CN117139625A - 制动盘生坯成形方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及制动盘生坯成形方法，该方法利用新型模具，使制动盘盘体生坯所需粉末原料先形成预压坯，再使制动盘盘帽生坯所需粉末原料和预压坯一起压制成形，可避免粉末原料对其阴模造成磨损，从而可有效提高产品的合格率，延长模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，特别是涉及制动盘生坯成形方法。
背景技术
陶瓷颗粒增强铝基复合材料密度低、比强度和比刚度高、热导率高，并具有优良的抗磨耐磨以及耐腐蚀性能，在轻量化结构件领域具有广阔的应用前景。具体应用到制动盘中，由于盘体需要具备耐高温、耐磨等性能，盘帽需要具备相对高的力学性能，因此，盘体通常采用高体积分数陶瓷增强的铝基复合材料制备，盘帽通常采用低体积分数陶瓷增强的铝基复合材料制备，以满足各自的性能需求。然而，上述制动盘在采用粉末冶金工艺进行制备时，传统的模具在模压成形过程中，高体积分数陶瓷增强的铝基复合材料会对其阴模造成磨损，阴模磨损后，压制的生坯会在脱模过程中开裂，导致产品合格率降低，模具使用寿命缩短。
发明内容
基于此，有必要提供一种制动盘生坯成形方法，该方法利用新型模具，使得粉体材料在该模具中模压成形可避免对其阴模造成磨损，从而可提高产品的合格率，延长模具的使用寿命。
一种制动盘生坯成形方法，包括以下步骤：
提供制动盘生坯成形模具，所述制动盘生坯成形模具包括同轴设置的上模、下模和阴模，合模后，所述上模和下模围合在所述阴模内形成封闭性模腔；所述下模包括下模内冲和套设在所述下模内冲上的下模外冲；所述阴模内壁包括沿轴向延伸的第一段、偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°的第二段、偏离轴向向外延伸1.0°～2.0°的第三段和偏离轴向向外延伸0～1.0°的第四段，所述一段、第二段、第三段和第四段依次相连；合模后，所述下模外冲至少部分与所述第一段紧密配合，所述上模至少部分与所述第四段间隙配合；
提供制动盘盘帽生坯所需粉末原料和制动盘盘体生坯所需粉末原料；
将所述下模内冲移动到所述下模内冲的顶面与所述第四段的末端齐平，将所述下模外冲移动到所述下模外冲的顶面与所述第一段的末端齐平后，在所述第二段和第三段围合的区域内填充所述制动盘盘体生坯所需粉末原料；
将所述上模移动至所述周围高出面与所述第四段的顶端齐平，将所述下模外冲上行预压，得到预压坯；
将所述上模移出阴模，将所述下模内冲移动至设定高度后，在所述预压坯围合区域内填充所述制动盘盘帽生坯所需粉末原料；
将所述上模下行至所述周围高出面与所述第四段的顶端齐平，将所述下模外冲和下模内冲整体上行压制，得到制动盘生坯。
在其中一个实施例中，所述第二段的轴向高度为35mm～45mm，所述第三段的轴向高度为35mm～50mm，所述第四段的轴向高度为20mm～30mm。
在其中一个实施例中，所述上模外壁沿轴向延伸；所述下模外冲的外壁沿轴向延伸。
在其中一个实施例中，合模后，所述下模外冲与所述第一段的单边距离为0.06mm～0.1mm；所述上模与所述第四段的最小单边距离为0.1mm～0.15mm。
在其中一个实施例中，所述上模底面包括中间凹陷面和周围高出面，所述中间凹陷面的形状与所述下模内冲的顶面相适配，所述周围高出面的形状与所述下模外冲的顶面相适配。
在其中一个实施例中，所述中间凹陷面和所述周围高出面的高度差为1.5mm～3mm。
在其中一个实施例中，所述模具还包括与所述阴模同轴设置的芯柱，所述上模和下模内冲分别设有可供所述芯柱穿过的轴向通孔。
在其中一个实施例中，提供的所述制动盘生坯成形模具，所述阴模内壁经过了涂层处理，所述涂层处理所用原料选自碳化铬、碳化钨、碳化钛及碳化钒中的一种。
在其中一个实施例中，经过涂层处理后的阴模内壁的硬度＞60HRC，表面粗糙度＜0.5um。
在其中一个实施例中，所述涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。
