專利名稱：制動鼓及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及在摩托車或汽車中使用的制動鼓及其這種制動鼓的制造方法，更具體地涉及這樣一種制動鼓制造方法，即根據(jù)該方法制動器的摩擦件由鋁基復(fù)合材料形成，然后摩擦件用鋁合金鑄封。
背景技術(shù)：
目前已知的某些摩托車或汽車使用鼓式制動器裝置作為它們的制動裝置。在鼓式制動器裝置中，制動蹄壓在與車輪一起旋轉(zhuǎn)的制動鼓內(nèi)圓周面(摩擦面)上以控制制動鼓的旋轉(zhuǎn)。
通常，傳統(tǒng)的制動鼓是用鑄鐵整體形成的，或成為一個整體，以保持摩擦面的必要強(qiáng)度；但是，傳統(tǒng)的鑄鐵制動鼓重量重并從而會阻礙減少裝備制動鼓的摩托車或汽車的重量，而重量的減少是所希望的。
因此，在某些更復(fù)雜的鼓式制動器裝置中，為減少制動鼓的重量，在制動鼓的一部分中使用了重量輕的材料，如鋁合金。即，需要具有高耐磨損性能的制動鼓摩擦面由鑄鐵形成，制動鼓的其余部分由鋁合金或其它重量輕的材料形成，這樣，備有這種制動鼓的摩托車或汽車整體重量大大減少，從而實現(xiàn)了更低的燃油消耗。
但是，在摩托車或汽車領(lǐng)域，仍然強(qiáng)烈需要進(jìn)一步減少重量以實現(xiàn)更低的燃油消耗，根據(jù)使用的制動鼓類型，必須進(jìn)一步減少制動鼓的重量以更符合這種需要。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種重量輕的制動鼓和高效制造重量輕制動鼓的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了在鼓式制動器中使用的制動鼓，它包括一圓柱形摩擦件，其外圓周上具有許多在圓周方向上間隔均勻的徑向凸出部分；一整體形成的鼓體，該鼓體包圍摩擦件外圓周并安裝在外圓周上。
通過在外圓周上形成的凸出和凹入部分，摩擦件可以顯著增加的強(qiáng)度固定在鼓體上，這樣，在鼓式制動器起制動作用時，即使在摩擦件上作用很大的圓周載荷，也能不僅可靠地防止摩擦件相對鼓體移動，而且能防止摩擦件從鼓體上分離。
摩擦件由鋁基復(fù)合材料形成，鼓體由鋁合金形成。因此，本發(fā)明可提供重量非常輕的制動鼓。
在本發(fā)明中，摩擦件的每個凸出部分的凸出高度在0.5-3.0毫米范圍內(nèi)。
而且，凸出部分之間的間距夾角可設(shè)定在6-45°范圍內(nèi)，更可取的是在6-30°范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了通過將摩擦件固定在由鋁合金形成的支持件內(nèi)圓周面上來制造制動鼓的方法，它包括提供由鋁基復(fù)合材料形成的環(huán)形摩擦件的步驟；加熱摩擦件的步驟；將通過加熱步驟加熱的摩擦件安裝在鑄模模型件之一的凸出部分上的步驟，其中凸出部分的溫度比摩擦件低；通過將一個模型件與鑄模的另一個模型件配合以形成空腔的步驟；將熔化的鋁合金金屬充入空腔，同時強(qiáng)迫冷卻被加熱的摩擦件，以借此通過合金鑄封摩擦件的步驟。
在本發(fā)明中，當(dāng)要將環(huán)形摩擦件緊密地安裝在鑄模模型件之一的凸出部分上時，使摩擦件的溫度升高到超過上述模型的凸出部分的溫度，然后相對模型的凸出部分將摩擦件放置就位。更具體地，當(dāng)摩擦件是由鋁基復(fù)合材料形成時，摩擦件的熱線性膨脹系數(shù)比一個模型件的凸出部分的熱線性膨脹系數(shù)大。因此，摩擦件的內(nèi)徑變得比模型的凸出部分的外徑大，這樣摩擦件可容易地環(huán)繞模型凸出部分的外周放置并相對模型的凸出部分放置就位。而且，在熔化的鋁合金金屬充入或填入到鑄模之前，通過一個模型件的凸出部分使摩擦件強(qiáng)迫冷卻下來。摩擦件的強(qiáng)迫冷卻導(dǎo)致摩擦件收縮以減小在摩擦件和模型凸出部分之間可能存在的間隙，而且在將熔化的鋁合金金屬充入或填入到空腔過程中，限制了摩擦件溫度的升高。其結(jié)果是，可適當(dāng)限制摩擦件的熱膨脹，并可防止熔化的金屬進(jìn)入摩擦件的內(nèi)圓周，這是不希望出現(xiàn)的。
上述強(qiáng)迫冷卻被加熱的摩擦件是通過使冷卻液在一個模型件的凸出部分內(nèi)循環(huán)流動實現(xiàn)的。冷卻液可以是冷卻水。這樣，用于冷卻摩擦件的設(shè)施可以具有較簡單的構(gòu)造，從而減少了冷卻設(shè)施的必要費用。
鋁基復(fù)合材料的環(huán)形摩擦件通過下列步驟制造的制造鋁基復(fù)合材料的步驟，通過使金屬氮化物的加強(qiáng)材料與鎂氮化物接觸并使鋁合金滲透到加強(qiáng)材料內(nèi)，通過鎂氮化物的還原作用至少一部分加強(qiáng)材料作為金屬部分暴露；通過擠壓使鋁基復(fù)合材料形成圓柱形件的步驟，其中圓柱形件外周上具有凸出和凹入部分，圓柱形件的內(nèi)徑構(gòu)成制動鼓的內(nèi)徑；將圓柱形件切割成與制動鼓相應(yīng)的寬度的步驟。通過鎂氮化物的還原作用將加強(qiáng)材料轉(zhuǎn)換成金屬部分可改善與熔化的鋁合金金屬的可粘性。這樣改善的可粘性可將加強(qiáng)材料氧化物和鋁合金之間的交界面-它們相對的面-牢固地粘在一起，借此提供了具有優(yōu)良延展性的鋁基復(fù)合材料坯。