CN1283935C - 制动鼓的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一制动鼓包括一环形鼓体(13)，和一固定在鼓体内圆周面(18)上的摩擦件(16)。由于鼓体是由重量轻的铝合金形成的，并且摩擦件是由铝基复合材料形成的，所以制动鼓总体上可以减少重量。而且，由于摩擦件通过熔化的铝合金金属铸封，其中摩擦件在其外周边(17)上形成有凸出部分(17a)，所以摩擦件和鼓体可牢固地固定在一起。这样，即使在鼓制动器上施加很大的制动力时，也可以防止不希望发生的摩擦件从鼓体上分离。

Description

制动鼓的制造方法
技术领域
本发明整体涉及在摩托车或汽车中使用的制动鼓及其这种制动鼓的制造方法，更具体地涉及这样一种制动鼓制造方法，即根据该方法制动器的摩擦件由铝基复合材料形成，然后摩擦件用铝合金铸封。
背景技术
目前已知的某些摩托车或汽车使用鼓式制动器装置作为它们的制动装置。在鼓式制动器装置中，制动蹄压在与车轮一起旋转的制动鼓内圆周面(摩擦面)上以控制制动鼓的旋转。
通常，传统的制动鼓是用铸铁整体形成的，或成为一个整体，以保持摩擦面的必要强度；但是，传统的铸铁制动鼓重量重并从而会阻碍减少装备制动鼓的摩托车或汽车的重量，而重量的减少是所希望的。
因此，在某些更复杂的鼓式制动器装置中，为减少制动鼓的重量，在制动鼓的一部分中使用了重量轻的材料，如铝合金。即，需要具有高耐磨损性能的制动鼓摩擦面由铸铁形成，制动鼓的其余部分由铝合金或其它重量轻的材料形成，这样，备有这种制动鼓的摩托车或汽车整体重量大大减少，从而实现了更低的燃油消耗。
但是，在摩托车或汽车领域，仍然强烈需要进一步减少重量以实现更低的燃油消耗，根据使用的制动鼓类型，必须进一步减少制动鼓的重量以更符合这种需要。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种高效制造重量轻制动鼓的方法。
根据本发明，提供了通过将一个圆柱形摩擦件固定在由铝合金形成的支持件内圆周面上来制造制动鼓的方法，包括：制造铝基复合材料的步骤，通过使金属氧化物的加强材料与镁氮化物接触并使铝合金渗透到加强材料内，通过镁氮化物的还原作用至少一部分加强材料作为金属部分暴露；通过挤压使铝基复合材料形成圆柱形件的步骤，其中圆柱形件外周上具有交替的凸出和凹入部分，所述圆柱形件的内径构成所述制动鼓的内径；将所述圆柱形件切割成与所述制动鼓相应的宽度，借此提供所述摩擦件的步骤；将所述摩擦件设置在铸模内，并通过起所述支持件作用的一铝合金铸封设置好的摩擦件的步骤；其特征在于，所述设置和铸封摩擦件的步骤通过以下步骤进行：在将所述摩擦件设置在铸模内之前，加热所述摩擦件至高于铸模的温度的步骤，从而所述摩擦件的一内径大于铸模的一个模型件的一凸出部分的一外径；将通过所述加热步骤加热的摩擦件安装在铸模的模型件的所述凸出部分上的步骤，所述铸模的温度比所述摩擦件低；将所述摩擦件强迫冷却到所述一个模型件的所述凸出部分的温度的步骤，从而使摩擦件冷却装配在所述凸出部分上；通过将铸模的一个模型件与铸模的另一个模型件配合以形成空腔的步骤；将熔化的铝合金金属充入空腔，同时强迫冷却所述被加热的摩擦件，以借此铸封所述摩擦件的步骤。
通过镁氮化物的还原作用将加强材料转换成金属部分可改善与熔化的铝合金金属的可粘性。改善的可粘性可将加强材料氧化物和铝合金的相对表面牢固地粘在一起，借此提供了具有优良延展性的铝基复合材料坯。该铝基复合材料被挤压以制造摩擦件。通过经受挤压过程，摩擦件可具有优良的拉伸和屈服应力，并从而作为制动鼓摩擦件保证了足够的机械强度。而且，由铝基复合材料形成的摩擦件重量轻。而且，与传统铸铁相比，构成摩擦件基体的铝合金可提高摩擦件的导热性，并允许制动作用产生的热量容易消散，这样本发明的摩擦件具有改善的抗衰退能力。而且，通过用铝合金形成基体，摩擦件可具有和支持件基本相同的热线性膨胀系数，当制动器起作用时，这能有效地防止摩擦件和支持件之间的热膨胀差别。
