TW477723B

TW477723B - Brake drum and method for producing the same

Info

Publication number: TW477723B
Application number: TW090112690A
Authority: TW
Inventors: Takashi Koizumi; Kunitoshi Sugaya; Yasuhiro Nakao; Hiroto Shoji; Takaharu Echigo
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-03-01
Also published as: WO2001092750A1; EP1292781A1; ES2283413T3; CA2410685A1; CA2410685C; CN1457405A; US7258209B2; CN1283935C; US6880681B2; US20050072640A1; US20030159896A1; BR0111664A; EP1292781B1

Description

477723 A7 ______B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明是關於一種使用在摩托車或汽車上的剎車鼓及其製造方法，詳細說，是一種刹車鼓製造方法，其中刹車鼓的摩擦構件是利用錦基複合材料做成，且摩擦構件是利用鋁合金鑄模鑄造而成。發明領域習知技術說明現今的一些摩托車或汽車採用鼓式剎車裝置作爲剎車裝置。在鼓式刹車裝置中，利用剎車皮撐壓與車輪一起轉動的剎車鼓內圈表面（摩擦面）藉以控制剎車鼓旋轉。通常，習知刹車鼓是利用鑄鐵一體成型或形成單一構件以便保持摩擦面必要的強度；然而，習知鑄鐵刹車鼓很重，使用此種刹車鼓造成摩托車或汽車減重上的障礙。經濟部智慈財產局員工消費合作社印製因此，在一些精密的刹車鼓之中，基於減重考量，刹車鼓局部採用鋁合金等輕質材料。亦即，需要高耐磨耗的刹車鼓摩擦面利用鑄鐵形成，其餘部分則利用鋁合金或其他輕質材料製作，使得裝設有此種剎車鼓的摩托車或汽車總重能顯著降低，可降低燃料消耗。然而，對於大部分的摩托車或汽車，仍需要進一步降低重量以達到省油目的，且根據使用的刹車鼓種類，爲了更能符合省油需求，刹車鼓必須進一步減重。發明槪述 4 本紙伕尺度適用中國國家標準（〇犯）八4規格（210/297公着） 477723 A7 _ B7 五、發明説明（2 ) 因此本發明目的是提供一種質輕的剎車鼓及其有效的製造方法。根據本發明第一方面，提供一種應用在鼓式刹車的刹車鼓，包含：圓柱剎車構件，其外圍具有數個突出部，在圓周方向等間距設置；固定在摩擦構件外圍，一體成形的鼓體。在摩擦構件外圍形成凹凸部，.摩擦構件可牢固地固定鼓體，並增加強度，縱使在鼓式刹車進行刹車動作期間，極大的圓周負載作用在摩擦構件上，可防止摩擦構件與鼓體13產生相對位移，甚至分離。_ 摩擦構件利用A1基複合材料製成，且鼓體是利用鋁合金製成。因此，本發明可提供質輕的刹車鼓。在本發明中，摩擦構件各突出部的突出高度介於0.5_ 3 · 0 m m 0 再者，突出部之間的間隔角度設定在6-45度的範圍內，最好介於6 - 3 0度內。根據本發明第二實施例，提供一種製造剎車鼓的方法，將摩擦構件固定在以A1合金形成的備份構件內圈表面，包含：製作以A1基複合材料製成的環形摩擦構件之步驟；加熱摩擦構件的步驟；裝配摩擦構件的步驟；利用加熱步驟進行加熱，使得鑄模模具構件之突出部的溫度低於摩擦構件；將鑄模另一塊模具配合在模具構件上形成模穴；將熔融A1合金注入模穴，並強制冷卻受熱的摩擦構件，使得摩擦構件以合金包鑄。 -:-5----- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477723 A7 B7 五、發明説明（3 ) 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在本發明中，當環狀摩擦構件緊密地配套在鑄模模具構件的突出部上時，摩擦構件的溫度增加得比上述模具突出部來得快’並使摩擦構件可套在模具突出部上。詳細來說，摩擦構件是利用A1基複合材料製成，相較於模具構件突出部，摩擦構件具有較大的熱線膨脹係數。因此，摩擦構件內徑大於模具突出部的外徑，使得摩擦構件可輕易地套在模具突出部上。再者，在將熔融A1合金注入模穴前，透過模具構件突出部強制摩擦構件冷卻。強制摩擦構件進行冷卻使得摩擦構件與模具突出部之間的間隙近可能縮至最小，同時，在將熔融A1合金注入模穴時，限制摩擦構件溫度上升溫度。因此，可適當地抑制摩擦構件的熱膨脹並防止熔融金屬流入摩擦構件內圈。上述摩擦構件強制冷卻動作是利用模具突出部內的冷卻液體循環達成。冷卻液體可爲冷卻水。摩擦構件的冷卻結構相當簡單，可將冷卻設備的成本降至最低。經濟部智慧財產局員工消費合作社印¾. A1基複合材料環形摩擦構件的製造步驟是：將金屬氮與氣化錶接觸並使A1合金渗入強化材料中，一部分強化材料利用氮化鎂進行還原反應以還原金屬，使用上述步驟製作A1基複合材料；將A1基複合材料擠入周圍具有凹凸部的圓柱構件中，且圓柱構件的內徑構成剎車鼓的內徑；將圓柱構件依據刹車鼓的寬度做切割。強化材料利用氮化鎂進行還原反應，還原成金屬部分，可增進熔融A1合金的吸濕性。