一种铸铁加碳陶形式的刹车盘及制作方法与流程

1.本发明涉及一种铸铁加碳陶形式的刹车盘及制作方法，属于制动设备技术领域。


背景技术：

2.碳陶刹车盘是采用碳纤维增强碳化硅基复合材料制作而成的一种刹车盘，结合了碳纤维和多晶碳化硅这两者的物理特性，具有密度低、耐高温、摩擦性能高且稳定等优点，在汽车、高速列车、飞机等高能刹车领域具有广泛的应用前景。碳陶刹车盘最主要的缺点是生产过程复杂，时间周期长，成本高昂。灰铸铁是当前民用市场应用最为广泛的一种刹车盘材料，其特点是易于加工，制造成本低，缺点是重量大，如果连续制动存在热衰退的风险。
3.在民用汽车领域，降低碳陶刹车盘的成本有利于将制动性能更优的产品推向市场。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种重量降低，制动效果达到碳陶刹车盘水平且成本低于一体式碳陶刹车盘的铸铁加碳陶形式的刹车盘及制作方法。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种铸铁加碳陶形式的刹车盘，包括铸造一体成型的铸铁骨架，所述铸铁骨架上一体设置有通风槽，所述铸铁骨架上螺栓连接有碳陶摩擦环，所述碳陶摩擦环的数量为两片，且将所述通风槽置于两片所述碳陶摩擦环内。
7.所述通风槽的数量为不少于24个。
8.所述碳陶摩擦环的厚度为8～10mm。
9.所述碳陶摩擦环设置有螺钉孔，安装后螺钉嵌入碳陶摩擦环中，螺钉头高度距离碳陶摩擦环的平面1.5mm。
10.所述螺钉孔为沉孔，螺钉沉孔深度为4mm。
11.所述碳陶摩擦环上设置有通风孔，所述通风孔的数量为24个，位置均避开通风筋。
12.所述的铸铁骨架的通风筋上设置螺钉安装孔，所述螺钉安装孔的数量为 24个。
13.一种铸铁加碳陶形式的刹车盘的制作方法，包括以下步骤：
14.步骤一：在cvi炉体内将碳陶摩擦环的碳纤维预制体进行堆叠形成料柱，相邻的预制体之间使用多孔耐高温材料进行支撑，多孔耐高温材料能够透气，不影响气体的流动，通过支撑，两层预制体之间有10mm的空隙可供碳源气流动，增加碳源气的接触面积，缩短渗透时间；
15.步骤二：往cvi炉内通入碳源气，碳源气温度为800～1100℃，制得c/c 摩擦环；沉积时间根据c/c摩擦环的密度来确定，密度达到1.2～1.4g/cm3；
16.步骤三：在c/c摩擦环混入硅粉，放入渗硅炉中进行渗透，制得碳陶摩擦环2；其中渗硅炉中的压力小于100mpa，温度为1500℃～1700℃，硅粉纯度≥99.9％，熔融渗硅之后摩擦环的密度达到2.0～2.3g/cm3；
17.步骤四：将所述铸铁骨架1和碳陶摩擦环2的通风孔4和螺钉孔5对齐；
18.步骤五：螺钉采用对称安装，逐步预紧的方式，最终每个螺钉的预紧力达到8nm；
19.步骤六：将碳陶摩擦环2进行精磨处理，最终达到厚薄差≤0.009mm；端面跳动≤0.025mm。
20.与现有技术相比：常规碳陶刹车盘的厚度为30～35mm，而本发明的碳陶摩擦环结构均匀，分为两片式，每片厚度为8～10mm，由于厚度减少，在化学气相沉积工艺阶段：
21.(1)所述的碳陶摩擦环的制造时间比一体式碳陶制动盘少50％左右；
22.(2)每个加工炉可堆叠的预制体数量增加2倍左右；
23.总体来看，一套本发明的碳陶刹车环比一个常规碳陶刹车盘在此阶段的制作时间少75％左右，成本明显降低。
24.本发明一体铸造的铸铁制动盘骨架包含了盘帽，比常规碳陶刹车盘少了一个合头和对应的螺栓，结构更为精简且加工安装工序少、成本明显降低。