在提供摩擦件之后，本发明的制动器制造方法还包括将摩擦件加热到温度高于铸模的步骤，将加热的摩擦件设置在铸模内之后，摩擦件被铝合金铸封。由于摩擦件由铝基复合材料形成，所以当摩擦件加热到比铸模高的预定温度时，摩擦件的热线性膨胀比铸模大。这样，摩擦件的内径增加以允许非常容易地将摩擦件设置在铸模内。
铝基复合材料的挤压是以设置在10到40范围内的挤压比进行的，挤压比是通过挤压前的铝基复合材料横截面面积除以最终被挤压的圆柱形件的横截面面积确定的。如果挤压比设定为10或更小，圆柱形件(摩擦件)的拉伸强度和屈服应力会下降到摩擦件不能保持作为制动鼓摩擦件所必要的预定强度的程度。因此，在本发明中，挤压比设定为大于10，以保证摩擦件的必要强度。但是，如果挤压比设定为大于40，则挤压力会变得如此之大，以至于挤压速度明显下降。降低的挤压速度会使周期性能恶化并导致制造成本增加；因此，在本发明中挤压比上限设定为40。
附图说明
图1为展示备有本发明制动鼓的摩托车后轮的透视图；
图2为展示制造本发明制动鼓的方法步骤顺序的流程图；
图3A到3C为解释制造图2中所示铝基复合材料坯的过程的详细视图；
图4A和4B为解释在用铝基复合材料坯制造出圆柱形件后，制造外圆周上具有凸出和凹入部分的摩擦件过程的详细视图；
图5为展示在环形摩擦件的制造中，挤压图4A中所示铝基复合材料的挤压比与拉伸强度和屈服应力之间关系的曲线图；
图6为展示加热的摩擦件如何设置在铸模内的透视图；
图7为解释环形摩擦件如何安装在铸模可移动模型的凸出部分上的视图；
图8为沿图7的线8-8的剖面图；
图9为展示内部设置了摩擦件的可移动模型和固定模型件的剖面图；
图10为展示摩擦件和铸模热变化量的曲线图；
图11A和11B为解释熔化的金属如何充入到铸模空腔内以制造本发明制动鼓的剖面图；
图12为解释根据本发明的制动鼓铸造过程的曲线图；
图13为展示备有根据本发明制动鼓的鼓式制动器装置的示意图；
图14A和14B为图13中所示制动鼓的放大不完全视图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明优选实施例。
在图1中，所示为根据本发明的制动鼓10，其包括一个用于安装在后轴或前轴上的凸台11，一个在凸台11右端一体形成的法兰12，一个环绕法兰12外周并在该外周上一体形成的鼓体(即支持件)13，一个固定在鼓体13内圆周面上的环形摩擦件16。一对相对的法兰14环绕鼓体13的外周并固定在该外周上。
上述凸台11，法兰12，鼓体13和一对相对的法兰14通过铸造铝合金一体形成，借此共同构成整体的轮毂15。这样由铝合金形成的轮毂15重量明显减少。
摩擦件16由铝基复合材料(下面简称为“铝基复合材料”)形成，它也可明显减少重量。由于铝基复合材料包含加强物质，所以摩擦件16作为制动鼓摩擦件可具有足够的耐磨损性能。
通过这样形成铝基复合材料的摩擦件16，摩擦件16的基体可由和鼓体13一样的铝合金制造。因此，在所示实例中，摩擦件16的导热性比传统铸铁的导热性高，制动作用产生的热容易消散，这样摩擦件16的抗衰退能力提高。
在本发明的上述制动鼓10中，在一对相对法兰14的每一个中有许多安装孔14a。轮辋21通过安装在各个安装孔14a内的许多辐条固定在制动鼓10上，车胎22固定在轮辋22上。在制动鼓10的内部空间中，容纳了一对制动蹄23和一对拉伸弹簧24。
下面几段参考图2的流程图描述制造根据本发明第一实施例的制动鼓的方法。
步骤10：制造铝基复合材料。
步骤11：通过挤压使制造的铝基复合材料形成圆柱形件，所述圆柱形件在其外周上具有许多小凸出和凹入部分，并具有和完成的制动鼓一样的内径。
步骤12：将形成的圆柱形件切割成与完成的制动鼓宽度相应的宽度，借此提供摩擦件。
步骤13：利用一个铸模将切割的摩擦件加热到预定温度；