提高吸濕性可增強介面-強化金屬氧化物以及A1合金之間的結合性，如此可提供具有超強延展性的A1基複合材料 — _____ g 本紙張尺度適财卵家料（〇^)八4胁（21()，;<；297公釐) 477723 A7 ____B7 _ 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 胚錠。將此A1基複合材料擠壓形成摩擦構件。利用擠出製程’可使摩擦構件具有超強的拉伸強度及保證應力，因此可確保作爲剎車鼓摩擦構應有的機械強度。經濟部智慈財產局員工消費合作社印製根據本發明第三方面，提供一種製造剎車鼓的方法，將摩擦構件固定在以A1合金形成的備份構件內圈表面，包含：將金屬氮化物強化材料與氮化鎂接觸並使A1合金滲入強化材料中’一部分強化材料利用氮化鎂進行還原反應以還原金屬，使用上述步驟製作A1基複合材料；將A1基複合材料擠入周圍具有凹凸部的圓柱構件中，且圓柱構件的內徑構成刹車鼓的內徑；將圓柱構件依據剎車鼓的寬度做切割形成摩擦構件；將摩擦構件置入鑄模中並利用A1合金包鑄安裝在鑄模內的摩擦構件，形成備份構件。強化材料利用氮化鎂進行還原反應，還原成金屬部分，可增進熔融A1 合金的吸濕性。提高吸濕性可增強介面-強化金屬氧化物以及A1合金之間的結合性，如此可提供具有超強延展性的A1 基複合材料胚錠。將此A1基複合材料擠壓形成摩擦構件。利用擠出製程，可使摩擦構件具有超強的拉伸強度及保證應力，因此可確保作爲刹車鼓摩擦構應有的機械強度。再者，使用A1基複合材料形成的摩擦構件可減輕重量。再者，相較於習知鑄鐵，使用A1合金作爲摩擦構件的母材可增進摩擦構件的熱傳導性，並允許刹車作用產生的熱量穩定地散失，如此可增進本發明摩擦構件的散熱性。再者，利用A1合金形成母材，摩擦構件可與備份構件具有枏同的熱線膨脹係數，當刹車致動時，可有效地避免摩擦構件與備本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）一 - 477723 A7 B7 五、發明説明（5 ) 份構件之間的熱膨脹差異。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明剎車鼓製造方法進一步包含：完成摩擦構件後，將摩擦構件加熱至鑄模溫度以上，在將加熱的摩擦構件安裝在鑄模內後，利用A1合金包鑄摩擦構件。由於摩擦構件利用A1基複合材料製成，摩擦構件熱線膨脹係數大於鑄模的熱線膨脹係數，當摩擦構件加熱至高於鑄模溫度以上的預定溫度時’摩擦構件內徑增加使摩擦構件可容易地安裝在鑄模內。當擠出A1基複合材料時，擠出率設定在10至4〇的範圍內，，其中擠出率&定義爲A1基複合材料擠出前的斷面積除上擠出後形成的圓柱構件斷面積。如果擠出率設定在 10以下，圓柱構件（摩擦構件）拉伸強度·及保證應力無法達到剎車鼓摩擦構件所需強度。因此，在本發明中、擠出率必須設在10以上以確保必要的強度。然而，當擠出率超過 40時，擠出力量過大導致擠出速度變得相當慢。低的擠出速度會降低製成循環時間並增加製造成本；因此本發明擠出率的上限需設定在40。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖示簡單說明圖1.顯示安裝有本發明刹車鼓之摩托車後輪立體圖，圖2.顯示本發明剎車鼓之製造方法步驟程序流程圖；圖3A至3C顯示製造圖2鋁基複合材料坯料製程圖解；圖4A及4B顯示在鋁基複合材料坯料柱狀構件完成後，製造外圈具有上凸及下凹部之摩擦構件製程圖解；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） —g--- 477723 A7

五、發明説明（6 ) 圖5.顯示圖4A中，擠製鋁基複合材料的擠出速率與環形摩擦構件伸張強度及保證應力之間的關係圖；圖6·顯示將加熱的摩擦構件裝入鑄模內的方法；圖7.顯示將環形摩擦構件套入鑄模可動模具擠出部的示意圖；圖8.顯示沿圖7線8-8所取的斷面圖；圖9·顯示裝有摩擦構件之可動模具以及固定模具構件之斷面圖；圖10.顯示摩擦構件及鑄模的熱變化量；圖11A及11B顯示將熔融金屬灌入鑄模模穴內來製造本發明刹車鼓的斷面圖解；圖12.顯示本發明剎車鼓鑄造流程圖解；圖Π .顯示安裝有本發明刹車鼓之鼓式剎車裝置示意圖 :及圖14A及14B顯示圖13刹車鼓局部放大圖；主要元件對照表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印级 10 剎車鼓 11 輪轂 12 法蘭 13 鼓體 16 摩擦構件 14 法蘭 15 輪轂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X29<7公釐） 477723 A7 B7 五、發明説明（7 ) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 14a 固定孔 21 輪框 22 車胎 23 刹車皮 24 拉伸彈簧 30 氣壓爐 31 第一鎔爐： 32 氧化鋁… 33 A1合金 35 鎂 34 第二鎔爐 3 6 真空泵 V. 38a 氬氣 40 加熱線圈 41 溫度感測器 42 控制區 4 3a 氮氣 44 氮化鎂 45 A1基複合材料 45a 外圍 46 車刀 50 容器 51 衝桿 52 模具

