轿车制动器的制动盘开发研究
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制动盘铸模的木模如图 1
所示 。制动盘铸模采用砂箱分
开模手工造型 , 模样沿分模面 (制动盘大平面 ) 分开 , 先制 图 1 制动盘的木模 成上半型箱 、下半型箱两个模箱 , 然后将它们进行合 模配合在一起 , 如图 2所示 。用于造型的型砂 , 其主 要性能要求 : 原砂含坭量应 尽可能小 , 颗粒均匀 , 粒度 为 70 ～100 目 , SiO2 含量大 于 90% , CaO 含 量 小 于 015% ; 膨润 土组 分 为 75% 钠膨润土和 25%钙膨润土 ; 图 2 制动盘铸造模型 湿压强度 50～60kPa, 紧实率 40% ～45% , 透气性大
化学元素
质量分数 / %
C
312～316
Si
117～218
Mn
015～019
P
< 0110
其它元素 , 足以满足要求的力学性能指标 。 2 制动盘铸造模型
制动盘的铸模采用煤粉砂 , 采用湿式造型工艺 , 铸模透气性好 , 可以有效防止气孔化学粘砂 , 使铸件 表面光滑 , 湿式造型可保证铸件表面有足够的硬度 , 有利于铸铁件中片状 A 型石墨的形成 , 使铸件具有 良好的耐磨性 、减震性和导热能力 。
需求量大 。而且 , 制动盘是易磨损件 , 在汽车维修市 场 , 其消耗量也大 。研制课题组承担广东省工业攻关 项目 “广州本田雅阁轿车制动盘研制 ”之后 , 主要 从制动盘的材质配方 、铸造工艺 、加工方法及性能检
测等方面进行研究 , 经过近两年的的试制 , 研制出一 批制动盘产品 。
1 制动盘的材质选择 制动盘是制动器的重要零件 , 要求具有一定的抗
as tensile strength, surface hardness, metallurgical structure was carried on1The test results show that tensile strength of brake disc can reach 270 M Pa, the surface hardness of it can reach HRB 98～100, the disalignment of working faces is less than 01015mm , m i2
关键词 : 制动盘 ; 材质 ; 铸造 ; 性能 中图分类号 : U463151 文献标识号 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2005) 8 - 038 - 2
D evelopm en t and Research of Car Brake’s Brake D isc
ZENG J ian2mou1 , ZENG Huan2lang1 , CHEN Zhi2m ing2 , TAN J ian2qing2 , L I Rui2quan2
U1S1A 件
抗拉强度 /M Pa
———
试制件 270
技术要求 ≥220
硬度 HRB
96、97、96、 9715、96、97
100、100、98、 99、100、99
90～103
(3) 制动盘的金相组织 。取样部位 : 制动盘的 工作面 。 ①显微组织 (见图 3) 。制动盘的显微组织 为珠光体 +铁素体 +碳化物 : 珠光体 ≥99% , 铁素体 < 1% , 碳化物 < 1%。基体组织珠光体符合 ≥99%的 要求 。 ②石墨形态 (见图 4) 。石墨形态为 A + B + C 型 , 与进口件相同 。A 型石墨呈片状 、无方向性且分 布均匀 , A 型石墨含量约 60%。石墨等级为 4级 。符 合 4～6 级的要求 。 ③制动盘的化学成分 。经检验 , 制动盘的化学成分见表 3。 ④制动盘的平行度 。安装 面对基准面的平行度为 01010mm, 符合 ≤01015mm 的要求 ; 制 动 盘面 对 基准 面 的平 行 度 为 01010mm , 符合 ≤01015mm 的要求 。 ⑤静平衡不平衡度 。经工 厂检测 , 制动盘精度等级达到形位公差等级 8级 , 静 平衡不平衡量 ≤01081N·m。
(11Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, China;
21Deqing B rake D isc M anufacture Co1L td1, Deqing 526600, China)
Abstract: The material composition, cast technology and machine p rocess of brake disc were studied, and performance test such