步骤14：将加热的摩擦件设置在铸模内，用起摩擦件的支持件作用的铝合金铸封设置好的摩擦件，同时冷却铸模。
上述步骤10-步骤14中的每一个的细节展示在图3A到11中，下面进行描述。
图3A到3C展示了制造用于制造制动鼓的铝基复合材料坯的过程，该过程对应图2的步骤10。
首先，在图3A中，将金属氧化物(在所示实例中，是“氧化铝(Al2O3)”)形式的加强材料32放置在大气炉30内的第一熔化锅31内。具体地，氧化铝32是氧化物基陶瓷形式的多孔模型并加工成钢坯形。
铝合金33放置在氧化铝32上面。而且，镁(Mg)35放置在同一大气炉30内的第二熔化锅34内。例如，铝合金33可以是JIS-A6061合金，镁35可以是镁合金。
然后，为排除大气炉30内的空气，借助真空泵36使炉30排空，然后当在大气炉30内获得了预定真空度后，关闭真空泵36。然后，如箭头①所示，从氩气气瓶向大气炉30供应氩气(Ar)。当大气炉30的内部转换为氩气38a时，可以防止铝合金33和镁35被氧化。
同时，通过加热线圈40加热大气炉30，使得氧化铝32，铝合金33和镁35一起被加热到预定温度(例如，约750℃-约900℃)。这样，铝合金33熔化，镁35如箭头②所示蒸发。此时，大气炉30内的当前温度由温度传感器41检测，根据温度传感器41输出的最终检测信号，通过控制部分42将大气炉30内的温度调整到特别设定的值。
然后，如图3B中箭头③所示，从氮气气瓶43向大气炉30供应氮气(N2)43a。同时，向大气炉30内部施加压力(例如，大气压加上0.5公斤/平方厘米)，以用氮气43a代替大气炉30内的炉气。
当大气炉30内部转换到氮气43a时，氮气43a与镁35反应以形成镁氮化物(Mg3N2)44。由于镁氮化物44具有还原作用，它起作用将至少一部分氧化铝32转换成金属(铝)。这样，在大气炉30内，至少一部分氧化铝32作为金属部分暴露。这样制造的铝可改善可粘性。
然后，熔化的铝合金金属33渗透到从氧化铝32转换成的铝内，这样渗透到铝内的铝合金33凝固，以借此制造铝基复合材料坯45。
通过借助镁氮化物的还原作用将氧化铝32至少部分转换成金属形式并借此改善可粘性，铝合金复合材料坯45可具有良好的延展性。因此，铝基复合材料坯45可具有优良的可成形性，并可易于塑性变形。
注意到如果大气炉30内的气氛加压就可以加速熔化铝合金33的渗透，在这种情况下在更短的时间内可获得希望的铝基复合材料坯45。作为另外一种选择，可通过真空泵降低大气炉30内的压力，在这种情况下，在降低压力的氮气气氛状态也可以加速熔化铝合金33的渗透。
而且，多孔氧化铝模型中原来也可以含有含镁铝合金，这样氧化铝32可由镁氮化物还原。
而且，制造复合材料坯45的过程可通过将铝合金放置在含镁粉氧化铝颗粒的多孔模型上实现。
在图3C中，通过切割刀片46刨削铝基复合材料坯45的外周45a；即，在坯45的外周45a上进行所谓的“脱皮操作”。通过该刨削或脱皮操作，铝基复合材料坯45形成适合在以后步骤中进行挤压的形状。由于该铝基复合材料坯45是通过与加强材料的表面效应或界面效应成为一个整体，所以与传统铝基复合材料坯相比，它具有非常好的导热性并展现出良好的散热能力。因此，摩擦件16的散热能力明显增加。而且，如上所述，由于铝基复合材料坯45具有优良的成形性并易于塑性变形，所以如图4A中所示，通过挤压可使其形成希望的形状。
图4A中所示实现对应图2流程图中的步骤11，而图4B所示实例对应步骤12。
在图4A中，铝基复合材料坯45首先插入到容器50内，然后在一端通过压力机压头51推压，使得复合材料坯45被挤压通过拉模52和芯棒53之间的间隙。这样挤压铝基复合材料坯45形成了圆柱形件54，圆柱形件54在其外周上具有凸出和凹入部分(图4B)，其内径D1将构成制动鼓10(见图1)的内径。
