用于生产制动盘的方法及制动盘 |
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| 申请号 | CN201480058234.X | 申请日 | 2014-10-15 | 公开(公告)号 | CN105814333A | 公开(公告)日 | 2016-07-27 |
| 申请人 | 福特全球技术公司; | 发明人 | 迈克·布罗达; 伊凡·布鲁根; 托马什·帕维尔·格拉比克; 克莱门斯·玛丽亚·瓦普特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制造用于车辆的 制动 盘 (1)的方法，其中保护层设置在制动盘(1)的主体(2)上。建议该方法至少包含以下步骤：?预加工呈现为坯料的主体(2)的至少一个或一些区域；?在至少一个或一些区域中向主体(2)施加釉质涂层(10)；?后处理在至少一个或一些区域中被涂覆的主体(2)，其中，釉质涂层(10)通过相形成而 冶金 地结合至主体(2)的 基础 材料。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造用于车辆的制动盘(1)的方法，其中，保护层设置在所述制动盘(1)的主体(2)上，所述方法至少包含以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于生产制动盘的方法及制动盘[0002] 本发明涉及一种用于生产用于车辆的制动盘的方法以及涉及一种用于车辆的制动盘。 [0003] DE AS 1 625 680涉及一种用于湿式离合器和制动器的摩擦体。该摩擦体具有支承件及至少一个应用到该支承件上的烧结的、多孔的且金属的摩擦衬片。建议摩擦衬片应该由金属纤维制成，其中孔隙率为至少50％。 [0004] DE 10 2010 049 797 A1公开了一种可以与轮毂集成地制造的制动盘，其目的是能够降低制动盘的摆动。另外，制动盘的摩擦表面可以具有摩擦涂层，该摩擦涂层可以由硬质金属或陶瓷制成。 [0005] EP 1 987 267 B1涉及一种制动盘，该制动盘基于使用这样的材料，其中一种材料被期望用于执行结构性功能并且另一种材料被期望用于执行制动功能。该制动盘包含支承或结构盘，该支承或结构盘的侧面具有第一和第二摩擦盘。摩擦盘由适合执行制动功能的材料制成。结构盘由复合材料制成。结构盘的复合材料可以由树脂组成，该树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯、含氰基的环氧树脂、陶瓷树脂及釉料或它们的结合。摩擦盘可以由选自钢铁、铸铁、硬质铝、氧化铝(陶瓷)、碳化硅、氮化硅、碳化钛及碳陶瓷的材料制成。 [0006] 在车辆上，尤其是机动车辆上，盘式制动器形成可能最广泛分布的类型的制动系统。盘式制动器实质上由制动盘及安装在制动盘的边缘周围的制动钳构成。在该设置中，制动盘通过可旋转地安装在转向节中的轮毂连接到将要被制动的车轮。相反，制动钳固定在转向节上。通过制动衬块获得实际的减速，该制动衬块可以设置为抵靠制动盘，并设置在制动盘的两侧，位于制动盘和制动钳之间。 [0007] 根据本申请，制动盘可以由例如灰口铸铁(GG)的铁或可替换地由碳陶瓷或铝制成。同时，制动盘应该具有表现出尽可能少的磨损并且几乎不释放细粉尘的表面。为了获得该表面，目标是使表面尽可能坚硬。