該鋁基復(fù)合材料被擠壓以制造摩擦件。通過經(jīng)受擠壓過程，摩擦件可具有優(yōu)良的拉伸和屈服應(yīng)力，并從而作為制動鼓摩擦件保證了足夠的機(jī)械強(qiáng)度。而且，由鋁基復(fù)合材料形成的摩擦件重量輕。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了通過將摩擦件固定在由鋁合金形成的支持件內(nèi)圓周面上來制造制動鼓的方法，包括制造鋁基復(fù)合材料的步驟，通過使金屬氮化物的加強(qiáng)材料與鎂氮化物接觸并使鋁合金滲透到加強(qiáng)材料內(nèi)，通過鎂氮化物的還原作用至少一部分加強(qiáng)材料作為金屬部分暴露；通過擠壓使鋁基復(fù)合材料形成圓柱形件的步驟，其中圓柱形件外周上具有凸出和凹入部分，圓柱形件的內(nèi)徑構(gòu)成制動鼓的內(nèi)徑；將圓柱形件切割成與制動鼓相應(yīng)的寬度，借此提供摩擦件的步驟；將摩擦件設(shè)置在鑄模內(nèi)，并通過起支持件作用的鋁合金鑄封設(shè)置好的摩擦件的步驟。
通過鎂氮化物的還原作用將加強(qiáng)材料轉(zhuǎn)換成金屬部分可改善與熔化的鋁合金金屬的可粘性。改善的可粘性可將加強(qiáng)材料氧化物和鋁合金的相對表面牢固地粘在一起，借此提供了具有優(yōu)良延展性的鋁基復(fù)合材料坯。該鋁基復(fù)合材料被擠壓以制造摩擦件。通過經(jīng)受擠壓過程，摩擦件可具有優(yōu)良的拉伸和屈服應(yīng)力，并從而作為制動鼓摩擦件保證了足夠的機(jī)械強(qiáng)度。而且，由鋁基復(fù)合材料形成的摩擦件重量輕。而且，與傳統(tǒng)鑄鐵相比，構(gòu)成摩擦件基體的鋁合金可提高摩擦件的導(dǎo)熱性，并允許制動作用產(chǎn)生的熱量容易消散，這樣本發(fā)明的摩擦件具有改善的抗衰退能力。而且，通過用鋁合金形成基體，摩擦件可具有和支持件基本相同的熱線性膨脹系數(shù)，當(dāng)制動器起作用時，這能有效地防止摩擦件和支持件之間的熱膨脹差別。
在提供摩擦件之后，本發(fā)明的制動器制造方法還包括將摩擦件加熱到溫度高于鑄模的步驟，將加熱的摩擦件設(shè)置在鑄模內(nèi)之后，摩擦件被鋁合金鑄封。由于摩擦件由鋁基復(fù)合材料形成，所以當(dāng)摩擦件加熱到比鑄模高的預(yù)定溫度時，摩擦件的熱線性膨脹比鑄模大。這樣，摩擦件的內(nèi)徑增加以允許非常容易地將摩擦件設(shè)置在鑄模內(nèi)。
鋁基復(fù)合材料的擠壓是以設(shè)置在10到40范圍內(nèi)的擠壓比進(jìn)行的，擠壓比是通過擠壓前的鋁基復(fù)合材料橫截面面積除以最終被擠壓的圓柱形件的橫截面面積確定的。如果擠壓比設(shè)定為10或更小，圓柱形件(摩擦件)的拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)力會下降到摩擦件不能保持作為制動鼓摩擦件所必要的預(yù)定強(qiáng)度的程度。因此，在本發(fā)明中，擠壓比設(shè)定為大于10，以保證摩擦件的必要強(qiáng)度。但是，如果擠壓比設(shè)定為大于40，則擠壓力會變得如此之大，以至于擠壓速度明顯下降。降低的擠壓速度會使周期性能惡化并導(dǎo)致制造成本增加；因此，在本發(fā)明中擠壓比上限設(shè)定為40。
附圖簡要說明

圖1為展示備有本發(fā)明制動鼓的摩托車后輪的透視圖；圖2為展示制造本發(fā)明制動鼓的方法步驟順序的流程圖；圖3A到3C為解釋制造圖2中所示鋁基復(fù)合材料坯的過程的詳細(xì)視圖；圖4A和4B為解釋在用鋁基復(fù)合材料坯制造出圓柱形件后，制造外圓周上具有凸出和凹入部分的摩擦件過程的詳細(xì)視圖；圖5為展示在環(huán)形摩擦件的制造中，擠壓圖4A中所示鋁基復(fù)合材料的擠壓比與拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)力之間關(guān)系的曲線圖；圖6為展示加熱的摩擦件如何設(shè)置在鑄模內(nèi)的透視圖；圖7為解釋環(huán)形摩擦件如何安裝在鑄?？梢苿幽Ｐ偷耐钩霾糠稚系囊晥D；圖8為沿圖7的線8-8的剖面圖；圖9為展示內(nèi)部設(shè)置了摩擦件的可移動模型和固定模型件的剖面圖；圖10為展示摩擦件和鑄模熱變化量的曲線圖；圖11A和11B為解釋熔化的金屬如何充入到鑄?？涨粌?nèi)以制造本發(fā)明制動鼓的剖面圖；圖12為解釋根據(jù)本發(fā)明的制動鼓鑄造過程的曲線圖；圖13為展示備有根據(jù)本發(fā)明制動鼓的鼓式制動器裝置的示意圖；圖14A和14B為圖13中所示制動鼓的放大不完全視圖。
具體實施例方式
下面參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明優(yōu)選實施例。
在圖1中，所示為根據(jù)本發(fā)明的制動鼓10，其包括一個用于安裝在后軸或前軸上的凸臺11，一個在凸臺11右端一體形成的法蘭12，一個環(huán)繞法蘭12外周并在該外周上一體形成的鼓體(即支持件)13，一個固定在鼓體13內(nèi)圓周面上的環(huán)形摩擦件16。一對相對的法蘭14環(huán)繞鼓體13的外周并固定在該外周上。