25.因此，本发明能够减少碳陶材料在化学气相沉积阶段的制作时间75％左右，由于碳陶材料厚度降低，相应的碳陶刹车盘通风孔的加工时间减少，采用刹车盘骨架和盘帽一体铸造的方式能够减少合头和对应螺栓的材料、加工等成本。总体减少了零部件的数量、简化加工流程、缩短了制造周期，降低了生产成本。
附图说明
26.图1为本发明一种铸铁加碳陶形式的刹车盘整体结构示意图；
27.图2为本发明一种铸铁加碳陶形式的刹车盘图1中骨架的结构示意图；
28.图3为本发明一种铸铁加碳陶形式的刹车盘图1中碳陶摩擦环结构示意图；
29.图4为本发明一种铸铁加碳陶形式的刹车盘制作流程图。
具体实施方式
30.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
31.如图1-4所示:
32.实施例1：一种铸铁加碳陶形式的刹车盘，包括铸造一体成型的铸铁骨架 1，所述铸铁骨架1上一体设置有通风槽3，所述铸铁骨架1上螺栓连接有碳陶摩擦环2，所述碳陶摩擦环2的数量为两片，且将所述通风槽3置于两片所述碳陶摩擦环2内。通风槽的数量为36个；每片碳陶摩擦环2的厚度为8mm。
33.碳陶摩擦环2设置的螺钉孔5为沉孔，沉孔深度为4mm，安装后螺钉嵌入碳陶摩擦环2中，螺钉头高度距离碳陶摩擦环2的平面1.5mm，满足碳陶摩擦环2的使用寿命；碳陶摩擦环2的通风孔4数量为24个，位置均避开通风筋，保证了碳陶摩擦环2在制动时候的剪切强度同时有利于制动盘的通风散热。
34.铸铁骨架的通风筋上设置螺钉安装孔，螺钉安装孔的数量为24个。
35.其中，所述碳陶摩擦环2的制备工艺为：
36.步骤一：在cvi炉体内将碳陶摩擦环的碳纤维预制体进行堆叠形成料柱，相邻的预制体之间使用多孔耐高温材料进行支撑，多孔耐高温材料能够透气，不影响气体的流动，通
过支撑，两层预制体之间有10mm的空隙可供碳源气流动，增加碳源气的接触面积，缩短渗透时间；
37.步骤二：往cvi炉内通入碳源气，碳源气温度为1050℃，制得c/c摩擦环；沉积时间根据c/c摩擦环的密度来确定，密度达到1.2～1.4g/cm3；
38.步骤三：在c/c摩擦环混入硅粉，放入渗硅炉中进行渗透，制得碳陶摩擦环；其中渗硅炉中的压力小于100mpa，温度为1650℃，硅粉纯度≥99.9％，熔融渗硅之后摩擦环的密度达到2.0～2.3g/cm3。
39.一体铸造的铸铁骨架1包含了盘帽；
40.铸铁骨架1和碳陶摩擦环2，其安装及机加工步骤为：
41.步骤四：将所述铸铁骨架1和碳陶摩擦环2的通风孔和螺钉孔对齐。
42.步骤五：螺钉采用对称安装，逐步预紧的方式，最终每个螺钉的预紧力达到8nm；
43.步骤六：将碳陶摩擦环2进行精磨处理，最终达到厚薄差≤0.009mm；端面跳动≤0.025mm。
44.实施例2：一种铸铁加碳陶形式的刹车盘，其结构如实施例1所述，所不同的是设置通风槽的数量为24个，通风孔的数量为36个，碳陶摩擦环分为两片，每片的厚度为10mm，在c/c摩擦环混入fe-si合金粉，放入渗硅炉中进行渗透。
45.实施例3：一种铸铁加碳陶形式的刹车盘，其结构如实施例1所述，所不同的是设置通风槽的数量为24个，通风孔的数量为36个，碳陶摩擦环分为两片，每片的厚度为10mm，在c/c摩擦环混入cu-si合金粉，放入渗硅炉中进行渗透。
46.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。