上述制动盘生坯成形方法，将下模内冲移动到其顶面与第四段的末端齐平，将下模外冲移动到其顶面与第一段的末端齐平后，在第二段和第三段围合的区域内填充制动盘盘体生坯所需粉末原料，之后，再将上模移动至其底面与第四段的顶端齐平，将下模外冲上行预压。由于第一段设置成沿轴向延伸，第二段设置成偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°，下模外冲设置成合模后至少部分与第一段紧密配合，可有效防止粉末原料漏入第一段阴模内壁围合的区域中，从而避免下模外冲在移动过程中对第一段阴模内壁造成磨损；同时，上模设置成合模后与第四段间隙配合，第四段设置成偏离轴向向外延伸0～1.0°，可以防止上模在移动过程中与第四段阴模内壁产生摩擦，从而避免对第四段阴模内壁造成磨损；进而有效延长模具的使用寿命。
同时，第一段沿轴向延伸，第二段偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°，第三段偏离轴向向外延伸1.0°～2.0°，第四段偏离轴向向外延伸0～1.0°，可形成一个从下到上内径逐渐变大的阴模内腔结构，从而有效避免坯体在脱模过程中开裂，提高产品的合格率。
附图说明
图1，为一实施方式的制动盘生坯成形模具结构示意图；
图2，为图1中阴模内壁的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置”在另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一实施方式的制动盘生坯成形方法，包括以下步骤S110～S160：
S110、提供制动盘生坯成形模具。
请参阅图1和2，该制动盘生坯成形模具10，包括同轴设置的上模12、下模14和阴模16。合模后，上模12和下模14围合在阴模16内形成封闭性模腔。
可以理解，该封闭性模腔的形状与制动盘生坯的形状相适配，用于制备制动盘生坯的粉末原料填充在该膜腔中被压制成形，得到制动盘生坯。
在本申请中，阴模16内壁包括沿轴向延伸的第一段162、偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°的第二段164、偏离轴向向外延伸1.0°～2.0°的第三段166和偏离轴向向外延伸0～1.0°的第四段168。合模后，下模14至少部分与第一段162紧密配合，上模12至少部分与第四段168间隙配合。
其中，第一段162围合的区域用于限位下模14，第四段168围合的区域用于限位上模12，第二段164和第三段166围合的区域用于填充粉末原料。
需要说明的是，任意一段阴模内壁的偏离角度过大或过小，都可能导致坯体在脱模过程中受到不均匀的拉应力或压应力，从而导致坯体开裂或变形，降低产品的合格率。
进一步的，第二段164的轴向高度为35mm～45mm，第三段166的轴向高度为35mm～50mm，第四段168的轴向高度为20mm～30mm。
进一步的，下模14包括下模内冲142和套设在下模内冲142上的下模外冲144。合模后，下模外冲144至少部分与第一段162紧密配合。
进一步的，上模12的外壁沿轴向延伸，下模外冲144的外壁沿轴向延伸。合模后，上模12与第四段168的最小单边距离为0.1mm～0.15mm。下模外冲144与第一段162的单边距离为0.1mm～0.15mm。
需要说明的是，当第四段168偏离轴向向外延伸0°时，第四段168相当于沿轴向延伸，此时，上模12的外壁与第四段168平行设置，上模12与第四段168的单边距离始终一致，可在0.1mm～0.15mm范围内取值；当第四段168偏离轴向向外延伸0～1.0°，且不包括0°时，则上模12与第四段168的单边距离存在一个最小值和一个最大值，则最小值可在0.1mm～0.15mm范围内取值。
进一步的，上模12的底面包括中间凹陷面122和周围高出面124，其中中间凹陷面122的形状与下模内冲142的顶面相适配，周围高出面124的形状与下模外冲144的顶面相适配。
进一步的，中间凹陷面122和周围高出面124的高度差为1.5mm～3mm。中间凹陷面122用于在外环填粉时和下模内冲142相卡合，以防止外环填粉时粉末漏入内环区域。
在本实施方式中，模具10还包括与阴模16同轴设置的芯柱18。其中，上模12设有可供芯柱18穿过的轴向通孔182，下模内冲144设有可供芯柱18穿过的轴向通孔184。芯柱18可在轴向通孔182和轴向通孔184内沿轴向运动。
可以理解，芯柱18的设置，主要用于成形环形制动盘生坯。