上述凸臺11，法蘭12，鼓體13和一對相對的法蘭14通過鑄造鋁合金一體形成，借此共同構(gòu)成整體的輪轂15。這樣由鋁合金形成的輪轂15重量明顯減少。
摩擦件16由鋁基復(fù)合材料(下面簡稱為“鋁基復(fù)合材料”)形成，它也可明顯減少重量。由于鋁基復(fù)合材料包含加強(qiáng)物質(zhì)，所以摩擦件16作為制動鼓摩擦件可具有足夠的耐磨損性能。
通過這樣形成鋁基復(fù)合材料的摩擦件16，摩擦件16的基體可由和鼓體13一樣的鋁合金制造。因此，在所示實例中，摩擦件16的導(dǎo)熱性比傳統(tǒng)鑄鐵的導(dǎo)熱性高，制動作用產(chǎn)生的熱容易消散，這樣摩擦件16的抗衰退能力提高。
在本發(fā)明的上述制動鼓10中，在一對相對法蘭14的每一個中有許多安裝孔14a。輪輞21通過安裝在各個安裝孔14a內(nèi)的許多輻條固定在制動鼓10上，車胎22固定在輪輞22上。在制動鼓10的內(nèi)部空間中，容納了一對制動蹄23和一對拉伸彈簧24。
下面幾段參考圖2的流程圖描述制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的制動鼓的方法。
步驟10制造鋁基復(fù)合材料。
步驟11通過擠壓使制造的鋁基復(fù)合材料形成圓柱形件，所述圓柱形件在其外周上具有許多小凸出和凹入部分，并具有和完成的制動鼓一樣的內(nèi)徑。
步驟12將形成的圓柱形件切割成與完成的制動鼓寬度相應(yīng)的寬度，借此提供摩擦件。
步驟13利用一個鑄模將切割的摩擦件加熱到預(yù)定溫度；步驟14將加熱的摩擦件設(shè)置在鑄模內(nèi)，用起摩擦件的支持件作用的鋁合金鑄封設(shè)置好的摩擦件，同時冷卻鑄模。
上述步驟10-步驟14中的每一個的細(xì)節(jié)展示在圖3A到11中，下面進(jìn)行描述。
圖3A到3C展示了制造用于制造制動鼓的鋁基復(fù)合材料坯的過程，該過程對應(yīng)圖2的步驟10。
首先，在圖3A中，將金屬氧化物(在所示實例中，是“氧化鋁(Al2O3)”)形式的加強(qiáng)材料32放置在大氣爐30內(nèi)的第一熔化鍋31內(nèi)。具體地，氧化鋁32是氧化物基陶瓷形式的多孔模型并加工成鋼坯形。
鋁合金33放置在氧化鋁32上面。而且，鎂(Mg)35放置在同一大氣爐30內(nèi)的第二熔化鍋34內(nèi)。例如，鋁合金33可以是JIS-A6061合金，鎂35可以是鎂合金。
然后，為排除大氣爐30內(nèi)的空氣，借助真空泵36使?fàn)t30排空，然后當(dāng)在大氣爐30內(nèi)獲得了預(yù)定真空度后，關(guān)閉真空泵36。然后，如箭頭①所示，從氬氣氣瓶向大氣爐30供應(yīng)氬氣(Ar)。當(dāng)大氣爐30的內(nèi)部轉(zhuǎn)換為氬氣38a時，可以防止鋁合金33和鎂35被氧化。
同時，通過加熱線圈40加熱大氣爐30，使得氧化鋁32，鋁合金33和鎂35一起被加熱到預(yù)定溫度(例如，約750℃-約900℃)。這樣，鋁合金33熔化，鎂35如箭頭②所示蒸發(fā)。此時，大氣爐30內(nèi)的當(dāng)前溫度由溫度傳感器41檢測，根據(jù)溫度傳感器41輸出的最終檢測信號，通過控制部分42將大氣爐30內(nèi)的溫度調(diào)整到特別設(shè)定的值。
然后，如圖3B中箭頭③所示，從氮氣氣瓶43向大氣爐30供應(yīng)氮氣(N2)43a。同時，向大氣爐30內(nèi)部施加壓力(例如，大氣壓加上0.5公斤/平方厘米)，以用氮氣43a代替大氣爐30內(nèi)的爐氣。
當(dāng)大氣爐30內(nèi)部轉(zhuǎn)換到氮氣43a時，氮氣43a與鎂35反應(yīng)以形成鎂氮化物(Mg3N2)44。由于鎂氮化物44具有還原作用，它起作用將至少一部分氧化鋁32轉(zhuǎn)換成金屬(鋁)。這樣，在大氣爐30內(nèi)，至少一部分氧化鋁32作為金屬部分暴露。這樣制造的鋁可改善可粘性。
然后，熔化的鋁合金金屬33滲透到從氧化鋁32轉(zhuǎn)換成的鋁內(nèi)，這樣滲透到鋁內(nèi)的鋁合金33凝固，以借此制造鋁基復(fù)合材料坯45。
通過借助鎂氮化物的還原作用將氧化鋁32至少部分轉(zhuǎn)換成金屬形式并借此改善可粘性，鋁合金復(fù)合材料坯45可具有良好的延展性。因此，鋁基復(fù)合材料坯45可具有優(yōu)良的可成形性，并可易于塑性變形。
注意到如果大氣爐30內(nèi)的氣氛加壓就可以加速熔化鋁合金33的滲透，在這種情況下在更短的時間內(nèi)可獲得希望的鋁基復(fù)合材料坯45。作為另外一種選擇，可通過真空泵降低大氣爐30內(nèi)的壓力，在這種情況下，在降低壓力的氮氣氣氛狀態(tài)也可以加速熔化鋁合金33的滲透。
而且，多孔氧化鋁模型中原來也可以含有含鎂鋁合金，這樣氧化鋁32可由鎂氮化物還原。
而且，制造復(fù)合材料坯45的過程可通過將鋁合金放置在含鎂粉氧化鋁顆粒的多孔模型上實現(xiàn)。