Jm (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 B7 五、發明説明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 53 心軸 54 圓柱構件 R 擠出率 S1 斷面積 S2 斷面積 17 外圏 60 加熱爐 61 傳送區 P1 等待位置 6 2 第一止動區 62a 止動件 63 裝配區 P2 裝配位置 62 第一止動區 62b 活塞桿 64 第—止動區 64b 活塞桿 64a 止動件 65 裝配活塞 65a 活塞桿 66 板 67 軌道 7 1 可動模具構件 72 突出部 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 44 477723 A7 B7 、發明説明（9) 70 鑄模 74 冷卻區 75a 供水管 75b 銅管 76a 冷水通道 76b 排水管 Dl 內徑 D2 外徑 23a 墊 2 6 凸輪 18 內圏表面 17 外圍 17a 突出部 100 摩擦構件 105 鼓體 102 突出部 101 內圈表面 103 熱膨脹部 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局工消費合作社印製較佳實例之詳細說明以下參考附圖描述本發明實施例。圖1·顯示本發明剎車鼓10，包含用來與前、後輪軸固定的輪轂1 1，與輪轂11右端一體成形的法蘭12，環繞在法蘭12外圍、一體成形的鼓體13(亦即，備用構件）13，以本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4^ 477723 A7 _____ B7 五、發明説明（1〇) 及固定在鼓體13內圈表面的摩擦構件16。一對法蘭14圍繞並固定在鼓體13外-衝。 - --------------------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述輪轂1 1，法蘭12，鼓體1 3及相對的一組法蘭14 利用A1合金鑄成一體，構成單一輪轂丨5構件。以A1合金製作的輪轂1 5可大大減輕重量。摩擦構件1 6利用鋁基複合材料構成（此處簡稱爲”A1基複合材料”），對減重亦有很大貢獻。由於A1基複合材料含有強化物質，摩擦構件1 6具有足夠的耐磨性以作爲刹車鼓摩擦構件。利用A1基複合材料製成的摩擦構件16，摩擦構件16 的基材由A1合金製作，形成鼓體1 3。因此，如範例所述，相較於習知鑄鐵材料可增加摩擦構件1 6的熱傳導性，且剎車過程產生的熱量能輕易帶走，如此可增進摩擦構件16 的抗老化能力。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在本發明上述剎車鼓10中，各個該成對法蘭14設有數個固定孔14a。輪框21利用數根一端分別固定在固定孔14a 上的輪輻固定在剎車鼓1 〇外圍，並將車胎2 2安裝在車胎2 2 上。刹車鼓1 0內部空間則用來容納一對刹車皮23及一對拉伸彈簧24。以下，參考流程圖2描述本發明第一實施例之剎車鼓的製造方法。步驟（以下簡稱”ST”）10 :製造A1基複合材料。 ST1 1 :利用擠壓成形將A1基複合材料製作成外圍具有數個凹凸部的圓柱構件，且與刹車鼓的成品具有相同內徑本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 4^ 477723 A7 B7 五、發明説明（11) 〇 S T 1T :將形成西曹柱構件根據剎軍鼓成割。 ST Π :使用鑄模將此切下的摩擦構件加熱至預定溫度〇 ST14 :將加熱的摩擦構件置入鑄模中，將作爲摩擦構件備用構件的A1合金灌入模穴內，摩擦構件四周，並將鑄模冷卻。圖3A-1 1顯示各ST10-ST14的細節，描述如下。圖3A至3C顯示用來製造刹車鼓之A1基複合材料胚鏡的製造過程，此製程對應圖2歩驟10。首先，在圖3 A中，將金屬氧化物（例如，”氧化鋁 Ah(W2所形成的強化材料置入氣壓爐30的第一鎔爐31中。嚴格來說，氧化鋁32是利用氧基陶瓷形成的多孔模型，並做成胚錠形狀。將A1合金33放在氧化鋁32上方。接著，將鎂（Mg)3 5 放入位於相同氣壓爐30中的第二鎔爐34內。舉例，A1合金33採用JIS-A606 1合金，鎂35採用Mg合金。之後，移除氣壓爐30內的空氣，利用真空泵36將氣壓爐30抽成真空，當到達預定的真空水準後，將真空泵36關閉。之後，沿箭頭（1)方向將氬氣（Ar)從氬氣缸瓶供入氣壓爐30內。一但氣壓爐30內建立一大氣壓的氬氣3 8 a後，可防止A1合金33及鎂35發生氧化。在此同時，利用加熱線圈40加熱氣壓爐30，將氧化鋁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477723 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12)

32，A1合金33及鎂35 —起加熱至預定溫度（例如，約750 °C至900飞)。結果厂E 向氣化。此時，利用溫度感測器4 1偵測氣壓爐3 0內目前溫度，且根據溫度感測器4 1輸出的偵測訊號，透過控制區42 將氣壓爐30的爐溫調整至適當値。接著，在圖3B中，氮氣缸瓶內的氮氣（N2)43a沿箭頭（3) 方向流入氣壓爐30內。在此同時，將壓力（例如，〇.5 kg/cm2大氣壓）供應至氣壓爐30內，以便取代氣壓爐內的氮氣 43a 〇一但氣壓爐30內部建立一大氣壓的氮氣43a，氮氣43a 與鎂3 5反應.形成氮化鎂（Mg3N2)44。氮化鎂44可作爲還原功能，可將部分氧化鋁32還原成金屬（鋁）。如此，在氣壓爐3 0內，部分氧化鋁3 2以金屬方式存在。如此可增進銘的吸濕性。