CN110645292A - 汽车制动鼓及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车制动鼓及其制造方法，汽车制动鼓包括法兰端和工作段，工作段外壁设有一圈凸台，所述工作段壁厚为10‑15mm，所述工作段和法兰端间设有过渡段，过渡段上设置散热孔，这种新的散热孔结构，可以预防杂质进入制动鼓内部，从而影响刹车蹄寿命的情况，预防由于制动鼓工作过程中因油管路破裂漏油引起的制动效果差或失效的故障。本发明建立了以摩擦系数为标准选材，并结合新的加工工艺，使制动鼓制作材料、产品结构和热处理工艺有机结合，制成的产品可将制动壁厚控制在10‑15mm内，相较于传统制动≥20mm壁厚，在产品重量上可以减轻20%‑25%。不仅成本不增加，还具有更高的强度、耐磨性、使用寿命及安全性。

Description

汽车制动鼓及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种制动鼓及其制造方法，尤其涉及一种汽车制动鼓及其制造方法。

背景技术

汽车制动鼓是汽车制动系统中最重要，也是最关键的安全零部件，作为汽车制动系中的一种制动摩擦件，具有较高的安全性能要求，汽车制动时通过制动块带动摩擦片向外张开，与制动鼓之间产生摩擦，把汽车的动能转换为热能，也就是靠制动块在制动轮上压紧产生的摩擦力来实现刹车和减速。通过对制动鼓在工作过程中的结构原理来看，制动鼓在制动的瞬间局部会承受压力，总体上承受拉力，且在制动的同时，刹车蹄与制动鼓之间产生强大的摩擦力，故在摩擦的过程中产生热量使得制动鼓温度急速提升。所以，针对制动鼓以上几点特点，要求材除了具有好的耐磨性，强度、韧性等常温性能外，应具有良好的高温性能，尤其是高的抗热疲劳性。

汽车制动鼓产品是一种磨损消耗件，市场需求量很大，每年需求量大约为10亿只，消耗量大约4000万吨，但是目前的汽车制动鼓存在以下问题：

1、选材造成的缺陷：

(1.1)灰铁：目前知道制动鼓的材料大多是HT200或HT250，其组织为片状石墨和珠光体，片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，所以此类含碳量低，组织粗大，强度硬度也较低，力学性能不达标，存在铸造缺陷，铸件应力过大，在使用过程中容易发生龟裂和磨损严重，也容易产生热疲劳裂纹，使用寿命较低，通常为1-2万公里左右。且采用这种材料制成的产品，壁厚均≥15mm，重量偏重，约在55-65KG。

(1.2)Q235牌号的合金钢材料：市面上也存在有部分钢鼓，由于受到制造成本的影响其使用Q235牌号的材料制作，虽然在强度方面比铸铁好，但其耐磨性和耐热性还不如普通的铸铁，实际使用过程中容易变形，使工作面外张使得制动效果变差。

2、制动鼓的主要失效形式有磨损、断裂、疲劳龟裂、法兰掉底等。制动鼓在制动的瞬间局部承受压力，总体承受拉力，同时制动鼓与刹车蹄之间产生强大的摩擦力，由于摩擦产生的热量使制动鼓的工作表面温度达到400-500℃。随着汽车速度的提升，汽车载重量的增加，以及山区公路大量投入使用和交通拥挤的加剧，这些都使得制动器在频繁工作时，制动鼓的局部温度会更高，是制动鼓处于严重的热疲劳状态，在制动鼓处于热疲劳状态的同时，一些用户加装淋水器，使制动鼓表面温度骤降，从而在制动鼓表面产生龟裂。

3、为了排出制动鼓在制动过程产生的热量，一些生产商在制动鼓工作段表面开设各种结构不同的散热孔，但开孔位置基本都在工作段、开孔方向均贯穿工作段内外壁，这样虽然起到了降温的效果，却也产生了一些其他不良的影响。比如有的公司开散热孔是直接在工作段垂直于工作面开孔，这导致杂质进入制动鼓内部影响刹车蹄寿命，同时由于开孔方向是垂直于制动鼓工作面，所以制动系统在工作过程中，刹车蹄在与制动鼓摩擦制动时，在开孔位置会受到横向剪切力，进而加快了刹车蹄的磨损。

4、未考虑摩擦系数、硬度的关系。

(4.1)摩擦力的大小是影响汽车制动的关键，而摩擦力的大小又受到制动鼓摩擦系数的影响，若摩擦系数过小，摩擦力不够，会导致制动距离边长；若摩擦系数过大，会导致制动鼓抱死、汽车打滑或侧翻。但目前制动鼓方面专利，并未考虑过摩擦系数的问题。

