CN111471887A - 一种刹车盘及其制造方法和制造装置 - Google Patents

一种刹车盘及其制造方法和制造装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刹车盘及其制造方法和制造装置，制造方法包括如下步骤，熔炼：将ZL205A铝锭熔化，并向熔化后的铝液中添加陶瓷粉；使熔炼后的铝液的化学成分的重量百分含量为：硅15～35％、铜4.6‑5.5％、锰0.3～0.5％、钛0.15～0.35％，余量为铝；铸造：先将温度为700℃的铝液进行电磁搅拌混合使铝液温度降至560～600℃，然后利用压射器压入模具型腔中，铝液在压射器的压力下凝固成刹车盘毛坯。刹车盘为采用上述方法制造而成。制造装置上模、下模、压射器和电磁搅拌器。本发明可以降低刹车盘的重量，并提高其高温强度、热稳定性和耐磨性。

Description

一种刹车盘及其制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及刹车装置技术领域，特别是涉及一种刹车盘及其制造方法 和制造装置。
背景技术
机动车在刹车过程中，刹车盘在摩擦作用下快速减速，机动车的巨大 动能需要在短时间内耗散，而这种的耗散基本体现在刹车盘的摩擦热上， 局部热点可达500℃，刹车盘承受着较强烈的摩擦作用和热疲劳冲击，导 致在刹车过程中刹车盘迅速发热，因此在刹车盘材料的选择方面对于机动 车行驶过程的制动非常重要，刹车盘的材质应具备较好的耐磨和抗疲劳性 能，确保刹车盘较长的使用寿命。
一般的机动车刹车盘要求质轻、耐磨，制动噪音小、温升低，运转平 稳，并要求其有很高的热容量以利于制动能储存，同时具有良好的导热性 以降低温度梯度，减少热斑形成。同时，机动车刹车盘还要求具有：①稳 定的摩擦性能:摩擦系数不随压力、温度、速度和湿度的变化而变化；②良 好的耐疲劳性能：摩擦表面的急冷急热造成相当高的热应力，这要求材料 具有极好的抗热裂纹扩展能力；③较高的耐磨损性能：摩擦中形成的第三 相与基体有良好的粘附性，保证材料有相当低的磨损率。
传统的机动车刹车盘一般是采用铸铁、铸钢或锻钢制造，在紧张或突 发情况下的大制动功率下存在热容量不足、导热性差、易产生热龟裂等缺 点而易报废，特别在长距离刹车时，刹车盘产生的高温高热，会使刹车强 度发生变化，使刹车强度发生变化，使刹车不可靠，相当危险；此外，铁 基或钢基的刹车盘的密度大，增加车身重量，增加发动机的负荷，影响汽 车的加速性能，不符合目前机动车减重的趋势。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种刹车盘 及其制造方法和制造装置，以降低刹车盘的重量，并提高其高温强度、热 稳定性和耐磨性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种刹车盘的制造方法，包括如下步骤：
熔炼：将ZL205A铝锭熔化，并向熔化后的铝液中添加陶瓷粉；使熔 炼后的铝液的化学成分的重量百分含量为：硅15～35％、铜4.6-5.5％、锰 0.3～0.5％、钛0.15～0.35％，余量为铝；
铸造：先将温度为395-700℃的铝液进行电磁搅拌混合使铝液温度降至 560～600℃，然后利用压射器压入模具型腔中，铝液在压射器的压力下凝固 成刹车盘毛坯；
机加工：将刹车盘毛坯加工为刹车盘。
优选的，刹车盘的制造方法机加工步骤之前还包括如下步骤：
X光检测：对刹车盘毛坯进行X光检测评估其内部质量；
去浇口：去除刹车盘毛坯浇口。
优选的，机加工步骤之前还包括如下步骤：
热处理：对刹车盘毛坯进行T6热处理，提高刹车盘毛坯的强度及硬度；
去毛刺：去除刹车盘毛坯表面的铸造毛刺；
抛丸：对刹车盘毛坯表面进行抛丸处理。
优选的，机加工步骤之后还包括如下步骤：
平面磨：对刹车盘摩擦环部位表面进行打磨光滑；
动平衡检测：对刹车盘进行动平衡检测。
本发明还提供了一种刹车盘，所述刹车盘采用上述技术方案中任一项 所述的刹车盘的制造方法制造而成。
优选的，所述刹车盘的导热系数为121-151W/(m·k)。
本发明还提供了一种刹车盘的立式制造装置，包括上模、下模、储液 箱、压射器和电磁搅拌器，所述上模固定在机台上台板上，所述下模固定 在机台底板上，所述上模和所述下模合模形成模具型腔，所述模具型腔下 端贯穿所述机台底板与所述储液箱相连通，所述压射器的压头设置在所述 储液箱中且能够在所述储液箱中上下移动，所述压射器能够将所述储液箱 中的铝液压入所述模具型腔并对铝液施加压力，所述电磁搅拌器围绕所述储液箱设置。
本发明还提供了一种刹车盘的卧式制造装置，包括上模、下模、压射 器和电磁搅拌器，所述上模固定在机台上台板上，所述下模固定在机台底 板上，所述上模和所述下模合模形成模具型腔，所述模具型腔下端贯穿所 述机台底板与铝液浇道相连通，所述铝液浇道开设有进液口，所述压射器 设置在所述铝液浇道中且能够在所述铝液浇道中左右移动，所述压射器能 够将所述铝液浇道中的铝液压入所述模具型腔并对铝液施加压力，所述电磁搅拌器独立设置。
优选的，上述刹车盘的卧式制造装置还包括舀铝勺，所述舀铝勺用于 在铝液坩埚炉内舀取铝液并进入所述电磁搅拌器中对铝液进行电磁搅拌。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的刹车盘采用电磁搅拌技术进行铸造生产，此技术生产的刹车 盘组织致密，硅相呈颗粒状，材料性能得到明显提高。铝合金导热系数达 到121～151W/(m·k)，导热能力是铸铁制动盘的2-3倍，可将刹车热量及时 散发，保证了制动系统的可靠性。ZL205A铝合金和陶瓷粉并结合电磁搅拌 铸造技术生产的刹车盘具有较高的高温强度，良好的热稳定性和高耐磨性， 完全能够满足机动车的使用要求。
