ITPD20120403A1 - METHOD TO BUILD A BRAKE DISC AND BRAKE DISC FOR DISC BRAKES - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
CAMPO DI APPLICAZIONE FIELD OF APPLICATION
La presente invenzione riguarda un metodo per realizzare un disco freno e un disco freno per freni a disco. The present invention relates to a method for making a brake disc and a brake disc for disc brakes.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
Un disco freno di un impianto frenante a disco di un veicolo, comprende una struttura anulare, o fascia di frenatura, e un elemento di fissaggio centrale, noto come campana, tramite il quale il disco à ̈ fissato alla parte rotante di una sospensione di un veicolo, ad esempio un mozzo. La fascia di frenatura à ̈ munita di superfici di frenatura contrapposte adatte a cooperare con elementi di attrito (pastiglie freno), alloggiate in almeno un corpo pinza posto a cavaliere di tale fascia di frenatura e solidale ad un componente non rotante della sospensione del veicolo. La comandata interazione tra le opposte pastiglie freno e le contrapposte superfici di frenatura della fascia frenante determinano per attrito un’azione di frenatura che permette la decelerazione o arresto del veicolo. Generalmente, il disco freno à ̈ realizzato in ghisa grigia. Questo materiale consente, infatti, di ottenere buone prestazioni frenanti (soprattutto in termini di contenimento dell’usura) a costi relativamente contenuti. Dischi realizzati in carbonio o in materiali carbo-ceramici offrono prestazioni decisamente superiori, ma a costi molto più elevati. A brake disc of a vehicle's disc brake system comprises an annular structure, or braking band, and a central fixing element, known as a bell, through which the disc is fixed to the rotating part of a suspension of a vehicle, such as a hub. The braking band is equipped with opposing braking surfaces suitable for cooperating with friction elements (brake pads), housed in at least one caliper body positioned astride this braking band and integral with a non-rotating component of the vehicle suspension. The controlled interaction between the opposing brake pads and the opposing braking surfaces of the braking band determine by friction a braking action that allows the deceleration or stopping of the vehicle. Generally, the brake disc is made of gray cast iron. This material allows, in fact, to obtain good braking performance (especially in terms of wear reduction) at relatively low costs. Discs made of carbon or carbon-ceramic materials offer much higher performance, but at a much higher cost.
Un limite non ancora superato dei dischi in ghisa à ̈ legato all’eccessivo peso del disco. A limit not yet exceeded for cast iron discs is linked to the excessive weight of the disc.
Si à ̈ cercato di affrontare tale problema realizzando i dischi in alluminio, con rivestimenti protettivi. Il rivestimento protettivo serve da un lato a ridurre l’usura del disco e garantire così prestazioni analoghe ai dischi in ghisa, e dall’altro a proteggere la base di alluminio dalle temperature che si generano in frenata, ben superiori alle temperature di rammollimento dell’alluminio (200 - 400°C). We tried to tackle this problem by making aluminum discs with protective coatings. The protective coating serves on the one hand to reduce the wear of the disc and thus guarantee performance similar to that of cast iron discs, and on the other hand to protect the aluminum base from the temperatures generated during braking, well above the temperatures of softening of aluminum (200 - 400 ° C).
I rivestimenti protettivi ad oggi disponibili e applicati su dischi in alluminio, pur offrendo resistenza all’usura, sono però soggetti a sfogliamenti che ne determinano il distacco dal disco in alluminio stesso. The protective coatings currently available and applied to aluminum discs, while offering resistance to wear, are however subject to peeling which determines their detachment from the aluminum disc itself.
Un rivestimento protettivo di questo tipo à ̈ descritto ad esempio nel brevetto US4715486, relativo ad un freno a disco a bassa usura. Il disco, realizzato in particolare in ghisa, ha un rivestimento realizzato con un materiale particellare depositato sul disco con tecnica ad impatto ad elevata energia cinetica. In accordo ad una prima forma realizzativa il rivestimento contiene dal 20% al 30% di carburo di tungsteno, il 5% di nichel e la restante parte di una miscela di carburi di cromo e tungsteno. In accordo ad una seconda forma realizzativa il rivestimento contiene dall’80% al 90% di carburo di tungsteno, fino al 10% di cobalto, fino al 5% di cromo e fino al 5% di carbonio. A protective coating of this type is described for example in US patent 4715486, relating to a low-wear disc brake. The disc, made in particular of cast iron, has a coating made with a particle material deposited on the disc with an impact technique with high kinetic energy. According to a first embodiment, the coating contains from 20% to 30% of tungsten carbide, 5% of nickel and the remaining part of a mixture of chromium and tungsten carbides. According to a second embodiment, the coating contains from 80% to 90% of tungsten carbide, up to 10% of cobalt, up to 5% of chromium and up to 5% of carbon.
Si à ̈ potuto rilevare che una delle cause principali del distaccamento dei tradizionali rivestimenti protettivi da dischi in alluminio o lega di alluminio à ̈ la presenza di nichel nel rivestimento protettivo. It was found that one of the main causes of the detachment of traditional protective coatings from aluminum or aluminum alloy discs is the presence of nickel in the protective coating.