通常都认为由于其延展性和塑料变形性差，传统的铝基复合材料坯很难挤压成希望的形状。这样，通过利用镁氮化物，本发明中应用的铝基复合材料坯45具有用化学方法改善的金属氧化物和熔化铝合金金属之间的可粘性。这可通过化学作用将金属氧化物和铝合金的表面牢固地粘接在一起，以在这两个表面之间实现加强的界面状态。因此，与传统铝基复合材料比，本发明中应用的铝基复合材料坯45展现出优良的延展性，并可通过挤压形成任何希望的形状。
由于优良的延展性，圆柱形铝基复合材料坯45可适当地挤压成圆柱形件(所谓的“中空-模-基生产方法”)。
圆柱形件54用作图1的摩擦件16，圆柱形件54保证预定值的拉伸强度和屈服应力以保持摩擦件16的必要强度。至此，当前实施例安排为将挤压比R设定在10-40的范围上，其中挤压比R是通过挤压前的铝基复合材料45的横截面面积S1除以挤压后的圆柱形件54的横截面面积S2确定的。通过在10-40的范围内多种改变铝基复合材料坯45的挤压比，圆柱形件54可具有高质量但没有内部缺陷，从而通过当前实施例就不再需要复杂的质量管理步骤了。在当前实施例中挤压比R设定在10-40范围上的原因在后面参考图5详细说明。
如图4B中所示，随后将挤压完的圆柱形件54切割成与制动鼓10(图1)宽度相应的宽度W。这样切割的圆柱形件54构成图1中所示制动鼓的摩擦件16。如上所述，由于拉伸强度和屈服应力保证在预定值，所以摩擦件16可保持作为制动鼓摩擦件所必要的强度。
通过其外周17上形成的凸出和凹入部分，摩擦件16能可靠地固定在制动鼓10(图1)上。由于摩擦件16外周17上的凸出和凹入部分可在挤压过程中同时形成，所以产量也提高了。因此，与凸出和凹入部分通过切割过程形成的情况相比，成本明显降低。后面参考图13到14B详细描述摩擦件16上的凸出和凹入部分。
图5为展示在本发明制动鼓的制造中，挤压比与拉伸强度和屈服应力之间关系的曲线图。更具体地，在图5中，水平轴代表挤压比R，垂直轴代表圆柱形件54(即摩擦件16)的拉伸强度(MPa)和屈服应力(MPa)。这里，屈服应力代表产生0.2％的永久变形或应变所必需的应力水平。
如果挤压比R设为10或更低，则摩擦件16的拉伸强度会降低到低于预定值(约380MPa)并且屈服应力也降低到低于预定值(约240MPa)。因此，在这种情况下，摩擦件16不能保持预定强度。而且，当挤压比R设为10或更小，则在制造铝基复合材料坯过程中产生的铸造缺陷，如缩孔就会保留，这是不希望出现的，可能在挤压后产生不希望出现的气孔。
另一方面，如果挤压比R设为大于10，摩擦件16的拉伸强度会增加到超过预定值(约380MPa)并且屈服应力也会增加到超过预定值(约240MPa)。因此，在这种情况下，摩擦件16可保持预定强度并保证足够的内部质量。因此，在当前实施例中，从铝基复合材料坯的机械特性来看，挤压比R的下限设为10。
但是，如果挤压比R设为超过40，挤压力会变得如此之大，以至于挤压速度明显降低。降低的挤压速度会使周期性能恶化并导致制造成本增加；因此，在当前实施例中挤压比R上限设定为40。
图6为实施本发明制动鼓制造方法的设备的透视图，该制动鼓制造设备的功能对应图2流程图的步骤13。
这里，在前面步骤中生产的摩擦件16通过加热炉60加热到预定温度(例如，100℃)，如箭头所示，加热的摩擦件16通过输送部分61输送到等待位置P1。通过第一止动器部分62的止动器块62a使到达等待位置P1的摩擦件16停止在等待位置P1的预定地点。
为进一步将摩擦件16移动到安装部分63的安装位置P2，第一止动器部分62的活塞杆62b缩进以抬起止动器块62a，同时第二止动器部分64的活塞杆64b缩进以抬起止动器块64a。在这种状态下，通过启动输送部分61将停止在等待位置P1的摩擦件16输送到安装位置P2。当摩擦件16被输送到安装位置P2后，第一和第二止动器部分62和64的各自活塞杆62b和64b伸出以降低各自的止动器块62a和64a。这样，可使摩擦件16在安装位置P2保持固定不动。