在圖3C中，通過切割刀片46刨削鋁基復(fù)合材料坯45的外周45a；即，在坯45的外周45a上進(jìn)行所謂的“脫皮操作”。通過該刨削或脫皮操作，鋁基復(fù)合材料坯45形成適合在以后步驟中進(jìn)行擠壓的形狀。由于該鋁基復(fù)合材料坯45是通過與加強(qiáng)材料的表面效應(yīng)或界面效應(yīng)成為一個整體，所以與傳統(tǒng)鋁基復(fù)合材料坯相比，它具有非常好的導(dǎo)熱性并展現(xiàn)出良好的散熱能力。因此，摩擦件16的散熱能力明顯增加。而且，如上所述，由于鋁基復(fù)合材料坯45具有優(yōu)良的成形性并易于塑性變形，所以如圖4A中所示，通過擠壓可使其形成希望的形狀。
圖4A中所示實現(xiàn)對應(yīng)圖2流程圖中的步驟11，而圖4B所示實例對應(yīng)步驟12。
在圖4A中，鋁基復(fù)合材料坯45首先插入到容器50內(nèi)，然后在一端通過壓力機(jī)壓頭51推壓，使得復(fù)合材料坯45被擠壓通過拉模52和芯棒53之間的間隙。這樣擠壓鋁基復(fù)合材料坯45形成了圓柱形件54，圓柱形件54在其外周上具有凸出和凹入部分(圖4B)，其內(nèi)徑D1將構(gòu)成制動鼓10(見圖1)的內(nèi)徑。
通常都認(rèn)為由于其延展性和塑料變形性差，傳統(tǒng)的鋁基復(fù)合材料坯很難擠壓成希望的形狀。這樣，通過利用鎂氮化物，本發(fā)明中應(yīng)用的鋁基復(fù)合材料坯45具有用化學(xué)方法改善的金屬氧化物和熔化鋁合金金屬之間的可粘性。這可通過化學(xué)作用將金屬氧化物和鋁合金的表面牢固地粘接在一起，以在這兩個表面之間實現(xiàn)加強(qiáng)的界面狀態(tài)。因此，與傳統(tǒng)鋁基復(fù)合材料比，本發(fā)明中應(yīng)用的鋁基復(fù)合材料坯45展現(xiàn)出優(yōu)良的延展性，并可通過擠壓形成任何希望的形狀。
由于優(yōu)良的延展性，圓柱形鋁基復(fù)合材料坯45可適當(dāng)?shù)財D壓成圓柱形件(所謂的“中空-模-基生產(chǎn)方法”)。
圓柱形件54用作圖1的摩擦件16，圓柱形件54保證預(yù)定值的拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)力以保持摩擦件16的必要強(qiáng)度。至此，當(dāng)前實施例安排為將擠壓比R設(shè)定在10-40的范圍上，其中擠壓比R是通過擠壓前的鋁基復(fù)合材料45的橫截面面積S1除以擠壓后的圓柱形件54的橫截面面積S2確定的。通過在10-40的范圍內(nèi)多種改變鋁基復(fù)合材料坯45的擠壓比，圓柱形件54可具有高質(zhì)量但沒有內(nèi)部缺陷，從而通過當(dāng)前實施例就不再需要復(fù)雜的質(zhì)量管理步驟了。在當(dāng)前實施例中擠壓比R設(shè)定在10-40范圍上的原因在后面參考圖5詳細(xì)說明。
如圖4B中所示，隨后將擠壓完的圓柱形件54切割成與制動鼓10(圖1)寬度相應(yīng)的寬度W。這樣切割的圓柱形件54構(gòu)成圖1中所示制動鼓的摩擦件16。如上所述，由于拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)力保證在預(yù)定值，所以摩擦件16可保持作為制動鼓摩擦件所必要的強(qiáng)度。
通過其外周17上形成的凸出和凹入部分，摩擦件16能可靠地固定在制動鼓10(圖1)上。由于摩擦件16外周17上的凸出和凹入部分可在擠壓過程中同時形成，所以產(chǎn)量也提高了。因此，與凸出和凹入部分通過切割過程形成的情況相比，成本明顯降低。后面參考圖13到14B詳細(xì)描述摩擦件16上的凸出和凹入部分。
圖5為展示在本發(fā)明制動鼓的制造中，擠壓比與拉伸強(qiáng)度和屈服應(yīng)力之間關(guān)系的曲線圖。更具體地，在圖5中，水平軸代表擠壓比R，垂直軸代表圓柱形件54(即摩擦件16)的拉伸強(qiáng)度(MPa)和屈服應(yīng)力(MPa)。這里，屈服應(yīng)力代表產(chǎn)生0.2％的永久變形或應(yīng)變所必需的應(yīng)力水平。
如果擠壓比R設(shè)為10或更低，則摩擦件16的拉伸強(qiáng)度會降低到低于預(yù)定值(約380MPa)并且屈服應(yīng)力也降低到低于預(yù)定值(約240MPa)。因此，在這種情況下，摩擦件16不能保持預(yù)定強(qiáng)度。而且，當(dāng)擠壓比R設(shè)為10或更小，則在制造鋁基復(fù)合材料坯過程中產(chǎn)生的鑄造缺陷，如縮孔就會保留，這是不希望出現(xiàn)的，可能在擠壓后產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的氣孔。
另一方面，如果擠壓比R設(shè)為大于10，摩擦件16的拉伸強(qiáng)度會增加到超過預(yù)定值(約380MPa)并且屈服應(yīng)力也會增加到超過預(yù)定值(約240MPa)。因此，在這種情況下，摩擦件16可保持預(yù)定強(qiáng)度并保證足夠的內(nèi)部質(zhì)量。因此，在當(dāng)前實施例中，從鋁基復(fù)合材料坯的機(jī)械特性來看，擠壓比R的下限設(shè)為10。
但是，如果擠壓比R設(shè)為超過40，擠壓力會變得如此之大，以至于擠壓速度明顯降低。降低的擠壓速度會使周期性能惡化并導(dǎo)致制造成本增加；因此，在當(dāng)前實施例中擠壓比R上限設(shè)定為40。
