CN113007243A - 双金属制动鼓结构、制动鼓外壳及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属制动鼓结构，包括轮圈部和法兰部。所述轮圈部为双层金属结构，包括外壳层和摩擦层，二者之间铸造结合。所述法兰部为双层金属结构，包括结构层和加强层，结构层和加强层之间紧密结合。轮圈部外壳层和法兰部结构层为相同材料的一体结构。上述双金属制动鼓的制造方法，薄钢板经过下料裁切、冲压整形、旋压减薄、滚轧成型、制作法兰部加强层、制作轮圈部摩擦层和精加工制成。因为设置了双层的法兰部结构，法兰部加强层可以起到加强法兰部结构层刚度的效果，提高抗变形能力。因而在制作制动鼓外壳时，可以使用较薄钢板进行旋压滚轧操作，降低钢板在旋压减薄时的旋压工艺难度，降低工艺成本。

Description

双金属制动鼓结构、制动鼓外壳及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种双金属汽车制动鼓结构，特别涉及一种以钢制材料作为外壳层，以灰铸铁作为摩擦层的双金属制动鼓，本发明还涉及上述双金属制动鼓外壳，同时还涉及这种结构制动鼓及外壳的制造方法。

背景技术

载重汽车使用的鼓式刹车系统，是将圆筒形的金属制动鼓设置在轮毂的内圈，与轮毂之间通过端部法兰连接，刹车片及刹车系统设置在制动鼓的内部空间。最初的汽车制动鼓是纯灰铸铁铸造的，由于灰铸铁是性能较好的摩擦材料，因而灰铸铁制动鼓也曾经占据汽车制动鼓的主要市场。但是灰铸铁制动鼓存在着明显的缺陷，如金属晶体排列结构不紧密，铸态疏松，灰铸铁本身强度不高，为了保持铸铁制动鼓的形状稳定和结构完好，必须将制动鼓做的很厚很重，重量大、强度低是铸造工艺本身不能克服的缺陷。

后来开发出一种双金属制动鼓，在钢制材料的制动鼓外壳内壁上铸造一层灰铸铁摩擦层，以钢制外壳来保证机械强度及韧性，内层则使用灰铸铁的良好的摩擦性能。钢制材料机械强度比铸铁高得多，韧性好，因而从结构上可以降低整体厚度，降低重量。图1所示的一种铸造结合的双金属制动鼓。包括轮圈部1和法兰部2组成，其中的轮圈部1包括圆筒形外壳层11及圆筒形摩擦层12，摩擦层12位于外壳层11内侧，二者之间铸造结合。外壳层11为钢制，轮圈部外壳层11与法兰部2为一体材料结构，法兰部2设置有螺孔3和中央安装孔4。摩擦层12是铸造在轮圈部外壳层11内部的，轮圈部外壳层11和法兰部2则是钢板经裁切后旋压形成的，金属晶体结构排列较为紧密。这种结构的制动鼓外壳层11的厚度可以在4-8毫米之间，甚至厚度更小，摩擦层厚度可以在5-24毫米之前，可以满足制动鼓本身的强度和韧性的需求。

但是法兰部2是平板结构，不是通过旋压工艺减薄制做的，也不能和轮圈部外壳层11具有相同的厚度。法兰部2由于需要与其它部件进行连接传递扭矩，不仅需要保持足够的机械强度和韧性，同时需要保持足够的刚度，保证在一定的变形力的作用下不变形，实现结构的稳定性。所以不论是什么材料制作的法兰部，其厚度一般需要保持在14毫米以上，否则在刹车及制动鼓装卸过程中容易产生法兰部2的变形，影响整体制动鼓性能。

