CN110678665A - 用于制动盘的摩擦环、制动盘、以及对应的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有摩擦环(1)的制动盘(12)、或者涉及一种摩擦环(1)，该摩擦环至少在摩擦环的摩擦表面的区域中包含PMMC材料(颗粒金属基复合材料)或者由所述材料构成。本发明的目的是实现减小且可预测的磨损量，以及最优的摩擦阻力和简化的生产过程，根据本发明，实现此目的是在于摩擦环(1)的摩擦表面(2)设有机械地引入的微槽(4)，并且这些微槽相对于该摩擦环(1)的周向旋转方向(8)沿径向方向、以不相对于该周向旋转方向成切角的方式延伸。

Description

用于制动盘的摩擦环、制动盘、以及对应的生产方法
本发明本质上涉及一种用于制动盘的摩擦环，其中，该摩擦环至少在其摩擦表面的区域中包含PMMC材料(颗粒金属基复合材料)，本发明包括一种具有这种摩擦环的制动盘以及一种摩擦表面的表面生产方法。
在汽车行业中，正在努力减轻制动盘的重量，并且为此目的，使用较轻但耐磨的材料(例如所谓的PMMC材料(颗粒金属基复合材料))，而不是例如惯常的灰铸铁。PMMC材料本质上是复合合金，其中，硬质颗粒(比如尤其是碳化物或硅酸盐)嵌入在相对较软的金属基材料或金属载体材料中。原则上，例如从DE 19505724 A1或DE 102011121292 A1中已知所讨论类型的制动盘，该制动盘具有PMMC的或包含其的摩擦环或摩擦表面。其中所使用的PMMC是铝基复合合金Al-MMC(铝金属基复合材料)，通常还称为颗粒增强铝。
已知的是，在包括摩擦环和摩擦衬片的摩擦配对(其中，摩擦环由颗粒增强铝(Al-MMC)构成)的情况下，摩擦层的形成对摩擦配对的性能和承载能力具有决定性影响。然而，在刚生产完之后，由于硬质颗粒主要嵌入在表面下方并且因此它们的粗糙度太低，所以这种材料并非最佳地适用于此。
DE 60005655 T2披露了借助于NaOH溶液蚀刻Al-MMC制动盘的摩擦表面来暴露出硬质颗粒的方法。然而，这需要涉及危险的腐蚀性物质的工作步骤，以及对应的复杂设备、安全预防措施、和额外的清洗措施。此外，如此暴露的碳化物易于从载体材料中分离出来，并且还会卡在制动衬片的表面中，由此，在使用寿命期间摩擦学配对的摩擦系数和磨损的改变可能不可预测地变化。
因此，目的是提供一种改进的制动盘或摩擦环，其中减少了的磨损预后以及合理优化了生产。
该目的是通过如独立权利要求1所述的特征的组合以及如权利要求6所述的生产方法来实现的。从属权利要求与说明书和附图一起提供了进一步有利的发展和实施例。原则上，本发明的本质从根本上说是将磨合操作阶段与随后的正常操作阶段分开，这种分开藉由有针对性的表面结构化而是在摩擦学上极大改进的，这是因为甚至比以前更有效地借助于被输送而加速地并且由此单面或双面加速地将摩擦材料施加至摩擦环/制动盘上。
特别地，通过机械地引入横向于制动盘的周向旋转方向延伸的微槽，摩擦表面的表面结构被制作成如此粗糙并且像锉刀一样，以此方式使得暂时选择性地增加了摩擦表面的磨合粗糙度。这引起短暂大幅增加的、可以很好地预测的、并且然后迅速减小的制动衬片的磨合磨损，从而通过将具有更好抓力的摩擦衬片材料的摩擦层施加至摩擦环的摩擦表面上来产生加速的且更均匀的整平以及摩擦学层施加效果。一旦通过磨合阶段已经完成了摩擦材料的摩擦层的施加或整平，在随后的正常操作阶段过程中制动盘和制动衬片上只发生减少的轻微磨损。这利用了以下效果：例如与化学表面处理、即蚀刻相比，通过将硬质材料颗粒嵌入在所施加的摩擦材料中，使得它们较少地被预先损坏或被暴露出。因此，根据本发明，有利地不会预先损坏复合材料，并且硬质颗粒嵌入在它们的载体材料基体中而保持不受影响、没有任何损坏。