因此，例如，在由铝制成的制动盘的情况下，以适合的方式加入碳化硅(SiC)，在表面上沉积一层抗磨损保护涂层。然而，制造非铁质材料制成的制动盘在某些情况下是困难的并且通常是昂贵的。 [0008] 使用热喷涂可以获得这样的保护层的另一形式的实施例。在该过程中，将要施加到制动盘的主体表面上的材料预先通过热作用被软化并通过气流以单个粒子的形式被加速。一旦粒子碰撞，就形成纯机械结合，主体表面不会熔融。该材料可以是金属或氧化物陶瓷或碳化物材料。除了高成本以外，这里的优势尤其是这样的保护层的耐久性。因此，表面通过喷砂仅仅中度粗糙化通常是可行的，并且这不会导致持久的机械结合。尤其当将硬质铸铁用于主体时，本身优越的楔形粗糙化是不可行的。 [0009] 在制动衬片和制动盘之间的磨损过程中，发生颗粒，即细粉尘排放。然而，除了细粉尘问题，锈蚀的制动盘的视觉影响以及昂贵的铝轮辋扮演另一角色。已知的是大约70％的细粉尘颗粒源于灰口铸铁制动盘材料。通过磨损撞击铝轮辋产生这些颗粒的温度是非常高的，高至700℃。在该过程中，它们可以简单地侵蚀至铝表面上的透明涂层中，并且，即使在汽车清洗中及最小心的情况下，灰黑涂层的移除是非常困难的。另外，在静置很久时间以后已经锈蚀的衬片的情况下，振鸣噪音或制动抖动另外被视为是麻烦的。 [0010] 通过制动盘后面的一种真空清洁器捕获形成的细粉尘颗粒并且在例如过滤纸的过滤元件中收集它们将是可行的。尽管防止或最小化环境污染或污浊的铝轮辋的形成因此是可行的，但是通过这种方式无法解决磨损及腐蚀的根本问题。 [0011] 同样可行的是，提供使得车辆至少能够在必须在代理商的展厅中展示的崭新的车辆不具有锈蚀的制动盘的情况下，从制造商达到代理商的被称为暂时低成本的保护层。这些保护层通常是包含锌颜料的有色喷涂层。另一方面，具有已知的制动系统，其中锌在制动过程中摩擦到灰口铸铁表面上，因此提供阴极腐蚀保护。另一方面，该锌薄膜对制动衬片的摩擦功能具有负面影响，并且摩擦系数降低。 [0012] 通过基于氮化铁的渗氮扩散的涂层同样是可行的。该涂层产生短期磨损及腐蚀保护；然而，该涂层的寿命有限。在例如德国的具有车辆高速限制的国家，这导致高的制动温度，由于该原因NAO(Non-asbestos organic无石棉有机)衬片在这些国家并不适用。另外，由于大的熔炉腔室需求，其过程是非常浪费时间并且是非常昂贵的。 [0013] 许多热喷涂方法(上面已经提到过)及电解涂层方法同样被使用。生产这些涂层非常昂贵。在电解方法的情况下，整个部件必须涂覆有铬或镍或硬质材料的加镍粒子。然而，这样的电解涂层及热喷涂涂层二者在盐喷雾实验中均趋于表现不佳。因此，即使有额外的密封方法，热喷涂涂层的底蚀也不能可靠地避免。 [0014] 鉴于指出的现有技术，在作为大规模生产的制品的制动盘的简单且耐用的制造方面仍然有提高的空间。 [0015] 考虑到该背景状况，本申请的根本目的在于提供一种用于制造用于车辆的制动盘的方法，该方法允许低成本且耐用的大规模制造。另外，目的是提供一种用于车辆的制动盘，除了低成本制造以外，该制动盘尤其具有改善的抗腐蚀侵蚀性及延长的寿命。 [0018] 根据本发明，下面呈现了一种用于制造用于车辆的制动盘的方法，在该方法中保护层被设置在制动盘主体上的至少一个或一些区域中。根据本发明，该方法至少包含以下步骤： [0019] -预加工呈现为坯料的主体的至少一个或一些区域； [0020] -在至少一个或一些区域中向主体施加釉质涂层，以及 [0022] 根据本发明的釉质涂层优选地是熔融混合物。