CN218928162U - 用于刹车盘制造的工装模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于刹车盘制造的工装模具，工装模具包括插接段，外形与散热孔洞形状一致，且在插接后实现过盈配合，插接段端部通过连杆固定连接有滑槽；滑片，该滑片与滑槽相配合，实现插接段的位置调节。本实用新型整体调节灵活，对于不同尺寸的刹车盘也能够实现组合式的调节间距进行使用，由滑片与插接段相配合的分组式的形式能够减少存储放置空间，提高模具插取效率，便于人员操作；插接段采用陶瓷材质或复合材料且与散热孔洞过盈配合，能够使在硅化过程中，降低高温下材料渗透的速度，有利于产品材质均匀，确保膨胀系数均匀性，减少产品开裂发生率，并提高散热孔洞内表面的光洁性，避免了孔洞粗糙造成的动失衡及气流流速均匀性失衡的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于工装模具领域，特别是涉及一种用于刹车盘制造的工装模具。
背景技术
刹车盘是汽车制动系统的重要组成部分，具体是与卡钳相配合，通过卡钳与刹车盘的夹住动作实现制动或减速。刹车盘按照形式划分，包括实心盘和通风盘。通风盘在圆周上有许多通向圆心的孔洞，便于刹车时通风降温，提高刹车盘性能。刹车盘按照材料上划分，包括金属材料或纤维复合材料等。
其中，纤维复合材料通风盘会通过相应的致密化工艺实现产品的制备和提高产品性能，然而气相沉积致密化后的预制体质地坚硬，在其表面开孔难度很大、效率偏低、成本较高，且容易产生微型裂纹。另外，对气相沉积后开孔的未模塞的刹车盘进行后续的硅化处理会造成该类刹车盘散热孔洞内表面粗糙度较高，且前阶段开孔过程中产生的微型裂纹会导致产品表面产生硅纹，良品率低，共同降低刹车盘高速转动后气流流速的均匀性，影响动平衡；并且，此类刹车盘内孔后续精加工难度大时间长，内孔表面粗糙度较高，也会影响快速旋转过程中刹车盘的散热效果。
在该类刹车盘的加工制造过程中，为了降低刹车盘散热孔内表面的粗糙度，避免其高速转动后的动平衡的失衡，提高刹车盘的散热效果，并降低散热孔加工难度和刹车盘整体生产成本，提高产品良品率，提出了本技术方案的工装模具，在硅化过程中将工装模具插接段插入至散热孔洞内并与之过盈相配合后，可减小甚至消除硅化过程中材料在散热孔内表面的非均匀性集聚，有效提高孔洞表面的光洁度，减少后续加工量，并且同时提升产品材质及其膨胀系数的均匀性，减小开裂的发生率，保证刹车盘动平衡。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于刹车盘制造的工装模具，解决了以上问题。
本实用新型的一种用于刹车盘制造的工装模具，用于在纤维材质刹车盘的制造过程中，使用该工装模具的插接段与刹车盘的散热孔洞插接过盈配合，提升了致密化工艺中散热孔洞内表面的光洁性，降低了由此带来的因孔洞粗糙程度高造成的动失衡及气流流速均匀性失衡的问题。
本实用新型的一种用于刹车盘制造的工装模具，用于对经过初期加工后的碳碳复合材料的刹车盘半成品外周侧内的散热孔洞进行模塞，所述工装模具包括：
插接段：外形与刹车盘半成品外周侧开设的散热孔洞形状一致，且在插接后实现过盈配合，所述插接段的端部通过连杆固定连接有滑槽；
滑片：采用厚度均匀的弧形结构，该滑片与滑槽相配合，实现插接段的位置调节和自由组合。
进一步地，所述滑槽采用与滑片相对应的弧形结构，包括与滑片滑动相配合的内扣限位刮边。
进一步地，所述插接段采用陶瓷材质或复合材料；所述复合材料包括碳碳复合材料、碳陶复合材料。
本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：
(1)本技术方案的工装模具能够通过滑片实现装载于其上的插接段的间距的调节使各插接段之间按照滑片形成不同的组，整体调节灵活，对于不同尺寸的刹车盘也能够实现组合式的调节间距进行使用；
(2)由滑片与插接段相配合的分组式的形式能够减少使用时的存储和放置空间，提高模具插取效率，便于操作人员操作；
(3)插接段采用陶瓷材质或复合材料且与散热孔洞过盈配合，能够使在硅化过程中，降低高温下材料渗透的速度，有利于产品材质均匀，确保膨胀系数均匀性，减少产品开裂发生率；
