CN117464009A - 内外环结构制动盘的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及内外环结构制动盘的制备方法，通过定位系统设计，使得终端控制器可以通过激光测距仪实时得到烧结坯的直径，然后根据该直径将三个不同方向的定位装置精准移动到距离阴模轴心1/2的直径位置，最后控制推送装置将烧结坯推送至与这三个定位装置相抵靠，即可确保烧结坯与阴模同轴设置，从而确保后续在整形过程中，材料即使发生流动，也是相对轴心均匀流动，进而确保后续通过将整形坯底面留有的加工余量去除，即可得到界面一致的内外环结构制动盘。
Description
技术领域
本发明涉及制动盘技术领域，特别是涉及内外环结构制动盘的制备方法。
背景技术
陶瓷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。这种盘也被人们称为内外环结构的制动盘。
在采用粉末冶金工艺制备内外环结构的制动盘时，通常通过成形和烧结工艺先制备出内外环结构的坯体，再通过整形工艺制备出盘帽，最后通过机加得到所需尺寸的制动盘。虽然成形和烧结过程中内外环界面位置已经固定，但在接下来的整形与机加过程中，材料流动不受控制和加工余量的变动会导致界面位置的波动，从而影响内外环各自的性能，最终导致制动盘失效。
因此，亟需寻找一种能够实现内外环结构制动盘界面一致性的制备方法。
发明内容
基于此，有必要提供一种内外环结构制动盘的制备方法，该方法通过定位系统确保烧结坯与阴模同轴设置，从而确保后续在整形过程中，材料即使发生流动，也是相对轴心均匀流动，进而确保后续通过将整形坯底面留有的加工余量去除，即可得到界面一致的内外环结构制动盘。
一种内外环结构制动盘的制备方法，包括以下步骤：
提供内外环结构制动盘烧结坯；
提供整形模具，所述整形模具包括上模、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；
提供定位系统，所述定位系统包括终端控制器，以及分别与所述终端控制器信号连接的推送装置、激光测距仪、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；
所述激光测距仪测量出所述烧结坯的直径后发送至所述终端控制器，所述终端控制器根据接收到的直径数据控制所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置移动到距离所述阴模轴心1/2直径的位置，所述推送装置推送所述烧结坯至与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，所述终端控制器控制所述推送装置、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置退回至原始位置；
将所述整形模具合模后进行整形压制，脱模，得到底面留有加工余量的整形坯；
将所述整形坯底面的加工余量机加去除，得到所述内外环结构制动盘。
在其中一个实施例中，所述推送装置推送所述烧结坯至与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，所述烧结坯与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的接触点在平面内构成等腰直角三角形。
在其中一个实施例中，所述整形压制的过程具体为：在保护压力中，将所述上模下压进行位移控制。
在其中一个实施例中，所述保护压力为150MPa～250MPa。
在其中一个实施例中，所述整形坯的底面留有0.5mm～2mm的加工余量。
在其中一个实施例中，所述整形模具的材料为H13，所述整形模具的硬度为45HRC～50HRC。
在其中一个实施例中，所述整形模具中，合模后所述上模与阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm，所述下模与所述阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm。
在其中一个实施例中，所述内外环结构制动盘烧结坯由以下方法制备：
提供高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末；
提供低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末；
提供具有成形腔的成形模具，所述成形腔包括与所述内外环结构制动盘的内环形状相适配的内环腔和与所述内外环结构制动盘的外环形状相适配的外环腔；
将所述高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到所述外环腔中，将所述低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到所述内环腔中，合压，得到内外环结构制动盘成形坯；
将所述成形坯在保护性气体氛围中进行烧结，得到所述内外环结构制动盘烧结坯。
在其中一个实施例中，所述合压采用双向压制方式，所述双向压制的压力控制在设定值±5MPa范围内，所述双向压制的压力设定值为150MPa～220MPa。
在其中一个实施例中，所述烧结的温度控制在设定值±5℃范围内，所述烧结的温度设定值为560℃～630℃。
上述内外环结构制动盘的制备方法，通过定位系统设计，使得终端控制器可以通过激光测距仪实时得到烧结坯的直径，然后根据该直径将三个不同方向的定位装置精准移动到距离阴模轴心1/2的直径位置，最后控制推送装置将烧结坯推送至与这三个定位装置相抵靠，即可确保烧结坯与阴模同轴设置，从而确保后续在整形过程中，材料即使发生流动，也是相对轴心均匀流动，进而确保后续通过将整形坯底面留有的加工余量去除，即可得到界面一致的内外环结构制动盘。
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。
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。
一实施方式的内外环结构制动盘的制备方法，包括以下步骤S110～S160：
S110、提供内外环结构制动盘烧结坯。
在本实施方式中，内外环结构制动盘烧结坯由以下方法S1101～S1104制备：