在上釉温度，玻璃形成氧化物熔融以形成玻璃熔体。这里，玻璃形成氧化物可以是SiO2，B2O3，Na2O，K2O及Al2O3。基础釉质包含按重量计大约23-34％(重量百分数)的硼砂，按重量计28-52％的长石，按重量计5-20％的石英，按重量计大约5％的氟化物，剩余的为碳酸钠及硝酸钠。Ti、Zr和Mo的氧化物可以用作遮光剂。 [0023] 为了保证釉质涂层牢固地粘附于金属基体，即主体的基础材料上，例如提供氧化钴、氧化锰或氧化镍作为组分。同样可能的是，使用陶瓷颜料，例如氧化铁、氧化铬和尖晶石。 [0024] 在一优选实施例中，所提到的物质被精细研磨并熔融。熔融物被淬火，也就是说优选地被加入到水中，其中因此形成的颗粒状的玻璃式釉料在下一步骤中再次被精细研磨。在研磨过程期间，例如，添加30％到40％的水连同黏土和硅粉。根据釉质的类型，还添加提到的遮光剂和颜料氧化物。 [0025] 通过这种方式，形成釉浆，该釉浆应该静置一定时间，优选数天，以保证釉浆在进一步使用之前更好地混合。使用适合的浮选剂以确保例如浸渍涂层之后获得均匀的层厚，并且将更加详细地解释可行的浸渍涂层过程。 [0026] 制动盘，即其主体优选地通过砂模铸造来制造。在这种情况下，主体，即坯料，具有环绕的外部制动环，该制动环用于接触制动钳的制动衬块，当然，其中制动衬块或制动衬片接合在制动环的两侧，即摩擦表面。主体的中央具有开口，该开口设置在主体的凸起中。围绕开口以均匀间隔设置的优选的是穿过凸起的五个通孔。所述通孔用于接收车轮螺栓，通过该车轮螺栓，制动盘连同车轮可以连接至轮毂。也可以被称为制动盘帽的凸起可以与制动环整体地制造，即铸造，或者作为单独元件以适合的方式连接至制动环。主体可以制成本身已知的不通风的或通风的制动盘。在通风的制动盘的情况下，摩擦表面设置在壳体盘上，其中相对的壳体盘由肋条间隔。当然，每个壳体盘也只具有一个摩擦表面，而这本身是已知的。因此，在壳体盘之间形成气隙，由于这本身是已知的，因此不再给出其更多的细节。 [0027] 然后该坯料的至少一个或一些区域被预加工，其中尤其是将来的摩擦表面被预加工。预加工可以通过化学方法完成，其中预加工优选地通过车削方法执行，更加优选地通过干式车削方法(干式车削)。在这种情况下，将被涂覆的区域，也就是说例如摩擦表面，优选地以使它们具有例如6到7μm的粗糙度这样的方式被加工。为了预加工的目的喷砂也是可行的，并且不旨在排除其他适合的预加工方法。 [0028] 一旦至少摩擦表面已经被预加工，可以施加釉质涂层。尽管通过刷涂或在浸渍浴中施加也可能是适合的，但这可以通过热喷涂完成。因此，如果涂层，即釉浆作为湿釉质涂层施加也是适合的。 [0029] 在由喷涂施加的情况下，适宜规定釉质涂层以水相悬浮液(釉浆)被施加。在此有利的是，由于喷涂装置可以覆盖个别的基材上将被涂覆的区域，所以至少预加工区域是非常易接近的。涂层可以以使主体优选地旋转这样的方式被施加。可行的是使制动盘以80每分钟转数(rpm)旋转。例如，通过利用压缩空气雾化，釉质涂层可以在2到4巴的压力下被喷涂。通过这种方式，釉质涂层可以以期望的材料厚度在非常短的时间内，例如20秒钟内被施加，其中通过自动参数监控，例如借助计算机控制的喷雾机器人，釉浆的输送速率可以被控制在非常窄的范围内，以便能够产生在各种情况下具有小的厚度波动的各个釉质涂层。在根据本发明的方法中，优选地选择单级釉质涂层过程。