(4)通过滑片与插接段的配合可以定位孔洞，减少机加工表面在高温处理过程中应力释放不均问题，减少了后续处理孔洞所需的加工量，确保孔的完整性，减少塌边、塌孔和裂纹。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的一组用于刹车盘制造的工装模具与刹车盘半成品之间配合的结构示意图；
图2为刹车盘半成品外周侧安装多组本实用新型的刹车盘制造的工装模具并形成环绕式结构的使用状态示意图；
图3为本实用新型的插接段的结构示意图；
图4为圆盘体状预制体的结构示意图；
图5为刹车盘坯体的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-插接段，101-连杆，102-滑槽，2-滑片，A-圆盘体状预制体，B-刹车盘坯体，3-散热孔洞，C-刹车盘半成品。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“外周侧”、“端部”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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实用新型的限制。
请参阅图1-5所示，本实用新型的一种用于刹车盘制造的工装模具，用于对经过初期加工和气相沉积后的纤维复合材料的刹车盘半成品C外周侧内的散热孔洞3进行模塞。本实施方案优选碳纤维复合材料的圆盘预制体，并进行固化、气相沉积和硅化工艺提高刹车盘整体材料性能。该碳碳复合材料的刹车盘半成品C具体是由碳纤维圆盘预制体A经过树脂固化后进行开槽和开洞机加工，再对刹车盘坯体B进行气相沉积和精加工后，形成的带孔洞结构的刹车盘半成品C。本技术方案中具体采用的圆盘预制体A的外径尺寸为350mm,内径尺寸200mm，厚度30mm，圆盘预制体A的结构如图4所示,刹车盘坯体B的结构如图5所示。通过对刹车盘坯体B进行反复气相沉积，在刹车盘坯体致密化到一定密度后，进行精加工得到刹车盘半成品C，此步骤后本技术方案工装模具才进行使用，用于后续硅化工艺，工装模具包括：
插接段1：外形与刹车盘半成品C外周侧开设的散热孔洞3形状一致，且在插接后实现过盈配合，插接段1的端部通过连杆101固定连接有滑槽102；本具体实施例中优选插接段1采用陶瓷材质；滑槽102采用与滑片2相对应的弧形结构，包括与滑片2滑动相配合的内扣限位刮边；
滑片2：采用与刹车盘半成品C同圆心且厚度均匀的弧形结构，该滑片2与滑槽102相配合，实现插接段1的位置调节；滑片2可采用金属材质、石墨材料、陶瓷材质、复合材料；复合材料包括碳碳复合材料、碳陶复合材料；本具体实施例中优选为石墨材料。
为了更好描述本工装模具如何使用，下面通过对利用本技术方案的工装模具进行制造刹车盘的方法步骤进行阐述，从而对本工装模具如何具体使用获得清晰的理解，该制造刹车盘的方法包括如下步骤：
S1、制作成碳碳复合材料的圆盘体状预制体A；
S2、将圆盘预制体A其进行树脂浸润或喷涂工艺处理进行加密，树脂采用环氧树脂或酚醛树脂。本具体实施例中，优选采用酚醛树脂对该预制体进行浸润处理。
S3、将所得经树脂浸润处理后的圆盘体状预制体A进行固化和干燥处理，得到固化密度达0.4g/cm3-1.2g/cm3的圆盘体状预制体；树脂固化工艺可分为常温固化和高温固化；其中常温固化温度在20℃-80℃之间，固化时间为24h-48h之间；高温固化最高温度在200℃-300℃之间，最高温度保温时长为2h-6h。本具体实施例中，选用高温固化工艺处理，最高固化温度为250℃，最高温度保温时长为3h，得到固化密度达0.7g/cm3的圆盘体状预制体；
S4、将所得经固化和干燥处理后的圆盘体状预制体A按照刹车盘的造型进行表面开槽和开洞处理形成刹车盘坯体B，使周侧环绕开设散热孔洞3，该孔洞3的孔洞直径小于最终所得刹车盘成品的孔洞直径，便于后续精加工；根据不同大小的孔洞直径，直径差可选择为几或几毫米的范围，本具体实施例中差值具体为8μm；在机加工时，由于固化和干燥处理后的圆盘预制体A密度较传统气相沉积后得到的预制体较低，降低了开孔和精加工的难度。