圖6為實施本發(fā)明制動鼓制造方法的設(shè)備的透視圖，該制動鼓制造設(shè)備的功能對應(yīng)圖2流程圖的步驟13。
這里，在前面步驟中生產(chǎn)的摩擦件16通過加熱爐60加熱到預(yù)定溫度(例如，100℃)，如箭頭所示，加熱的摩擦件16通過輸送部分61輸送到等待位置P1。通過第一止動器部分62的止動器塊62a使到達(dá)等待位置P1的摩擦件16停止在等待位置P1的預(yù)定地點。
為進(jìn)一步將摩擦件16移動到安裝部分63的安裝位置P2，第一止動器部分62的活塞桿62b縮進(jìn)以抬起止動器塊62a，同時第二止動器部分64的活塞桿64b縮進(jìn)以抬起止動器塊64a。在這種狀態(tài)下，通過啟動輸送部分61將停止在等待位置P1的摩擦件16輸送到安裝位置P2。當(dāng)摩擦件16被輸送到安裝位置P2后，第一和第二止動器部分62和64的各自活塞桿62b和64b伸出以降低各自的止動器塊62a和64a。這樣，可使摩擦件16在安裝位置P2保持固定不動。
然后，安裝缸65的活塞桿65a伸出向前推動附著在活塞桿65a末端的板66。如箭頭④所示，被向前推動的板66使摩擦件16沿導(dǎo)軌向活動模型件71的凸出部分72(以下稱作“活動模型凸出部分”)移動?；顒幽Ｐ图?1是鑄模70的一部分。安裝部分63可在垂直方向上移動遠(yuǎn)離活動模型凸出部分72，這樣在適當(dāng)?shù)臅r候，可將其從具有凸出部分72的模型中撤出。
更具體地，如圖7和8中所示，如箭頭④所示，安裝缸65的活塞桿65a伸出以移動摩擦件16，使摩擦件16環(huán)繞并安裝在活動模型凸出部分72上?；顒幽Ｐ屯钩霾糠?2包括具有供水管75a的冷卻部分74，如箭頭a所示，借助冷卻部分可向銅管75b供應(yīng)冷卻水。供應(yīng)的冷卻水通過銅管75b的末端進(jìn)入凸出部分72的冷卻水通道76a，并如箭頭所示通過通道76a返回，然后如箭頭b所示通過排泄管76b排出。這樣，冷卻水在活動模型凸出部分72的內(nèi)部循環(huán)以將凸出部分72冷卻到約50℃。其結(jié)果是，活動模型凸出部分72收縮，其外徑D2變小。
如上所述，由于摩擦件16被加熱到100℃，摩擦件16的內(nèi)徑D1膨脹到比活動模型凸出部分72的外徑D2足夠大。這樣，摩擦件16可容易地環(huán)繞放置并安裝在活動模型凸出部分72的外周上。
如圖8中所示，冷卻部分74包括四個冷卻水通道76a，它們圍繞活動模型凸出部分72的外周以90°間隔布置，這樣布置的水通道76a能有效地將活動模型凸出部分72的外周冷卻到預(yù)定溫度(約50℃)。但是，冷卻部分74可包括四個以上的冷卻水通道76a；根據(jù)希望的冷卻條件，可選擇任意數(shù)量的冷卻水通道76a。
如圖9中所示，當(dāng)摩擦件16安裝在凸出部分72的外周上時，加熱到約100℃的摩擦件16接觸約50℃的活動模型凸出部分72。由于活動模型凸出部分72的熱容量比摩擦件16大，在凸出部分72和摩擦件16之間產(chǎn)生接觸后，摩擦件16冷卻到和活動模型凸出部分72相同的溫度。這樣，摩擦件16的溫度從100℃降低到50℃并收縮，這樣摩擦件16的內(nèi)徑D1變小。
另一方面，活動模型凸出部分72的溫度保持在50℃。這樣，摩擦件16可冷縮裝配在活動模型凸出部分72上，因此摩擦件16和活動模型凸出部分72之間的最終的緊密接觸可消除其間可能存在的任何間隙。當(dāng)摩擦件16以上述方式安裝在活動模型凸出部分72后，如箭頭⑤所示，活動模型件71向固定模型件77移動，直到摩擦件16正確設(shè)置在鑄模70內(nèi)為止。
圖10為展示制動鼓摩擦件和鑄模的熱變化量的曲線圖，其中水平軸代表溫度，垂直軸代表摩擦件16和活動模型凸出部分72之間的間隙。而且，在該圖中，粗實線代表活動模型凸出部分72的熱膨脹，細(xì)實線代表摩擦件16的熱膨脹。
摩擦件16的內(nèi)徑D1是這樣選擇的，即摩擦件16和活動模型凸出部72之間的間隙非常小(例如，0.05毫米或更小)，使得當(dāng)摩擦件16和活動模型凸出部分72的溫度相同時，下面所描述的熔化鋁合金金屬不會進(jìn)入到摩擦件16和活動模型凸出部分72之間。摩擦件16內(nèi)徑D1的最小值用細(xì)實線表示成d1，摩擦件16內(nèi)徑D1的最大值用點線表示為D1。
如上所述，摩擦件16由鋁基復(fù)合材料制造，而鑄模70(活動模型凸出部分72)由合金工具鋼(JIS-G-4404-SKD)制造。
活動模型凸出部分72(SKD)的熱線性膨脹系數(shù)約為13.5×10-6/℃，當(dāng)凸出部分72從0℃加熱到50℃時，活動模型凸出部分72的外徑D2增加+0.05。而且，當(dāng)凸出部分72加熱到75℃時，活動模型凸出部分72的外徑D2增加+0.075。如果活動模型凸出部分72加熱到100℃，外徑D2增加+0.10。由于活動模型凸出部分72具有低熱線性膨脹系數(shù)，所以外徑D2的增加較慢。
另一方面，摩擦件16(鋁基復(fù)合材料坯)的熱線性膨脹系數(shù)約為20×10-6/℃，比活動模型凸出部分72的要大。這樣，如果摩擦件16從0℃加熱到50℃，摩擦件16的最大內(nèi)徑D1增加+0.10，如果摩擦件16加熱到75℃，內(nèi)徑增加+0.15。而且，如果摩擦件16加熱到100℃，摩擦件16的最大內(nèi)徑D1增加+0.20。由于摩擦件16的熱線性膨脹系數(shù)大，所以內(nèi)徑D1增加快。