由于仅仅单级施加是优选的，所以这使得基础釉质和最上层釉质无需单独施加成为可能。旋转喷涂装置及将要被涂覆的固定的盘式制动器也是可行的，但不是优选的。因此，可行的是仅在摩擦表面的区域提供釉质涂层。这可以以这种方式在不通风的制动盘和通风的制动盘上实施。根据另一可行的实施例，主体可以在浸渍浴中被涂覆，其中同样地提供水相溶液(釉浆)。在这种情况下，同样可行的是只涂覆制动环，即只有摩擦表面。在该过程中，主体不完全浸入到浸渍浴中，而是仅仅浸入使制动环浸入遍及一定区域这样的深度。通过旋转制动盘，整个制动环因此被涂覆。有利的是提供通风的制动盘，尤其通过浸渍浴具有釉质涂层的制动盘，由于湿润的釉质涂层还可以完全浸入两个壳体盘之间的间隙，因此，甚至允许与摩擦表面相对的内部表面被涂覆，当然，肋条同时同样被涂覆。 [0030] 除了其中只有制动环，即摩擦表面被涂覆的部分涂层以外，同样可行的是主体被完全涂覆。因此，制动盘然后被完全保护以抵抗腐蚀。然后同样有利的规定主体被完全预加工。 [0031] 另外，在此可行的是通过喷涂装置或在浸渍浴中提供釉质涂层。在浸渍浴中，如果制动盘将被完全涂覆则制动盘完全浸入。所述制动盘的旋转是没必要的但是可能是期望的。如果通过喷涂装置施加釉质涂层，可行的是施加至少颜色不同的釉质涂层。例如凸起，即制动盘帽也可以被实施为在低的光照情况下发光。这是适合的因为凸起本身并不像摩擦表面一样暴露在任何摩擦力下。然而，如果保证即使在制动衬片接合之后，即在各个摩擦表面上磨损之后，颜色保持不变，则当然同样可行的是摩擦表面呈现为具有一定的颜色。 [0032] 如果制动盘至少部分被涂覆，则其在另外的步骤中被后处理。为了该目的，有利地规定釉质涂层首先在施加之后被干燥，基于此提供烘烤处理。为了干燥釉质涂层，制动盘被送至干燥装置，其中釉质涂层的制动盘在大约90-120℃或大约80-100℃下干燥5到30分钟的时间。在本方法的优选实施例中，干燥过程可以在空气流通炉中执行。为了接下来的热处理，例如，釉质涂层的制动盘在连续炉中在大约800-940℃下烘烤。这允许釉质涂层通过相形成而冶金地结合至主体的基础材料。在该烘干过程中，获得厚度的连续氧化层的形成，该连续氧化层非常抗雨水及尤其是盐水的腐蚀。 [0033] 根据本发明的釉质涂层由于它们不会被破坏而区别于电解或喷涂涂层。如果保护层被破坏，则在涂层的下面形成氧化铁相，其随后导致与覆盖层的剥落相关的体积的大的增加。这有利于即使覆盖层由于局部损坏(硬冲击，化学损坏)被向下移除至基础材料，根据本发明的釉质涂层不会遭受进一步的损坏的实现。然后将仅在没有釉质涂层的区域发生锈蚀损坏，但是将不会进一步扩展。根据本发明的釉质涂层的另一优点被认为是这样的事实，其具有非常轻的重量，这归因于氧化铝、硅酸盐等的化学组成，以及典型的釉质的气孔和气泡结构。 [0034] 除了该良好的抗腐蚀性，根据本发明的釉质涂层的特征在于由于高的层硬度的良好的抗磨损性，其可以高达灰口铸铁基础材料的抗磨损性的三倍。通过使用“局部结晶的釉质”可以进一步加强抗磨损和/或抗热裂缝性，在“局部结晶的釉质”中，与传统釉质相比，玻璃基体中晶体的沉积增加抗磨损性。同样有利于可以通过加入纳米级硬质材料大幅度改善釉质的磨损行为这样的事实的实现。这些碳化硬质材料明显具有比无定型釉质基体更高的抗磨损性。通过改变碳化颗粒的尺寸可以进一步优化抗磨损性。 [0035] 灰口铸铁(GG)可以优选地被用作基础材料。 [0036] 在烘干步骤之后，釉质涂层表面可以可选择地经受最终处理，即精加工。优选地规定通过车削来加工摩擦表面并且移除由于烘烤过程形成的鳞片层。 [0037] 当然，可行的是在摩擦表面的区域没有任何加工的情况下使用制动盘。通过使用更薄的釉质层并且使用感应线圈来烧结与旋转运动结合的层，任何可能的径向摆动以及粗糙度都可被最小化。通过精细研磨操作的制动盘的精加工也是可行的，其中使用金刚石或碳化物杯形砂轮。借助车削的精加工是可行的，除了由于脆性的高硬度这都是可行的，其中PKD(多晶金刚石)可转位刀片是优选的。 [0038] 如果施加具有50μm到100μm层厚度的釉质涂层，则是有利于实现的。因此，根据釉质涂层的层厚度可行的是制造可以具有大于240,000km的寿命的制动盘。 [0039] 为了保证抗磨损性足够高，已经证明以使在烧结之后，即制动过程之后，硬度值＞650HV0.1这样的方式调整釉质涂层的组成是有用的。另外，该组成导致玻璃型釉质涂层，该玻璃型釉质涂层未完全熔融并且不具有定向的釉质的光滑表面而是具有由更高比例的结晶相导致的粗糙表面。理想地，晶体比例可以是20％也可以是30-50％。 [0040] 借助摩擦层的优异的抗腐蚀即抗磨损性，根据本发明的施釉方法尤其适用于制动盘的制造。另外，根据本发明的方法提供以通过一定的氧化物的加入，使得传统的摩擦衬片可以被应用这样的方式在宽的范围内调整摩擦系数的可能性，其中，与传统的灰口铸铁制动盘相比抗腐蚀性及抗磨损性显著提高。 [0041] 另外，如上所述，釉质涂层可以是着色的，使得在各个基体上选择不同的颜色成为可能。 [0042] 通过本发明，可行的是在整个制动盘上施加釉质涂层作为腐蚀保护层(防止红色锈蚀)，其中同样可行的是，仅在摩擦表面的区域上施加釉质涂层，作为具有适合的摩擦系数(避免磨削噪音)的磨损涂层。釉质涂层可以被施加在摩擦衬片接触表面外侧的区域中作为装饰性的、易清洁的涂层，其中釉质涂层可以被施加在接触区域以便防止制动盘的移动(防止轮毂上的锈蚀)。根据本发明的方法可以包含以下步骤：预加工、通过浸渍/喷涂的釉浆的施加、干燥及烧结以及精加工工作以获得所需的粗糙度。釉质涂层另外可以具有隔热效果，其结果是产生的热不会尽快地被消散。 [0043] 尽管单级涂层方法是优选的，但可行的是制动盘完全浸入低成本的釉浆中，这将是有利的，尤其在两个壳体盘之间具有大量的肋条的通风的制动盘情况下，在这种情况下，昂贵的、高品位的有色釉质层然后在接下来的喷涂施加中被施加在摩擦衬片表面和杯状接触表面(制动盘帽)之间的区域中。原则上，没有锈蚀颗粒可以形成在釉质涂层上，并且因此可以避免可能伴随传统的灰口铸铁制动盘发生的磨削噪音。 [0044] 具有釉质涂层的主体的边缘优选地具有半径R，该半径比边缘的半径区域中的釉质涂层的层厚大至少3倍。因此可以确保边缘区域内釉质涂层的均匀层厚。如果过渡区或边缘过于尖锐，则在那形成的釉质层将会过薄。 [0045] 下面通过在附图中示出的不同的说明性实施例更加详细地解释了本发明的其他有利的细节及效果，附图中： [0046] 图1以平面图示出了根据本发明的制动盘的示意性说明； [0047] 图2示出了图1的制动盘的截面图； [0048] 图3示出了图2的细节；以及 [0049] 图4以透视图示出了通风式制动盘。 [0050] 在不同的视图中，相同的部分总是具有相同的附图标记，并且因此它们通常仅描述一次。 [0051] 图1示出了根据本发明的制动盘1的示意性说明。