(4.2)对于金属材料而言，摩擦系数与硬度成反比，若增加材料硬度，则会降低其摩擦系数，导致制动效果明显变差，在踩刹车程中也会出现因制动鼓硬度过高产生弹脚的情况，出现巨大的安全风险。但若只考虑摩擦系数，则材料硬度不够，若选用CrMo合金材料，由于该材料具有良好的塑性，由该材料制成的制动鼓存在塑性变形的问题、容易在工作过程中因变形而减少使用寿命。

综上、目前市面上的汽车制动鼓、因为结构、选材、工艺的问题，已经满足不了新形势下汽车重载高速的市场需求，尤其是重型卡车制动鼓的要求。所以需要进一步提高制动鼓的强度、耐磨性、使用寿命以及安全性，同时减轻其重量，这些性能指标对普通灰铁来说，其发展受到了较大的局限。因此开发新材料新工艺替代现在的制动鼓产品已非常必要。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，选用低碳合金钢材料进行铸造，更改产品结构以及生产工艺，从而有效提高制动鼓的强度、耐磨性、使用寿命以及安全性的汽车制动鼓及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种汽车制动鼓，包括法兰端和工作段，二者的中心轴同轴，所述工作段外壁设有一圈凸台，所述工作段壁厚为10-15mm，所述工作段和法兰端间设有一空心圆台状的过渡段，所述过渡段的大端连接工作，小端连接法兰端，过渡段外壁设有一与工作段同轴的环形区，所述环形区上均匀设置有数个从过渡段外壁贯穿至其内壁的散热孔，所述散热孔于中心轴平行，横截面为长方形，所述过渡段与工作段一体成型，二者采用硬度为HRC34-HRC38的CrMo合金材料制成。

作为优选：所述散热孔沿环形区的切线方向均匀分布，数量为8-12个，横截面尺寸为10mm*30mm。

作为优选：所述CrMo合金材料为35CrMo合金。

一种汽车制动鼓的其制造方法，包括以下步骤：

(1)确定制动鼓的摩擦系数范围，并根据摩擦系数范围确定CrMo合金的调质硬度，其中，所述摩擦系数范围为0.37-0.4之间，所述CrMo合金材料选用35CrMo合金钢，所述调质硬度为HRC34-HRC38；

(2)利用步骤(1)选择的CrMo合金材料继续金属熔炼浇注，制成半成品，所述半成品包含工作段、过渡段、法兰端、散热孔、凸台；

(3)对步骤(2)得到的半成品进行清砂打磨；

(4)将步骤(3)得到的半成品进行调质处理；

(5)将步骤(4)得到的半成品进行喷丸处理；

(6)将步骤(5)得到的半成品进行表面猝火；

(7)将步骤(6)得到的半成品进行回火处理、机械加工，制得产品。

作为优选：所述步骤(4)调质处理具体为：升温至900-930℃再进行水冷至50℃以下，在加热至500-550℃进行中温回火，使调质硬度达到HRC34-38。

作为优选：步骤(5)中，表面猝火时，淬火硬度为HRC55-60，淬硬层深度为2mm。

本发明主要对散热孔结构、制造方法进行了改进。

其中，关于散热孔结构的改进，在工作段和法兰端间增加一过渡段，过渡段为空心圆台形，所以表面和内壁均为斜面，我们从斜面正面贯穿到斜面背面设置散热孔，也就是从过渡段外壁贯穿至其内壁的散热孔，散热孔首先不位于工作段上，且方向与工作段的中心轴平行，这样：(1)散热孔本身能将制动鼓在制动过程产生的热量，通过由于受热气体膨胀吸收热量且产生负压排出，带走热量降低制动鼓温度；(2)同时没有设置在工作段上，不会贯穿工作段的内外，可以预防杂质进入制动鼓内部影响刹车蹄寿命的情况；(3)可以预防由于制动鼓工作过程中因油管路破裂漏油引起的制动效果差或失效的故障。

关于制造方法的改进，主要体现在以下几点：

第一：本发明提出了以“摩擦系数”为标准进行选材的思路。为保证制动鼓具备良好的制动效果，需要求铸钢材料工作表面具备良好的摩擦系数，故为了保证新选材料制动功能不受影响，我司对不同硬度的材料的摩擦系数进行制动鼓工作环境模拟实验，得到不同硬度的材料与摩擦系数的关系表，具体可参见下表1：