S1101、提供高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末和低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末。
在本实施方式中，高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末由30％～70％体积含量的陶瓷增强相和余量的铝合金基体组成。低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末由0～30％体积含量的陶瓷增强相和余量的铝合金基体组成。高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末和低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末中陶瓷增强相的体积含量不同时为30％。
其中，陶瓷增强相选自碳化物(如TiC、SiC、B4C等)、氮化物(如Si3N4)、氧化物(如Al2O3)、硅化物(如Ti5Si3)及硼化物(如TiB、TiB2等)中的至少一种。
铝合金基体为二系或六系铝合金。其中，二系铝合金是以铜为主要合金元素的铝合金，包括了Al-Cu-Mg系合金、Al-Cu-Mg-Si系合金等；六系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，包括Al-Mg-Si系合金等。
进一步的，Al-Mg-Si系合金为Al-1Mg-0.7Si-0.25Cu(即该合金主要由1％质量含量的Mg、0.7％质量含量的Si、0.25％质量含量的Cu及余量的Al组成)或Al-0.6Mg-0.9Si(即该合金主要由0.6％质量含量的Mg和0.9％质量含量的Si和余量的Al组成)。Al-Cu-Mg系合金为Al-4Cu-0.8Mg(即该合金主要由4％质量含量的Cu、0.8％质量含量的Mg和余量的Al组成)。Al-Cu-Mg-Si系合金为Al-2Cu-0.5Mg-0.7Si-0.5Mn(即该合金主要由2％质量含量的Cu、0.5％质量含量的Mg、0.7％质量含量的Si、0.5％质量含量的Mn和余量的Al组成)。
S1102、提供成形模具。
可以理解，该成形模具合模后能够形成成形腔，该成形腔包括内环腔和外环腔。其中内环腔与内外环结构制动盘的内环形状相适配，用于成形内环结构；外环腔与内外环结构制动盘的外环形状相适配，用于成形外环结构。
S1103、将上述高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到外环腔中，将上述低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到内环腔中，合压，得到内外环结构制动盘成形坯。
在本实施方式中，合压采用双向压制方式，即成形模具上模下压和下模上压同时进行。
进一步的，双向压制的压力控制在设定值±5MPa范围内。其中，双向压制的压力设定值为150MPa～220MPa。
S1104、将上述成形坯在保护性气体氛围中进行烧结，得到内外环结构制动盘烧结坯。
在本实施方式中，烧结的温度控制在设定值±5℃范围内。其中烧结的温度设定值为560℃～630℃。
通过控制双向压制的压力在设定值±5MPa范围内波动，以及控制烧结的温度在设定值±5℃范围内波动，可以保证每个批次成形坯密度的一致性和烧结收缩率的一致性，从而确保每个批次生产出来的内外环结构制动盘烧结坯界面的一致性和尺寸的一致性。
S120、提供整形模具。
在本实施方式中，整形模具包括上模、下模和阴模。合模后，上模和下模围合在阴模内形成封闭性模腔，该封闭性模腔与待制备的制动盘的形状相适配。
进一步的，整形模具的材料为H13(热作模具钢)，硬度为45HRC～50HRC，以避免模具在整形压制过程中发生变形。
合模后，上模与阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm，下模与阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm，以避免整形压制过程中出现飞边，导致材料损失。
S130、提供定位系统。
在本实施方式中，定位系统包括终端控制器，以及分别与终端控制器信号连接的推送装置、激光测距仪、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置。
需要说明的是，由于通过现有的软件程序可以实现终端控制器接收激光测距仪测量得到的数据，并根据该数据发送命令给推送装置、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置，实现对上述装置的位移控制，因此这里不再对软件程序进行赘述。
S140、激光测距仪测量出该烧结坯的直径后发送至终端控制器，终端控制器根据接收到的直径数据控制第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置移动到距离阴模轴心1/2直径的位置，推送装置推送烧结坯至与第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，终端控制器控制推送装置、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置退回至原始位置。
在本实施方式中，推送装置推送烧结坯至与第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，第一定位装置、第二定位装置、第三定位装置与烧结坯的接触点在平面内构成等腰直角三角形，以便于推送装置可以快速推送烧结坯到达与阴模同轴的位置。
可以理解，由于烧结坯的外径小于阴模的内径，因此，烧结坯进入阴模后会有一定的活动余量，造成坯体在阴模中的位置不固定，本申请设计的定位系统，可以根据烧结坯的直径，实时调整定位装置的移动距离，然后通过推送装置推送烧结坯至与定位装置相抵靠即可快速实现烧结坯的定位，为连续化生产提供了可能。
S150、将整形模具合模后进行整形压制，脱模，得到底面留有加工余量的整形坯。
在本实施方式中，整形压制的过程具体为：在保护压力中，将上模下压进行位移控制。其中，保护压力为150MPa～250MPa。
进一步的，整形坯底面留有0.5mm～2mm的加工余量。