Nel caso di applicazione del rivestimento con tecniche di flame spray una seconda causa del distaccamento dei tradizionali rivestimenti protettivi da dischi in alluminio o lega di alluminio à ̈ la presenza di carbonio libero nel rivestimento protettivo. Il carbonio tende, infatti, a bruciare, combinandosi con l’ossigeno inglobato nel rivestimento protettivo in via di formazione. Ciò porta alla formazione di microbolle all’interno del rivestimento, le quali possono impedire una adeguata adesione del rivestimento sul disco, favorendone il distacco. In the case of application of the coating with flame spray techniques, a second cause of the detachment of traditional protective coatings from aluminum or aluminum alloy discs is the presence of free carbon in the protective coating. Carbon tends, in fact, to burn, combining with the oxygen incorporated in the protective coating being formed. This leads to the formation of micro-bubbles inside the coating, which can prevent adequate adhesion of the coating on the disc, favoring its detachment.
Da quanto sopra esposto risulta evidente che i dischi in alluminio o lega di alluminio rivestiti non sono attualmente utilizzabili nel settore dei sistemi frenanti. From the above it is evident that coated aluminum or aluminum alloy discs are not currently usable in the braking systems sector.
In considerazione dei vantaggi derivanti dall’uso di alluminio nella riduzione del peso dei dischi freno à ̈ tuttavia molto sentita nel settore l’esigenza di risolvere gli inconvenienti citati in riferimento all’arte nota. In particolare à ̈ sentita l’esigenza di disporre di dischi in alluminio dotati di rivestimenti protettivi che siano in grado di aumentare la resistenza all’usura del disco e siano al contempo resistenti nel tempo. In consideration of the advantages deriving from the use of aluminum in reducing the weight of the brake discs, the need to solve the drawbacks mentioned in reference to the known art is very much felt in the sector. In particular, the need is felt to have aluminum discs equipped with protective coatings that are able to increase the wear resistance of the disc and are at the same time resistant over time.
PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE PRESENTATION OF THE INVENTION
Tale esigenza à ̈ soddisfatta da un metodo per realizzare un disco freno in accordo con la rivendicazione 1 e da un disco freno per freni a disco secondo la rivendicazione 14. This need is satisfied by a method for making a brake disc according to claim 1 and by a brake disc for disc brakes according to claim 14.
In particolare, tale esigenza à ̈ soddisfatta da un metodo per realizzare un disco freno in alluminio con rivestimento protettivo comprendente le seguenti fasi operative: In particular, this need is satisfied by a method for making an aluminum brake disc with protective coating comprising the following operating steps:
a) predisporre un disco freno, comprendente una fascia di frenatura realizzata in alluminio o in lega di alluminio e dotata di due superfici di frenatura contrapposte ciascuna delle quali definisce almeno parzialmente una delle due facce principali del disco; b) depositare sul disco un materiale in forma particellare con tecnica HVOF (“High Velocity Oxygen Fuel†) formando un rivestimento protettivo che copre almeno una delle due superfici di frenatura della fascia di frenatura. a) providing a brake disc, comprising a braking band made of aluminum or aluminum alloy and equipped with two opposite braking surfaces, each of which at least partially defines one of the two main faces of the disc; b) deposit on the disc a material in particle form with the HVOF technique (â € œHigh Velocity Oxygen Fuelâ €) forming a protective coating that covers at least one of the two braking surfaces of the braking band.
Il materiale in forma particellare à ̈ costituito dall’80 al 90% in peso di carburo di tungsteno, dall’8% al 12% in peso di cobalto e dal 2% al 6% in peso di cromo. The material in particle form consists of 80 to 90% by weight of tungsten carbide, 8% to 12% by weight of cobalt and 2% to 6% by weight of chromium.
Secondo una forma di implementazione preferita del metodo, il materiale in forma particellare à ̈ costituito da 86% in peso di carburo di tungsteno, da 10% in peso di cobalto e da 4% in peso di cromo. According to a preferred embodiment of the method, the material in particle form consists of 86% by weight of tungsten carbide, 10% by weight of cobalt and 4% by weight of chromium.
Preferibilmente, la granulometria delle particelle del materiale particellare à ̈ compresa tra 5 e 40 Î1⁄4m Secondo una possibile forma di implementazione del metodo, il rivestimento protettivo ha uno spessore compreso tra 20 Î1⁄4m e 80 Î1⁄4m. Preferably, the particle size of the particulate material is between 5 and 40 Î1⁄4m. According to a possible embodiment of the method, the protective coating has a thickness between 20 Î1⁄4m and 80 Î1⁄4m.
Secondo una forma di implementazione preferita del metodo, la fase b) di deposizione comprende due o più passaggi distinti di deposizione del materiale in forma particellare sulla medesima superficie per formare il rivestimento protettivo. According to a preferred embodiment of the method, the deposition step b) comprises two or more distinct steps for depositing the material in particle form on the same surface to form the protective coating.
In particolare, la fase b) di deposizione comprende un primo passaggio di deposizione del materiale in forma particellare per creare uno strato di base del rivestimento direttamente sul disco ed un secondo passaggio di deposizione del materiale in forma particellare per creare uno strato di finitura sullo strato di base. Il materiale particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria superiore rispetto a quello depositato con il secondo passaggio di deposizione. In particular, the deposition step b) comprises a first deposition step of the material in particle form to create a base layer of the coating directly on the disc and a second deposition step of the material in particle form to create a finishing layer on the layer. Basic. The particle material deposited with the first deposition step has a higher particle size than that deposited with the second deposition step.