然后，安装缸65的活塞杆65a伸出向前推动附着在活塞杆65a末端的板66。如箭头④所示，被向前推动的板66使摩擦件16沿导轨向活动模型件71的凸出部分72(以下称作“活动模型凸出部分”)移动。活动模型件71是铸模70的一部分。安装部分63可在垂直方向上移动远离活动模型凸出部分72，这样在适当的时候，可将其从具有凸出部分72的模型中撤出。
更具体地，如图7和8中所示，如箭头④所示，安装缸65的活塞杆65a伸出以移动摩擦件16，使摩擦件16环绕并安装在活动模型凸出部分72上。活动模型凸出部分72包括具有供水管75a的冷却部分74，如箭头a所示，借助冷却部分可向铜管75b供应冷却水。供应的冷却水通过铜管75b的末端进入凸出部分72的冷却水通道76a，并如箭头所示通过通道76a返回，然后如箭头b所示通过排泄管76b排出。这样，冷却水在活动模型凸出部分72的内部循环以将凸出部分72冷却到约50℃。其结果是，活动模型凸出部分72收缩，其外径D2变小。
如上所述，由于摩擦件16被加热到100℃，摩擦件16的内径D1膨胀到比活动模型凸出部分72的外径D2足够大。这样，摩擦件16可容易地环绕放置并安装在活动模型凸出部分72的外周上。
如图8中所示，冷却部分74包括四个冷却水通道76a，它们围绕活动模型凸出部分72的外周以90°间隔布置，这样布置的水通道76a能有效地将活动模型凸出部分72的外周冷却到预定温度(约50℃)。但是，冷却部分74可包括四个以上的冷却水通道76a；根据希望的冷却条件，可选择任意数量的冷却水通道76a。
如图9中所示，当摩擦件16安装在凸出部分72的外周上时，加热到约100℃的摩擦件16接触约50℃的活动模型凸出部分72。由于活动模型凸出部分72的热容量比摩擦件16大，在凸出部分72和摩擦件16之间产生接触后，摩擦件16冷却到和活动模型凸出部分72相同的温度。这样，摩擦件16的温度从100℃降低到50℃并收缩，这样摩擦件16的内径D1变小。
另一方面，活动模型凸出部分72的温度保持在50℃。这样，摩擦件16可冷缩装配在活动模型凸出部分72上，因此摩擦件16和活动模型凸出部分72之间的最终的紧密接触可消除其间可能存在的任何间隙。当摩擦件16以上述方式安装在活动模型凸出部分72后，如箭头⑤所示，活动模型件71向固定模型件77移动，直到摩擦件16正确设置在铸模70内为止。
图10为展示制动鼓摩擦件和铸模的热变化量的曲线图，其中水平轴代表温度，垂直轴代表摩擦件16和活动模型凸出部分72之间的间隙。而且，在该图中，粗实线代表活动模型凸出部分72的热膨胀，细实线代表摩擦件16的热膨胀。
摩擦件16的内径D1是这样选择的，即摩擦件16和活动模型凸出部72之间的间隙非常小(例如，0.05毫米或更小)，使得当摩擦件16和活动模型凸出部分72的温度相同时，下面所描述的熔化铝合金金属不会进入到摩擦件16和活动模型凸出部分72之间。摩擦件16内径D1的最小值用细实线表示成d1，摩擦件16内径D1的最大值用点线表示为D1。
如上所述，摩擦件16由铝基复合材料制造，而铸模70(活动模型凸出部分72)由合金工具钢(JIS-G-4404-SKD)制造。
活动模型凸出部分72(SKD)的热线性膨胀系数约为13.5×10-6/℃，当凸出部分72从0℃加热到50℃时，活动模型凸出部分72的外径D2增加+0.05。而且，当凸出部分72加热到75℃时，活动模型凸出部分72的外径D2增加+0.075。如果活动模型凸出部分72加热到100℃，外径D2增加+0.10。由于活动模型凸出部分72具有低热线性膨胀系数，所以外径D2的增加较慢。
另一方面，摩擦件16(铝基复合材料坯)的热线性膨胀系数约为20×10-6/℃，比活动模型凸出部分72的要大。这样，如果摩擦件16从0℃加热到50℃，摩擦件16的最大内径D1增加+0.10，如果摩擦件16加热到75℃，内径增加+0.15。而且，如果摩擦件16加热到100℃，摩擦件16的最大内径D1增加+0.20。由于摩擦件16的热线性膨胀系数大，所以内径D1增加快。