收稿时间 : 2005 - 02 - 22
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
wk.baidu.com
拉强度和耐磨性 , 应该从材质体系 、配方上给予保 障 , 灰铸铁具有较好的强度 、耐磨性 、耐热性 , 减震 性能良好 , 铸造性能较好 , 适用于制造汽车的制动 鼓 、制动盘 [1 ] 。本项目所研制的广州本田雅阁轿车制
动盘采用 C—Si—Mn—P—S—Cu—Cr体系 , 配方见 表 1。
表 1 制动盘的材料配方
《机床与液压 》20051No18
·39·
3 熔炼铸造 制动盘的铸件材料采用 GW 05 - 250 /1J 中频无芯
感应电炉进行熔炼 , 温度为 1380℃左右 , 炉温易于 调节 , 过热温度容易获得珠光体组织 , 为防止金属液 偏析和出现白口 (自由渗碳体 ) , 把调整化学成分所 需要配 入 的 合 金 按 规 定 破 碎 成 粒 状 , 再 经 过 高 于 300℃烘焙消除结晶水 , 出铁时及时按铬铁 、紫铜 、 锰铁 、硅铁合金顺序加入炉中 , 留取 50%硅铁作为 炉前孕育 , 用珍珠岩粉末覆盖金属液集渣 , 从而获得 优质铸铁 。灰铸铁熔炼后 , 用浇包装盛熔融铁液浇注 于铸模内 。制动盘铸铁毛坯经清砂后在 550℃经 3h 的低温退火 , 以消除铸造过程产生的热应力 , 使制动 盘铸件毛坯不易变形 , 保证了铸件机械加工后的几何 尺寸精度 。
·38·
《机床与液压 》20051No18
轿车制动器的制动盘开发研究 3
曾建谋 1 , 曾焕浪 1 , 陈志明 2 , 谈健青 2 , 李锐泉 2
(11广东工业大学 , 广州 510090; 21广东德庆阀门制造有限公司 , 德庆 526600)
摘要 : 研究了制动盘的材质配方 、铸造工艺和机械加工方法 , 并对所研制的制动盘进行了抗拉强度 、表面硬度以及金 相组织等性能检测 , 检测结果表明 : 制动盘的主要性能指标抗拉强度达到 270M Pa; 工作面的表面硬度为 HRB 98～100; 工 作面的平行度小于 01015mm; 显微组织为珠光体 、铁素体和碳化物 , 基体组织珠光体大于或等于 99% ; A 型石墨呈片状 、 无方向性且分布均匀 。制动盘的主要性能指标均达到技术要求 。
【1】冯泗春 1 材 料 科 学 基 础 1 西 安 : 陕 西 科 学 出 版 社 ,
19981 作者简介 : 曾建谋 ( 1947 ～) , 男 , 广东潮州人 , 副 教授 , 研究领域 : 汽车排放净化 、汽车新技术及汽车零部 件的研究开发 。电话 : 020 - 37628658, 020 - 33623198。 E - mail: zengjianmou@ tom1com。
croscop ic structure of it includes pearlite, ferrite and carbide, the pealite of matrix is more than or equal to 99% , the model A of
graphite is flake, non - oriented and evenly distributed1A ll the main performance indexes of this part meet the specification1
S
< 0118
于 50AFS。型砂 的 配比 为 : 原 砂 30% , 旧 砂 70%。
Cu
013～112
外加 : 膨 润 土 215% ～315% , 煤粉 018% ～115% ,
Cr
0105～0138
水分 410% ～515% 。
3 基金项目 : 广东省科学技术厅工业攻关项目 (2001C10801) © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
4 制动盘的机械加工 为了保证制动盘具有良好的制动效能 , 制动盘的
两个工作面的平行度应小于 01015mm。机械加工时 , 制动盘毛坯在专用机床上进行车削加工和磨削加工 。
设计多功能专用夹具 , 工件 (即制动盘 ) 一次装夹 加工 , 保证了制动盘的同轴度 。采用同一机床进行车 削和磨削 , 先车削 、磨削完成一个工作面之后 , 再车 削 、磨削另外一个工作面 , 从而保证了制动盘两个平 行的工作面的平行度要求 。而且 , 制动盘的工作面是 以特殊的工艺磨削的 , 花纹平整美观 。制动盘的安装 螺柱孔 、定位孔采用专用模具管位配钻 , 使位置度符 合图纸和安装要求 。
