CN116538220A - 一种疏水防粘仿生结构刹车片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疏水防粘仿生结构刹车片及其制造方法，涉及汽车摩擦制动技术领域，其中，疏水防粘仿生结构刹车片，包括刹车片本体以及位于刹片本体上的多个复合仿生织构，其中，复合仿生织构包括多边形疏水凹坑，设置在刹车片本体的表面，用于容屑、排水；以及圆柱凸起，位于多边形疏水凹坑内，多边形疏水凹坑的坑口边沿和圆柱凸起的周壁上沿分别形成切削刃，以用于去除刹车盘上的附着物。本发明通过设计复合仿生织构，复合仿生织构类似于芋头叶表面的微结构，具有疏水防粘的作用，多边形疏水凹坑能够起到容屑、排水的作用，提高耐磨性；多边形疏水凹坑的坑口边沿和圆柱凸起的周壁上沿相当于形成切削刃，制动时能够除掉刹车盘上的锈蚀等附着物。

Description

一种疏水防粘仿生结构刹车片及其制造方法

技术领域

本发明涉及汽车摩擦制动技术领域，特别涉及一种疏水防粘仿生结构刹车片，还涉及一种疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法。

背景技术

新能源汽车在低速范围内能够通过回收制动力矩进行制动，在高速范围内可采用回收制动力与摩擦制动力结合的混合制动模式。这与传统燃油车制动系统相比，较大程度上减少了刹车片的使用，使得其自然除锈效果非常有限，刹车盘极易残留腐蚀后的铁锈，铁锈又会裹挟粉尘、泥沙、水等，从而影响摩擦系数，导致制动力矩不对称，残余阻力增大，制动噪声变大。因此，如何在铁锈、粉尘、泥沙、干、湿等恶劣条件下保持稳定的摩擦系数，在速度、压力和温度全范围内提供非常稳定和可靠的制动性能是新能源汽车复合制动系统设计和制造面临的新的难题。目前国内外新能源汽车行业仍然在延用燃油汽车的刹车片及制动系统，刹车片的制造仍大都停留在无表面织构的基础上，还有部分选择直接在刹车片的表面进行织构的加工，但由于刹车片的材料并非金属，而是由粉末材料压制而成的，所以直接在其表面加工会导致织构的精度较低且会降低刹车片的强度。

针对上述问题只是在制动力矩分配策略上进行研究和改进，而对于制动系统本体结构、刹车片作用机理上和带有表面织构的刹车片的制造上鲜有探索。

现有用于提高新能源汽车制动稳定性的方法多为从新能源汽车的控制系统上做改进，如公开号为CN112477610A的发明专利根据每次制动时的制动强度选择不同的分配方式将总制动力分配给前轮和后轮，电机制动不足时再由摩擦制动提供摩擦制动力。虽然能够改善制动稳定性，但是只能引用与较低速情况下，高速下电制动力矩不够仍需要刹车片摩擦制动时该方法就无法发挥作用了。为了应对复杂的工况，公开号为CN208311335U的发明专利提出了一种耐磨散热的赛车用刹车片，其上设有多条第一沟槽和第二沟槽相互交叉分布，用于排屑和散热。但该专利提到的沟槽结构仅能起到排屑散热的作用，在一定程度上改善耐磨性能，但是由于没有改变刹车片和金属部件间的摩擦作用原理，因此对于摩擦系数的稳定并没有太大作用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种具有疏水、防粘和耐磨性能疏水防粘仿生结构刹车片，能够提高耐磨性和稳定性。

本发明实施例还提供一种疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法。

根据本发明第一方面的实施例，提供一种疏水防粘仿生结构刹车片，包括刹车片本体以及位于所述刹片本体上的多个复合仿生织构，其中，所述复合仿生织构包括多边形疏水凹坑，设置在所述刹车片本体的表面，用于容屑、排水；以及圆柱凸起，位于所述多边形疏水凹坑内，所述多边形疏水凹坑的坑口边沿和所述圆柱凸起的周壁上沿分别形成切削刃，以用于去除刹车盘上的附着物。

上述疏水防粘仿生结构刹车片，至少具有以下有益效果：通过设计复合仿生织构，复合仿生织构类似于芋头叶表面的微结构，具有疏水防粘的作用，多边形疏水凹坑能够起到容屑、排水的作用，提高耐磨性；多边形疏水凹坑的坑口边沿和圆柱凸起的周壁上沿相当于形成切削刃，制动时能够除掉刹车盘上的锈蚀等附着物。本发明提出的在刹车片本体表面制备复合仿生织构，从摩擦磨损机理上讲，结构本身具有疏水防粘耐磨性，在干、湿环境下能够提供稳定的摩擦力，且能够起到除锈蚀的作用。该具有复合仿生织构的刹车片能够在新能源汽车使用一段时间后，由于摩擦参与制动的减少，面对刹车盘残留铁锈，裹挟粉尘、泥沙、水等的复杂工况，保证摩擦系数稳定，提高耐磨性和制动稳定性。