接著，熔融的A1合金33滲入由氧化鋁32還原而成的鋁，且滲入鋁中的A1合金33凝固形成A1基複合材料胚錠 4 5 〇 A1基複合材料胚錠45具有極佳的延展性，可將部分氧化鋁3 2與氮化鎂進行還原反應以產生金屬鋁，因此可增進吸濕性。因此，A1基複合材料胚錠45具有超強的成形能力且可穩定地加以塑性變形。如果對氣壓爐30加壓，可加速A1合金33的滲入過程，如此可在短時間內獲得理想的A1基複合材料胚錠45。另 —種方式是，利用真空泵36將氣壓爐30降壓，此時，在低本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項存填寫本寅) :装- 訂 477723 A7 B7 五、發明説明（13) 氮氣壓下，可滲入更多的A1合金33。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者+，多孔性氧祀鋁模型^可事先加叉含八丨鎂合金，則氧化鋁32可利用氮化鎂進行還原。再者’對於A1基複合材料胚錠4 5製程，可將鋁放在含鎂粉之氧化銘顆粒多孔模型上來製造。在圖3C中，將A1基複合材料胚錠45外圍45a利用車刀4 6銑除；亦即，在胚錠4 5外圍4 5 a執行所謂，，削皮作業” 。透過此削皮作業，A1基複合材料胚錠45形成適合後續擠出步驟所需形狀。相較於習知A1基複合材料胚錠，由於A1 基複合材料胚淀45的表面事先利用強化材料處理，使其具有良好的導熱性並展現超強的散熱能力。因此，可大大地增進摩擦構件1 6的散熱能力。再者，如前述，由於Αι基複合材料胚錠4 5具有超強的成形性且能穩定地加以塑性變形 ’可利用擠壓成形製作所需形狀，如圖4A所示。圖4A對應圖2流程圖步驟11，而圖4B對應步驟12。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製在圖4A中，首先將A1基複合材料胚錠45裝入容器50 中，一端利用衝桿5 1擠壓，使得A1基複合材料胚錠45從模具52及心軸53之間擠出。擠出的A1基複合材料胚錠45 形成外圈具有凹凸部（圖4B)，且內圈構成刹車鼓1〇內徑D1 的圓柱構件54(見圖1)。一般而言，由於延展性以及塑性變形能力不佳，習知 A1基複合材料胚錠很難擠出理想形狀。因此，本發明採用的A1基複合材料胚錠45使用氮化鎂進行化學反應來增強金屬氧化物以及熔融A1合金之間的吸濕性。經由化學反應可本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 477723 A7 B7 五、發明説明（14) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 增強金屬氧化物以及A1合金表面的結合性，在兩種材料之間形成強力介面狀態。因此，相較於習知A1基複合材料，本發明採用的A1基複合材料胚錠45展現超強的延展性且可利用擠壓成形來形成任何所需形狀。由於具備超強的延展性，可將A1基複合材料45柱狀胚錠適當地擠壓成圓柱構件（所謂的”中空模製造法”）。圓柱構件54用作圖1的摩擦構件16，爲了使摩擦構件 16保持必要的強度，圓柱構件54的張力強度以及保證應力必須保持在預定値以上。爲此，本實施例的擠出率R設定在10至40，其中擠出率R定義爲A1基複合材料胚錠45擠出前的斷面積S1除上擠出後形成的圓柱構件54斷面積S2 。在10至40的範圍內對A1基複合材料胚錠45的擠出率R 做修正，可達到高品質、無內部缺陷的圓柱構件54，因此本實施例可免除複雜的品管步驟。至於擠出率R爲何要設在1 0至40的範圍內，稍後利用圖5會做詳細說明。經濟部智慧財產局員工消费合作社印製將擠出後的圓柱構件54按照刹車鼓1〇(圖1)的寬度做切割，如圖4B所示。切割後的圓柱構件54構成圖1刹車鼓 1 0之摩擦構件1 6。由於張力強度與保證應力可保持在預定値，摩擦構件1 6可保持作爲剎車鼓摩擦構件所需強度。利用在外圏1 7形成的凹凸部，摩擦構件1 6可與刹車鼓 10(如圖1)牢固地固定在一起。由於摩擦構件16外圈17上的凹凸部是在擠壓製程時同時產生，可提升良率。因此，相較於利用切削製程來製作凹凸部，可節省可觀的成本。稍後將利用圖1 3至14B對摩擦構件1 6凹凸部做更詳細地說本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 B7 五、發明説明（15) 明。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5顯示本發明刹車鼓製造時，擠出率與張力強度及保證應力之間的關係。詳細地說，在圖5中，橫軸代表擠出率R ’縱軸代表圓柱構件54(亦即，摩擦構件16)的張力強度（MPa)及保證應力（MPa)。此處，保證應力表示產生 0.2%永久應變所需的應力水準。如果擠出率R設定値小於1 〇，摩擦構件1 6的張力強度低於預定値（約3 80MPa)且保證應力亦低於預定値（約24〇MPa：) 。因此，在此例中，摩擦構件1 6無法達到預定強度。再者，.當擠出率R小於1〇，製造A1基複合材料胚錠45時所產生的鑄造缺陷，如收縮孔穴等會殘留下來，很可能在擠出後產生空孔。一另一方面，如果擠出率R設定値大於1 〇，摩擦構件16 的張力強度可增加至預定値（約38OMPa)且保證應力亦高於預定値（約240MPa)。因此，在此例中，摩擦構件16可達到預定強度並獲得足夠的內部品質。因此，在此例中，從A1 基複合材料胚錠機械強度的觀點，擠出率R下限設爲10。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製然而，當擠出率R超過40，由於擠出力量過大使得擠出速度顯著降低。