和最大内径D1一样，摩擦件16的最小内径d1增加得也快。
因此，如果摩擦件16加热到100℃并且活动模型凸出部分72加热到50℃，“最大内径D1-外径D2”之差为+0.15，“最小内径d1-外径D2”之差为+0.05。因此，摩擦件16相对活动模型凸出部分72具有较大间隙，这允许很容易地将摩擦件16放置在凸出部分72的外周上。
当摩擦件16环绕活动模型凸出部分72的外周放置后，摩擦件16被冷却到凸出部分72的温度。在这期间，“最大内径D1-外径D2”之差从+0.15减少到+0.05，在数学上，“最小内径d1-外径D2”之差从+0.05减少到-0.05。这样，通过冷缩装配作用，可使摩擦件16相对活动模型凸出部分72的间隙变小，可几乎完全消除。
这样，摩擦件16可与活动模型凸出部分72同轴放置，相对活动模型凸出部分不会有不希望的位移，而且在充入熔化的金属过程中，还可防止熔化的金属进入摩擦件16的内圆周。
而且，由于摩擦件16的热线性膨胀系数(约20×10-6/℃)比活动模型凸出部分72的热线性膨胀系数(约13.5×10-6/℃)大，所以可有效提供冷缩装配作用，而无需将摩擦件16加热到非常高的温度。从而，加热炉60的成本也可降低。
然后，如图11A中所示，铸模70关闭或夹紧，然后如箭头⑥所示，熔化的铝合金金属通过固定模型件77的浇口70a充入到模型空腔70b内，以通过铝合金铸封摩擦件16。铸封摩擦件16的铝合金构成图1中所示轮毂15。
由于熔化的铝合金金属具有约680℃的高温，摩擦件16和活动模型凸出部分72一起被充入到模型空腔70b内的熔化金属加热，所以很可能在摩擦件16和活动模型凸出部分72之间产生较大的间隙。但是，冷却水通过冷却部分74在活动模型凸出部分72内部循环，有效防止了摩擦件16和活动模型凸出部分72的温度过度增加。
然后，当熔化的铝合金固化后，沿箭头⑦所示方向移动活动模型件71，而且如箭头⑧所示，移去滑动模型件78。然后，如箭头⑨所示，从活动模型件71中取出铸造品或铸造件79。
如上所述，由于摩擦件16可紧密地安装在活动模型凸出部分72上，所以它与制动鼓10的轴线10a同轴地被铸封。而且，当前实施例可防止铝合金粘到摩擦件16的内圆周面18上，或可使粘到内圆周面18上的铝合金量最少。如果有必要，可将铸造件79内摩擦件16的内圆周面研磨成希望的尺寸，以提供图1的完成的制动鼓10。
图12为解释根据本发明制动鼓铸造过程的曲线，其中水平轴代表几个铸造阶段，垂直轴代表活动模型凸出部分72的温度。在图12的曲线图中，实线代表上述具有冷却部分74的本发明当前实施例，点线代表没有这种冷却部分74的传统制动鼓实例。
在传统实例中，当摩擦件16要安装在凸出部分72外周上时，活动模型凸出部分72的温度是120℃。由于活动模型凸出部分72的温度高达120℃，所以必须将摩擦件16加热到120℃以上以在活动模型凸出部分72和摩擦件16之间形成较大的间隙。将摩擦件16加热到这样高的温度增加了加热设施的成本。
当加热的摩擦件16安装在活动模型凸出部分72的外周上时，活动模型凸出部分72的温度增加到120℃以上。这样，当铸模70关闭后，熔化的金属(约680℃)在这种条件下充入模型70，使得摩擦件16也被加热到约230℃，这会在摩擦件16和活动模型凸出部分72之间产生较大的间隙。这样，在充入熔化金属过程中，摩擦件16很容易相对活动模型凸出部分72移动，这使得难以现活动模型凸出部分72同轴地铸封摩擦件16。
另一方面，在当前实施例中，当摩擦件16要安装在凸出部分72的外周上时，活动模型凸出部分72的温度仅有50℃。由于活动模型凸出部分72的温度只有50℃，所以只需要将摩擦件16加热到100℃。这样，摩擦件16必要温度的降低可有效防止加热设施成本增加。
