生產由帶有金屬轂的陶瓷部件組成的制動片的方法
2023-05-07 17:28:51 2
專利名稱：生產由帶有金屬轂的陶瓷部件組成的制動片的方法
目前，對重負荷制動有以下要求它們必需在短時間內、甚至在制動以後立即將大量的(動)能量轉變成熱量(也就是大多數在熱的階段)，它們必需不顯著損失效率，與車輛軸的摩擦連接必需在減速過程中經受住大的扭矩。
同時，為了保持驅動軸的轉動慣量，要求制動單元儘可能輕，而減速軸儘可能小。還期望這樣選擇制動片和制動塊的材料配對，以致使更容易更換的制動塊在材料配對內有較大的磨損。
今天大多數重負荷制動以盤式制動的形式來實現，制動片主要由鋼或鑄鐵組成。在操作溫度為約250至約600℃的制動中(例如I式賽車或飛機)，由碳纖維增強的炭製成的制動片已成功地被應用。但是，這種材料在高溫下在表面處被氧化，所以就長期使用來說有不利的性質。正如大家熟悉的，用碳纖維網增強的碳化矽基質的陶瓷複合材料性能更有利(WO 97/22815)。從而使碳纖維的高尺寸穩定性和高勁度與碳化矽有利的耐磨性能相結合，特別是與它的極好氧化穩定性和熱特性相結合。這一應用描述為，將這一陶瓷複合材料的各部分研磨成所需的形狀，然後固定在車轂和輪輻之間的鋼支承上。
陶瓷、特別是陶瓷複合材料的加工是昂貴的，幾乎不能自動化大規模生產。
所以，本發明的目的是提供一種使制動片連續生產成為可能的方法，該制動片的陶瓷部分、特別是陶瓷複合材料用作為摩擦面。
這一目的通過一種生產有由陶瓷材料、特別是複合材料製成的摩擦面的制動片的方法來實現，其中將至少一個陶瓷部分放在壓鑄模中，並通過在壓力下澆鑄，用熔融的金屬使它與旋轉上對稱的金屬體連接，後者含有至少一個相對於金屬體的旋轉軸對稱排列的陶瓷(複合材料)部分，並從金屬體的至少一個表面垂直於軸突出出來。
因此，陶瓷元件在模中的位置這樣來選擇，以致模的(對稱性)軸和以一個半徑值圍繞這一軸的區域是空的，也即不設有陶瓷部分，該半徑優選為成品制動片半徑的至少1/10和至多2/3。圍繞軸的這一區域的尺寸的要點是，制動減速引起的扭矩可傳遞給旋轉軸。
優選的是，(靠近對稱軸的)中心部分轂以槽的形式來實現。
陶瓷部分可能有任何截面，它們的數目為至少1個、優選2-80個、特別是4-40個。各部分必需相對於旋轉軸對稱排列，同樣可同時使用不同尺寸或不同形狀的部分，只要每一部分與至少一個其他部分一起滿足對稱條件，本身是旋轉對稱的。但是，優選所有的陶瓷部分有相同的尺寸。陶瓷部分的截面可為圓形、橢圓形或V型，但是矩形或不規則四邊形也可使用。
原則上，已知的所有陶瓷材料都可用作陶瓷材料；但是，由於溫度負荷，這樣的材料是優選的，它們在制動過程出現的高溫下不會氧化降解，甚至在這些溫度下仍有足夠高的硬度。具體地說，這樣的材料是纖維增強的陶瓷，優選用碳纖維或金屬須絲增強的陶瓷。由於碳化矽和其他非氧化的陶瓷例如氮化矽有利的熱性質、大的硬度以及由於化學穩定性，它們是特別優選的。各種碳化矽陶瓷例如RSiC(重結晶的碳化矽)、SSiC(燒結的SiC)和SiSiC(矽滲透的碳化矽)尤其適用，特別是碳纖維增強的SiC(C/SiC)。
用作支承和力一傳遞部分的金屬必需在低於陶瓷分解溫度下熔融，甚至它必需在升溫下、在扭轉中有足夠高的勁度，以便使所需的力傳到制動片中，它的熱膨脹不應與陶瓷有太大的差別，且它必需對陶瓷沒有(化學)侵蝕。在與碳纖維增強的、矽滲透的碳化矽的陶瓷組合中，鋁是適用的，當在合金中至少有40％鋁的鋁合金時。
制動片的生產以這樣的方式進行，以致用適合的自動安裝設備將陶瓷部分對稱地放置在壓鑄模中。然後在約5至約500巴的壓力下將熔融的金屬注入到這一模中。預熱壓鑄模是有好處的。在金屬固化以後，照常規將模打開，取出部件，再次用陶瓷插入件裝入模中，此後再一次進行注入步驟。如果需要，然後可將冷卻後的部件再進行加工。