总体上，相比于已知的现有技术，具有根据本发明的摩擦环的制动盘具有以下优点：
-更快并且更均匀地形成摩擦层，而无需对摩擦表面进行选择性的化学处理，
-更高的性能
-更高的承载能力
-在使用寿命期间更低的制动盘和制动衬片整体磨损。
-因为通常在任何情况下都必须机加工常规的铸造制动盘的摩擦表面以去除铸造表皮和/或调整名义尺寸，与DE 60005655 T2相比，根据本发明的制动盘消除了对额外的工作步骤以及不同类型的设备和程序的需要。
下面基于根据本发明的示例性实施例更详细地解释本发明。在附图中：
图1示意性地并大大简化地(a)以平面视图示出了在摩擦表面处理期间的摩擦环的实施例以及(b)以截面示出了具有仅指示的制动盘腔室的摩擦环的实施例。
图2示出了在制动操作过程中与摩擦衬片相接触的根据本发明的实施例的摩擦表面的大幅放大的、不按比例的示意图。
用于机动车辆的成品制动盘12的根据本发明的摩擦环1被设计为关于中心轴线M旋转对称。摩擦环1被布置成在制动盘腔室13上围绕周向旋转方向8、并且以多部分的方式延伸，以与制动盘腔室一起旋转、或是与其相连接/与其一体地产生的。本发明同样延伸至以下实施例：摩擦环1既可以由实心材料制成也可以由空心、或内部通风的材料制成，其中摩擦表面2轴向地设置在两侧上。可想到将作为侧向元件的、仅在一侧上轴向地设有摩擦表面2的摩擦环1附接至轴向偏置布置的中心环元件，以形成制动盘12。
摩擦表面2设有多个微槽4，这些微槽的深度优选地以限定的方式设置在大约0到几微米之间的范围内。通过所使用的机械式机加工方法来确定纹理(摩擦表面2的基本表面结构)。例如，微槽4在径向方向上、与周向旋转方向8倾斜地或理想地正交于周向旋转方向排列，并且通过对应定向的机械式机加工方法来生产。这优选地通过在用于设定摩擦环1的名义厚度和名义平坦度而提供的工作步骤中巧妙地适配机加工参数来执行。然而，在本发明中，同样允许专门用于引入微槽4的单独的额外过程步骤。
根据所选择的切削方法(切削运动a)由工件执行或b)由刀具执行)，摩擦环1是a)被可旋转地驱动的或是b)居中夹紧在机床的工作空间中，并且在旋转方面固定。举例来说，摩擦环1或制动盘12可以沿周向旋转方向按限定的进给量移动。刀具6可以绕其旋转轴线5旋转并且横向进给至要机加工的摩擦表面2，以便机加工其表面(在某些区域中将其去除)。机加工参数(比如尤其是刀具旋转方向9、切削速度、进给量、相对于周向旋转方向8的切削方向以及进给方向和刀具形状)要被选择成使得实现所期望的粗糙度、纹理、表面张力、以及相对于周向旋转方向8的限定的排列和取向。为了减少刀具磨损并且产生具有小偏差的特别均匀的表面质量，摩擦环1的进给优选地与刀具旋转方向9同步设定，如示例性实施例示出的。
所考虑的用于引入限定的结构的优选生产方法优选地是通过限定的刀刃进行的去屑切削方法，比如尤其是铣削、具体地尤其是滚铣、或车削和/或旋转式铣削，或者通过刀具上在统计学上随机偏置的刀刃进行的方法，比如尤其是研磨或珩磨。鉴于所给定的硬质材料或硬质材料颗粒的结构易碎性或脆性，出于生产相关的原因，可能有利的是，借助于例如减半的横向进给速率(也就是说以受控的方式逐渐减小或减小)、或借助于减半的进给速率(也就是说以受控的方式逐渐减小)和/或例如与双倍加强的冷却剂流量(l/min)相组合而尽可能不、或最多非常少地将剪切或压缩应力分量额外地引入到工件表面中。
在所示的示例性实施例中，举例来说，布置为刀具6的是滚铣刀，所具有的位置和取向如用于滚铣(渐开线形)工件，正如在其他情况下实际上仅已知用于生产斜齿轮的。通过齿7的切削接合而产生的残余粗糙度或表面结构在微米范围内，并且与所期望的磨合粗糙度相对应。