然后，在铸模70关闭后，熔化的金属(约680℃)在这种条件下充入模型70内，此时冷却水通过冷却部分74在活动模型凸出部分72内部循环，使得摩擦件16和活动模型凸出部分72的温度被限制在约150℃以下。其结果是，摩擦件16和活动模型凸出部分72是间隙可限制在基本如图10中所示的范围内。因此，可与活动模型凸出部分72同轴地铸封摩擦件16，同时防止熔化的金属进入到活动模型凸出部分72和摩擦件16之间。
图13展示了备有本发明制动鼓的制动鼓装置。当摩托车向前移动时，如箭头所示，安装在摩托车上的制动鼓10逆时针旋转。在这种条件下，当凸轮26按箭头方向转动时，成对制动蹄23克服拉伸弹簧24的偏压，径向向外移动彼此分离。这样，制动蹄23的各个衬垫23a紧紧压在摩擦件16的内圆周面18上，从而使制动鼓10停止旋转。
这时，旋转力仍然从车辆传递到轮毂15，这使鼓体13独立于摩擦件16保持旋转。这就是为什么本发明的摩擦件16具有在其外周17上以均匀的间距夹角θ形成的许多凸出部分17a，其形成方式为外周17具有交替的凸出和凹入部分。摩擦件16紧紧固定在鼓体13上，外周17上的凸出和凹入部分与鼓体13的内圆周面啮合，这样即使较大的圆周载荷作用在摩擦件16上，也能不但可靠地防止摩擦件16相对鼓体13在圆周方向上移动，还可防止其从鼓体13上分离。
上述凸出部分17a之间的间距夹角θ设定在6-45°的范围内，更可取的是在6-30°的范围内。尽管可取的是与摩擦件16的厚度t相比，凸出部分17a中的每一个的高度h设定为较小，例如在0.5-3毫米范围内，但可根据制动鼓的尺寸改变高度h，而不必仅限制在0.5-3毫米范围内。
图14A和14B为解释摩擦件热膨胀的视图；更具体地，图14A展示传统制动鼓中摩擦件的热膨胀，而图14B展示本发明实施例中摩擦件的热膨胀。
在图14A中，当通过将制动蹄衬垫压在摩擦件100的内圆周面上产生摩擦热时，摩擦件100的温度将增加到约400℃。由于这样产生的摩擦热不能立即传送到鼓体105，所以摩擦件100将会因摩擦热而热膨胀。
从所示传统制动鼓可看出，将摩擦件100的凸出部分102中的每一个的高度h1设定为较大的值(更具体地，三毫米或更大)将会使凸出部分102发生较大的热膨胀。由此，摩擦件100内圆周面101的与外凸出部分102相对的部分分别向内膨胀以形成热膨胀部分103。同样，如果凸出部分102之间的间隔增加，使得凸出部分102之间的间隔夹角θ1分别超过45°，则凸出部分102彼此间隔过大，使得凸出部分102内和围绕它的热膨胀不能充分散开，这样摩擦件100内圆周面101的与外凸出部分102相对的部分向内膨胀以形成热膨胀部分103。其结果是，不再能足够地压紧制动蹄衬垫以使其与摩擦件100的内圆周面101紧密均匀接触。
另一方面，在图14B所示本发明实施例中，摩擦件16凸出部分17a中的每一个的高度h设置为可取的0.5-3毫米范围内的小值，与传统制动鼓相比，在形成有凸出部分17a的每一个区域摩擦件16的整体径向厚度减小，相应地热膨胀受到限制。而且，如果凸出部分17a之间的间隔夹角θ设定在6-45°的范围内，可取的是在6-30°范围内，每个相邻的凸出部分17a彼此更靠近，这样允许摩擦件16的内圆周面18基本均匀地热膨胀。其结果是，制动蹄23可均匀地压在摩擦件16的内圆周面18上。
注意到即使凸出部分17a之间的间隔夹角θ设定在30-45°范围内，在摩擦件16内圆周面18的与凸出部分17a相对的部分产生的热膨胀也在允许范围内。
当凸出部分17之间的间隔夹角θ大于45°时，每个相邻凸出部分17a彼此之间间隔过大，即凸出部分17a的数量明显减少(六个凸出部分17a或更少以在其间提供均匀的间隔)，这是不可取的，因为鼓体13和摩擦件16之间的结合力减少。
而且，如果凸出部分17a之间的间隔夹角θ为6°或更小，每个相邻凸出部分17a彼此间隔太近，这意味着外周凸出部分17a之间的每个凹入部分宽度过小。这样，每个与摩擦件16的凹入部分啮合的鼓体13的凸出部分宽度也减小，这会导致鼓体13凸出部分强度不足，并从而当制动蹄压在摩擦件16上时，摩擦件16可能从鼓体13分离。