结合现有技术中的这种双金属制动鼓制造方法，为保持轮圈部外壳层11和法兰部2为一体结构，外壳层11一般是采用钢板裁切后旋压制成。鉴于法兰部2的厚度要求，所选择的钢板厚度应至少不小于法兰部2的厚度。比如法兰部厚度14毫米的话，那么选择的初始钢板的厚度便不能低于14毫米，否则加工出来的法兰部2的厚度会变小。而轮圈部外壳层11则是旋压达到4-8毫米的，也就意味着选取的钢板厚度越大，钢板厚度形变越大，旋压工艺成本也会越高。而如果降低初始钢板厚度时又不能满足制动鼓法兰部2的厚度要求，产生了不可克服的矛盾。

鉴于上述原因，本发明人开发了一种新的制动鼓结构，可以直接使用薄钢板制造出双金属制动鼓，且能够保证法兰部的厚度和强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属制动鼓结构，可以解决双金属制动鼓制造时不能用薄钢板的缺陷，同时可保证制动鼓法兰部的厚度和强度，降低双金属制动鼓的制造成本。

本发明的另一目的在于提供一种上述制动鼓的制造方法。

本发明的双金属制动鼓结构，适用于以钢制材料做外壳层、以灰铸铁做摩擦层的制动鼓，包括轮圈部和法兰部。其中，所述轮圈部为双层金属结构，包括外壳层和摩擦层，二者之间铸造结合。所述法兰部为双层金属结构，包括结构层和加强层，结构层和加强层之间紧密或者铸造结合。所述轮圈部外壳层和法兰部结构层为相同材料一体结构。

上述所述的双金属制动鼓结构中，所述法兰部设置有中央安装孔和螺栓孔，所述中央安装孔及螺栓孔均为穿透结构层和加强层的贯通孔。

上述所述的双金属制动鼓结构中，所述法兰部结构层为钢制材料层，所述加强层为铸铁层、钢材层或者铜材层其中之一。所述法兰部结构层与加强层的结合方式为铸造结合、嵌套结合或者螺栓结合其中之一或者组合。

上述所述的双金属制动鼓结构中，所述法兰部结构层在中央安装孔边缘处设置有向轮圈部弯折的环形翻边，所述环形翻边与轮圈部形成环形凹槽，所述加强层设置在在环形凹槽内。

上述所述的双金属制动鼓结构中，所述制动鼓轮圈部外壳层厚度在4-8毫米之间，所述法兰部结构层厚度在6-10毫米之间，法兰部加强层厚度在8-12毫米之间。

本发明的上述所述的双金属制动鼓的制造方法，包括以下步骤：

A：下料裁切：选择薄钢板作为起始材料，按预定尺寸裁切成圆环形钢板，圆环形钢板裁切出中央安装孔；

B：冲压整形：将上述圆环形薄钢板经过冲压整形后，形成具有轮圈部外壳层和法兰部结构层的帽型一级外壳；

C：旋压减薄、滚轧成型：将上述形成的一级外壳的轮圈部进行旋压减薄，再对旋压减薄的轮圈部进行滚轧成型，形成二级外壳；

D：加工制作加强层：在二级外壳的法兰部结构层内侧加工制作出加强层，形成三级外壳；

E：制作轮圈部摩擦层：在三级外壳轮圈部的外壳层内侧离心浇铸灰铸铁摩擦层；

F：精加工。

上述所述的双金属制动鼓的制造方法中，在制作法兰部加强层之前还包括翻边过程，将二级外壳通过冲压翻边工艺在中央安装孔边缘制作出环形翻边，环形翻边弯折向轮圈部，在环形翻边与轮圈部之间形成环形凹槽；所述加强层设置在环形凹槽内。

本发明的双金属制动鼓外壳，适合于以钢制材料做外壳层、以灰铸铁做摩擦层的双金属制动鼓。其中，所述制动鼓外壳包括轮圈部和法兰部，所述法兰部包括结构层和加强层，所述结构层与轮圈部相同材料一体成型，加强层设置在结构层内侧并与结构层紧密或者铸造结合；所述法兰部设置中央安装孔和螺栓孔。