表1：不同硬度的材料与摩擦系数的关系表

由于铸铁类的制动鼓已经为市场验证成熟的产品，因此为保证新材料的制动鼓不影响制动性能，我司参考HT250材料的摩擦系数作为新材料的标准，已知HT250硬度要求为HB190-210，在此范围的摩擦系数为0.38-0.40之间，故本发明材料35CrMo的热处理硬度要求为HRC34-38。

当然，30CrMo、42CrMo合金的选材方法，与上文相同，只要找到该合金对应的摩擦系数范围，再匹配对应的热处理硬度要求即可。

第二：材料还要结合工艺改进，调质会增加材料的硬度，但会降低材料的摩擦系数，所以不能一味的调质处理，本发明首先通过调质使产品整体硬度满足摩擦系数的标准，再配合表面感应淬火等工艺，加强产品表面强度和抵抗塑性变形的能力，从而增加产品整体的的强度和抵抗塑性变形的能力，最终制得本发明产品。通过该方法制得的产品，能有效保证摩擦系数的同时，保证强度和抗塑性变形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)结构上：采用了的新的散热孔结构，不仅散热效果好，还可以预防杂质进入制动鼓内部，从而影响刹车蹄寿命的情况，预防由于制动鼓工作过程中因油管路破裂漏油引起的制动效果差或失效的故障。

(2)采用了新的加工工艺：通过摩擦系数、调质硬度等参数来进行选材，并结合新工艺对材料进行调质、表面淬火等，克服了摩擦系数与强度的矛盾，在保证摩擦力和制动效果的同时，又增加了产品的强度、抗塑性变形的能力，使产品具有更好的强度、耐磨性、使用寿命以及安全性。，

(3)新材料、新工艺制成的产品，可将制动壁厚控制在10-15mm内，相较于传统制动≥20mm壁厚，在产品重量上可以减轻20％-25％。所以虽然本发明材料价格高于市面上普通材料，但用量少，成本并未增加。

附图说明

图1为发明立体图；

图2为图1的右视图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为图3中散热孔的透视图。

图中：1、法兰端；2、工作段；3、凸台；4、过渡段；5、散热孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图4，一种汽车制动鼓，包括法兰端1和工作段2，二者的中心轴同轴，所述工作段2外壁设有一圈凸台3，所述工作段2壁厚为10-15mm，所述工作段2和法兰端1间设有一空心圆台状的过渡段4，所述过渡段4的大端连接工作，小端连接法兰端1，过渡段4外壁设有一与工作段2同轴的环形区，所述环形区上均匀设置有数个从过渡段4外壁贯穿至其内壁的散热孔5，所述散热孔5于中心轴平行，横截面为长方形，所述过渡段4与工作段2一体成型，二者采用硬度为HRC34-HRC38的CrMo合金材料制成。

本实施例中：所述散热孔5沿环形区的切线方向均匀分布，数量为8-12个，横截面尺寸为10mm*30mm；所述CrMo合金材料为35CrMo合金。

一种汽车制动鼓的其制造方法，包括以下步骤：

(1)确定制动鼓的摩擦系数范围，并根据摩擦系数范围确定CrMo合金的调质硬度，其中，所述摩擦系数范围为0.37-0.4之间，所述CrMo合金材料选用35CrMo合金钢，所述调质硬度为HRC34-HRC38；

(2)利用步骤(1)选择的CrMo合金材料继续金属熔炼浇注，制成半成品，所述半成品包含工作段2、过渡段4、法兰端1、散热孔5、凸台3；

(3)对步骤(2)得到的半成品进行清砂打磨；

(4)将步骤(3)得到的半成品进行调质处理，具体为：升温至900-930℃再进行水冷至50℃以下，在加热至500-550℃进行中温回火，使调质硬度达到HRC34-38；

(5)将步骤(4)得到的半成品进行喷丸处理；

(6)将步骤(5)得到的半成品进行表面猝火，表面猝火时，淬火硬度为HRC55-60，淬硬层深度为2mm；

(7)将步骤(6)得到的半成品进行回火处理、机械加工，制得产品。

步骤(7)的机械加工主要是车内孔，车外圆，车法兰端1的端面和在法兰端1的端面钻孔等。

实施例2：基于实施例1的基础，为了更好的确定方案，我们在选材时进行了大量的对比实验，例如面上常见的灰铁材料HT250、Q235牌号的钢材料，以及本发明选用的35CrMo材料，得到了上述三种材料的耐磨性和抗拉强度的试验数据表，为下表2、表3：