如果刀具6和摩擦环1沿相互对准的方向并以相互协调或同步的速度转动，则这会在经机加工的摩擦表面2上产生以径向向外延伸的方式定向的粗糙度尖峰和沟谷，如图2指示的。理想地，目标是如截面中所见的锯齿状轮廓。粗糙度尖峰的尖端3在制动模式下像机加工切削刃一样作用于所施加的制动衬片10，并且在磨合阶段过程中引起有时间有限的、故意增加的预期磨合衬片磨损，使得在有限时间内，从制动衬片10的摩擦材料中更大程度地去除磨料颗粒，以便将此材料施加或熔合至摩擦环的微小浅表间隙或沟谷。由此，磨料11逐渐沉积在微槽4的沟谷中并且将其填充或填满。因此，通过微量范围内的材料转移，发生逐渐整平效果，并且磨合阶段过后，甚至摩擦环1的尖端3都被制动衬片10的材料所覆盖。随着磨合阶段的完成，完成了配对，其中在摩擦环1的摩擦表面2上适当地堆积施加相同摩擦材料的层，并且制动衬片10或摩擦环1/制动盘12的磨损在随后的正常操作阶段大大地减小并具有持久的效果。
附图标记列表
1 摩擦环
2 摩擦表面
3 尖端
4 微槽
5 旋转轴线
6 刀具
7 切削齿
8 周向旋转方向
9 刀具旋转方向
10 制动衬片
11 磨料
12 制动盘
13 制动盘腔室
M 中心轴线

Claims (10)

1.一种用于制动盘(12)的摩擦环(1)，该摩擦环具有至少一个摩擦表面(2)，该至少一个摩擦表面旨在与制动衬片(10)相互作用，其中，该摩擦环(1)至少在该摩擦表面(2)的区域中包含PMMC材料(颗粒金属基复合材料)、比如尤其是Al-MMC材料，或者完全由其构成，其特征在于，该摩擦表面(2)具有至少一个微槽(4)，该微槽相对于该摩擦环(1)的周向旋转方向(8)以径向定向的方式、不与该周向旋转方向成切角地延伸，也就是说至少具有一个分量。
2.如权利要求1所述的摩擦环(1)，其特征在于，这些微槽(4)本质上正交于该周向旋转方向(8)地布置。
3.如权利要求1所述的摩擦环(1)，其特征在于，这些微槽(4)通过机械去除或成形方法引入到该摩擦表面(2)中。
4.如权利要求1所述的摩擦环(1)，其特征在于，这些微槽(4)被布置成沿该周向方向彼此靠近，其方式为使得在截面中形成具有直接相邻的粗糙度尖峰和粗糙度沟谷的本质上锯齿状轮廓。
5.一种用于制动系统的制动盘(12)，该制动盘具有至少一个如权利要求1至4之一所述的摩擦环(1)。
6.一种用于机加工如权利要求1至4之一所述的摩擦环(1)的摩擦表面(2)的方法，其特征在于，在一个方法步骤中，该摩擦环(1)沿该周向旋转方向(8)按限定的进给量偏置，并且通过刀具(6)在刀具旋转方向(9)上旋转来机加工该摩擦表面(2)，使得将这些微槽(4)引入到该摩擦表面(2)中。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该摩擦环(1)的进给和该刀具旋转方向(9)本质上同步发生。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该刀具(6)是铣削刀具、尤其是滚铣刀。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该刀具(6)是研磨刀具。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在引入这些微槽(4)的同时，通过切屑去除来设定该摩擦环的限定的名义厚度。
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