S5、将刹车盘坯体B进行反复气相沉积工艺，得到密度达到1.25g/cm3至1.75g/cm3的刹车盘坯体，达到预定密度后对刹车盘坯体的造型进行精加工，形成刹车盘半成品C；本具体实施例中沉积气源选用丙烷气，沉积压力控制在4kPa，通过在不同的沉积温度、沉积时间和气体流量下进行实验，得到了不同密度的刹车盘半成品C。由于刹车盘坯体B已开孔洞，与传统未开孔洞的需要气相沉积的坯体相比，总体积变小，后续气相沉积的时间和原料的消耗会相应减少。
S6、使用所述工装模具对刹车盘半成品C进行硅化工艺：根据刹车盘半成品C周侧的散热孔洞3的数组及盘体直径，环绕布置至少两组滑片2，并于滑片2上安装与散热孔洞3位置和数量相对应的插接段1，使组成完整的圆形调节结构；将各组滑片2上的各插接段1进行横向调整后，挤压插入对位置的散热孔洞3中，在插入动作之前于插接段1和滑片2表面喷涂高温脱模助剂，本具体实施例选用氮化硼以便于后续脱模；插入后将刹车盘半成品C放入均匀铺满硅粉的石墨舟皿内，在一定温度和时间内进行硅化工艺，使盘体密度达到2g/cm3-2.8g/cm3。本具体实施例中，对S5步骤得到的不同密度的刹车盘半成品C进行硅化工艺，硅粉粒度为1mm，在1600℃下进行硅化工艺，渗硅时间为2h，完成硅化工艺；
S7、在硅化工艺完成后，通过插接段1上的连杆101上的滑槽102形成的T字型结构使用拉伸的方式从散热孔洞301中拔出,将插接段1依次由滑片2上进行脱离落下，完成工装模具的使用；最后再进行称重、测密度、精细化加工及动态平衡实验后，获得刹车盘制成成品。
本具体实施例中，插接段1的形状如图3所示，与散热孔洞3的形状一致，且在插接时能够实现过盈配合，其上的滑槽102采用弧形结构，通过设置于其上的限位刮边与划片2实现限位滑动配合；如图1所示，本具体实施例的散热孔洞3具体为环绕均匀布置在刹车盘半成品C周侧的二十个孔洞，对应的在满负荷状态下，插接段1对应设置有与散热孔洞3对应的数量，即二十个，并且对应的滑片2的弧长为刹车盘3的1/4、1/5或其它比例，使组成完整的圆形调节结构，滑槽102上限位刮边的容纳槽厚度为滑片2厚度的至少两倍；如图2所示，为满载状态下插接段1与五个滑片2装载相配合的结构示意图，在将插接段1经过在对应滑片2上进行横向调整后，插入对应的散热孔洞3中，此时，相邻的滑片2的端部插入对应的相邻的滑槽102上限位刮边的容纳槽内，实现容纳配合；在硅化完成后，通过插接段1上的连杆101上的滑槽102形成的T字型结构使用拉伸的方式从散热孔洞3中拔出，然后依次由滑片2上进行脱离落下。
上述S5沉积和S6硅化工艺采用如下5组实验，一致的条件是沉积气源选择丙烷气体，沉积压力控制在4kPa，硅粉粒度为1mm，硅化温度为1600℃，和渗硅时间为2h：
(1)气相沉积最高温度控制在950℃，气相沉积总时间为200h，经称重和测密度，得到密度达到1.13g/cm3的刹车盘半成品C；在气相沉积后，进行硅化工艺，以提高结构强度，硅化后得到密度为1.8g/cm3的刹车盘；
在S7步骤时，将插接段1于散热孔洞3内拔出需要10N的力，能够较轻松拔出，刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。；
(2)气相沉积最高温度控制在1000℃，气相沉积总时间为300h，经称重和测密度，得到密度达到1.38g/cm3的刹车盘半成品C；在气相沉积后，进行硅化工艺，以提高结构强度，硅化后得到密度为2.18g/cm3的刹车盘；
在S7步骤时，将插接段1于散热孔洞3内拔出需要9N的力，能够轻松拔出；刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。
(3)气相沉积最高温度控制在1000℃，气相沉积总时间为500h，经称重和测密度，得到密度达到1.52g/cm3的刹车盘半成品C；在气相沉积后，进行硅化工艺，以提高结构强度，硅化后得到密度为2.42g/cm3的刹车盘；
在S7步骤时，将插接段1于散热孔洞3内拔出需要10N的力，能够较轻松拔出；刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。气相沉积最高温度控制在1050℃，气相沉积总时间为600h，经称重和测密度，得到密度达到1.64g/cm3的刹车盘半成品C；在气相沉积后，进行硅化工艺，以提高结构强度，硅化后得到密度为2.33g/cm3的刹车盘；