如此低的擠出速度會降低製程循環效率並導致製造成本增加；因此，在此實施例中，擠出率R上限設定爲40。圖6顯示製造本發明刹車鼓的裝置，以及對應圖2流程圖步驟1 3，剎車鼓製造裝置的功能。此處，將前一步驟製造的摩擦構件1 6利用加熱爐60加本紙張·尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 B7_ ___ 五、發明説明（16) 熱至預疋溫度（亦即’ 1 〇〇。(3 )，經由傳送區6 1將加熱後的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 摩擦構件1 6傳送至如箭頭所示的等待位置P 1。抵達等待位置P1的摩擦構件16利用第一止動區62的止動件62a停在等待位置P 1的預定位置上。爲了進一步將摩擦構件16移動至裝配區63的裝配位置 P2 ’撤回第一止動區62的活塞桿62b令止動件62a上升，同時撤回第二止動區64的活塞桿64b使止動件64a上升。在此情況下，致動傳送區6 1 .，將停止在等待位置P 1的摩擦構件1 6傳送到裝配位置P2。在摩擦構件1 6傳送至裝配位置P2後，前進第一及第二止動區62及64的活塞桿62b及 64b ’分別降下第一及第二止動件62a及64a。結果，將摩擦構件16固定在裝配位置P2。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製之後’裝配活塞65的活塞桿65a將固定在活塞桿65a 末端的板66向前推進。向前推進的板66使得摩擦構件16 沿著軌道67朝可動模具構件71的突出部72移動（此後稱做” 可動模具突出部”），如箭頭（4)所示。可動模具構件71是鑄模70的一部分。裝配區63沿著垂直方向遠離可動模具突出部72，與具有突出部72的模具保持適當距離。詳細來說，如圖7及8所示，事先依箭頭方向（4)利用裝配活塞65的活塞桿65 a推動摩擦構件16，使得摩擦構件 16能配套在可動模具突出部72上。可動模具突出部72包含冷卻區74 ’藉由供水管75 a將冷水依箭頭a方向供應至銅管7 5b ’供應的冷水經由銅管75b末端流入突出部72的冷水通道76a，沿著箭頭方向迴轉，經由通道76a排入排水管 ------ - ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4規格（210X297公釐） 477723 A7 ________B7 五、發明説明（17) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 6b，如箭頭b所示。透過此方式，冷水在可動模具突出部 72內部薇循環，使突出部72約可冷滞I約初飞。因此，導致可動模具突出部72收縮，使外徑D2變小。如前所述，由於摩擦構件1 6事先加熱至1 00 °C，摩擦構件16內徑D1膨脹至足以大過可動模具突出部72的外徑 D2。透過此方式，可將摩擦構件16穩定地配套在可動模具突出部72周圍。如圖8所示，冷卻區74包含四條冷水通道7 6a分別間隔90度繞在可動模具突出部72外圍，經由此安排，冷水通道76a可有效地將可動模具突出部72降溫至預定溫度(約50 °C )。然而，冷卻區74包含4條以上的冷水通道76a，可根據所需的冷卻條件來選擇冷水通道76a的數目。經濟部智慧財產局員工消費合作社印^ 如圖9所示，當摩擦構件16配套在可動模具突出部72 外圍時，加熱至100 °C的摩擦構件16與約50 °C的可動模具突出部72接觸。由於可動模具突出部72的導熱能力大於摩擦構件1 6，在突出部72與摩擦構件1 6接觸後，摩擦構件 16冷卻至與可動模具突出部72相同溫度。因此，摩擦構件 16的溫度從100 °C下降至50 °C並收縮，使得摩擦構件16的內徑D 1變小。另一方面，可動模具突出部72的溫度保持在50 °C。透過此方式，摩擦構件16可縮套在可動模具突出部72上，使得摩擦構件16及可動模具突出部72可緊密接觸以消除兩者間可能的間隙。摩擦構件16經由上述方式配套在可動模具突出部72上後，可動模具構件71依箭頭（5)方向朝固定模本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 ----- -----B7 _ 五、發明説明（18) 具構件77移動，直到摩擦構件丨6適當地裝入鑄模7〇內。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1 0顯示刹車鼓摩擦構件與鑄模之間的熱變化量，其中橫軸表示溫度，縱軸表示摩擦構件16與可動模具突出部 72之間的間隙。再者，於圖中，粗實線代表可動模具突出部72的熱膨脹曲線，細實線代表摩擦構件1 6的熱膨脹曲線〇適當地選擇摩擦構件1 6的內徑D 1，使得摩擦構件1 6 與可動模具突出部72之間的間隙很小（例如，〇〇5mm或更小），如此，當摩擦構件1 6降至與可動模具突出部72相同溫度時，後述的A1合金熔融金屬不會流入摩擦構件丨6及可動模具突出部7 2之間。摩擦構件1 6內徑D 1最小値d 1以細實線表示，摩擦構件1 6內徑D 1最大値D 1以虛線表示。如之前所述，摩擦構件16利用A1基複合材料製作，而鑄模70是利用合金工具鋼（nS-G-4404-SKD)製作。經濟部智慧財產局員工消費合作社印災可動模具突出部72(SKD)熱線膨脹係數約13.5 X 10_6/°C ，且當可動模具突出部72從0°C加熱至50 °C時，可動模具突出部72的外徑D2增加+0.05。