同时采用本发明的方法制作的刹车盘单个重量相比于铸铁刹车盘减重 约50-60％，轻量化效果显著，这不仅减少了惯性力，还增加了制动的加速 度以至减少刹车距离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附 图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明刹车盘的立式制造装置的结构示意图；
图2为图1中电磁搅拌器与储液箱俯视结构示意图；
图3为本发明刹车盘的卧式制造装置的结构示意图；
图4为本发明刹车盘与现有产品的晶相组织对比图。
其中：1-机台上台板，2-上模，3-模具型腔，4-下模，5-机台底板，6- 电磁搅拌器，7-储液箱，8-压射器，9-铝液浇道，10-进液口，11-舀铝勺。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的 范围。
实施例1
本实施例提供了一种刹车盘的制造方法，包括如下步骤：
备料：取ZL205A铝锭和陶瓷粉备用；
熔炼：将ZL205A铝锭加热熔化，并向熔化后的铝液中添加陶瓷粉(主 要成分为SiO2和Al2O3)；使熔炼后的铝液的化学成分的重量百分含量为： 硅15～35％、铜4.6-5.5％、锰0.3～0.5％、钛0.15～0.35％，余量为铝；
铸造：先将温度在695-700℃左右的铝液进行电磁搅拌混合使铝液温度 在3-15min内降至560～600℃，然后利用压射器瞬间压入模具型腔中，铝液 在压射器的压力下凝固成刹车盘毛坯；压力范围50-200Mpa。
X光检测：对刹车盘毛坯进行X光检测评估其内部质量；
去浇口：去除刹车盘毛坯浇口；
热处理：对刹车盘毛坯进行T6热处理，提高刹车盘毛坯的强度及硬度；
去毛刺：去除刹车盘毛坯表面的铸造毛刺；
抛丸：对刹车盘毛坯表面进行抛丸处理；
机加工：将刹车盘毛坯按照刹车盘的设计图纸加工为刹车盘；
平面磨：对刹车盘摩擦环部位表面进行打磨光滑；
动平衡检测：对刹车盘进行动平衡检测。
本刹车盘的制造方法未详细描述的参数和工艺可参考现有的铸铁刹车 盘的制造方法即可，不属于本发明的创造内容，在此不做赘述。
参考图4本发明与现有产品的晶相组织图片可以看出，通过本发明的 方法和配比得到的刹车盘材料晶粒更细化，枝晶尺寸减少，并且普通工艺 制作产品t6热处理后抗拉在465-480mpa之间，延伸率在3-4％之间，硬度 在120-130HB之间，此工艺制作产品t6热处理后抗拉在485-520mpa之间， 延伸率大于4％，硬度＞125HB，产品综合性能得到了提到。
实施例2
本实施例提供了一种刹车盘，所述刹车盘采用上述技术方案所述的刹 车盘的制造方法制造而成。优选的，所述刹车盘的导热系数为121-151W/ (m·k)。
本实施例的刹车盘采用电磁搅拌技术进行铸造生产，此技术生产的刹 车盘组织致密，硅相呈颗粒状，材料性能得到明显提高。铝合金导热系数 达到121～151W/(m·k)，导热能力是铸铁制动盘的2-3倍，可将刹车热量及 时散发，保证了制动系统的可靠性。ZL205A铝合金和陶瓷粉并结合电磁搅 拌铸造技术生产的刹车盘具有较高的高温强度，良好的热稳定性和高耐磨 性，完全能够满足机动车的使用要求。
同时本实施例的刹车盘单个重量相比于铸铁刹车盘减重约50-60％，轻 量化效果显著，这不仅减少了惯性力，还增加了制动的加速度以至减少刹 车距离。
实施例3
本实施例提供了一种刹车盘的立式制造装置，如图1-2所示，包括上 模2、下模4、储液箱7、压射器8和电磁搅拌器6，上模2固定在机台上 台板1上，下模4固定在机台底板5上，上模2和下模4合模形成模具型 腔3，模具型腔3下端贯穿机台底板5与储液箱7相连通，压射器8的压头 设置在储液箱7中且能够在储液箱7中上下移动，压射器8能够将储液箱7中的铝液压入模具型腔3并对铝液施加压力，电磁搅拌器6围绕储液箱7 设置。
本实施例的使用方法为：开模状态下使用舀铝勺将铝液(温度700℃左 右)送至下模4的上方位置，并将铝液倒至储液箱7中，舀铝勺退出，然 后上模2和下模4合模。储液箱7内的铝液在电磁搅拌器6的作用下产生 对流搅拌(3-15min)，直至铝液温度降至560-600℃时，铝液在压射器8的 作用下瞬间压入模具型腔3，铝液在压力下凝固成型，获得刹车盘毛坯。
实施例4
本实施例提供了一种刹车盘的卧式制造装置，如图3所示，包括上模2、 下模4、压射器8和电磁搅拌器6，上模2固定在机台上台板1上，下模4 固定在机台底板5上，上模2和下模4合模形成模具型腔3，模具型腔3 下端贯穿机台底板5与铝液浇道9相连通，铝液浇道9开设有进液口10， 压射器8设置在铝液浇道9中且能够在铝液浇道9中左右移动，压射器8 能够将铝液浇道9中的铝液压入模具型腔3并对铝液施加压力，电磁搅拌 器6独立设置。还包括舀铝勺11，舀铝勺11用于在铝液坩埚炉内舀取铝液 并进入电磁搅拌器6中对铝液进行电磁搅拌。
本实施例的使用方法为：舀铝勺11从铝液坩埚炉内舀取铝液(温度 700℃左右)，然后送至电磁搅拌器6处对铝液进行电磁搅拌处理(3-15min)， 待铝液温度降至560-600℃时，舀铝勺11将铝液从进液口10倒入，舀铝勺 11退出回至原始位置，同时压射器8将倒入的铝液瞬间压入模具型腔3中， 铝液在压力下凝固成型。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时， 对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用 范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的 限制。