上述制动盘生坯成形模具10，合模后，上模12与第四段168间隙配合，第四段168偏离轴向向外延伸0～1.0°，可以防止上模12在移动过程中与第四段阴模内壁产生摩擦，从而避免对第四段阴模内壁造成磨损；下模14与第一段162紧密配合，第一段162沿轴向延伸，第二段164偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°，可以防止粉末原料漏入第一段阴模内壁围合的区域中，从而避免下模14在移动过程中对第一段阴模内壁造成磨损；进而有效延长模具的使用寿命。
同时，第一段162沿轴向延伸，第二段164偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°，第三段166偏离轴向向外延伸1.0°～2.0°，第四段168偏离轴向向外延伸0～1.0°，可形成一个从下到上内径逐渐变大的阴模内腔结构，从而有效避免坯体在脱模过程中开裂，提高产品的合格率。
为了进一步提高阴模内壁的硬度和耐磨性，防止其被磨损，在本实施方式中，上述阴模内壁经过了涂层处理。涂层处理所用原料选自碳化铬、碳化钨、碳化钛及碳化钒中的一种。
处理后，阴模内壁的硬度＞60HRC，表面粗糙度＜0.5um。
进一步的，涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。涂层过厚会导致阴模内径变小，从而影响坯体的尺寸和形状，降低产品的合格率；同时，涂层过厚也会增加涂层与阴模内壁之间的应力，容易导致涂层脱落或开裂，影响模具的使用寿命。涂层过薄会导致涂层对阴模内壁的保护作用不足，无法有效防止粉末原料对阴模内壁的磨损，影响模具的使用寿命；同时，涂层过薄也会降低涂层的硬度和耐磨性，影响产品的质量和性能。
S120、提供制动盘盘帽生坯所需粉末原料和制动盘盘体生坯所需粉末原料。
在本实施方式中，盘帽生坯所需粉末原料为低体分陶瓷颗粒增强铝基复合材料，盘体生坯所需粉末原料为高体分陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
进一步的，盘帽生坯所需粉末原料为陶瓷颗粒质量含量为30％以下的陶瓷颗粒增强铝基复合材料，以满足制动盘盘帽所需的高强度和可加工性；盘体生坯所需粉末原料为陶瓷颗粒质量含量为50％以上的陶瓷颗粒增强铝基复合材料，以满足制动盘盘体所需的耐磨性和耐热性。
S130、将下模内冲142移动到其顶面与第四段168的末端齐平，将下模外冲144移动到其顶面与第一段162的末端齐平后，在第二段164和第三段166围合的区域内填充制动盘盘体生坯所需粉末原料。
需要说明的是，第四段168的顶端为第三段166和第四段168的连接端，则第四段168远离其顶端的一端为其末端。第一段162的末端为第一段162和第二段164的连接端，则第一段162远离其末端的一端为其顶端。
此过程中，下模外冲144与第一段162紧密配合，第一段162沿轴向延伸，第二段164偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°，因此可有效防止盘体生坯所需粉末原料漏入第一段162围合的区域内，从而可有效避免下模外冲144在移动过程中对阴模内壁造成磨损。
S140、将上模12移动至其底面与第四段168的顶端齐平，将下模外冲144上行预压，得到预压坯。
在本实施方式中，上模12的底面包括中间凹陷面122和周围高出面124，因此步骤140中，需将上模12移动至其周围高出面124与第四段168的顶端齐平。
S150、将上模12移出阴模16，将下模内冲142移动至设定高度后，在预压坯围合区域内填充制动盘盘帽生坯所需粉末原料。
S160、将上模12下行至其底面与第四段168的顶端齐平，将下模外冲144和下模内冲142整体上行压制，脱模，得到制动盘生坯。
在本实施方式中，上模12的底面包括中间凹陷面122和周围高出面124，因此步骤S160中，需将上模12移动至其周围高出面124与第四段168的顶端齐平。
需要说明的是，下模外冲144和下模内冲142整体上行压制，至盘帽生坯底面与盘体生坯底面齐平后脱模。
在本实施方式中，脱模过程具体如下：将上模12移出阴模16，将下模外冲144和下模内冲142整体上移，至下模外冲144和下模内冲142的顶面均到达第四段168的末端，移出制动盘生坯即可。