再者，當可動模具突出部 72加熱至75 °C時，可動模具突出部72的外徑D2增加 + 0.075。如果可動模具突出部72加熱至100 °C，外徑D2增加+0.10。由於可動模具突出部72具有低的熱線膨脹係數，外徑D 2增加量相當小。另一方面，摩擦構件16的熱線膨脹係數（A1基複合材料胚錠）約20 X 1CT6/°C，比可動模具突出部72的熱線膨脹係數大。因此，如果摩擦構件16從0 °C加熱至50 °C，摩擦本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 , _ _B7_ 五、發明説明（19) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 構件16最大內徑D1增加+0.10，且如果摩擦構件16加熱至 75 °C，丙徑增加+0.15。再者，如果摩—擦構件re加 °C，摩擦構件16最大內徑D1增加+0.20。由於摩擦構件16 具有較大的熱線膨脹係數，內徑D 1隨溫度上升迅速增加。摩擦構件1 6的最小內徑d 1與最大內徑D 1採相同的溫度斜率增加。因此，如果摩擦構件1 6加熱至1 0(TC且可動模具突出部72加熱至50°(：，”最大內徑01-外徑02”的差異變成+0.15 ，且”最小內徑dl-外徑D2”的差異變成+0.05。因此，允許摩擦構件16與可動模具突出部72具有較大的間隙，如此可增加摩擦構件1 6套置在可動模具突出部72外圍的便利性。在摩擦構件16套置在可動模具突出部72外圍後，將摩擦構件16冷卻至與可動模具突出部72相同溫度。在此期間，”最大內徑D1-外徑D2”的差異從+0.05降至-0.15。如此，摩擦構件1 6與可動模具突出部72之間的間隙變得相當小，或利用縮配效應幾乎完全消除。經濟部智慈財產局員工消費合作社印製如此，摩擦構件1 6與可動模具突出部72共軸，無不理想的偏位情形，同時在灌入熔融金屬時，可防止熔融金屬流入摩擦構件1 6內圍。再者，既然摩擦構件16熱線膨脹係數（約20 X 1(T6/°C ) 大於可動模具突出部72的熱線膨脹係數（約13.5 X l〇_6/°C ) ，摩擦構件1 6不需加熱至非常高的溫度即可有效地提供縮配效應。因此，可降低加熱爐60的成本。接下來，如圖11 A所示，將鑄模70關閉或咬合，經由 _____—22 -_______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 ------—_—-五、發明説明（20) 固定模具構件77的澆注口 70a將A1合金熔融金屬依箭頭（6) 方向注入模穴70b中，使A1合金包鑄在摩擦構件16上。包鑄在摩擦構件1 6上的A1合金構成圖1中的輪轂1 5。由於A1合金熔融金屬溫度高達680 °C，摩擦構件16與可動模具突出部72利用灌入模穴70b內的熔融金屬一起加熱，使得摩擦構件16及可動模具突出部72之間產生相當大的間隙。然而，經由冷卻區74循環的冷卻水流經可動模具突出部72內部，可避免摩擦搆件16及可動模具突出部72 的溫度過度增加。 .接著，在A1合金凝固後，將可動模具構件7 1沿著箭頭 (7)方向移動，並使滑動模具構件78沿箭頭（8)方向向外退出。之後，將鑄成品79依箭頭（9)方向從可動模具構件71中取出。如前所述，由於摩擦構件1 6可緊密地配套在可動模具突出部72上，可沿著刹車鼓10軸線10a共軸包鑄在外層。再者，此實施例可防止A1合金黏在摩擦構件1 6內圓周面1 8 上，或者可減少A1合金附著在內圓周面1 8上的量。如果必要，可將鑄件79之摩擦構件1 6內圓周面硏磨成想要的尺寸，如此便完成圖1之刹車鼓1 0。圖1 2顯示本發明刹車鼓鑄造程序說明圖，其中橫軸代表數個鑄造程序，縱軸代表可動模具突出部72的溫度。在圖1 2中，實線表示具有上述冷卻區74之本發明此實施例，虛線表示不具備冷卻區74之習知刹車鼓。在習知範例中，當摩擦構件1 6大致套在突出部72外圍 S3---- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） H- —>ϋι ·>ΙΒ1ϋ * m· fl«l— nm tmmgM—iBtmmf ·• Jm (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 477723 A7 B7 ______ 五、發明説明（21) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 時，可動模具突出部72的溫度是丨20 °C。由於可動模具突出部72的溫度高達1 20 °C，必須將摩擦構件1 6加熱至1 20 。(：以上以便使得可動模具突出部7 2及摩擦構件1 6之間有相當大的間隙。要將摩擦構件1 6加熱至如此高的溫度會導致加熱設備成本增加。將加熱後的摩擦構件1 6配套在可動模具突出部7 2外箇時，可動模具突出部72的溫度增加至120 °C以上。接著，在鑄模70合模後，將熔融金屬（約680 °C )在此條件下灌入鑄模70中，使得摩擦構件16亦加熱至230 °C，如此在摩擦構件16及可動模具突出部72之間會產生相當大的間隙。因此，當澆鑄熔融金屬時，摩擦構件1 6相對可動模具突出部 72容易產生位移，因此摩擦構件16很難同軸地對可動模具突出部72進行包鑄。經濟部智慈財產局a (工消費合作社印製在本實施例中，另一方面，當摩擦構件1 6大致套在突出部72外圍時，可動模具突出部72的溫度僅有50 °C。