为有效解决上述困难，在本发明中凸出部分17a之间的间隔夹角θ以这样的方式设定在6-45°的范围内，即提供足够数量的凸出17a，凸出17a中的每一个都具有比预定值高的强度，鼓体13和摩擦件16之间的结合力明显增加。
此外，如果凸出部分17a中的每一个的高度h小于0.05毫米，摩擦件16和鼓体13之间的啮合量，即结合力变得太小，从而当制动蹄压在摩擦件16上时，摩擦件16可能从鼓体13分离。
此外，如果凸出部分17a中的每一个的高度h大于3毫米，与传统制动鼓一样，当摩擦件16热膨胀时，在摩擦件16内圆周部分18上会产生不希望有的热膨胀部分。
为有效解决上述困难，在本发明中摩擦件16凸出部分17a的高度h设定在0.5-3毫米的范围内。
尽管上面关于用氧化铝32作为金属氧化物基加强材料描述了本发明的实施例，金属氧化物组陶瓷，而不是氧化铝32，也可用作金属氧化物基加强材料。
此外，尽管上面关于在摩托车制动鼓中使用摩擦件16的情况描述了本发明的实施例，本发明的摩擦件16也可应用在除摩托车制动鼓以外的汽车制动鼓中。
工业实用性
在本发明中，由铝合金形成的外鼓体和由铝基复合材料形成的内摩擦件都是基于铝合金的，该创造性的制动鼓整体上重量明显减少。此外，摩擦件在其外周上形成凸出和凹入部分并且摩擦件外周用铝合金铸封，所以摩擦件和鼓体可牢固地固定在一起，使得能可靠地防止不希望出现的摩擦件从鼓体分离现象。因此，该创造性的制动鼓可有利地应用于摩托车或汽车的鼓式制动器装置。

Claims (3)

1.通过将一个圆柱形摩擦件(16)固定在由铝合金形成的支持件内圆周面(18)上来制造制动鼓(10)的方法，包括：
制造铝基复合材料的步骤，通过使金属氧化物(32)的加强材料与镁氮化物(44)接触并使铝合金(33)渗透到加强材料内，通过镁氮化物的还原作用至少一部分加强材料作为金属部分暴露；
通过挤压使铝基复合材料(45)形成圆柱形件(54)的步骤，其中圆柱形件外周上具有交替的凸出和凹入部分，所述圆柱形件的内径(D1)构成所述制动鼓的内径；
将所述圆柱形件切割成与所述制动鼓相应的宽度，借此提供所述摩擦件的步骤；
将所述摩擦件设置在铸模内，并通过起所述支持件作用的一铝合金铸封设置好的摩擦件的步骤；
其特征在于，所述设置和铸封摩擦件(16)的步骤通过以下步骤进行：
在将所述摩擦件(16)设置在铸模内之前，加热所述摩擦件(16)至高于铸模(70)的温度的步骤，从而所述摩擦件(16)的一内径(D1)大于铸模的一个模型件(71)的一凸出部分(72)的一外径(D2)；
将通过所述加热步骤加热的摩擦件安装在铸模的模型件(71)的所述凸出部分(72)上的步骤，所述铸模的温度比所述摩擦件低；
将所述摩擦件(16)强迫冷却到所述一个模型件(71)的所述凸出部分(72)的温度的步骤，从而使摩擦件冷却装配在所述凸出部分上；
通过将铸模的一个模型件(71)与铸模的另一个模型件(77)配合以形成空腔的步骤；
将熔化的铝合金金属充入空腔，同时强迫冷却所述被加热的摩擦件，以借此铸封所述摩擦件的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述摩擦件(16)的强迫冷却是通过在一个模型件(71)的凸出部分(72)内循环冷却液体实现的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过挤压形成铝基复合材料(45)的步骤是以设置在10到40范围内的挤压比进行的，其中所述挤压比是通过使挤压前的铝基复合材料横截面面积被除以挤压后形成的圆柱形摩擦件(16)的横截面面积确定的。
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