上述所述的双金属制动鼓外壳中，所述法兰部结构层为钢制材料层，所述加强层为铸铁层、钢材层或者铜材层其中之一。所述法兰部结构层与加强层的结合方式为铸造结合、嵌套结合或者螺栓结合其中之一或者组合。

上述所述的双金属制动鼓外壳中，所述中央安装孔边缘设置有向轮圈部弯折的环形翻边，所述环形翻边与轮圈部形成环形凹槽，所述加强层设置在环形凹槽内。

上述所述的双金属制动鼓外壳中，所述制动鼓外壳轮圈部厚度在4-8毫米之间，法兰部结构层厚度在6-10毫米之间，法兰部环形翻边向轮圈部延伸高度在10-15毫米之间，加强层厚度在8-12毫米之间。

本发明的上述双金属制动鼓外壳的制造方法，包括以下步骤：

A：下料裁切：选择薄钢板作为起始材料，按预定尺寸裁切成圆环形钢板，圆环形钢板裁切出中央安装孔；

B：冲压整形：将上述圆环形薄钢板经过冲压整形后，形成具有轮圈部外壳层和法兰部结构层的帽型一级外壳；

C：旋压减薄、滚轧成型：将上述形成的一极外壳的轮圈部进行旋压减薄，再对旋压减薄的轮圈部进行滚轧成型，形成二级外壳；

D：加工制作加强层：在二级外壳的法兰部结构层内侧加工制作出加强层，形成制动鼓外壳。

上述所述的双金属制动鼓外壳的制造方法中，在制作法兰部加强层之前还包括翻边过程，将二级外壳通过冲压翻边工艺在中央安装孔边缘制作出环形翻边，环形翻边弯折向轮圈部，在环形翻边与轮圈部之间形成环形凹槽；所述加强层设置在环形凹槽内。

本发明结构的双金属制动鼓，因为设置了双层的法兰部结构，法兰部加强层可以起到加强法兰部结构层强度和刚度的效果，提高抗变形能力。因而在制作制动鼓外壳时，可以使用较薄钢板进行旋压滚轧操作，可以降低钢板在旋压减薄时的旋压工艺难度，降低工艺成本。在加工形成法兰部结构层后，再在其内侧设置加强层，以加强法兰部的厚度，增加抗变形能力，有利于保证结构的稳定。

附图说明

图1是现有技术中双金属制动鼓半剖面结构示意图；

图2是本发明实施例1的双金属制动鼓半剖面结构示意图；

图3是图2中A的局部放大图；

图4-图8是本发明实施例1的双金属制动鼓制造方法结构图；

图9是本发明实施例1的双金属制动鼓制造方法流程图；

图10是本发明实施例2的双金属制动鼓剖面结构示意图；

图11是本发明实施例3的双金属制动鼓剖面结构示意图；

图12是本发明实施例4的双金属制动鼓剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的双金属制动鼓及制造方法进行详细说明，附图和实施例只为解释技术方案使用，并不用于限定保护范围。

实施例1：如图2所示，本实施例的双金属制动鼓具有以下结构特征，制动鼓由轮圈部1和法兰部2构成。其中轮圈部1由钢制外壳层11和铸铁摩擦层12构成，摩擦层12设置在外壳层11内侧，二者之间以铸造方式结合。法兰部2由钢制结构层21和铸铁加强层22构成，二者之间也是铸造结合。轮圈部1的外壳层11与法兰部2的结构层21为钢制材料加工形成的一体结构。不同部位采取不同的加工方式，比如由同一块钢板经加工制成，轮圈部1的外壳层11经过旋压滚轧成型，法兰部2的结构层21为冲压成型。