由於可動模具突出部72的溫度低達50 °C，只需將摩擦構件 1 6加熱至1 00 °C即可。降低摩擦構件1 6所需溫度可有效地抑制加熱設備成本增加。接著，在鑄模70合模後，在此情況（約680 °C )下將熔融金屬注入鑄模70中，此時冷卻水經過冷卻區74進行循環，流經可動模具突出部72內部，使得摩擦構件1 6及可動模具突出部72可限制在15 0 °C以下。因此，如圖10，摩擦構件16及可動模具突出部72之間的間隙可限制在大致相同的尺寸範圍內。如此一來，能與可動模具突出部72共軸地包本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 54 477723 A7 B7 五、發明説明（22) 鑄摩擦構件16，同時防止熔融金屬流入可動模具突出部72 及摩擦構件1 6之間。圖13顯示配備有本發明刹車鼓之鼓式剎車裝置。當摩托車前進時，固定在摩托車上的刹車鼓1 〇逆時針旋轉，如箭頭所示。在此情況下，當凸輪26依箭頭方向旋轉時，成對的剎車皮23抵抗拉伸彈簧24彼此徑向地朝外側分離。藉此，各剎車皮23的墊23a緊緊地撐壓在摩擦構件16的內圈表面1 8，促使刹車鼓1 0停止轉動。此時，旋轉力量持續從車子傳送至輪轂1 5，此時鼓體 1 3與摩擦構件16分離繼續轉動。此即是爲何本發明摩擦構件16在其外圍17以等0角間距形成突出部17a的原因，在此方法中，外圍17具有交替的凸部及凹部。摩擦構件16利用外圍1 7的凹凸部與鼓體1 3內圏嚙合，使摩擦構件1 6牢牢地固定鼓體1 3，因此，縱使有極大的圓周負載作用在摩擦構件1 6上，摩擦構件1 6不會與鼓體1 3產生相對位移而與鼓體13分離。上述突出部17a的角度間距0設在6-45°範圍，尤其是介於6-30°範圍內。雖然各突出部17a的高度h相較於摩擦構件16厚度t最好設的相當小，亦即介於0.5-3 mm的範圍內，高度h可根據剎車鼓的尺寸做變化，不必限制在〇. 5 -3mm範圍內。圖14A及14B顯示摩擦構件熱膨脹圖解，圖14A顯示習知刹車鼓摩擦構件之熱膨脹情形，圖1 4B顯示本發明摩擦構件之熱膨脹情形。 -：-----25 - ___ 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS〉A4規格（210X297公釐） "~" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 d 經濟部智慧財產局員工消費合作社印災 477723 A7 ______B7_ 五、發明説明（23) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在圖14A中，刹車皮撐壓摩擦構件100內圈表面產生摩擦熱，摩擦構件100溫度約上升至400 °C。既然產生的摩擦熱無法瞬間傳送到鼓體105，摩擦構件100會因爲摩擦熱產生熱膨脹。從習知刹車鼓中可看出，摩擦構件1 〇〇各突出部1 02的高度hi很大（3mm以上），會使突出部102的熱膨脹加劇。因此’摩擦構件100內圈表面101，相對突出部102的部分，分別向內突出形成熱膨脹部1 03。同樣地，如果突出部 102彼此之間的角度間距0 1超過45°，突出部102彼此過度分離使得突出部102的熱膨脹無法廣泛地由各部分吸收，如此使得摩擦構件1 00內圏表面1 〇 1，相對突出部1 02的部分，向內膨脹形成熱膨脹部1 03。結果，剎車皮墊無法緊密且均勻地撐壓在摩擦構件1 〇〇內圈表面丨〇丨上。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製如圖1 4 B，在本發明實施例中，另一方面，摩擦構件 1 6各突出部1 7 a的局度h設得很小，最好介於〇. 5 - 3 m m，相較於習知剎車鼓，摩擦構件16形成突出部17a各區域的整各徑向厚度減小，如此可限制熱膨脹。再者，如果各突出部17a之間的間隔角度設定在6-45。範圍內，最好介於6-30 。範圍內’各相鄰的突出部17a彼此靠得較近，允許摩擦構件1 6內圏表面1 8產生均勻的熱膨脹。結果，刹車皮23可均勻地撐壓在摩擦構件16內圈表面18上。値得注意的是，縱使突出部1 7 a間隔角度介於3 0 - 4 5。，在摩擦構件16內圈表面18，相對突出部na位置所產生的熱膨脹可落在允許範圍內。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公着） 56- 477723 A7 __B7_ 五、發明説明（24) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當各突出部17a之間的間隔角度Θ大於45 °時，各相鄰的突出部17a彼此距離過度遠，亦即，突出部17a的數目顯著減少（等距之六個或六個以下的突出部17a)，由於在鼓體 13及摩擦構件1 6之間的結合力減少，此種設計不理想。再者，當突出部1 7a之間的間隔角度0小於6°以下，各個相鄰的突出部17a靠得太近，意指突出部17a之間的凹部過窄，如此，鼓體13與摩擦構件16凹部咬合的突出部位寬度變窄，造成鼓體1 3突出部位的強度不足，因此，當刹車皮撐壓摩擦構件16時，摩擦構件16將會與鼓體13分離〇爲了提供上述良好的解決方案，本發明突出部1 7a間隔角度β設定在6-45 °範圍內，根據此規則，可提供具有預定強度、數量足夠的突出部17a，使得鼓體13與摩擦構件16 之間的結合力大增。