其具有圆形主体2，作为示例由铸铁形成，也就是说，例如灰口铸铁(GG)。通过典型的方式，主体2具有环绕的外部制动环3，其与制动衬片(未示出)接触。在主体2的中央提供有开口4，其设置在主体2的凸起5中。凸起5还可以被称为制动盘帽5。在该情况下，围绕开口4以均匀间隔设置的是穿过凸起5的五个通孔6。所述通孔6用于接收车轮螺栓(在此未具体示出)，通过该车轮螺栓，制动盘1连同车轮(未示出)可以被连接至轮毂(同样未示出)。 [0052] 图2示出了从图1的制动盘1的平面a-a截取的截面图。如可以看出的，凸起5相对主体2的制动环3凸出。制动环3包含两个彼此平行对齐的制动表面，即摩擦表面7、8，也就是说第一摩擦表面7和第二摩擦表面8。图2中画出了点画线圆圈B，其中制动环3在圆圈B中的区域在图3中说明。 [0053] 图3示出了图2中制动环3的圆圈B内的细节。从制动环3在其第一摩擦表面7的区域的放大图中，可以看出的是，在该区域中釉质涂层10已经被施加到主体2的表面9。在此，釉质涂层10还覆盖外部周向表面。因此，整个制动盘1可以具有釉质涂层10。然而，同样可以想到的是，只有摩擦表面7和8具有釉质涂层10。 [0054] 边缘14呈现为具有半径R以保证均匀的釉质层被施加到该区域。在此，半径R是釉质涂层10的层厚的大约3倍。更大的半径是没有问题的，但是，在更小的半径的情况下，边缘14的区域内的层厚可能是不均匀分布的。 [0055] 釉质涂层10还可以被施加到制动盘的至少一个或一些区域上，其中只有摩擦表面7和8提供有釉质涂层10。然而，如所述的，同样可行的是，向整个制动盘1提供釉质涂层。釉质涂层可以通过喷涂装置或在浸渍浴中被施加。 [0056] 图4示出了具有壳体盘11和12的制动盘1，在壳体盘11和12之间设置肋条13，因此形成通风的制动盘1。该通风的制动盘还可以仅在其摩擦表面7和8上具有釉质涂层10。然而，如果通风的制动盘1完全被涂覆有釉质，则是有利的。为了该目的，该通风的制动盘1可以被浸入浸渍浴中，结果是互相相对的壳体盘11和12的内表面以及肋条13同时涂覆有釉质。 [0057] 同样可行的是，制动盘1具有不同的釉质涂层。因此，尤其可行的是在摩擦表面7和8上选择具有所需的摩擦系数的涂层，因此保证维持制动盘1的功能。在需要减速车辆的那些的外部表面上，制动盘可以具有釉质涂层，例如，其具有发光的、甚至是暗的颜色形式的信号效应。摩擦表面提供有相应的具有信号效应的釉质涂层与本发明是完全一致的。 [0058] 在所有情况下，在釉质涂层10施加之前，制动盘的至少一个或一些区域应该被预加工。加工同样被涂覆的制动盘1的区域是有利的。 [0059] 釉质涂层10施加之后，设想干燥并烘烤。作为选择，同样可以执行机械精加工操作。 [0060] 附图标记列表 [0061] 1 制动盘 [0062] 2 主体 [0063] 3 制动环 [0064] 4 开口 [0065] 5 凸起/制动盘帽 [0066] 6 通孔 [0067] 7 第一制动表面/摩擦表面 [0068] 8 第二制动表面/摩擦表面 [0069] 9 表面 [0070] 10 釉质涂层 [0071] 11 壳体盘 [0072] 12 壳体盘 [0073] 13 肋条 [0074] 14 边缘 [0075] R 半径 |
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