可以理解，整形压制过程中，内环材料需要流动去填充盘帽型腔，内外环的界面势必会因为内环材料的流动而逐渐向靠近轴心的方向倾斜，此时，通过采用上模下压进行位移控制并以压力保护的单向压制方式，使得烧结坯与上模接触的一面主要为整形致密，从而确保内外环靠近上模的界面位置变动很小甚至不发生变动，再通过底面加工余量的设置，使得后续通过将加工余量机加去除，即可将内外环靠近下模发生倾斜的界面去除，进而保证界面位置的一致性。
S160、将整形坯底面的加工余量机加去除，得到内外环结构制动盘。
在本实施方式中，整形过程通过位移控制，保证了整形坯厚度的一致性，因此，每次的加工余量均为固定值，进而保证了所有批次产品界面位置的一致性。
以下为具体实施例
实施例1
待制备的内外环结构制动盘，其设计的内外环界面距离该盘轴心215mm。
采用如步骤S110～S160的方法制备，得到内外环结构制动盘。
测量其界面位置，发现界面位置距离该盘轴心在214.5mm～215mm范围内，界面位置波动不明显。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同的是，对比例1中双向压制的压力波动范围超过了设定值±5MPa，烧结温度也超过了设定值±5℃。
结果发现，制备的内外环结构制动盘，其界面位置距离该盘轴心在212mm～215mm范围内，界面位置波动明显。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，不同的是，对比例2未采用定位系统，而是仅凭肉眼观察，直接将烧结坯至于阴模中进行合模压制。
结果发现，制备的内外环结构制动盘，其界面位置距离该盘轴心在210.5mm～215mm范围内变化，且界面呈不规则形状，界面完全无一致性。
Claims (10)
1.一种内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供内外环结构制动盘烧结坯；
提供整形模具，所述整形模具包括上模、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式模腔；
提供定位系统，所述定位系统包括终端控制器，以及分别与所述终端控制器信号连接的推送装置、激光测距仪、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置；
所述激光测距仪测量出所述烧结坯的直径后发送至所述终端控制器，所述终端控制器根据接收到的直径数据控制所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置移动到距离所述阴模轴心1/2直径的位置，所述推送装置推送所述烧结坯至与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，所述终端控制器控制所述推送装置、第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置退回至原始位置；
将所述整形模具合模后进行整形压制，脱模，得到底面留有加工余量的整形坯；
将所述整形坯底面的加工余量机加去除，得到所述内外环结构制动盘。
2.根据权利要求1所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述推送装置推送所述烧结坯至与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置相抵靠后，所述烧结坯与所述第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置的接触点在平面内构成等腰直角三角形。
3.根据权利要求1所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述整形压制的过程具体为：在保护压力中，将所述上模下压进行位移控制。
4.根据权利要求3所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述保护压力为150MPa～250MPa。
5.根据权利要求1所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述整形坯的底面留有0.5mm～2mm的加工余量。
6.根据权利要求1所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述整形模具的材料为H13，所述整形模具的硬度为45HRC～50HRC。
7.根据权利要求1所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述整形模具中，合模后所述上模与阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm，所述下模与阴模的单边间隙为0.15mm～0.2mm。
8.根据权利要求1～7任一项所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述内外环结构制动盘烧结坯由以下方法制备：
提供高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末；
提供低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末；
提供具有成形腔的成形模具，所述成型腔包括与所述内外环结构制动盘的内环形状相适配的内环腔和与所述内外环结构制动盘的外环形状相适配的外环腔；
将所述高体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到所述外环腔中，将所述低体分陶瓷增强铝基复合材料原料粉末填充到所述内环腔中，合压，得到内外环结构制动盘成形坯；
将所述成形坯在保护性气体氛围中进行烧结，得到所述内外环结构制动盘烧结坯。
9.根据权利要求8所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述合压采用双向压制方式，所述双向压制的压力控制在设定值±5MPa范围内，所述双压压制的压力设定值为150MPa～220MPa。
10.根据权利要求6所述的内外环结构制动盘的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度控制在设定值±5℃范围内，所述烧结的温度设定值为560℃～630℃。
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