本实施例的轮圈部1与现有技术中的轮圈部1结构相同，轮圈部外壳层11具有环形波浪13，该环形波浪13的作用是有利于提高外壳层11与铸铁摩擦层12的结合性能，同时有利于散热。而铸铁摩擦层12是离心浇铸在外壳层11的内壁上的，并与外壳层11之间铸造结合。摩擦层12的外表面与外壳层11内壁形状对应，摩擦层12的内表面是一平齐的环形刹车摩擦面。轮圈部1开口端外壳层11的部位设置向内的翻边14，该向内的翻边14的作用是离心浇铸时阻止灰铸铁铁水的流出。

本实施例的法兰部2的结构为本发明的独创结构，如图2、图3所示，本实施例的制动鼓法兰部2同样设置有中央安装孔4和螺栓孔3等通用结构，该通用结构部分也基本与现有技术相同。不过本实施例中的法兰部2设置成一种双层金属结构，分为钢制结构层21和铸铁加强层22，其中的中央安装孔4和螺栓孔3贯通钢制结构层21和铸铁加强层22。

本实施例的法兰部2的钢制结构层21和铸铁加强层22是这样设置的，钢制结构层21的内边缘处，也就是中央安装孔3的外边缘处，设置有向轮圈部1方向弯折的环形翻边23，该环形翻边23与轮圈部1的底部之间形成一环形凹槽24，铸铁加强层22铸造设置在环形凹槽24内。

本实施例的上述结构中，由于设置的法兰部2的双层结构，因而法兰部2的钢制结构层21的厚度可以降低，再结合铸铁加强层12也可以达到预设的机械强度、抗变形能力等要求，也能够保持法兰部2具有一定的厚度。可以克服使用薄钢板制作制动鼓外壳时，产生的法兰部2的厚度较低的问题，有利于降低双金属制动鼓外壳的加工工艺难度，从而降低工艺成本。

本实施例的双金属制动鼓是这样制造的。

如图9所示，首先是第一步：选料下料，传统结构的双金属制动鼓为了保证法兰部的厚度和强度，需要选择使用厚度较大的钢板。一般情况下钢板的厚度不能低于14毫米，否则法兰部的厚度就低于14毫米，对制动鼓法兰部2的强度、刚度和性能产生影响。但是14毫米厚的钢板在制成轮圈部外壳层11时，需要经过旋压加工至低至4毫米甚至更低的厚度，要经过多次的反复旋压过程，工艺复杂，难度大，能耗和成本都比较高。

本实施例的双金属制动鼓在制作外壳时选料可以选用较薄的钢板，如钢板厚度可以选择8毫米甚至6毫米即可，按照制动鼓的型号选择钢板后进行裁切下料，形成具有中央安装孔4的环形钢板（如图4所示）。

接着第二步是：冲压整形，形成一级外壳。将圆环形钢板在冲压机上进行冲压整形，形成如5图所示的帽型中间体，此时已经具备了制动鼓轮圈部外壳层11和法兰部结构层21的雏形，称其为一级外壳。

接着第三步是：旋压减薄和滚轧成型，形成二级外壳。在旋压机上对一级外壳的轮圈部外壳层11进行旋压减薄处理，旋压过程为将轮圈部外壳层11从厚度8毫米旋压至4毫米，并拉伸轮圈部外壳层11的高度，以满足制动鼓规格的需求，由于本实施例的旋压减薄过程是将8毫米的钢板减至4毫米的操作，因而比14毫米的钢板减至4毫米工艺相对简单的多。

当经过上述操作后，轮圈部外壳层11的厚度和高度满足需要后，再在滚轧机上将减薄的轮圈部外壳层11旋滚成型，这一过程与传统的滚轧成型过程相同，目的是形成环形波浪13和开口处的翻边14。进而形成二级外壳（如图6所示）。

接着第四步：制作法兰部加强层22，形成三级外壳。由于二级外壳法兰部的厚度也仅仅是钢板的厚度8毫米，并不能直接作为法兰部2使用，因而在此基础上需要加厚处理，即以8毫米厚的钢板作为法兰部结构层21，再加工加强层22。

