CN109909478A - 一种梯度复合材料刹车盘的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种梯度复合材料刹车盘的制作方法，通过组装低压铸造装置、放置增强相预制块、升液、强混、充型、保压、卸压、取件等工序制造出梯度复合材料刹车盘。该方法在梯度复合材料、刹车盘制作领域都是一种新颖、独特的方法，简便、高效，能确保刹车盘外圆周的制动功能，内圆周的连接功能，便于提高生产率，降低成本，刹车盘性能可靠性高。

Description

一种梯度复合材料刹车盘的制作方法

技术领域

本发明涉及梯度复合材料技术领域，尤其涉及梯度复合材料刹车盘制作的技术领域。

背景技术

梯度复合材料是指采用先进的材料复合技术、通过控制构成材料的要素（组成、结构等）由一侧向另一侧呈连续梯度变化的非均质材料，性质和功能相应于组成和结构的变化而呈现梯度变化，可减小和克服结合部位的性能不匹配因素。梯度复合材料制备方法有相分布控制和粒子排列技术两大类，包括物理真空镀膜、化学气相沉 积、粒子排列烧结、等离子喷镀、薄膜叠层和自蔓延高温合成法等，该种材料在核能、电子、光学、化学、电磁学、生物医学以至日常生活领都有着较大的潜在应用前景。

刹车盘是汽车制动系统的重要组成部分，制动性能的好坏直接关系到车辆能否安全、高速行驶。踩刹车时制动卡钳夹住刹车盘起到减速或者停车的作用。汽车产业的迅猛发展，环境保护要求的提高，对汽车用材料轻量化的要求，迫使人们寻求更轻的材料，替代目前广泛使用的铸铁刹车盘。由于铝合金更小的密度，可以显著减轻车重，而铝合金更好的导热性能，由此带来制动过程的能量消耗显著降低。为了满足刹车盘外圈的耐磨功能需要，以及内圈连接作用需要，梯度复合材料能有效解决上述问题。目前铝合金复合材料刹车盘的主要制备方法是粉末冶金，其不仅有成本过高问题，更有内圈连接部分的功能过剩。由此，一个简单有效的梯度功能复合材料制备方法，具有显著的实践意义。

发明内容

发明目的：鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明旨在提供一种高效的梯度复合材料刹车盘制作方法。

技术方案：一种梯度复合材料刹车盘的制作方法，包括以下步骤：

a、组装低压铸造装置，此低压铸造装置自上而下按功能依次是成型模具、强混装置和保温炉；所述强混装置水平方向自外而内依次是固定盘、电磁搅拌器和贴补芯；所述保温炉包括炉盖、升液管和基体熔体；所述固定盘与所述炉盖相连接；所述贴补芯与所述升液管形成熔体充型通道；

b、放置增强相预制块，将增强相预制块放置于所述贴补芯内部；

c、升液，根据设定压力曲线将压缩气体通入所述保温炉，所述基体熔体经升液管上升，进入贴补芯，熔体液位漫过增强相预制块；

d、强混，所述电磁搅拌器通入交流电，借助电磁感应作用令基体熔体与增强相预制块强烈混合，确保增强相在所述贴补芯范围内的基体熔体内均匀分布；

e、充型，继续加压，所述贴补芯区域以及相邻升液管区域的熔体先后顺序进入所述成型模具模腔，混有增强相的熔体进入所述成型模具模腔外部轮缘区域，不含增强相的熔体进入所述成型模具模腔中心区域；

f、保压，熔体充满所述成型模具模腔后，模腔内熔体在冷却条件下快速凝固；

g、卸压，待模腔内熔体完全凝固后，压力下降，所述升液管内熔体高度低于贴补芯或更低的设定位置；

h、取件，将模腔内刹车盘成型件取出，待模腔内表面检验确认后，重新开始新的铸造充型过程。

优选项，为保证所述贴补芯区域且仅限此区域的基体熔体与增强相均匀混合，不会对贴补芯下方的升液管内基体熔体产生搅拌作用，在所述步骤a中，所述电磁搅拌器以所述贴补芯为中心，均布于所述贴补芯四周；所述电磁搅拌器的结构及搅拌参数可根据贴补芯的大小而进行调整，所述电磁搅拌器还具有冷却介质，确保电磁搅拌器的稳定性。