Claims (9)

1.一种刹车盘的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
熔炼：将ZL205A铝锭熔化，并向熔化后的铝液中添加陶瓷粉；使熔炼后的铝液的化学成分的重量百分含量为：硅15～35％、铜4.6-5.5％、锰0.3～0.5％、钛0.15～0.35％，余量为铝；
铸造：先将温度为695-700℃的铝液进行电磁搅拌混合使铝液温度降至560～600℃，然后利用压射器压入模具型腔中，铝液在压射器的压力下凝固成刹车盘毛坯；
机加工：将刹车盘毛坯加工为刹车盘。
2.根据权利要求1所述的刹车盘的制造方法，其特征在于：机加工步骤之前还包括如下步骤：
X光检测：对刹车盘毛坯进行X光检测评估其内部质量；
去浇口：去除刹车盘毛坯浇口。
3.根据权利要求1所述的刹车盘的制造方法，其特征在于：机加工步骤之前还包括如下步骤：
热处理：对刹车盘毛坯进行T6热处理，提高刹车盘毛坯的强度及硬度；
去毛刺：去除刹车盘毛坯表面的铸造毛刺；
抛丸：对刹车盘毛坯表面进行抛丸处理。
4.根据权利要求1所述的刹车盘的制造方法，其特征在于：机加工步骤之后还包括如下步骤：
平面磨：对刹车盘摩擦环部位表面进行打磨光滑；
动平衡检测：对刹车盘进行动平衡检测。
5.一种刹车盘，其特征在于：所述刹车盘采用权利要求1-4中任一项所述的刹车盘的制造方法制造而成。
6.根据权利要求5所述的刹车盘，其特征在于：所述刹车盘的导热系数为121～151W/(m·k)。
7.一种刹车盘的立式制造装置，其特征在于：包括上模、下模、储液箱、压射器和电磁搅拌器，所述上模固定在机台上台板上，所述下模固定在机台底板上，所述上模和所述下模合模形成模具型腔，所述模具型腔下端贯穿所述机台底板与所述储液箱相连通，所述压射器的压头设置在所述储液箱中且能够在所述储液箱中上下移动，所述压射器能够将所述储液箱中的铝液压入所述模具型腔并对铝液施加压力，所述电磁搅拌器围绕所述储液箱设置。
8.一种刹车盘的卧式制造装置，其特征在于：包括上模、下模、压射器和电磁搅拌器，所述上模固定在机台上台板上，所述下模固定在机台底板上，所述上模和所述下模合模形成模具型腔，所述模具型腔下端贯穿所述机台底板与铝液浇道相连通，所述铝液浇道开设有进液口，所述压射器设置在所述铝液浇道中且能够在所述铝液浇道中左右移动，所述压射器能够将所述铝液浇道中的铝液压入所述模具型腔并对铝液施加压力，所述电磁搅拌器独立设置。
9.根据权利要求8所述的刹车盘的卧式制造装置，其特征在于：还包括舀铝勺，所述舀铝勺用于在铝液坩埚炉内舀取铝液并进入所述电磁搅拌器中对铝液进行电磁搅拌。
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