首先是制作翻边，也就是在法兰部2中央安装孔4的边缘通过冲压工艺制作出环形翻边23，环形翻边23为向轮圈部1弯折并延伸的，进而在环形翻边23与轮圈部1底部之间形成一个环形凹槽24（如图7所示）。此时控制环形翻边24向轮圈部1延伸弯折的高度达到10-15毫米即可。

其次是制作铸铁加强层22，也就是将铸铁浇铸到环形凹槽24内，这个过程可以是直接将定量的铁水浇铸在环形凹槽24内，浇铸时二级外壳开口向上正放，如果有多余的铁水便会从中央安装孔4溢出，并不会影响加强层22的厚度。也可以将二级外壳法兰部浸入到铁水中，再捞出便完成铸造。此时的铸铁加强层22厚度达到8-12毫米之间，加上法兰部钢制结构层21的厚度，完全能够满足法兰部的强度、刚度的需求。形成三级外壳。

接着进行第五步：制作铸铁摩擦层，形成制动鼓主体结构。法兰部加强层22制作完毕后，便可以进行离心浇铸，将灰铸铁通过离心浇铸的方式浇铸到三级外壳的轮圈部外壳层11的内侧上，形成摩擦层12（如图8所示）。

最后，第六步，通过精加工，并制作做螺栓孔3，形成成品双金属制动鼓。

实施例2：

如图10所示，本实施例的双金属制动鼓结构与实施例基本相同，所不同的是，法兰部加强层不是铸造结合的铸铁层22，而是另行制作的钢制或者其它材料制作的圆环板221，圆环板221嵌套在法兰部2环形凹槽内24，圆环板221设置螺栓孔3，通过螺栓孔3与结构层21及汽车轮毂固定连接，以圆环板221增加结构层21的抗变形性能。也可以起到增加法兰部厚度，增加强度的目的。加工工艺更加简单，但效果较实施例有些差别，实现本发明的目的还是可以的。

实施例3：

如有11所示，在实施例2的基础上进行进一步简化，形成实施例3，制作制动鼓外壳时，不对法兰部2进行翻边操作，也无需形成翻边，而是直接在法兰部结构层21的内侧直接以螺栓固定加强层钢板222，还可以在加强层钢板222与钢制结构层21之间设置相互对应的卡合结构，便于两者之间的紧密结合。

实施例4：

本实施例是在实施例1基础上的一种变形结构，在制作制动鼓外壳时，法兰部结构层21不用制作翻边，而是在法兰部结构层21内侧直接以铸铁浇铸形成加强层223。具体制作过程需要在中央安装孔4的位置制作砂型或者模具25，以砂型或者模具25与法兰部结构层21及轮圈部1底部之间形成环形凹槽241，在环形凹槽241内直接定量浇铸铸铁，形成加强层223。浇铸结构如图12所示。

本发明的制动鼓外壳的制造方法已经包含在制动鼓的制造方法中，无需再特别说明。

本发明的主要有益效果是在不降低法兰部强度的基础上，可以适应较薄钢板作为初始材料，降低钢板旋压减薄时的工艺难度，进而降低工艺成本。

Claims (13)

1.一种双金属制动鼓结构，适用于以钢制材料做外壳层、以灰铸铁做摩擦层的制动鼓，包括轮圈部和法兰部，其特征在于：所述轮圈部为双层金属结构，包括外壳层和摩擦层，二者之间铸造结合；所述法兰部为双层金属结构，包括结构层和加强层，结构层和加强层之间紧密或者铸造结合；所述轮圈部外壳层和法兰部结构层为相同材料一体结构。

2.根据权利要求1所述的双金属制动鼓结构，其特征在于：所述法兰部设置有中央安装孔和螺栓孔，所述中央安装孔及螺栓孔均为穿透结构层和加强层的贯通孔。

3.根据权利要求2所述的双金属制动鼓结构，其特征在于：所述法兰部结构层为钢制材料层，所述加强层为铸铁层、钢材层或者铜材层其中之一；所述法兰部结构层与加强层的结合方式为铸造结合、嵌套结合或者螺栓结合其中之一或者组合。