Secondo una particolare forma di implementazione del metodo, il materiale in forma particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 30 e 40 Î1⁄4m. Il materiale particellare depositato con il secondo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 5 e 20 Î1⁄4m. According to a particular form of implementation of the method, the material in particle form deposited with the first deposition step has a particle size between 30 and 40 Î1⁄4m. The particle material deposited with the second deposition step has a particle size between 5 and 20 Î1⁄4m.
In particolare, il rivestimento protettivo ha in corrispondenza dello strato di finitura una rugosità superficiale Ra compresa tra 2,0 e 3,0 Î1⁄4m. In particular, the protective coating has a surface roughness Ra of between 2.0 and 3.0 Î1⁄4m in correspondence with the finishing layer.
In particolare, lo strato di base del rivestimento ha uno spessore compreso tra 2/4 e 3/4 dello spessore totale del rivestimento. Lo strato di finitura ha uno spessore compreso tra 1/4 e 2/4 dello spessore totale del rivestimento. In particular, the base layer of the coating has a thickness between 2/4 and 3/4 of the total thickness of the coating. The finishing layer has a thickness between 1/4 and 2/4 of the total thickness of the coating.
Secondo una possibile forma di implementazione del metodo, tutto il disco à ̈ realizzato in alluminio o lega d’alluminio. According to a possible form of implementation of the method, the whole disc is made of aluminum or aluminum alloy.
Secondo una possibile forma di implementazione del metodo, il rivestimento protettivo copre tutta la superficie del disco. According to a possible embodiment of the method, the protective coating covers the entire surface of the disc.
Secondo una particolare forma di implementazione del metodo, nella fase b) di deposizione il materiale particellare viene depositato in modo differenziato sulla superficie del disco almeno in termini di spessore del rivestimento. According to a particular embodiment of the method, in the deposition step b) the particulate material is deposited in a differentiated manner on the disk surface at least in terms of coating thickness.
In particolare, ciascuna faccia principale del disco à ̈ definita almeno da una prima porzione anulare, corrispondente ad una superficie di frenatura della fascia di frenatura, e da una seconda porzione anulare, che à ̈ più interna rispetto alla prima e che definisce la zona di fissaggio del disco ad un veicolo. Nella fase b) di deposizione à ̈ realizzato un rivestimento protettivo a copertura almeno di entrambe le porzioni. Il rivestimento realizzato sulla prima porzione anulare ha uno spessore superiore rispetto a quello del rivestimento realizzato sulla seconda porzione. In particular, each main face of the disc is defined at least by a first annular portion, corresponding to a braking surface of the braking band, and by a second annular portion, which is more internal than the first and which defines the area of attachment of the disc to a vehicle. In step b) of deposition a protective coating is created to cover at least both portions. The coating made on the first annular portion has a greater thickness than that of the coating made on the second portion.
In particolare, l’esigenza espressa in precedenza à ̈ soddisfatta da un disco freno 1 per freno a disco, comprendente una fascia di frenatura 2 in alluminio o in alluminio o in lega di alluminio e dotata di due superfici di frenatura contrapposte 2a e 2b, ciascuna delle quali definisce almeno parzialmente una delle due facce principali del disco. Il disco 1 à ̈ dotato di un rivestimento protettivo 3 che copre almeno una delle due superfici di frenatura della fascia di frenatura. Il rivestimento à ̈ costituito dall’80 al 90% in peso di carburo di tungsteno, dall’8% al 12% in peso di cobalto e dal 2% al 6% in peso di cromo. Il rivestimento à ̈ ottenuto depositando sul disco i componenti del rivestimento in forma particellare con tecnica HVOF. Secondo una forma preferita di realizzazione del disco freno, il rivestimento 3 à ̈ costituito da 86% in peso di carburo di tungsteno, da 10% in peso di cobalto e da 4% in peso di cromo. In particular, the requirement expressed above is satisfied by a brake disc 1 for disc brake, comprising a braking band 2 in aluminum or aluminum or in aluminum alloy and equipped with two opposite braking surfaces 2a and 2b , each of which at least partially defines one of the two main faces of the disc. Disc 1 is equipped with a protective coating 3 which covers at least one of the two braking surfaces of the braking band. The coating consists of 80 to 90% by weight of tungsten carbide, 8% to 12% by weight of cobalt and 2% to 6% by weight of chromium. The coating is obtained by depositing on the disk the components of the coating in particle form with the HVOF technique. According to a preferred embodiment of the brake disc, the coating 3 consists of 86% by weight of tungsten carbide, 10% by weight of cobalt and 4% by weight of chromium.
Preferibilmente, il rivestimento à ̈ ottenuto depositando sul disco detti componenti in forma particellare con una granulometria compresa tra 5 e 40 Î1⁄4m. Preferably, the coating is obtained by depositing on the disc said components in particle form with a particle size between 5 and 40 Î1⁄4m.
Secondo una forma particolare di realizzazione del disco freno, il rivestimento protettivo ha uno spessore compreso tra 20 Î1⁄4m e 80 Î1⁄4m. According to a particular embodiment of the brake disc, the protective coating has a thickness of between 20 Î1⁄4m and 80 Î1⁄4m.
Secondo una forma particolare di realizzazione del disco freno, il rivestimento protettivo à ̈ composto da uno strato di base, che à ̈ associato direttamente al disco ed à ̈ realizzato con un primo passaggio di deposizione del materiale in forma particellare, e da uno strato superiore di finitura, che à ̈ disposto sullo strato di base ed à ̈ realizzato con un secondo passaggio di deposizione del materiale particellare. Il materiale in forma particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria superiore rispetto a quello depositato con il secondo passaggio di deposizione. According to a particular embodiment of the brake disc, the protective coating is composed of a base layer, which is directly associated with the disc and is made with a first deposition step of the material in particle form, and by an upper layer finishing, which is arranged on the base layer and is made with a second deposition step of the particulate material. The material in particle form deposited with the first deposition step has a higher particle size than that deposited with the second deposition step.