优选项，为保证含增强相的熔体优先进入模腔外缘，在所述步骤a中，所述成型模具相对于所述强混装置作圆周运动。

优选项，为保证梯度复合材料性能的可靠性，在所述步骤b中，所述增强相预制块包含合金增强相组分、粉体界面改善组分和改善合金性能的有益组分。

优选项，为保证增强相与基体熔体充分均匀混合，避免熔体卷入有害气体，所述步骤e中，所述充型过程中模腔内可以充氧、或充惰性气体、或抽负压，以减少充型过程中的缺陷。

优选项，为保证刹车盘的冷却自外向内、自上而下顺序凝固，所述贴补芯区域熔体最后凝固，在所述步骤f中，所述冷却条件为强制水冷，或水汽混合冷却。

优选项，为提高此制作方法的应用范围，所述贴补芯为陶瓷保温材料，通过更换规格不同的贴补芯，满足不同规格刹车盘的制作要求。

有益效果：本发明简便、高效，确保刹车盘外圆周的制动功能，内圆周的连接功能，便于提高生产率，降低成本，刹车盘性能可靠性高。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

具体实施方式

目前，铝合金已广泛取代钢铁材料成为汽车轻量化的首选材料，铝合金具有重量轻、良好的耐磨性、良好的断裂韧性和抗疲劳性、尺寸稳定性、热膨胀系数小等优点，铝合金的这些性能多取决于基体材料和增强相的成分、性能、含量、分布和界面结合等。

下面结合附图对本发明在铝基梯度复合材料刹车盘的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，铝基梯度复合材料刹车盘的制作方法，包括以下步骤：

a、组装低压铸造装置，此低压铸造装置自上而下依次是成型模具1、强混装置2、保温炉3和液面悬浮控制系统5；所述成型模具1相对于所述强混装置2作圆周运动；所述强混装置2水平方向自外而内依次是固定盘21、电磁搅拌器22和贴补芯23；所述保温炉3包括炉盖31、升液管32和铝合金熔体33；所述固定盘21与所述炉盖31相连接；所述电磁搅拌器22以所述贴补芯23为中心，均布于所述贴补芯23四周；所述贴补芯23为陶瓷保温材料，其与所述升液管32形成熔体充型通道；

b、放置增强相预制块4，将增强相预制块4放置于所述贴补芯23内部；

c、升液，根据设定压力曲线将压缩气体通入所述保温炉3，所述铝合金熔体33经升液管32上升，进入贴补芯23，熔体液位漫过增强相预制块4；

d、强混，所述电磁搅拌器22通入交流电，借助电磁感应作用令铝合金熔体33与增强相预制块4强烈混合，确保增强相在所述贴补芯23范围内的铝合金熔体33内均匀分布；

e、充型，继续加压，所述贴补芯23区域以及相邻升液管32区域的熔体先后顺序进入所述成型模具1模腔，混有增强相的熔体先进入所述成型模具1模腔外部轮缘区域，不含增强相的熔体后进入所述成型模具1模腔中心区域；

f、保压，熔体充满所述成型模具1模腔后，模腔内熔体在冷却条件下快速凝固；

g、卸压，待模腔内熔体完全凝固后，压力下降，所述升液管32内熔体退至设定位置；

h、取件，将模腔内刹车盘成型件取出，待模腔内表面检验确认后，重新开始新的铸造充型过程。

由于所述电磁搅拌器22以所述贴补芯23为中心，均布于所述贴补芯23四周，在交变磁场作用下，所述贴补芯23区域且仅限此区域的铝合金熔体33与增强相均匀混合，不会对贴补芯23下方的升液管32内铝合金熔体33产生搅拌作用。所述电磁搅拌器22具有电流、电压、频率以及对应电磁搅拌力可调的功能，可根据贴补芯23的大小而进行调整。所述电磁搅拌器22还具有水冷或油冷介质，确保电磁搅拌器22的稳定性。所述成型模具1相对于所述强混装置2作圆周运动，利用离心力将含增强相的熔体均匀填充于模腔外缘，进而得到高耐磨的刹车盘。随着熔体的不断充型，内部不含增强相，从而形成性能的梯度，功能的相应匹配，不仅能够节约能源、降低成本，而且为高效率自动化生产创造了有利条件。