如果只使用一個陶瓷部分，它在旋轉上是對稱的，優選為環形的。優選的是，環狀物在靠近軸的一側有單個的元件，優選至少兩個這樣的元件，所述的元件對旋轉軸是突出的或凹進的。由於這些元件，使陶瓷和金屬之間的摩擦連接改善。在本發明中，還可能通過靠近軸的金屬部分在進行上述的壓鑄法時將兩個或兩個以上這樣環狀片連接。在這一實施方案的情況下，現已證明，除了已描述的槽形轂外，在兩個片之間模製這樣的金屬元件是有利的，在推動器或葉輪的意義上講，所述的金屬元件在兩片之間產生空氣流，它們將在制動過程中由於能量損失產生的熱量更迅速地帶走。
用以下實施例來說明本發明實施例1用手將36個V型C/SiC部分(長=約65毫米，寬=約18/約10.6毫米，高=32毫米)放入壓鑄模。在壓鑄模中以這樣的方式為這些部分提供深度為10毫米的幾何匹配的凹槽，以致單個部分形成外徑320毫米和內徑190毫米的分段的圓。在單個部分之間有10毫米的寬縫。在隨後的壓鑄過程中，這些縫隙用鋁合金(Al-Si12Fe)填滿，它使各單個部分固定到12毫米厚的Al支承結構中，從而製成摩擦環，同時這一摩擦環與同樣在壓鑄過程中形成的Al合金槽連接。為了進行壓鑄，將鑄模加熱到300℃。隨後，在約50巴的壓力下，將預熱到680℃的Al合金注入到鑄模中。在熔融物固化以後，將摩擦單元從模中取出；在冷卻到室溫以後進行機械加工，也就是研磨摩擦表面。
實施例2用手將外徑320毫米和內徑190毫米的C/SiC環形部分放在壓鑄模中。在這一環形物的環形內邊上有10毫米長的齒。在隨後的壓鑄中通過這些齒連接在槽上。這些齒因此用合金熔融物包圍。
為了進行壓鑄，將鑄模預熱到300℃。隨後在大約50巴的壓力下將預熱到680℃的鋁合金注入鑄模。熔融體固化以後，從模中取出摩擦單元；冷卻到室溫以後進行機械加工，也就是研磨表面。
權利要求
1．生產具有由陶瓷材料、特別是複合材料製成的摩擦面的制動片的方法，其中將至少一個陶瓷部分放在壓鑄模中，然後通過在壓力下澆鑄，用熔融的金屬將它與一個旋轉對稱體連接，後者含有至少一個相對於金屬體的旋轉軸對稱排列的陶瓷(複合)部分且在垂直於軸的金屬體的至少一個面上含有突出物。
2．根據權利要求1的方法，其特徵在於，將由陶瓷製成的環狀片放入。
3．根據權利要求1的方法，其特徵在於，將至少兩個陶瓷部分放入，它們作為平行的環狀片排列。
4．根據權利要求2或3的方法，其特徵在於，環狀片向軸突出或離開軸凹進，它們改善了金屬和陶瓷之間的摩擦連接。
5．根據權利要求1的方法，其特徵在於，靠近軸的金屬部分製成槽形轂。
6．根據權利要求3的方法，其特徵在於，金屬部分在兩片之間排列，該兩片有推動器或葉輪的作用，使得在兩片之間產生空氣流，在內通風的意義上，該空氣流使這些片冷卻。
7．可根據權利要求1的方法生產的制動片。
8．可根據權利要求2的方法生產的制動片。
9．可根據權利要求3的方法生產的制動片。
10．可根據權利要求6的方法生產的制動片，其中在兩片之間排列的金屬部分產生推動器或葉輪的作用，它在兩片之間產生空氣流，在內通風的意義上，該空氣流使這些片冷卻。
全文摘要
生產具有由陶瓷材料、特別是複合材料製成的摩擦面的制動片的方法，其中將至少一個陶瓷部分放入壓鑄模，並通過壓力下澆鑄，用熔融的金屬將它與旋轉上對稱的金屬體連接，所述金屬體含有至少一個相對於金屬體的旋轉軸對稱排列的陶瓷(複合)部分和在金屬體的至少一個面上有垂直於軸的突出物。
文檔編號F16D65/12GK1318137SQ00801452
公開日2001年10月17日 申請日期2000年6月16日 優先權日1999年6月25日
發明者U·格魯博, M·海因, A·基茲勒 申請人:Sgl阿科泰克有限公司