根据本发明第一方面的实施例，所述多边形疏水凹坑为正六边形凹坑。进一步的，所述多边形疏水凹坑的中心内切圆半径R为0.8-1.8mm，所述多边形疏水凹坑的深度h为1-2mm。更进一步的，所述圆柱凸起的半径r为0.5-0.7mm。

根据本发明第一方面的实施例，各所述复合仿生织构采取以中心辐射的正六边形阵列方式进行排列。进一步的，相邻两个所述多边形疏水凹坑之间的相近两边垂直距离w为0.1-0.8mm。

根据本发明第二方面的实施例，提供一种疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法，其特征在于，用于制造权根据本发明第一方面实施例所述的制作疏水防粘仿生结构刹车片，包括以下步骤：

S1，对模具的凹模的底部进行激光刻蚀，加工出设定的复合仿生织构对应的反模；

S2，将配好的摩擦材料放入混料机中混合均匀，在凹模的底部填入摩擦材料并且压实处理；

S3，将底料放入模具的凹模中并压实，再放置已过胶的背板，然后热压机开启压制模式进行压制；

S4，将热压成形的刹车片在室温静置后，放入热处理烘箱中进行热处理；

S5，对热处理后的刹车片进行机加工；

S6，对机加工后的刹车片进行静电喷涂，再进行表面烧蚀，然后进行表面活化，制备出疏水防粘仿生结构刹车片。

上述疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法，至少具有以下有益效果：本发明提出一种新的刹车片制造方法，即针对热压成形所需的模具进行改进，通过激光刻蚀对凹模底部进行加工，根据刹车片的表面织构，加工出具有具有与上述刹车片表面织构对应的反模，使得表面具有复合仿生织构的刹车片能够通过模压制造而成。通过这一方法，可以压制出表面具有复合仿生织构的刹车片，与传统制造方法相比并没有大幅提高制造的成本与复杂程度，通过激光刻蚀的方法对现有模具进行加工，方法简单且可靠。

根据本发明第二方面的实施例，所述疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法还包括步骤S7，在所述疏水防粘仿生结构刹车片的背板外表面进行防震片的粘接与铆接，再对所述疏水防粘仿生结构刹车片进行喷码和报警卡簧的铆接。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明实施例的透视图；

图2是本发明实施例中复合仿生织构的透视图；

图3是本发明实施例中复合仿生织构以中心辐射的正六边形阵列方式的排列示意图；

图4是本发明实施例中复合仿生织构的参数标定示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

现有技术中，提高新能源汽车制动稳定性主要从回收电制动分配策略方面提高制动稳定性，通过对刹车片表面开较宽的槽进行排屑排水和散热以提高刹车片耐磨性，但效果仍然不理想。而对于制动系统本体结构、刹车片作用机理上和带有表面织构的刹车片的制造上鲜有探索。

随着仿生学不断地发展，人们发现许多生物体表面具有疏水、防粘作用且可抵抗外界的磨损，但其体表并非是光滑的，而是具有不同的几何非光滑形态。在粘湿条件下，非光滑表面具有减粘、脱附、降阻的功能。例如：沙漠中的岩蜥和变色沙蜥，其体表也非完全光滑表面，而是由鳞片构成的非光滑表面，正是由于微观鳞片的存在，使得沙漠类蜥蜴体表具有耐磨抗冲蚀的功能。其中，芋头叶表面的微结构具有疏水防粘的特性，本发明将芋头叶表面的微结构应用到刹车片上。

下面参照图1，提供一种疏水防粘仿生结构刹车片，包括刹车片本体11以及位于刹片本体上的多个复合仿生织构20。

其中，结合图2，复合仿生织构20包括多边形疏水凹坑21和圆柱凸起22。

具体而言，多边形疏水凹坑21设置在刹车片本体11的表面，用于容屑、排水。具体而言，多边形疏水凹坑21为正六边形凹坑。圆柱凸起22位于多边形疏水凹坑21内，多边形疏水凹坑21的坑口边沿和圆柱凸起22的周壁上沿分别形成切削刃，以用于去除刹车盘上的附着物。

本实施例中，各复合仿生织构20采取以中心辐射的正六边形阵列方式进行排列。即多个复合仿生织构以中心辐射的正六边形进行阵列布满整个刹车片本体的表面，参照图3，构建平面图形坐标，以初始的正六边形中心为坐标原点，并进一步对参数进行标定，如图4所示。具体的，对复合仿生织构的参数标定是，多边形疏水凹坑21的中心内切圆半径R为0.8-1.8mm，多边形疏水凹坑21的深度h为1-2mm。圆柱凸起22的半径r为0.5-0.7mm。相邻两个多边形疏水凹坑21之间的相近两边垂直距离w为0.1-0.8mm。