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製再者，當各突出部17a的筒度h小於〇.〇5mm時，摩擦構件1 6與鼓體1 3之間的嚙合量，亦即結合力，變得相當小，因此當剎車皮撐壓摩擦構件1 6時，摩擦構件1 6很可能會與鼓體13分離。再者，當各突出部17a的高度大於h時，當摩擦構件16 熱膨脹時，類似習知刹車鼓，在摩擦構件1 6內圈表面1 8會產生不理想的熱膨脹部。爲了提供上述良好的解決方案，本發明摩擦構件1 6突出部17a的高度h設定在0.5-3mm的範圍內。雖然在上述例子中，使用鋁32作爲金屬氧化強化材料 -^-----27 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A7 ____B7___ 五、發明説明（25) 來說明本發明摩擦構件1 6實施例在摩托車刹車鼓上的應用 ’本發明摩擦構件1 6可應用在汽車上。工業應用在本發明中，形成外.鼓體的A1合金以及形成內部摩擦構件的A1基複合材料皆是A1合金，本發明刹車鼓可顯著地降低整體重量。再者，由於摩擦構件在外圈形成凹凸部且摩擦構件周圍利用A1合金包鑄，摩擦構件與鼓體可牢固地固定在一起’可有效地防止摩擦構件與鼓體分離。因此，本發明刹車鼓可有效地應用在摩托車或汽車的鼓式剎車裝置上。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝' 訂經濟部智慧財產局員工消f合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims

477723 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種使用在鼓式剎車的剎車鼓，包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圓柱刹車構件，其外圍具有數個在圓周方向等間距設置的突出部；以及固定在摩擦構件外圍，一體成形的鼓體。 2·如申請專利範圍第1項之剎車鼓，其中該摩擦構件利用鋁基複合材料製成，且該鼓體是利用鋁合金製成。 3 ·如申請專利範圍第1項之剎車鼓，其中摩擦構件各突出部的突出高度介於0.5-3.0mm。 4. 如申請專利範圍第1項之剎車鼓，其中突出部之間的間隔角度在6-45度的範圍內。 5. 如申請專利範圍第1項之剎車鼓，其中突出部之間的間隔角度在6 - 3 0度的範圍內。 6. —種刹車鼓製造方法，將摩擦構件固定在以鋁合金形成的備份構件內圏表面，該方法包含：製作A1基複合材料環形摩擦構件之步驟；加熱該摩擦構件的步驟；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製裝配該摩擦構件的步驟；利用該加熱步驟進行加熱，使得鑄模模具構件之突出部的溫度低於該摩擦構件；將鑄模另一塊模具配合在模具構件上形成模穴的步驟將熔融A1合金注入模穴並強制冷卻受熱的該摩擦構件，使得該摩擦構件以合金包鑄。 7. 如申請專利範圍第6項之方法’其中該摩擦構件強制冷卻動作是利用模具突出部內的冷卻液體循環達成。 _______-29- _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 477723 A8 B8 C8 _______ D8 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該基鋁複合材料環狀摩擦構件的製造步驟包含： Γ請先閎讀背面之注意事項再填寫本耳) 製作A1基複合材料的步驟，將金屬氮化物強化材料與氮化鎂接觸並使A1合金滲入強化材料中，至少一部分強化材料利用氮化鎂進行還原反應以還原金屬部分；且成形步驟，將A1基複合材料擠入周圍具有凹凸部的圓柱構件中，且該圓柱構件的內徑構成該刹車鼓的內徑；以及將該圓柱構件依據該刹車鼓的寬度做切割的步驟。 9. 一種剎車鼓製造方法’將摩擦構件固定在以A1合金形成的備份構件內圈表面，該方法包含：製作A1基複合材料的步驟，將金屬氮化物強化材料與氮化鎂接觸並使A1合金滲入強化材料中，一部分強化材料利用氮化鎂進行還原反應以還原金屬部分；且成形步驟，將A1基複合材料擠入周圍具有凹凸部的圓柱構件中，且該圓柱構件的內徑構成該刹車鼓的內徑；以及經濟部智慧財產局員工消費合作社印製將該圓柱構件依據該刹車鼓的寬度做切割的步驟。將摩擦構件置入鑄模中並利用A1合金包鑄固定在鑄模內的該摩擦構件，形成該備份構件。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，步驟進一步包含：製作好該摩擦構件後，將該摩擦構件加熱至該鑄模溫度以上，將加熱的摩擦構件安裝在該鑄模內後，利用A1合金包鑄該摩擦構件。 -30- 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS )八4規格（210X297公釐） 477723 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍包範積驟的面步 ο 斷形4的成0S前該10出中在擠其定料，設材法率合。方出複積之擠基面項’A1斷 ^94^爲件義構圍材定主 JI会 R 圓 W複率的專基¾¾ 靑 1 0U 0 卩A擠形 U出中後 1J擠其出 11當，擠 :內上含圍除 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -31 -