在所述步骤b中，所述增强相预制块4包含铝合金增强相粉体、粉体界面改善组分和改善铝合金性能的有益组分。所述增强相预制块4可以使用预混压制的固体块，亦可以是含增强相且预先配置的半固态块体，亦可以是预先制备且与铝合金基体反应生成增强相的液态材料。所述步骤e中，所述充型过程中模腔内可以充氧、或充惰性气体、或抽负压，避免熔体卷入有害气体，以减少充型过程中的缺陷，保证增强相与铝合金熔体充分均匀混合。在所述步骤f中，所述冷却条件为强制水冷，或水汽混合冷却，确保刹车盘的冷却自外向内、自上而下顺序凝固，所述贴补芯23区域熔体最后凝固。所述贴补芯23为陶瓷保温材料，其尺寸（内部体积）满足刹车盘耐磨轮缘的金属充型量需要，通过更换规格不同的贴补芯23，可满足不同规格刹车盘的制作要求。在所述步骤g中，压力下降，所述液面悬浮控制系统5保证升液管32内熔体高度低于贴补芯23以下的位置，但高于保温炉3的实际液面。此外，在所述步骤e中，保温炉压力调节可以与模腔内充氧、或充惰性气体、或抽负压的过程程序控制联动进行，或独立进行。在所述步骤f中，保温炉3的压力可以保持稳定，或增高以实现更好的凝固补缩。

本发明在梯度复合材料、刹车盘制作领域都是一种新颖、独特的方法。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，不脱离本发明构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，

a、组装低压铸造装置，此低压铸造装置自上而下按功能依次是成型模具（1）、强混装置（2）和保温炉（3）；所述强混装置（2）水平方向自外而内依次是固定盘（21）、电磁搅拌器（22）和贴补芯（23）；所述保温炉（3）包括炉盖（31）、升液管（32）和基体熔体（33）；所述固定盘（21）与所述炉盖（31）相连接；所述贴补芯（33）与所述升液管（32）形成熔体充型通道；

b、放置增强相预制块（4），将增强相预制块（4）放置于所述贴补芯（23）内部；

c、升液，根据设定压力曲线将压缩气体通入所述保温炉（3），所述基体熔体（33）经升液管（32）上升，进入贴补芯（33），熔体液位漫过增强相预制块（4）；

d、强混，所述电磁搅拌器（22）通入交流电，借助电磁感应作用令基体熔体（33）与增强相预制块（4）强烈混合，确保增强相在所述贴补芯（23）范围内的基体熔体（33）内均匀分布；

e、充型，继续加压，所述贴补芯（23）区域以及相邻升液管（32）区域的熔体先后顺序进入所述成型模具（1）模腔，混有增强相的熔体先进入所述成型模具（1）模腔外部轮缘区域，不含增强相的熔体后进入所述成型模具（1）模腔中心区域；

f、保压，熔体充满所述成型模具（1）模腔后，模腔内熔体在冷却条件下快速凝固；

g、卸压，待模腔内熔体完全凝固后，压力下降，所述升液管（32）内熔体退至设定位置；

h、取件，将模腔内刹车盘成型件取出，待模腔内表面检验确认后，重新开始新的铸造充型过程。

2.根据权利要求1所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述电磁搅拌器（22）以所述贴补芯（23）为中心，均布于所述贴补芯（23）四周。

3.根据权利要求2所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：所述电磁搅拌器（22）具有电流、电压、频率以及对应电磁搅拌力调节的功能。

4.根据权利要求3所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：所述电磁搅拌器（22）还具有冷却介质，确保电磁搅拌器（22）的稳定性。

5.根据权利要求1或2所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：在所述步骤a中，所述成型模具（1）相对于所述强混装置（2）作圆周运动。

6.根据权利要求5所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述增强相预制块（4）包含合金增强相组分、粉体界面改善组分和改善合金性能的有益组分。

7.根据权利要求5所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：在所述步骤e中，所述充型过程中模腔内充保护气体，以减少充型过程中的缺陷。

8.根据权利要求5所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：在所述步骤f中，所述冷却条件为水汽混合冷却，确保刹车盘的冷却自外向内、自上而下顺序凝固，所述贴补芯（23）区域熔体最后凝固。

9.根据权利要求5所述梯度复合材料刹车盘的制作方法，其特征在于：所述贴补芯（23）为陶瓷保温材料，通过更换规格不同的贴补芯（23），满足不同规格刹车盘的制作要求。