本发明从仿生学角度出发，研究了芋头叶表面的微结构，具有疏水防粘的作用，将芋头叶表面的微结构应用到刹车片上。可以理解的是，复合仿生织构20中，多边形疏水凹坑21能够起到容屑、排水的作用，提高耐磨性；多边形疏水凹坑21的坑口边沿和圆柱凸起22的周壁上沿相当于形成切削刃，制动时能够除掉刹车盘上的锈蚀等附着物。可以理解的是，通过去除特定凹坑后留下的形成一个个较为紧密分布的正六边形凹坑圆凸起的复合仿生结构，既不影响整体刹车片的强度，又能起到容屑和散热的功能，在雨天使用环境下表面不连续的结构能够破坏水膜，提高耐磨性，结构本身防粘和对粘接物的去除，确保除去刹车盘上的附着物，从而提供稳定的摩擦力。

从摩擦磨损机理上讲，复合仿生织构本身具有疏水防粘耐磨性，在干、湿环境下能够提供稳定的摩擦力，且能够起到除锈蚀的作用。具有复合仿生织构的刹车片能够在新能源汽车使用一段时间后，由于摩擦参与制动的减少，面对刹车盘残留铁锈，裹挟粉尘、泥沙、水等的复杂工况，能保持稳定的摩擦系数，在速度、压力和温度全范围内提供非常稳定和可靠的制动性能。

本发明还一种疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法，用于制造上述疏水防粘仿生结构刹车片，包括以下步骤：

S1，对模具的凹模的底部进行激光刻蚀，加工出设定的复合仿生织构20对应的反模。

S2，将配好的摩擦材料放入混料机中混合均匀，在凹模的底部填入摩擦材料并且压实处理。

S3，将底料放入模具的凹模中并压实，再放置已过胶的背板，然后热压机开启压制模式进行压制。

S4，将热压成形的刹车片在室温静置后，放入热处理烘箱中进行热处理。

S5，对热处理后的刹车片进行机加工。

S6，对机加工后的刹车片进行静电喷涂，再进行表面烧蚀，然后进行表面活化，制备出疏水防粘仿生结构刹车片。

S7，在疏水防粘仿生结构刹车片的背板外表面进行防震片的粘接与铆接，再对疏水防粘仿生结构刹车片进行喷码和报警卡簧的铆接。

可以理解的是，传统的刹车片制造方法并不能压制出表面具有复合仿生织构的刹车片，本发明提出一种新的刹车片制造方法，即针对热压成形所需的模具进行改进，通过激光刻蚀对凹模底部进行加工，根据刹车片的表面织构，加工出具有具有与上述刹车片表面织构对应的反模，使得表面具有复合仿生织构的刹车片能够通过模压制造而成。通过这一方法，可以压制出表面具有复合仿生织构的刹车片，与传统制造方法相比并没有大幅提高制造的成本与复杂程度，通过激光刻蚀的方法对现有模具进行加工，方法简单且可靠。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：包括刹车片本体以及位于所述刹片本体上的多个复合仿生织构，其中，所述复合仿生织构包括

多边形疏水凹坑，设置在所述刹车片本体的表面，用于容屑、排水；以及

圆柱凸起，位于所述多边形疏水凹坑内，所述多边形疏水凹坑的坑口边沿和所述圆柱凸起的周壁上沿分别形成切削刃，以用于去除刹车盘上的附着物。

2.根据权利要求1所述的疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：所述多边形疏水凹坑为正六边形凹坑。

3.根据权利要求2所述的疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：所述多边形疏水凹坑的中心内切圆半径R为0.8-1.8mm，所述多边形疏水凹坑的深度h为1-2mm。

4.根据权利要求3所述的疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：所述圆柱凸起的半径r为0.5-0.7mm。

5.根据权利要求3或4所述的疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：各所述复合仿生织构采取以中心辐射的正六边形阵列方式进行排列。

6.根据权利要求5所述的疏水防粘仿生结构刹车片，其特征在于：相邻两个所述多边形疏水凹坑之间的相近两边垂直距离w为0.1-0.8mm。

7.一种疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1至6任意一项所述的疏水防粘仿生结构刹车片，包括以下步骤：

S1，对模具的凹模的底部进行激光刻蚀，加工出设定的复合仿生织构对应的反模；

S2，将配好的摩擦材料放入混料机中混合均匀，在凹模的底部填入摩擦材料并且压实处理；

S3，将底料放入模具的凹模中并压实，再放置已过胶的背板，然后热压机开启压制模式进行压制；

S4，将热压成形的刹车片在室温静置后，放入热处理烘箱中进行热处理；

S5，对热处理后的刹车片进行机加工；

S6，对机加工后的刹车片进行静电喷涂，再进行表面烧蚀，然后进行表面活化，制备出疏水防粘仿生结构刹车片。

8.根据权利要求1所述的疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法，其特征在于：所述疏水防粘仿生结构刹车片的制造方法还包括步骤S7，在所述疏水防粘仿生结构刹车片的背板外表面进行防震片的粘接与铆接，再对所述疏水防粘仿生结构刹车片进行喷码和报警卡簧的铆接。