在S7步骤时，将插接段1于散热孔洞3内拔出需要6N的力，能够轻松拔出；刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。
(4)气相沉积最高温度控制在1050℃，气相沉积总时间为800h，经称重和测密度，得到密度达到1.73g/cm3的刹车盘半成品C；在气相沉积后，进行硅化工艺，以提高结构强度，硅化后得到密度为1.92g/cm3的刹车盘；
在S7步骤时，将插接段1于散热孔洞3内拔出需要3N的力，能够很轻松拔出；刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。
经上述5组实验，通过列表对比实验数据可以看出内径尺寸为200mm,外径尺寸350mm，厚度30mm的刹车盘预制体在丙烷为气相沉积气体时，各参数对沉积密度、硅化密度和模具使用的影响，以及模具和生产过程对刹车盘孔洞和表面的影响。由上述实验结果可见，各参数对刹车盘成品密度都有影响，而且并不是气相沉积后密度越大的半成品进行硅化工艺就越能得到较高的硅化密度。另外，可以看到，喷涂脱模剂氮化硼的工装模具可以较轻松地从刹车盘半成品中拔出，便于操作。由于采用本工装模具和本生产刹车盘的方法，刹车盘孔洞完整无塌边，产品无开裂且表面无硅纹，且孔洞内表面因为有模塞的原因光洁性较好，没有富硅，对内表面做适当处理即可，不需进行喷砂和抛光等工序进行处理。
为了更好描述本工装模具如何使用，下面通过对利用本技术方案的工装模具进行制造刹车盘的方法步骤进行概括性阐述，从而对本工装模具如何具体使用获得清晰的理解，该制造刹车盘的方法包括如下步骤：首先是通过树脂固化预制体，待盘状预制体达到一定密度后就开始机加工，降低开孔和精加工的难度，并减少了后续气相沉积的时间和原料的消耗，降低了生产成本，在气相沉积之后的渗硅工艺中才采用本工装模具；本技术方案中的工装模具能够通过滑片实现装载于其上的插接段的间距的调节使各插接段之间按照滑片形成不同的组，整体调节灵活，对于不同尺寸的刹车盘也能够实现组合式的调节间距进行使用；由滑片与插接段相配合的分组式的形式能够减少使用时的存储和放置空间，提高模具插取效率，便于操作人员操作；插接段采用陶瓷材质或复合材料且与散热孔洞过盈配合，能够使在硅化过程中，降低高温下材料渗透的速度，有利于产品材质均匀，确保膨胀系数均匀性，减少产品开裂发生率；通过滑片与插接段的配合可以定位孔洞，减少机加工表面在高温处理过程中应力释放不均问题，确保孔的完整性，减少塌边、塌孔和裂纹；本工装模具的使用提升了散热孔洞内表面的光洁性，减少了后期加工量，避免了成品表面产生硅纹，减少了刹车盘动失衡及气流流速均匀性失衡情况的发生。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (3)
1.一种用于刹车盘制造的工装模具，用于对经过初期加工后的碳碳复合材料的刹车盘半成品(C)外周侧内的散热孔洞(3)进行模塞，其特征在于，所述工装模具包括：
插接段(1)：外形与刹车盘半成品(C)外周侧开设的散热孔洞(3)形状一致，且在插接后实现过盈配合，所述插接段(1)的端部通过连杆(101)固定连接有滑槽(102)；
滑片(2)：采用厚度均匀的弧形结构，该滑片(2)与滑槽(102)相配合，实现插接段(1)的位置调节和自由组合。
2.根据权利要求1所述的一种用于刹车盘制造的工装模具，其特征在于，所述滑槽(102)采用与滑片(2)相对应的弧形结构，包括与滑片(2)滑动相配合的内扣限位刮边。
3.根据权利要求1所述的一种用于刹车盘制造的工装模具，其特征在于，所述插接段(1)采用陶瓷材质或复合材料；所述复合材料包括碳碳复合材料、碳陶复合材料。
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|---|---|---|---|---|
| WO2024093255A1 (zh) * | 2022-11-01 | 2024-05-10 | 上海骐杰碳素材料有限公司 | 用于刹车盘制造的工装模具及进行刹车盘制造的方法 |
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