和最大內(nèi)徑D1一樣，摩擦件16的最小內(nèi)徑d1增加得也快。
因此，如果摩擦件16加熱到100℃并且活動模型凸出部分72加熱到50℃，“最大內(nèi)徑D1-外徑D2”之差為+0.15，“最小內(nèi)徑d1-外徑D2”之差為+0.05。因此，摩擦件16相對活動模型凸出部分72具有較大間隙，這允許很容易地將摩擦件16放置在凸出部分72的外周上。
當(dāng)摩擦件16環(huán)繞活動模型凸出部分72的外周放置后，摩擦件16被冷卻到凸出部分72的溫度。在這期間，“最大內(nèi)徑D1-外徑D2”之差從+0.15減少到+0.05，在數(shù)學(xué)上，“最小內(nèi)徑d1-外徑D2”之差從+0.05減少到-0.05。這樣，通過冷縮裝配作用，可使摩擦件16相對活動模型凸出部分72的間隙變小，可幾乎完全消除。
這樣，摩擦件16可與活動模型凸出部分72同軸放置，相對活動模型凸出部分不會有不希望的位移，而且在充入熔化的金屬過程中，還可防止熔化的金屬進(jìn)入摩擦件16的內(nèi)圓周。
而且，由于摩擦件16的熱線性膨脹系數(shù)(約20×10-6/℃)比活動模型凸出部分72的熱線性膨脹系數(shù)(約13.5×10-6/℃)大，所以可有效提供冷縮裝配作用，而無需將摩擦件16加熱到非常高的溫度。從而，加熱爐60的成本也可降低。
然后，如圖11A中所示，鑄模70關(guān)閉或夾緊，然后如箭頭⑥所示，熔化的鋁合金金屬通過固定模型件77的澆口70a充入到模型空腔70b內(nèi)，以通過鋁合金鑄封摩擦件16。鑄封摩擦件16的鋁合金構(gòu)成圖1中所示輪轂15。
由于熔化的鋁合金金屬具有約680℃的高溫，摩擦件16和活動模型凸出部分72一起被充入到模型空腔70b內(nèi)的熔化金屬加熱，所以很可能在摩擦件16和活動模型凸出部分72之間產(chǎn)生較大的間隙。但是，冷卻水通過冷卻部分74在活動模型凸出部分72內(nèi)部循環(huán)，有效防止了摩擦件16和活動模型凸出部分72的溫度過度增加。
然后，當(dāng)熔化的鋁合金固化后，沿箭頭⑦所示方向移動活動模型件71，而且如箭頭⑧所示，移去滑動模型件78。然后，如箭頭⑨所示，從活動模型件71中取出鑄造品或鑄造件79。
如上所述，由于摩擦件16可緊密地安裝在活動模型凸出部分72上，所以它與制動鼓10的軸線10a同軸地被鑄封。而且，當(dāng)前實施例可防止鋁合金粘到摩擦件16的內(nèi)圓周面18上，或可使粘到內(nèi)圓周面18上的鋁合金量最少。如果有必要，可將鑄造件79內(nèi)摩擦件16的內(nèi)圓周面研磨成希望的尺寸，以提供圖1的完成的制動鼓10。
圖12為解釋根據(jù)本發(fā)明制動鼓鑄造過程的曲線，其中水平軸代表幾個鑄造階段，垂直軸代表活動模型凸出部分72的溫度。在圖12的曲線圖中，實線代表上述具有冷卻部分74的本發(fā)明當(dāng)前實施例，點線代表沒有這種冷卻部分74的傳統(tǒng)制動鼓實例。
在傳統(tǒng)實例中，當(dāng)摩擦件16要安裝在凸出部分72外周上時，活動模型凸出部分72的溫度是120℃。由于活動模型凸出部分72的溫度高達(dá)120℃，所以必須將摩擦件16加熱到120℃以上以在活動模型凸出部分72和摩擦件16之間形成較大的間隙。將摩擦件16加熱到這樣高的溫度增加了加熱設(shè)施的成本。
當(dāng)加熱的摩擦件16安裝在活動模型凸出部分72的外周上時，活動模型凸出部分72的溫度增加到120℃以上。這樣，當(dāng)鑄模70關(guān)閉后，熔化的金屬(約680℃)在這種條件下充入模型70，使得摩擦件16也被加熱到約230℃，這會在摩擦件16和活動模型凸出部分72之間產(chǎn)生較大的間隙。這樣，在充入熔化金屬過程中，摩擦件16很容易相對活動模型凸出部分72移動，這使得難以現(xiàn)活動模型凸出部分72同軸地鑄封摩擦件16。
另一方面，在當(dāng)前實施例中，當(dāng)摩擦件16要安裝在凸出部分72的外周上時，活動模型凸出部分72的溫度僅有50℃。由于活動模型凸出部分72的溫度只有50℃，所以只需要將摩擦件16加熱到100℃。這樣，摩擦件16必要溫度的降低可有效防止加熱設(shè)施成本增加。
然后，在鑄模70關(guān)閉后，熔化的金屬(約680℃)在這種條件下充入模型70內(nèi)，此時冷卻水通過冷卻部分74在活動模型凸出部分72內(nèi)部循環(huán)，使得摩擦件16和活動模型凸出部分72的溫度被限制在約150℃以下。其結(jié)果是，摩擦件16和活動模型凸出部分72是間隙可限制在基本如圖10中所示的范圍內(nèi)。因此，可與活動模型凸出部分72同軸地鑄封摩擦件16，同時防止熔化的金屬進(jìn)入到活動模型凸出部分72和摩擦件16之間。
圖13展示了備有本發(fā)明制動鼓的制動鼓裝置。當(dāng)摩托車向前移動時，如箭頭所示，安裝在摩托車上的制動鼓10逆時針旋轉(zhuǎn)。在這種條件下，當(dāng)凸輪26按箭頭方向轉(zhuǎn)動時，成對制動蹄23克服拉伸彈簧24的偏壓，徑向向外移動彼此分離。這樣，制動蹄23的各個襯墊23a緊緊壓在摩擦件16的內(nèi)圓周面18上，從而使制動鼓10停止旋轉(zhuǎn)。