In particolare, il materiale particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 30 e 40 Î1⁄4m, mentre il materiale particellare depositato con il secondo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 5 e 20 Î1⁄4m. In particular, the particle material deposited with the first deposition step has a particle size between 30 and 40 Î1⁄4m, while the particle material deposited with the second deposition step has a particle size between 5 and 20 Î1⁄4m.
In particolare, il rivestimento protettivo ha in corrispondenza dello strato di finitura una rugosità superficiale Ra compresa tra 2,0 e 3,0 Î1⁄4m. In particular, the protective coating has a surface roughness Ra of between 2.0 and 3.0 Î1⁄4m in correspondence with the finishing layer.
Secondo una possibile forma di realizzazione del disco freno, lo strato di base ha uno spessore compreso tra 2/4 e 3/4 dello spessore totale del rivestimento, mentre lo strato di finitura ha uno spessore compreso tra 1/4 e 2/4 dello spessore totale del rivestimento. Secondo una possibile forma di realizzazione del disco freno, tutto il disco à ̈ in alluminio o lega di alluminio. According to a possible embodiment of the brake disc, the base layer has a thickness between 2/4 and 3/4 of the total thickness of the coating, while the finishing layer has a thickness between 1/4 and 2/4 of the total thickness of the coating. According to a possible embodiment of the brake disc, the whole disc is made of aluminum or aluminum alloy.
Secondo una possibile forma di realizzazione del disco freno, il rivestimento protettivo copre tutta la superficie del disco. According to a possible embodiment of the brake disc, the protective coating covers the entire surface of the disc.
Secondo una forma preferita di realizzazione del disco freno, il rivestimento presenta spessori differenti in aree differenti della superficie del disco. According to a preferred embodiment of the brake disc, the coating has different thicknesses in different areas of the surface of the disc.
In particolare, ciascuna faccia principale del disco à ̈ definita almeno da una prima porzione anulare, corrispondente ad una superficie di frenatura della fascia di frenatura, e da una seconda porzione anulare, che à ̈ più interna rispetto alla prima e che definisce la zona di fissaggio del disco al veicolo. Il rivestimento protettivo sulla prima porzione anulare ha uno spessore superiore rispetto a quello del rivestimento realizzato sulla seconda porzione. In particular, each main face of the disc is defined at least by a first annular portion, corresponding to a braking surface of the braking band, and by a second annular portion, which is more internal than the first and which defines the area of fixing the disc to the vehicle. The protective coating on the first annular portion has a thickness greater than that of the coating made on the second portion.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente comprensibili dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti e non limitativi di realizzazione, in cui: - la Figura 1 mostra una vista in pianta dall’alto di un freno a disco in accordo ad una forma realizzativa della presente invenzione; e Further characteristics and advantages of the present invention will be more understandable from the following description of its preferred and non-limiting embodiment examples, in which: - Figure 1 shows a top plan view of a disc brake according to an embodiment of the present invention; And
- la figura 2 mostra una vista in sezione del disco di Figura 1 secondo la linea di sezione II-II ivi indicata. Figure 2 shows a sectional view of the disk of Figure 1 according to the section line II-II indicated therein.
Gli elementi o parti di elementi in comune tra le forme di realizzazione descritte nel seguito saranno indicati con medesimi riferimenti numerici. The elements or parts of elements in common between the embodiments described below will be indicated with the same numerical references.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION
Con riferimento alla suddette figure, con 1 si à ̈ globalmente indicato un freno a disco secondo la presente invenzione. With reference to the aforesaid figures, the reference numeral 1 globally indicates a disc brake according to the present invention.
In accordo ad una soluzione realizzativa generale dell’invenzione, illustrato nelle Figure allegate, il disco freno 1 comprende una fascia di frenatura 2 in alluminio o lega di alluminio, dotata di due superfici di frenatura contrapposte 2a e 2b, ciascuna delle quali definisce almeno parzialmente una delle due facce principali del disco. In accordance with a general embodiment of the invention, illustrated in the attached Figures, the brake disc 1 comprises a braking band 2 in aluminum or aluminum alloy, equipped with two opposite braking surfaces 2a and 2b, each of which defines at least partially one of the two main faces of the disc.
Il disco 1 Ã ̈ dotato di un rivestimento protettivo che copre almeno una delle due superfici di frenatura della fascia di frenatura. Disc 1 has a protective coating that covers at least one of the two braking surfaces of the braking band.
Il rivestimento à ̈ costituito dall’80 al 90% in peso di carburo di tungsteno, dall’8% al 12% in peso di cobalto e dal 2% al 6% in peso di cromo. The coating consists of 80 to 90% by weight of tungsten carbide, 8% to 12% by weight of cobalt and 2% to 6% by weight of chromium.
Il rivestimento à ̈ ottenuto depositando sul disco i componenti del rivestimento in forma particellare con tecnica HVOF. The coating is obtained by depositing on the disk the components of the coating in particle form with the HVOF technique.