5 制动盘的性能检测 制动盘的主要性能要求为: 抗拉强度 达到
220MPa以上 ; 工作面的表面硬度 HRB 90 ～103; 工 作面的平行度小于 01015mm; 基体组织珠光体大于 或等于 99% ; A 型石墨呈片状 、无方向性且分布均 匀 , 石墨尺寸等级为 4～6级 。
所研制的制动盘与进口的制动盘 (U1S1A 生产 ) 经广东省冶金 (黑色 ) 产品质量监督检验站和广州 市产品质量检验所检验验证 。检测结果如下 :
Keywords: B rake disc; M aterial composition; Cast; Property
制动盘是制动器的关键零件 , 对汽车的安全行驶
原材料 : 铸 12#生铁 , 其特点是低硅 、低锰 、低
起到至关重要的作用 。轿车产量不断增长 , 制动盘的 硫 、低磷 , 杂质少 , 可获得纯净的金属液 , 容易配入
(2) 采用 GW 05 - 250 /1J中频无芯感应电炉进行 熔炼铸造的制动盘 , 经金相检验表明 , 可获得珠光体 ≥99%的基体组织 , A 型石墨呈片状 、无方向性且分 布均匀 。石墨等级为 4级 。均符合技术要求 , 但 A 型 石墨含量略小于 70% , 有待进一步改进 。
(3) 所研制的制动盘主要性能为 : 抗拉强度达 到 270MPa; 工作面的表面硬度 HRB 98 ～100; 工作 面的平行度小于 01015mm; 均符合技术要求 。 参考文献
表 3 制动盘的化学成分
合金元素 C Si M n P
S Cu Cr
质量分数 / % 3140 1176 0168 01058 01036 0184 0138
6 结论 (1) 采用 C314%、Si1176%、Mn0168%、P01058%、
S01036% 、Cu01084% 、Cr0138%的材质 , 用 中频 感 应加热铸造的制动盘 , 铸造性能好 , 具有较好的强度 和硬度 。
( 1) 抗拉强度 。用制动盘同样的材质 、同样的 熔炼铸造工艺 , 铸造出抗拉强度试样毛坯 , 再机加工 为抗拉试样 , 并在试验机上拉伸测试 。试验结果见表 2。
( 2) 制动盘的表面硬度 。沿制动盘的直径方向 测试六个试点 。检测结果见表 2。
表 2 U1S1A件与试制件的抗拉强度及硬度值
检验项目
所示 。制动盘铸模采用砂箱分
开模手工造型 , 模样沿分模面 (制动盘大平面 ) 分开 , 先制 图 1 制动盘的木模 成上半型箱 、下半型箱两个模箱 , 然后将它们进行合 模配合在一起 , 如图 2所示 。用于造型的型砂 , 其主 要性能要求 : 原砂含坭量应 尽可能小 , 颗粒均匀 , 粒度 为 70 ～100 目 , SiO2 含量大 于 90% , CaO 含 量 小 于 015% ; 膨润 土组 分 为 75% 钠膨润土和 25%钙膨润土 ; 图 2 制动盘铸造模型 湿压强度 50～60kPa, 紧实率 40% ～45% , 透气性大
化学元素
质量分数 / %
C
312～316
Si
117～218
Mn
015～019
P
< 0110
其它元素 , 足以满足要求的力学性能指标 。 2 制动盘铸造模型
制动盘的铸模采用煤粉砂 , 采用湿式造型工艺 , 铸模透气性好 , 可以有效防止气孔化学粘砂 , 使铸件 表面光滑 , 湿式造型可保证铸件表面有足够的硬度 , 有利于铸铁件中片状 A 型石墨的形成 , 使铸件具有 良好的耐磨性 、减震性和导热能力 。
需求量大 。而且 , 制动盘是易磨损件 , 在汽车维修市 场 , 其消耗量也大 。研制课题组承担广东省工业攻关 项目 “广州本田雅阁轿车制动盘研制 ”之后 , 主要 从制动盘的材质配方 、铸造工艺 、加工方法及性能检
测等方面进行研究 , 经过近两年的的试制 , 研制出一 批制动盘产品 。
1 制动盘的材质选择 制动盘是制动器的重要零件 , 要求具有一定的抗
as tensile strength, surface hardness, metallurgical structure was carried on1The test results show that tensile strength of brake disc can reach 270 M Pa, the surface hardness of it can reach HRB 98～100, the disalignment of working faces is less than 01015mm , m i2
关键词 : 制动盘 ; 材质 ; 铸造 ; 性能 中图分类号 : U463151 文献标识号 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2005) 8 - 038 - 2
