右盘和连接柱组合成盘芯，冷却后得到盘芯组；

二、铝合金熔炼及铸造盘坯体：采用熔炼炉熔炼铝合金，得到熔融铝液；将步骤一中得到的盘芯组放入挤压铸造模具中，将熔融铝液注入挤压铸造模具，通过加压设备施加压力并保压，完成熔融铝液浸渗至盘芯组中，冷却凝固成型；

三、制动盘坯体热处理：根据熔炼的铝合金种类进行相应的分级升温，当分级升温到该铝合金的固溶温度时进行T6热处理过程，得到制动盘盘坯；

四、机械加工：对步骤三中所得到的制动盘盘坯进行车、钻孔、加工螺纹及研磨的机械加工过程，加工完毕后即得到铝-陶复合制动盘。

本发明的有益效果是：

本发明中制动盘采用了铝-陶瓷复合结构，该结构中采用了陶瓷和熔融铝合金复合制备成制动盘，该复合结构保证了制动盘对耐磨性的要求，保证了制动效果。本发明采用的铝-陶瓷复合结构，其中陶瓷采用的是具备一定孔隙率的泡沫陶瓷或发泡陶瓷，并未采用铸铁等传统材料，有效的降低了制动盘的整体重量，具有极佳的轻量化效果。

本发明中采用熔态热合的技术制造陶瓷盘芯，保证盘芯部件连接强度且有效降低制造成本。

本发明中采用了铝-陶瓷液固挤压铸造复合方法，将铝合金以液态形式挤压至陶瓷空隙中，铝合金为连续状态，陶瓷与铝合金并不存在明显界面，有效保证铝合金基体与陶瓷盘芯的结合强度和致密度。

本发明中采用了的热处理过程为分级升温T6热处理过程，保证构件不因内应力而而破坏，同时还能够有效的保证T6热处理效果。

附图说明

图1为铝-钢铁复合制动盘的结构示意图；

图2为左盘的局部示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法是按以下步骤进行：

一、陶瓷骨架盘芯预制：根据左右制动盘摩擦面的实际需要，制造带孔隙的陶瓷骨架作为左盘3、右盘4和连接柱5的料坯，采用熔态热合将左盘3、右盘4和连接柱5组合成盘芯，冷却后得到盘芯组；

二、铝合金熔炼及铸造盘坯体：采用熔炼炉熔炼铝合金，得到熔融铝液；将步骤一中得到的盘芯组放入挤压铸造模具中，将熔融铝液注入挤压铸造模具，通过加压设备施加压力并保压，完成熔融铝液浸渗至盘芯组中，冷却凝固成型；

三、制动盘坯体热处理：根据熔炼的铝合金种类进行相应的分级升温，当分级升温到该铝合金的固溶温度时进行T6热处理过程，得到制动盘盘坯；

四、机械加工：对步骤三中所得到的制动盘盘坯进行车、钻孔、加工螺纹及研磨的机械加工过程，加工完毕后即得到铝-陶复合制动盘。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铝-陶复合制动盘由盘芯1和盘体2组成；所述盘芯1由左盘3、右盘4和连接柱5组成；左盘3、右盘4和连接柱5均为陶瓷，所述左盘3和右盘4的中心设置有对称的通孔，左盘3和右盘4左右对中放置，所述左盘3和右盘4相对的内侧均分布有若干个圆柱形凹坑6；所述左盘3和右盘4通过均匀布设的连接柱5通过熔态热合连接；所述盘体2由铝合金挤压铸造而成，所述盘体2的左侧设置有穿出左盘3的凸台，所述凸台沿轴心的在表面经过机械加工分布若干螺纹孔7。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述带孔隙的陶瓷为发泡陶瓷或泡沫陶瓷；所述带孔隙的陶瓷的孔隙率为5％～50％。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述熔态热合是先将带孔隙的陶瓷骨架的表面加热至其熔点，然后在压力为10～20kN、温度为1500～1800℃的条件下热压1～2h。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述熔炼的温度为700～850℃。其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将熔融铝液注入挤压铸造模具之前将所述盘芯组放入温度为550～610℃的挤压铸造模具中保温；保证保温的时间与所述熔炼铝合金的时间同时到达。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中所述分级升温是指升温过程分为两个阶段，第一阶段升高温度至所选铝合金的固溶温度的60％～70％，保温20～30min；第二阶段升温至该铝合金的固溶温度，保温1～2h。其他与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中所述铝合金为2XXX、6XXX和7XXX系铝合金。其他与具体实施方式一至七之一相同。