Per semplicità di trattazione, il disco freno 1 verrà ora descritto contestualmente al metodo secondo la presente invenzione. Il disco freno 1 à ̈ realizzato preferibilmente, ma non necessariamente, con il metodo secondo l’invenzione che verrà ora descritto. For simplicity of discussion, the brake disc 1 will now be described contextually to the method according to the present invention. The brake disc 1 is preferably, but not necessarily, made with the method according to the invention which will now be described.
In accordo ad una forma generale di implementazione del metodo secondo l’invenzione, il metodo comprende le seguenti fasi operative: According to a general form of implementation of the method according to the invention, the method includes the following operational phases:
a) predisporre un disco freno, comprendente una fascia di frenatura 2 realizzata in alluminio o lega di alluminio e dotata di due superfici di frenatura contrapposte 2a e 2b, ciascuna delle quali definisce almeno parzialmente una delle due facce principali del disco; a) providing a brake disc, comprising a braking band 2 made of aluminum or aluminum alloy and equipped with two opposite braking surfaces 2a and 2b, each of which at least partially defines one of the two main faces of the disc;
b) depositare sul disco un materiale in forma particellare formando un rivestimento protettivo 3 che copre almeno una delle due superfici di frenatura della fascia di frenatura. b) depositing on the disc a material in particulate form forming a protective coating 3 which covers at least one of the two braking surfaces of the braking band.
Vantaggiosamente, il disco freno viene predisposto con una porzione atta al fissaggio del disco ad un veicolo, costituita da una porzione anulare 4 disposta centralmente al disco 1 e concentrica alla fascia di frenatura 2. La porzione di fissaggio 4 supporta l’elemento di connessione 5 al mozzo ruota (i.e. la campana). La campana può essere realizzata di pezzo con la porzione anulare di fissaggio (come illustrato nelle Figure allegate) oppure essere realizzata a parte e, quindi, fissata attraverso opportuni elementi di collegamento alla porzione di fissaggio. Advantageously, the brake disc is arranged with a portion suitable for fixing the disc to a vehicle, consisting of an annular portion 4 arranged centrally to the disc 1 and concentric to the braking band 2. The fixing portion 4 supports the connection element 5 to the wheel hub (i.e. the bell). The bell can be made in one piece with the annular fixing portion (as illustrated in the attached Figures) or be made separately and, therefore, fixed through suitable connecting elements to the fixing portion.
La porzione anulare di fissaggio 4 può essere realizzata in alluminio o lega di alluminio, come la fascia di frenatura, oppure in un altro materiale adatto. Anche la campana 5 può essere realizzata in alluminio (o lega di alluminio) oppure in un altro materiale adatto. In particolare, tutto il disco (i.e. fascia di frenatura, porzione di fissaggio e campana) può essere realizzato in alluminio o lega di alluminio. Preferibilmente, la fascia di frenatura 2 à ̈ realizzata per fusione di alluminio o lega di alluminio. Analogamente, quando realizzate in alluminio o lega di alluminio, la porzione di fissaggio e/o la campana possono essere realizzate per fusione. The annular fixing portion 4 can be made of aluminum or aluminum alloy, such as the braking band, or of another suitable material. The bell 5 can also be made of aluminum (or aluminum alloy) or another suitable material. In particular, the whole disc (i.e. braking band, fixing portion and bell) can be made of aluminum or aluminum alloy. Preferably, the braking band 2 is made by casting aluminum or aluminum alloy. Similarly, when made of aluminum or aluminum alloy, the fixing portion and / or the bell can be made by casting.
La porzione anulare di fissaggio può essere realizzata in corpo unico con la fascia di frenatura (come illustrato nelle Figure allegate) oppure essere realizzata come un corpo a parte, meccanicamente collegato alla fascia di frenatura. The annular fixing portion can be made in a single body with the braking band (as illustrated in the attached Figures) or be made as a separate body, mechanically connected to the braking band.
Preferibilmente, la fase b) di deposizione à ̈ preceduta da una fase c) di preparazione della superficie su cui deve essere realizzato il rivestimento protettivo. In particolare, la fase c) di preparazione della superficie consiste in una pulizia della superficie con solventi atti a rimuovere olio o sporcizia. Preferibilmente, la fase c) di preparazione può comprendere azioni abrasive sulla superficie del disco, ad esempio per sabbiatura o levigatura. Preferably, the deposition step b) is preceded by a step c) of preparation of the surface on which the protective coating is to be made. In particular, step c) of surface preparation consists in cleaning the surface with solvents designed to remove oil or dirt. Preferably, the preparation step c) can comprise abrasive actions on the surface of the disc, for example by sandblasting or polishing.
Secondo un aspetto essenziale dell’invenzione il materiale in forma particellare à ̈ depositato sul disco con tecnica HVOF. According to an essential aspect of the invention, the material in particle form is deposited on the disk with the HVOF technique.