4.根据权利要求3所述的双金属制动鼓结构，其特征在于：所述法兰部结构层在中央安装孔边缘处设置有向轮圈部弯折的环形翻边，所述环形翻边与轮圈部形成环形凹槽，所述加强层设置在环形凹槽内。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的双金属制动鼓结构，其特征在于：所述制动鼓轮圈部外壳层厚度在4-8毫米之间，所述法兰部结构层厚度在6-10毫米之间，法兰部加强层厚度在8-12毫米之间。

6.一种如权利要求1-5所述的双金属制动鼓的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

A：下料裁切：以薄钢板作为起始材料，裁切成圆环形钢板，同时形成中央安装孔；

B：拉伸镦粗整形：将上述圆环形钢板进行拉伸镦粗整形，形成具有轮圈部外壳层和法兰部结构层的帽型一级外壳；

C：旋压减薄、滚轧成型：将上述一级外壳的轮圈部进行旋压减薄，再对旋压减薄的轮圈部进行滚轧成型，形成二级外壳；

D：制作加强层：在二级外壳的法兰部结构层内侧制作出加强层，形成三级外壳；

E：制作摩擦层：在三级外壳轮圈部的外壳层内侧离心浇铸灰铸铁摩擦层；

F：精加工。

7.根据权利要求6所述的双金属制动鼓的制造方法，其特征在于：在制作法兰部加强层之前还包括翻边过程，通过冲压翻边工艺在二级外壳中央安装孔边缘制作出环形翻边。

8.一种双金属制动鼓外壳，适合于以钢制材料做外壳层、以灰铸铁做摩擦层的双金属制动鼓，其特征在于：所述制动鼓外壳包括轮圈部和法兰部，所述法兰部包括结构层和加强层，所述结构层与外壳轮圈部为相同材料一体结构，加强层设置在结构层内侧并与结构层紧密或者铸造结合；所述法兰部设置中央安装孔和螺栓孔。

9.根据权利要求8所述的双金属制动鼓外壳，其特征在于：所述法兰部结构层为钢制材料层，所述加强层为铸铁层、钢材层或者铜材层其中之一；所述法兰部结构层与加强层的结合方式为铸造结合、嵌套结合或者螺栓结合其中之一或者组合。

10.根据权利要求9所述的双金属制动鼓外壳，其特征在于：所述中央安装孔边缘设置有向轮圈部弯折的环形翻边，所述环形翻边与轮圈部形成环形凹槽，所述加强层设置在环形凹槽内。

11.根据权利要求8、9或10所述的双金属制动鼓外壳，其特征在于：所述制动鼓外壳轮圈部厚度在4-8毫米之间，法兰部结构层厚度在6-10毫米之间，法兰部环形翻边向轮圈部延伸长度在10-15毫米之间，加强层厚度在8-12毫米之间。

12.一种如权利要求8-11所述的双金属制动鼓外壳的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

A：下料裁切：以薄钢板作为起始材料，裁切成圆环形钢板，同时形成中央安装孔；

B：冲压整形：将上述圆环形钢板进行冲压整形，形成具有轮圈部外壳层和法兰部结构层的帽型一级外壳；

C：旋压减薄、滚轧成型：将上述一级外壳的轮圈部进行旋压减薄，再对旋压减薄的轮圈部进行滚轧成型，形成二级外壳；

D：制作加强层：在二级外壳的法兰部结构层内侧制作出加强层，形成制动鼓外壳。

13.根据权利要求12所述的双金属制动鼓外壳的制造方法，其特征在于：在制作法兰部加强层之前还包括翻边过程，通过冲压翻边工艺，在二级外壳中央安装孔边缘制作出环形翻边。

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