這時，旋轉(zhuǎn)力仍然從車輛傳遞到輪轂15，這使鼓體13獨立于摩擦件16保持旋轉(zhuǎn)。這就是為什么本發(fā)明的摩擦件16具有在其外周17上以均勻的間距夾角θ形成的許多凸出部分17a，其形成方式為外周17具有交替的凸出和凹入部分。摩擦件16緊緊固定在鼓體13上，外周17上的凸出和凹入部分與鼓體13的內(nèi)圓周面嚙合，這樣即使較大的圓周載荷作用在摩擦件16上，也能不但可靠地防止摩擦件16相對鼓體13在圓周方向上移動，還可防止其從鼓體13上分離。
上述凸出部分17a之間的間距夾角θ設(shè)定在6-45°的范圍內(nèi)，更可取的是在6-30°的范圍內(nèi)。盡管可取的是與摩擦件16的厚度t相比，凸出部分17a中的每一個的高度h設(shè)定為較小，例如在0.5-3毫米范圍內(nèi)，但可根據(jù)制動鼓的尺寸改變高度h，而不必僅限制在0.5-3毫米范圍內(nèi)。
圖14A和14B為解釋摩擦件熱膨脹的視圖；更具體地，圖14A展示傳統(tǒng)制動鼓中摩擦件的熱膨脹，而圖14B展示本發(fā)明實施例中摩擦件的熱膨脹。
在圖14A中，當(dāng)通過將制動蹄襯墊壓在摩擦件100的內(nèi)圓周面上產(chǎn)生摩擦熱時，摩擦件100的溫度將增加到約400℃。由于這樣產(chǎn)生的摩擦熱不能立即傳送到鼓體105，所以摩擦件100將會因摩擦熱而熱膨脹。
從所示傳統(tǒng)制動鼓可看出，將摩擦件100的凸出部分102中的每一個的高度h1設(shè)定為較大的值(更具體地，三毫米或更大)將會使凸出部分102發(fā)生較大的熱膨脹。由此，摩擦件100內(nèi)圓周面101的與外凸出部分102相對的部分分別向內(nèi)膨脹以形成熱膨脹部分103。同樣，如果凸出部分102之間的間隔增加，使得凸出部分102之間的間隔夾角θ1分別超過45°，則凸出部分102彼此間隔過大，使得凸出部分102內(nèi)和圍繞它的熱膨脹不能充分散開，這樣摩擦件100內(nèi)圓周面101的與外凸出部分102相對的部分向內(nèi)膨脹以形成熱膨脹部分103。其結(jié)果是，不再能足夠地壓緊制動蹄襯墊以使其與摩擦件100的內(nèi)圓周面101緊密均勻接觸。
另一方面，在圖14B所示本發(fā)明實施例中，摩擦件16凸出部分17a中的每一個的高度h設(shè)置為可取的0.5-3毫米范圍內(nèi)的小值，與傳統(tǒng)制動鼓相比，在形成有凸出部分17a的每一個區(qū)域摩擦件16的整體徑向厚度減小，相應(yīng)地?zé)崤蛎浭艿较拗啤６遥绻钩霾糠?7a之間的間隔夾角θ設(shè)定在6-45°的范圍內(nèi)，可取的是在6-30°范圍內(nèi)，每個相鄰的凸出部分17a彼此更靠近，這樣允許摩擦件16的內(nèi)圓周面18基本均勻地?zé)崤蛎?。其結(jié)果是，制動蹄23可均勻地壓在摩擦件16的內(nèi)圓周面18上。
注意到即使凸出部分17a之間的間隔夾角θ設(shè)定在30-45°范圍內(nèi)，在摩擦件16內(nèi)圓周面18的與凸出部分17a相對的部分產(chǎn)生的熱膨脹也在允許范圍內(nèi)。
當(dāng)凸出部分17之間的間隔夾角θ大于45°時，每個相鄰?fù)钩霾糠?7a彼此之間間隔過大，即凸出部分17a的數(shù)量明顯減少(六個凸出部分17a或更少以在其間提供均勻的間隔)，這是不可取的，因為鼓體13和摩擦件16之間的結(jié)合力減少。
而且，如果凸出部分17a之間的間隔夾角θ為6°或更小，每個相鄰?fù)钩霾糠?7a彼此間隔太近，這意味著外周凸出部分17a之間的每個凹入部分寬度過小。這樣，每個與摩擦件16的凹入部分嚙合的鼓體13的凸出部分寬度也減小，這會導(dǎo)致鼓體13凸出部分強(qiáng)度不足，并從而當(dāng)制動蹄壓在摩擦件16上時，摩擦件16可能從鼓體13分離。
為有效解決上述困難，在本發(fā)明中凸出部分17a之間的間隔夾角θ以這樣的方式設(shè)定在6-45°的范圍內(nèi)，即提供足夠數(shù)量的凸出17a，凸出17a中的每一個都具有比預(yù)定值高的強(qiáng)度，鼓體13和摩擦件16之間的結(jié)合力明顯增加。
此外，如果凸出部分17a中的每一個的高度h小于0.05毫米，摩擦件16和鼓體13之間的嚙合量，即結(jié)合力變得太小，從而當(dāng)制動蹄壓在摩擦件16上時，摩擦件16可能從鼓體13分離。
此外，如果凸出部分17a中的每一個的高度h大于3毫米，與傳統(tǒng)制動鼓一樣，當(dāng)摩擦件16熱膨脹時，在摩擦件16內(nèi)圓周部分18上會產(chǎn)生不希望有的熱膨脹部分。
為有效解決上述困難，在本發(fā)明中摩擦件16凸出部分17a的高度h設(shè)定在0.5-3毫米的范圍內(nèi)。
盡管上面關(guān)于用氧化鋁32作為金屬氧化物基加強(qiáng)材料描述了本發(fā)明的實施例，金屬氧化物組陶瓷，而不是氧化鋁32，也可用作金屬氧化物基加強(qiáng)材料。
此外，盡管上面關(guān)于在摩托車制動鼓中使用摩擦件16的情況描述了本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的摩擦件16也可應(yīng)用在除摩托車制動鼓以外的汽車制動鼓中。