HVOF à ̈ una tecnica di deposizione a spruzzo da polveri. Si tratta di una tecnica nota nel settore e non sarà quindi descritta nel dettaglio. La tecnica HVOF utilizza un dispositivo di spruzzo dotato di una camera di miscelazione e di combustione e di un ugello di spruzzo. Alla camera vengono alimentati ossigeno e combustibile. Il gas di combustione caldo che si forma a pressioni prossime a 1 MPA attraversa l’ugello convergente-divergente il materiale in polvere raggiungendo velocità ipersoniche (i.e. superiori MACH 5). Il materiale in polvere da depositare viene iniettato nel flusso di gas caldo, dove fonde rapidamente e viene accelerato a velocità dell’ordine di 1000 m/s. Una volta impattato sulla superficie di deposizione, il materiale fuso si raffredda rapidamente e grazie all’impatto ad elevata energia cinetica forma una struttura molto densa e compatta. HVOF is a powder spray deposition technique. This is a known technique in the field and will therefore not be described in detail. The HVOF technique uses a spray device equipped with a mixing and combustion chamber and a spray nozzle. The chamber is supplied with oxygen and fuel. The hot combustion gas that forms at pressures close to 1 MPA passes through the convergent-divergent nozzle into the powdered material reaching hypersonic speeds (i.e. higher than MACH 5). The powdered material to be deposited is injected into the hot gas stream, where it melts rapidly and is accelerated to speeds of the order of 1000 m / s. Once impacted on the deposition surface, the molten material cools rapidly and, thanks to the impact with high kinetic energy, forms a very dense and compact structure.
Secondo un ulteriore aspetto essenziale dell’invenzione il materiale in forma particellare à ̈ costituito dall’80 al 90% in peso di carburo di tungsteno (WC), dall’8% al 12% in peso di cobalto (Co) e dal 2% al 6% in peso di cromo (Cr). According to a further essential aspect of the invention, the material in particle form consists of 80 to 90% by weight of tungsten carbide (WC), from 8% to 12% by weight of cobalt (Co) and from 2% to 6% by weight of chromium (Cr).
La combinazione della tecnica di deposizione HVOF e dei componenti chimici utilizzati per la formazione del rivestimento consente di ottenere un rivestimento protettivo dotato di elevata forza di legame, che garantisce un elevato grado di ancoraggio sull’alluminio o sulla lega di alluminio. L’assenza di nichel riduce notevolmente (rispetto alle soluzioni di tecnica nota) il rischio di distaccamento del rivestimento dalla base in alluminio o lega di alluminio. The combination of the HVOF deposition technique and the chemical components used to form the coating allows to obtain a protective coating with high bond strength, which guarantees a high degree of anchoring on the aluminum or aluminum alloy. The absence of nickel considerably reduces (compared to prior art solutions) the risk of detachment of the coating from the aluminum or aluminum alloy base.
Vantaggiosamente il materiale particellare non contiene nichel (Ni), preferibilmente neppure in forma di tracce. Si à ̈, infatti, potuto rilevare che una delle cause principali del distaccamento dei tradizionali rivestimenti protettivi da dischi in alluminio o lega di alluminio à ̈ la presenza di nichel nel rivestimento protettivo. Advantageously, the particulate material does not contain nickel (Ni), preferably not even in the form of traces. In fact, it was found that one of the main causes of the detachment of traditional protective coatings from aluminum or aluminum alloy discs is the presence of nickel in the protective coating.
Vantaggiosamente il materiale particellare non contiene carbonio libero (C), preferibilmente neppure in forma di tracce. Si à ̈, infatti, potuto rilevare che nel caso di applicazione del rivestimento con tecniche di flame spray una seconda causa del distaccamento dei tradizionali rivestimenti protettivi da dischi in alluminio o lega di alluminio à ̈ la presenza di carbonio libero nel rivestimento protettivo. Il carbonio tende, infatti, a bruciare, combinandosi con l’ossigeno inglobato nel rivestimento protettivo in via di formazione. Ciò porta alla formazione di microbolle all’interno del rivestimento, le quali possono impedire una adeguata adesione del rivestimento sul disco, favorendone il distacco. Advantageously, the particulate material does not contain free carbon (C), preferably not even in the form of traces. In fact, it was found that in the case of application of the coating with flame spray techniques, a second cause of the detachment of traditional protective coatings from aluminum or aluminum alloy discs is the presence of free carbon in the protective coating. Carbon tends, in fact, to burn, combining with the oxygen incorporated in the protective coating being formed. This leads to the formation of micro-bubbles inside the coating, which can prevent adequate adhesion of the coating on the disc, favoring its detachment.
Il rivestimento presenta, inoltre, un’elevata resistenza all’usura. Prove sperimentali condotte comparando un disco freno secondo l’invenzione con un disco tradizionale in ghisa grigia hanno evidenziato che il disco secondo l’invenzione ha una durata sensibilmente superiore a quello tradizionale a parità di condizioni di prova. Il peso del disco in alluminio, a parità di dimensioni, à ̈ circa la metà di un disco in ghisa grigia. The coating also has a high resistance to wear. Experimental tests conducted by comparing a brake disc according to the invention with a traditional gray cast iron disc have shown that the disc according to the invention has a significantly longer duration than the traditional one, under the same test conditions. The weight of the aluminum disc, with the same dimensions, is about half that of a gray cast iron disc.
Preferibilmente, il materiale in forma particellare à ̈ costituito da 86% in peso di carburo di tungsteno, da 10% in peso di cobalto e da 4% in peso di cromo. Preferably, the material in particle form consists of 86% by weight of tungsten carbide, 10% by weight of cobalt and 4% by weight of chromium.
Questa particolare composizione consente di ottenere i migliori risultati in termini di resistenza all’usura e capacità di adesione sull’alluminio. This particular composition allows to obtain the best results in terms of wear resistance and adhesion capacity on aluminum.
Preferibilmente, la granulometria delle particelle del materiale particellare à ̈ compresa tra 5 e 40 Î1⁄4m. La scelta di tale intervallo di valori consente di conferire al rivestimento caratteristiche elevate di densità , durezza e limitata porosità . Preferably, the particle size of the particulate material is between 5 and 40 Î1⁄4m. The choice of this range of values allows to give the coating high characteristics of density, hardness and limited porosity.