表2：耐磨试验数据表

该表2中，试验用的各材料环均为20mm壁厚，内圈直径，使用同样材质的摩擦片进行试验。通过数据来看，35CrMo材料明显优于前两种材料。

表3：试棒抗拉强度对比表(MPa)

项目名称	HT250	Q235	35CrMo
				1	262	383	1081
2	253	411	1190
				3	274	396	1072
4	255	378	1065
				5	259	421	1058
6	277	434	1106
				7	266	391	1078
8	271	422	998
				9	252	386	1003
10	263	432	1012

该表3中，通过强度计算公式σ＝Fb/So可计算出，在同等壁厚条件下，35CrMo材料所承受力的大小是Q235材料的2.5倍，HT250的4倍。

所以本实施例中，我们具体选择35CrMo材料。

本实施例2的制造方法与实施例1相同。

我方将经过实施例的材料及制造方法制成的汽车制动鼓，与市面上采购的HT250材质、Q235材质的制动鼓进行各项参数对比，得到以下对比表4：

表4：三种材质制动鼓各项参数对比表

从表4可知，采用本发明制成的汽车制动鼓抗拉强度远远高于市面上常用的两种汽车制动鼓。

实施例3：

为验证新结构产品的散热效果，我们将新结构的制动鼓带到贵州六盘水山路进行制动试验，此段山路为连续下坡路段，坡度大于20°，长度38公里，总计20个制动鼓，使用红外线测温仪对温度进行测量，详情如下：

通过试验温度可看出，开散热孔5的钢鼓温度范围为150-165℃比未开孔的铁鼓温度为230-300℃，新结构制动鼓明显低于传统鼓。结合试验数据再通过比热容公式Q＝cmΔt可以计算出，散热孔5可带走制动鼓64％的热量。

综上，本发明提出了基于摩擦系数进行选材的思路，选用满足摩擦系数要求、但成本较高的CrMo合金材料，再结合本发明的制造方法，将制动壁厚变薄，从而用料更省，并未增加材料成本；且由于采用了本发明的方法，制成的制动鼓不仅成本不会增加，还具有更高的强度、耐磨性、使用寿命以及安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车制动鼓，包括法兰端和工作段，二者的中心轴同轴，所述工作段外壁设有一圈凸台，其特征在于：所述工作段壁厚为10-15mm，所述工作段和法兰端间设有一空心圆台状的过渡段，所述过渡段的大端连接工作，小端连接法兰端，过渡段外壁设有一与工作段同轴的环形区，所述环形区上均匀设置有数个从过渡段外壁贯穿至其内壁的散热孔，所述散热孔于中心轴平行，横截面为长方形，所述过渡段与工作段一体成型，二者采用硬度为HRC34- HRC38的CrMo合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的汽车制动鼓，其特征在于：所述散热孔沿环形区的切线方向均匀分布，数量为8-12个，横截面尺寸为10mm*30mm。

3.根据权利要求1所述的汽车制动鼓，其特征在于：所述CrMo合金材料为30CrMo、35CrMo或42CrMo合金。

4.根据权利要求1所述的汽车制动鼓的其制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）确定制动鼓的摩擦系数范围，并根据摩擦系数范围确定CrMo合金的调质硬度，其中，所述摩擦系数范围为0.37-0.4之间，所述CrMo合金材料选用35CrMo合金钢，所述调质硬度为HRC34- HRC38；

（2）利用步骤（1）选择的CrMo合金材料继续金属熔炼浇注，制成半成品，所述半成品包含工作段、过渡段、法兰端、散热孔、凸台；

（3）对步骤（2）得到的半成品进行清砂打磨；

（4）将步骤（3）得到的半成品进行调质处理；

（5）将步骤（4）得到的半成品进行喷丸处理；

（6）将步骤（5）得到的半成品进行表面猝火；

（7）将步骤（6）得到的半成品进行回火处理、机械加工，制得产品。

5.根据权利要求4所述的汽车制动鼓的其制造方法，其特征在于：所述步骤（4）调质处理具体为：升温至900-930℃再进行水冷至50℃以下，在加热至500-550℃进行中温回火，使调质硬度达到HRC34-38。

6.根据权利要求5所述的汽车制动鼓的其制造方法，其特征在于：步骤（5）中，表面猝火时，淬火硬度为HRC55-60，淬硬层深度为2mm。

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