工業(yè)實用性在本發(fā)明中，由鋁合金形成的外鼓體和由鋁基復(fù)合材料形成的內(nèi)摩擦件都是基于鋁合金的，該創(chuàng)造性的制動鼓整體上重量明顯減少。此外，摩擦件在其外周上形成凸出和凹入部分并且摩擦件外周用鋁合金鑄封，所以摩擦件和鼓體可牢固地固定在一起，使得能可靠地防止不希望出現(xiàn)的摩擦件從鼓體分離現(xiàn)象。因此，該創(chuàng)造性的制動鼓可有利地應(yīng)用于摩托車或汽車的鼓式制動器裝置。
權(quán)利要求
1.一種在鼓式制動器中使用的制動鼓，包括一圓柱形摩擦件，其外圓周上具有許多在圓周方向上間隔均勻的軸向凸出部分；一整體形成的鼓體，該鼓體包圍所述摩擦件外圓周并安裝在外圓周上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制動鼓，其特征在于，所述摩擦件由鋁基復(fù)合材料形成，所述鼓體由鋁合金形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制動鼓，其特征在于，凸出部分中的每一個都具有在0.5-3毫米范圍內(nèi)的凸出高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制動鼓，其特征在于，凸出部分之間的間隔夾角在6-45°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的制動鼓，其特征在于，凸出部分之間的間隔夾角在6-30°的范圍內(nèi)。
6.通過將一個摩擦件固定在由鋁合金形成的支持件內(nèi)圓周面上來制造制動鼓的方法，所述方法包括提供由鋁基復(fù)合材料形成的環(huán)形摩擦件的步驟；加熱所述摩擦件的步驟；將通過所述加熱步驟加熱的摩擦件安裝在鑄模模型件之一的凸出部分上的步驟，其中凸出部分的溫度比所述摩擦件低；通過將一個模型件與鑄模的另一個模型件配合以形成空腔的步驟；將熔化的鋁合金金屬充入空腔，同時強(qiáng)迫冷卻所述被加熱的摩擦件，以借此鑄封所述摩擦件的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于，在所述充入步驟，所述被加熱的摩擦件的強(qiáng)迫冷卻是通過在一個模型件的凸出部分內(nèi)循環(huán)冷卻液體實現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于，所述鋁基復(fù)合材料環(huán)形摩擦件是通過下面步驟制造的制造鋁基復(fù)合材料的步驟，通過使金屬氮化物的加強(qiáng)材料與鎂氮化物接觸并使鋁合金滲透到加強(qiáng)材料內(nèi)，通過鎂氮化物的還原作用至少一部分加強(qiáng)材料作為金屬部分暴露；通過擠壓使鋁基復(fù)合材料形成圓柱形件的步驟，其中圓柱形件外周上具有凸出和凹入部分，所述圓柱形件的內(nèi)徑構(gòu)成所述制動鼓的內(nèi)徑；將所述圓柱形件切割成與所述制動鼓相應(yīng)的寬度的步驟。
9.通過將一個摩擦件固定在由鋁合金形成的支持件內(nèi)圓周面上來制造制動鼓的方法，包括制造鋁基復(fù)合材料的步驟，通過使金屬氮化物的加強(qiáng)材料與鎂氮化物接觸并使鋁合金滲透到加強(qiáng)材料內(nèi)，通過鎂氮化物的還原作用至少一部分加強(qiáng)材料作為金屬部分暴露；通過擠壓使鋁基復(fù)合材料形成圓柱形件的步驟，其中圓柱形件外周上具有凸出和凹入部分，所述圓柱形件的內(nèi)徑構(gòu)成所述制動鼓的內(nèi)徑；將所述圓柱形件切割成與所述制動鼓相應(yīng)的寬度，借此提供所述摩擦件的步驟；將所述摩擦件設(shè)置在鑄模內(nèi)，并通過起所述支持件作用的鋁合金鑄封設(shè)置好的摩擦件的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的方法，在提供所述摩擦件之后，還包括將所述摩擦件加熱到溫度高于所述鑄模的步驟，其特征在于，將加熱的摩擦件設(shè)置在所述鑄模內(nèi)之后，所述摩擦件被鋁合金鑄封。
11.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的方法，其特征在于，所述通過擠壓形成鋁基復(fù)合材料的步驟是以設(shè)置在10到40范圍內(nèi)的擠壓比進(jìn)行的，其中所述擠壓比是通過擠壓前的鋁基復(fù)合材料橫截面面積除以最終被擠壓的圓柱形件的橫截面面積確定的。
全文摘要
一制動鼓包括一環(huán)形鼓體(13)，和一固定在鼓體內(nèi)圓周面(18)上的摩擦件(16)。由于鼓體是由重量輕的鋁合金形成的，并且摩擦件是由鋁基復(fù)合材料形成的，所以制動鼓總體上可以減少重量。而且，由于摩擦件通過熔化的鋁合金金屬鑄封，其中摩擦件在其外周邊(17)上形成有凸出部分(17a)，所以摩擦件和鼓體可牢固地固定在一起。這樣，即使在鼓制動器上施加很大的制動力時，也可以防止不希望發(fā)生的摩擦件從鼓體上分離。
文檔編號F16D65/10GK1457405SQ01813583
公開日2003年11月19日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月29日
發(fā)明者小泉隆, 越后隆治, 莊子廣人, 中尾靖宏, 菅谷有利 申請人:本田技研工業(yè)株式會社