采用以下实施例验证本发明有益效果：

实施例：一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法是按以下步骤进行：

一、盘芯熔态热合：按照设计需要准备孔隙率为20％的泡沫陶瓷的盘芯左盘、盘芯右盘和连接柱，在盘芯和连接柱连接处放置少量陶瓷粉末，将盘芯左盘，盘芯右盘和连接柱按照盘芯组合，施加15KN的压力。将此装置置于高温炉中，加热到1800℃，保温1.5h，炉冷后即得到盘芯。

二、铝合金熔炼及铸造盘体：采用熔炼炉熔炼2024铝合金，熔炼温度控制为810℃，熔炼时间为40min，将步骤二中陶瓷盘芯放入挤压铸造模具中，将熔融2024铝液注入模具，通过加压设备施加100KN压力，保压30min，冷却凝固成型，即得到制动盘粗坯。

三、制动盘热处理：将制动盘在炉中加热至495℃，保温1h后进行水淬火，随后进行160℃人工时效处理，处理时间为8h；

四、机械加工：对步骤四中所得到的制动盘进行相应的车、钻孔、加工螺纹及研磨的机械加工过程，加工完毕后即得到铝-陶瓷复合制动盘。

下表给出的是实施例中铝-陶瓷复合制动盘与发明专利(2018113412493)中铝-钢铁复合制动盘减重效果、以及界面结合方式和性能对比结果。

Claims (3)

1.一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法，其特征在于一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法是按以下步骤进行：

一、陶瓷骨架盘芯预制：根据左右制动盘摩擦面的实际需要，制造带孔隙的陶瓷骨架作为左盘(3)、右盘(4)和连接柱(5)的料坯，采用熔态热合将左盘(3)、右盘(4)和连接柱(5)组合成盘芯，冷却后得到盘芯组；所述带孔隙的陶瓷为发泡陶瓷或泡沫陶瓷；所述带孔隙的陶瓷的孔隙率为5％～50％；所述熔态热合是先将带孔隙的陶瓷骨架的表面加热至其熔点，然后在压力为10～20kN、温度为1500～1800℃的条件下热压1～2h；所述左盘(3)和右盘(4)相对的内侧均分布有若干个圆柱形凹坑(6)；

二、铝合金熔炼及铸造盘坯体：采用熔炼炉熔炼铝合金，得到熔融铝液；将步骤一中得到的盘芯组放入挤压铸造模具中，将熔融铝液注入挤压铸造模具，通过加压设备施加压力并保压，完成熔融铝液浸渗至盘芯组中，冷却凝固成型；所述熔炼的温度为700～850℃；将熔融铝液注入挤压铸造模具之前将所述盘芯组放入温度为550～610℃的挤压铸造模具中保温；保证保温的时间与所述熔炼铝合金的时间同时到达；

三、制动盘坯体热处理：根据熔炼的铝合金种类进行相应的分级升温，当分级升温到该铝合金的固溶温度时进行T6热处理过程，得到制动盘盘坯；所述分级升温是指升温过程分为两个阶段，第一阶段升高温度至所选铝合金的固溶温度的60％～70％，保温20～30min；第二阶段升温至该铝合金的固溶温度，保温1～2h；

四、机械加工：对步骤三中所得到的制动盘盘坯进行车、钻孔、加工螺纹及研磨的机械加工过程，加工完毕后即得到铝-陶复合制动盘。

2.根据权利要求1所述的一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法，其特征在于所述铝-陶复合制动盘由盘芯(1)和盘体(2)组成；所述盘芯(1)由左盘(3)、右盘(4)和连接柱(5)组成；左盘(3)、右盘(4)和连接柱(5)均为陶瓷，所述左盘(3)和右盘(4)的中心设置有对称的通孔，左盘(3)和右盘(4)左右对中放置，所述左盘(3)和右盘(4)相对的内侧均分布有若干个圆柱形凹坑(6)；所述左盘(3)和右盘(4)通过均匀布设的连接柱(5)通过熔态热合连接；所述盘体(2)由铝合金挤压铸造而成，所述盘体(2)的左侧设置有穿出左盘(3)的凸台，所述凸台沿轴心的在表面经过机械加工分布若干螺纹孔(7)。

3.根据权利要求1所述的一种铝-陶瓷复合制动盘的制造方法，其特征在于步骤三中所述铝合金为2XXX、6XXX和7XXX系铝合金。

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