D evelopm en t and Research of Car Brake’s Brake D isc
ZENG J ian2mou1 , ZENG Huan2lang1 , CHEN Zhi2m ing2 , TAN J ian2qing2 , L I Rui2quan2
U1S1A 件
抗拉强度 /M Pa
———
试制件 270
技术要求 ≥220
硬度 HRB
96、97、96、 9715、96、97
100、100、98、 99、100、99
90～103
(3) 制动盘的金相组织 。取样部位 : 制动盘的 工作面 。 ①显微组织 (见图 3) 。制动盘的显微组织 为珠光体 +铁素体 +碳化物 : 珠光体 ≥99% , 铁素体 < 1% , 碳化物 < 1%。基体组织珠光体符合 ≥99%的 要求 。 ②石墨形态 (见图 4) 。石墨形态为 A + B + C 型 , 与进口件相同 。A 型石墨呈片状 、无方向性且分 布均匀 , A 型石墨含量约 60%。石墨等级为 4级 。符 合 4～6 级的要求 。 ③制动盘的化学成分 。经检验 , 制动盘的化学成分见表 3。 ④制动盘的平行度 。安装 面对基准面的平行度为 01010mm, 符合 ≤01015mm 的要求 ; 制 动 盘面 对 基准 面 的平 行 度 为 01010mm , 符合 ≤01015mm 的要求 。 ⑤静平衡不平衡度 。经工 厂检测 , 制动盘精度等级达到形位公差等级 8级 , 静 平衡不平衡量 ≤01081N·m。
(11Guangdong University of Technology, Guangzhou 510090, China;
21Deqing B rake D isc M anufacture Co1L td1, Deqing 526600, China)
Abstract: The material composition, cast technology and machine p rocess of brake disc were studied, and performance test such
收稿时间 : 2005 - 02 - 22
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
wk.baidu.com
拉强度和耐磨性 , 应该从材质体系 、配方上给予保 障 , 灰铸铁具有较好的强度 、耐磨性 、耐热性 , 减震 性能良好 , 铸造性能较好 , 适用于制造汽车的制动 鼓 、制动盘 [1 ] 。本项目所研制的广州本田雅阁轿车制
动盘采用 C—Si—Mn—P—S—Cu—Cr体系 , 配方见 表 1。
表 1 制动盘的材料配方
《机床与液压 》20051No18
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3 熔炼铸造 制动盘的铸件材料采用 GW 05 - 250 /1J 中频无芯
感应电炉进行熔炼 , 温度为 1380℃左右 , 炉温易于 调节 , 过热温度容易获得珠光体组织 , 为防止金属液 偏析和出现白口 (自由渗碳体 ) , 把调整化学成分所 需要配 入 的 合 金 按 规 定 破 碎 成 粒 状 , 再 经 过 高 于 300℃烘焙消除结晶水 , 出铁时及时按铬铁 、紫铜 、 锰铁 、硅铁合金顺序加入炉中 , 留取 50%硅铁作为 炉前孕育 , 用珍珠岩粉末覆盖金属液集渣 , 从而获得 优质铸铁 。灰铸铁熔炼后 , 用浇包装盛熔融铁液浇注 于铸模内 。制动盘铸铁毛坯经清砂后在 550℃经 3h 的低温退火 , 以消除铸造过程产生的热应力 , 使制动 盘铸件毛坯不易变形 , 保证了铸件机械加工后的几何 尺寸精度 。
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《机床与液压 》20051No18
轿车制动器的制动盘开发研究 3
曾建谋 1 , 曾焕浪 1 , 陈志明 2 , 谈健青 2 , 李锐泉 2
(11广东工业大学 , 广州 510090; 21广东德庆阀门制造有限公司 , 德庆 526600)
摘要 : 研究了制动盘的材质配方 、铸造工艺和机械加工方法 , 并对所研制的制动盘进行了抗拉强度 、表面硬度以及金 相组织等性能检测 , 检测结果表明 : 制动盘的主要性能指标抗拉强度达到 270M Pa; 工作面的表面硬度为 HRB 98～100; 工 作面的平行度小于 01015mm; 显微组织为珠光体 、铁素体和碳化物 , 基体组织珠光体大于或等于 99% ; A 型石墨呈片状 、 无方向性且分布均匀 。制动盘的主要性能指标均达到技术要求 。