Il rivestimento protettivo 3 copre almeno una delle due superfici di frenatura della fascia di frenatura. Preferibilmente, come illustrato nella Figura 2, il disco 1 Ã ̈ dotato di un rivestimento protettivo 3 che copre entrambe le superfici di frenatura 2a e 2b della fascia di frenatura 2. The protective coating 3 covers at least one of the two braking surfaces of the braking band. Preferably, as illustrated in Figure 2, the disc 1 is provided with a protective coating 3 which covers both the braking surfaces 2a and 2b of the braking band 2.
In particolare, il rivestimento 3 può coprire solo la fascia di frenatura, su una singola superficie di frenatura oppure su entrambe. In particular, the lining 3 can cover only the braking strip, on a single braking surface or on both.
In accordo a soluzioni realizzative non illustrate nelle Figure allegate, il rivestimento protettivo 3 può estendersi anche ad altre parti del disco 1 come la porzione anulare di fissaggio 4 e la campana 5, fino a coprire tutta la superficie del disco 1. In particolare, il rivestimento può coprire – in aggiunta alla fascia di frenatura – solo la porzione di fissaggio o solo la campana. La scelta viene dettata da ragioni essenzialmente estetiche, per avere un’omogeneità di colorazione e/o finitura su tutto il disco o tra alcune porzioni di esso. In accordance with embodiments not illustrated in the attached Figures, the protective coating 3 can also extend to other parts of the disc 1 such as the annular fixing portion 4 and the bell 5, until it covers the entire surface of the disc 1. In particular, the coating can cover - in addition to the braking band - only the fixing portion or only the bell. The choice is dictated by essentially aesthetic reasons, to have a homogeneity of color and / or finish on the whole disc or between some portions of it.
Preferibilmente, il rivestimento protettivo ha uno spessore compreso tra 20 Î1⁄4m e 80 Î1⁄4m. La scelta di tale intervallo di valori consente di ottenere un ottimo compromesso tra il consumo dello stato di rivestimento protettivo e le dilatazioni termiche dello stesso. In altre parole: se lo spessore del rivestimento protettivo fosse minore di 20 Î1⁄4m, in caso d’usura, si avrebbe la sua totale rimozione. Uno spessore maggiore di 80 Î1⁄4m, d’altro canto, può portare ad adesione imperfetta dovuto alle dilatazioni termiche che si hanno durante il ciclo vita di un disco freno. Preferably, the protective coating has a thickness of between 20 Î1⁄4m and 80 Î1⁄4m. The choice of this range of values allows to obtain an excellent compromise between the consumption of the protective coating state and the thermal expansion of the same. In other words: if the thickness of the protective coating were less than 20 Î1⁄4m, in case of wear, it would be completely removed. A thickness greater than 80 Î1⁄4m, on the other hand, can lead to imperfect adhesion due to thermal expansion that occurs during the life cycle of a brake disc.
Vantaggiosamente, la deposizione del materiale particellare per la formazione del rivestimento può essere effettuata in modo differenziato sulla superficie del disco almeno in termini di spessore del rivestimento. Advantageously, the deposition of the particulate material for the formation of the coating can be carried out in a differentiated manner on the surface of the disc at least in terms of the thickness of the coating.
Preferibilmente, il rivestimento protettivo realizzato sulla fascia di frenatura ha uno spessore superiore rispetto a quello realizzato su altre porzioni del disco. Il rivestimento in corrispondenza di porzioni differenti da quelle della fascia di frenatura può avere spessori compresi tra 20 e 80 Î1⁄4m. Preferably, the protective coating made on the braking band has a greater thickness than that made on other portions of the disc. The coating in correspondence of portions different from those of the braking band can have thicknesses between 20 and 80 Î1⁄4m.
In corrispondenza della fascia di frenatura, il rivestimento protettivo può essere realizzato con lo stesso spessore nelle due superfici frenanti contrapposte. Possono essere previste soluzioni alternative in cui il rivestimento à ̈ realizzato differenziando gli spessori differenti tra le due superfici frenanti della fascia frenante. In correspondence with the braking surface, the protective coating can be made with the same thickness in the two opposite braking surfaces. Alternative solutions can be envisaged in which the coating is made by differentiating the different thicknesses between the two braking surfaces of the braking surface.
In accordo ad una forma di implementazione particolarmente preferita del metodo, la fase b) di deposizione comprende due o più passaggi distinti di deposizione del materiale particellare sulla medesima superficie per formare il rivestimento protettivo. According to a particularly preferred embodiment of the method, the deposition step b) comprises two or more distinct steps for depositing the particulate material on the same surface to form the protective coating.
Più in dettaglio, la suddetta fase b) di deposizione comprende: More in detail, the aforementioned stage b) of deposition includes:
- un primo passaggio di deposizione del materiale in forma particellare per creare uno strato di base del rivestimento direttamente sul disco; ed - a first step of depositing the material in particle form to create a base layer of the coating directly on the disc; and
- un secondo passaggio di deposizione del materiale in forma particellare per creare uno strato di finitura sullo strato di base. - a second step of depositing the material in particle form to create a finishing layer on the base layer.