上述制动盘生坯成形方法，利用模具10，使制动盘盘体生坯所需粉末原料先形成预压坯，再使制动盘盘帽生坯所需粉末原料和预压坯一起压制成形，盘体生坯所需粉末原料在预压成形过程中，由于模具10的特殊设置，粉末原料不会对其阴模内壁造成磨损，从而可有效提高产品的合格率，延长模具的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种制动盘生坯成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供制动盘生坯成形模具，所述制动盘生坯成形模具包括同轴设置的上模、下模和阴模，合模后，所述上模和下模围合在所述阴模内形成封闭性模腔；所述下模包括下模内冲和套设在所述下模内冲上的下模外冲；所述阴模内壁包括沿轴向延伸的第一段、偏离轴向向外延伸0.5°～1.0°的第二段、偏离轴向向外延伸1.0°～2.0°的第三段和偏离轴向向外延伸0～1.0°的第四段，所述第一段、第二段、第三段和第四段依次相连；合模后，所述下模外冲至少部分与所述第一段紧密配合，所述上模至少部分与所述第四段间隙配合；
提供制动盘盘帽生坯所需粉末原料和制动盘盘体生坯所需粉末原料；
将所述下模内冲移动到所述下模内冲的顶面与所述第四段的末端齐平，将所述下模外冲移动到所述下模外冲的顶面与所述第一段的末端齐平后，在所述第二段和第三段围合的区域内填充所述制动盘盘体生坯所需粉末原料；
将所述上模移动至所述上模的底面与所述第四段的顶端齐平，将所述下模外冲上行预压，得到预压坯；
将所述上模移出阴模，将所述下模内冲移动至设定高度后，在所述预压坯围合区域内填充所述制动盘盘帽生坯所需粉末原料；
将所述上模下行至所述上模的底面与所述第四段的顶端齐平，将所述下模外冲和下模内冲整体上行压制，脱模，得到制动盘生坯。
2.根据权利要求1所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述第二段的轴向高度为35mm～45mm，所述第三段的轴向高度为35mm～50mm，所述第四段的轴向高度为20mm～30mm。
3.根据权利要求1所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述上模外壁沿轴向延伸；所述下模外冲的外壁沿轴向延伸。
4.根据权利要求3所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，合模后，所述下模外冲与所述第一段的单边距离为0.06mm～0.1mm；所述上模与所述第四段的最小单边距离为0.1mm～0.15mm。
5.根据权利要求1所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述上模底面包括中间凹陷面和周围高出面，所述中间凹陷面的形状与所述下模内冲的顶面相适配，所述周围高出面的形状与所述下模外冲的顶面相适配。
6.根据权利要求5所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述中间凹陷面和所述周围高出面的高度差为1.5mm～3mm。
7.根据权利要求1所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述模具还包括与所述阴模同轴设置的芯柱，所述上模和下模内冲分别设有可供所述芯柱穿过的轴向通孔。
8.根据权利要求1所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，提供的所述制动盘生坯成形模具，所述阴模内壁经过了涂层处理，所述涂层处理所用原料选自碳化铬、碳化钨、碳化钛及碳化钒中的一种。
9.根据权利要求8所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，经过涂层处理后的阴模内壁的硬度＞60HRC，表面粗糙度＜0.5um。
10.根据权利要求8所述的制动盘生坯成形方法，其特征在于，所述涂层的厚度为0.02mm～0.2mm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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