【1】冯泗春 1 材 料 科 学 基 础 1 西 安 : 陕 西 科 学 出 版 社 ,
19981 作者简介 : 曾建谋 ( 1947 ～) , 男 , 广东潮州人 , 副 教授 , 研究领域 : 汽车排放净化 、汽车新技术及汽车零部 件的研究开发 。电话 : 020 - 37628658, 020 - 33623198。 E - mail: zengjianmou@ tom1com。
croscop ic structure of it includes pearlite, ferrite and carbide, the pealite of matrix is more than or equal to 99% , the model A of
graphite is flake, non - oriented and evenly distributed1A ll the main performance indexes of this part meet the specification1
S
< 0118
于 50AFS。型砂 的 配比 为 : 原 砂 30% , 旧 砂 70%。
Cu
013～112
外加 : 膨 润 土 215% ～315% , 煤粉 018% ～115% ,
Cr
0105～0138
水分 410% ～515% 。
3 基金项目 : 广东省科学技术厅工业攻关项目 (2001C10801) © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
4 制动盘的机械加工 为了保证制动盘具有良好的制动效能 , 制动盘的
两个工作面的平行度应小于 01015mm。机械加工时 , 制动盘毛坯在专用机床上进行车削加工和磨削加工 。
设计多功能专用夹具 , 工件 (即制动盘 ) 一次装夹 加工 , 保证了制动盘的同轴度 。采用同一机床进行车 削和磨削 , 先车削 、磨削完成一个工作面之后 , 再车 削 、磨削另外一个工作面 , 从而保证了制动盘两个平 行的工作面的平行度要求 。而且 , 制动盘的工作面是 以特殊的工艺磨削的 , 花纹平整美观 。制动盘的安装 螺柱孔 、定位孔采用专用模具管位配钻 , 使位置度符 合图纸和安装要求 。
5 制动盘的性能检测 制动盘的主要性能要求为: 抗拉强度 达到
220MPa以上 ; 工作面的表面硬度 HRB 90 ～103; 工 作面的平行度小于 01015mm; 基体组织珠光体大于 或等于 99% ; A 型石墨呈片状 、无方向性且分布均 匀 , 石墨尺寸等级为 4～6级 。
所研制的制动盘与进口的制动盘 (U1S1A 生产 ) 经广东省冶金 (黑色 ) 产品质量监督检验站和广州 市产品质量检验所检验验证 。检测结果如下 :
Keywords: B rake disc; M aterial composition; Cast; Property
制动盘是制动器的关键零件 , 对汽车的安全行驶
原材料 : 铸 12#生铁 , 其特点是低硅 、低锰 、低
起到至关重要的作用 。轿车产量不断增长 , 制动盘的 硫 、低磷 , 杂质少 , 可获得纯净的金属液 , 容易配入
(2) 采用 GW 05 - 250 /1J中频无芯感应电炉进行 熔炼铸造的制动盘 , 经金相检验表明 , 可获得珠光体 ≥99%的基体组织 , A 型石墨呈片状 、无方向性且分 布均匀 。石墨等级为 4级 。均符合技术要求 , 但 A 型 石墨含量略小于 70% , 有待进一步改进 。
(3) 所研制的制动盘主要性能为 : 抗拉强度达 到 270MPa; 工作面的表面硬度 HRB 98 ～100; 工作 面的平行度小于 01015mm; 均符合技术要求 。 参考文献
表 3 制动盘的化学成分
合金元素 C Si M n P
S Cu Cr
质量分数 / % 3140 1176 0168 01058 01036 0184 0138
6 结论 (1) 采用 C314%、Si1176%、Mn0168%、P01058%、
S01036% 、Cu01084% 、Cr0138%的材质 , 用 中频 感 应加热铸造的制动盘 , 铸造性能好 , 具有较好的强度 和硬度 。
( 1) 抗拉强度 。用制动盘同样的材质 、同样的 熔炼铸造工艺 , 铸造出抗拉强度试样毛坯 , 再机加工 为抗拉试样 , 并在试验机上拉伸测试 。试验结果见表 2。
( 2) 制动盘的表面硬度 。沿制动盘的直径方向 测试六个试点 。检测结果见表 2。
表 2 U1S1A件与试制件的抗拉强度及硬度值
检验项目