La suddivisione in due o più passaggi della fase di deposizione consente in particolare di differenziare almeno la granulometria del materiale particellare utilizzato nei diversi passaggi. Ciò rende più flessibile la fase di deposizione. The subdivision of the deposition phase into two or more passages allows in particular to differentiate at least the granulometry of the particle material used in the different passages. This makes the deposition phase more flexible.
Vantaggiosamente, il materiale particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria superiore rispetto a quello depositato con il secondo passaggio di deposizione. In particolare, il materiale particellare depositato con il primo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 30 e 40 Î1⁄4m, mentre il materiale particellare depositato con il secondo passaggio di deposizione ha una granulometria compresa tra 5 e 20 Î1⁄4m. Advantageously, the particulate material deposited with the first deposition step has a higher particle size than that deposited with the second deposition step. In particular, the particle material deposited with the first deposition step has a particle size between 30 and 40 Î1⁄4m, while the particle material deposited with the second deposition step has a particle size between 5 and 20 Î1⁄4m.
La realizzazione del rivestimento con due distinti passaggi di deposizione, utilizzando una granulometria più grossolana per la formazione dello strato base e una granulometria più fine per la formazione dello strato di finitura, consente di ottenere un rivestimento che già al termine della deposizione ha le caratteristiche di finitura superficiale volute, senza la necessità di rettificare e/o eseguire superficialmente altre operazioni di finissaggio per il rivestimento. Le particelle depositate con il secondo passaggio vanno a riempire le rugosità grossolane superficiali dello strato base. Vantaggiosamente, il livello di finitura superficiale del rivestimento può essere regolata regolando la granulometria delle particelle depositate con il secondo passaggio. The realization of the coating with two distinct deposition steps, using a coarser granulometry for the formation of the base layer and a finer granulometry for the formation of the finishing layer, allows to obtain a coating that already at the end of the deposition has the characteristics of desired surface finish, without the need to rectify and / or perform other surface finishing operations for the coating. The particles deposited with the second pass fill the rough surface roughness of the base layer. Advantageously, the surface finish level of the coating can be adjusted by adjusting the particle size of the particles deposited with the second step.
In particolare, utilizzando per il primo passaggio particelle con granulometria di 30 e 40 Î1⁄4m e per il secondo passaggio particelle con granulometria di 5 e 20 Î1⁄4m, il rivestimento protettivo ha in corrispondenza dello strato di finitura una rugosità superficiale Ra compresa tra 2,0 e 3,0 Î1⁄4m. In particular, using particles with a particle size of 30 and 40 Î1⁄4m for the first pass and particles with a particle size of 5 and 20 Î1⁄4m for the second pass, the protective coating has a surface roughness Ra between 2.0 and 3.0 Î1⁄4m.
Complessivamente, la combinazione della tecnica di deposizione HVOF del materiale particellare, dei componenti chimici utilizzati e delle modalità di deposizione a più passaggi consente di ottenere un rivestimento con un livello di rugosità superficiale limitato, particolarmente adatto ai fini di utilizzo del disco freno 1. Overall, the combination of the HVOF deposition technique of the particulate material, the chemical components used and the multi-pass deposition methods allows to obtain a coating with a limited level of surface roughness, particularly suitable for the use of the brake disc 1.
Preferibilmente, lo strato di base ha uno spessore compreso tra 2/4 e 3/4 dello spessore totale del rivestimento, mentre lo strato di finitura ha uno spessore compreso tra 1/4 e 2/4 dello spessore totale del rivestimento. Preferably, the base layer has a thickness comprised between 2/4 and 3/4 of the total thickness of the coating, while the finishing layer has a thickness comprised between 1/4 and 2/4 of the total thickness of the coating.
Come si può apprezzare da quanto descritto, il disco freno secondo l’invenzione consente di superare gli inconvenienti presentati nella tecnica nota. As can be appreciated from what has been described, the brake disc according to the invention allows to overcome the drawbacks presented in the known art.
Il disco freno 1 secondo l’invenzione coniuga leggerezza (grazie all’uso di alluminio o lega di alluminio), resistenza all’usura (grazie all’utilizzo della descritta miscela di componenti) e durata nel tempo. The brake disc 1 according to the invention combines lightness (thanks to the use of aluminum or aluminum alloy), resistance to wear (thanks to the use of the described mixture of components) and durability.
In particolare, il disco 1 Ã ̈ dotato di un rivestimento protettivo (che copre almeno la fascia di frenatura) avente: In particular, the disc 1 is equipped with a protective coating (which covers at least the braking band) having:
- una elevata forza di legame, che garantisce un elevato grado di ancoraggio sul disco; - a high bond strength, which guarantees a high degree of anchoring on the disc;
- alta resistenza all’usura; - high wear resistance;
- limitato livello di rugosità superficiale; - limited level of surface roughness;
- alta densità ; - high density ;
- durezza elevata; e - high hardness; And
- limitata porosità . - limited porosity.
L’assenza di nichel riduce sensibilmente il rischio di distaccamento del rivestimento dalla base in alluminio o lega di alluminio. The absence of nickel significantly reduces the risk of detachment of the coating from the aluminum or aluminum alloy base.
Il disco freno 1 risulta inoltre economico da realizzare The brake disc 1 is also economical to manufacture
Un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti alle pinze di freno a disco sopra descritte, tutte peraltro contenute nell’ambito dell’invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni. A person skilled in the art, in order to satisfy contingent and specific needs, will be able to make numerous modifications and variations to the disc brake calipers described above, all however contained within the scope of the invention as defined by the following claims.
Claims (18)
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