专利名称：轻量制动转子和带有复合材料的部件的制作方法
技术领域：
本披露一般地涉及的领域包括将不同的材料结合的方法和以此方 法制成的产品。
背景技术：
包括车轮的例如但不限制于汽车、卡车、客车、飞机等的交通工 具典型地包括制动系统，这样的制动系统通常包括鼓式或盘式制动转子。
发明内容
本发明的一个实施例包括方法，方法包括将第一插入件和第二 插入件放置在铸造模具内，且其中第 一插入件和第二插入件包括多个 在其间延伸的连接柱，使得第 一插入件和第二插入件以分开的关系处
于模具内，第一插入件和第二插入件的每个包括第一材料；将熔融的
第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料在第一插入件和第二插入
件之间流动，且将第二材料固化以提供产品，产品包括带有第一插入 件和笫二插入件的铸件上体部分且使得第二材料机械地锁定或冶金上
结合到第 一材料，且使得第 一插入件和第二插入件的一个或两个提供 用于产品的工作表面。
本发明的另 一 个典型的实施例将从在下文中提供的详细描述中变 得显见。应理解的是详细描述和特定的例子虽然披露了本发明的典型 的实施例，但它们意图于仅图示的目的，且不意图于限制本发明的范 围。
本发明的典型的实施例将从详细描述和附图中变得更完全地被理
解，其中
图1图示了根据本发明的一个实施例的在方法中使用的制动轮； 图2图示了根据本发明的一个实施例的包括制动轮和包括了毂的
铸件上体部分的通风盘式制动转子；
图3图示了根据本发明的一个实施例的用于制造制动转子的带有 梯形形状的突出的插入件；
图4图示了根据本发明的一个实施例的包括制动轮和包括了毂的
铸件上体部分的非通风盘式制动转子；
图5图示了根据本发明的一个实施例的在方法中使用的用于毂转
子的制动轮；
图6图示了根据本发明的一个实施例的包括制动轮和包括了毂的
铸件上体部分的毂转子；
图7图示了根据本发明的一个实施例的使用在制造盘式制动转子
中的型芯插入件的截面；
图8图示了根据本发明的一个实施例的包括环形盘和从环形盘延 伸的柱的制动轮的部分上方的铸造型芯截面的截面俯视图，且其中柱 接收在形成在铸造型芯内的狭槽内；
图9图示了根据本发明的一个实施例的制造盘式制动转子的方法；
图10图示了根据本发明的一个实施例的制动转子制造方法，在方 法中将第 一环形盘插入件放置在铸造模具内；
图11图示了根据本发明的一个实施例的使用在方法中的铸造型 芯，该制造型芯包括多个形成在其内的通道；
图12图示了根据本发明的一个实施例的将图10的铸造型芯放置 在铸造模具内的方法；
图13图示了根据本发明的一个实施例的包括使用在方法中的定位 特征的环形盘插入件；
图14图示了根据本发明的一个实施例的关闭铸造模具且将熔融材 料浇铸到模具内的方法；
图15图示了根据本发明的一个实施例的垂直铸造方法，该垂直铸 造方法包括将带有定位特征的第一和第二环形盘插入件分别放置第一 和第二模半体内，且将熔融材料浇铸到铸造模具内；
图16是根据本发明的 一 个实施例的使用的环形盘插入件的截面侧 视图，环形盘插入件包括多个可以具有梯形、L形或T形形状的突出；
图17A是根据本发明的一个实施例的透视图，其中将制动转子的 带有直叶片的部分断开；
图17B是根据本发明的另一个实施例的透视图，其中将制动转子 的带有柱型叶片的部分断开；
图17C是根据本发明的另一个实施例的透视图，其中将制动转子 的带有直的切向叶片的部分断开；
图17D是根据本发明的另一个实施例的透视图，其中将制动转子 的带有弯曲的切向叶片的部分断开；
图18是根据本发明的一个实施例的环形插入件的截面侧视图，该 环形插入件包括从插入件沖压出的向下延伸的腿且该环形插入件使用 在方法中；
图19图示了使用在本发明的一个实施例中的环形插入件的截面侧 视图，该环形插入件包括从插入件冲压出的片，片包括向下延伸的腿 部分和脚。
具体实施例方式
如下的对实施例(多个实施例)的描述在本质上仅是典型的且不 意图于限制本发明、本发明的应用或使用。
现在参考图1,本发明的一个实施例包括提供了制动轮10,制动 轮10可以包括第一插入件12和第二插入件14，第一插入件12和第二 插入件14通过多个在它们之间延伸的柱16相互之间维持分开的关系。 在一个实施例中，第一插入件12、第二插入件14和它们之间延伸的柱 16由单一的第一材料铸造且是连续的铸件。制动轮10可以通过铸造、 焊接或其他类似的方法制造。
制动轮10可以用于制成在图2中示出的盘式制动转子18。盘式制 动转子18包括铸件上体20,铸件上体20包括毂部分22和在第一插入 件12和第二插入件14之间延伸的第二部分24。铸件上体20的第二部 分24可以覆盖了插入件环形内表面和插入件12、 14的外周圆周表面。 在第一插入件12和第二插入件14之间延伸的多个叶片26或翅片可以 在它们之间限定多个通风口 28或通道，以提供在图2中示出的通风制 动转子。叶片26可以是直的形状的叶片，弯曲的叶片，柱型的叶片或 本领域一般技术人员已知的任何其他类型的叶片。在一个实施例中， 制动轮10的柱16的每个可以由相关的叶片26围绕，使得铸件上体20 机械地锁定到制动轮10或在柱16处冶金地结合到制动轮10。
制动轮10可以由第一材料制成，例如由铸《失制成，以在第一插入
件12的外面上提供第一制动表面34，且在第二插入件14的外表面上 提供第二制动表面36。铸件上体20可以由第二材料制成，该第二材料 具有与第一材料不同的密度和熔点。在本发明的一个实施例中，第二
材料可以包括铝或铝合金。在一个实施例中，除包括第一材料的两个 环形制动表面34、 36之外，转子的所有暴露的表面包括第二材料。此 布置防止了除暴露的制动表面34、 36以外的第一材料的腐蚀。然而， 在暴露的制动表面34、 36上的任何腐蚀可以通过制动垫片靠着制动表 面34、 36摩〗察来去除。
再次参考图1,在一个实施例中，柱16和/或第一插入件12的内 表面30和/或第二插入件14的内表面32可以被处理，例如通过施加石 墨涂层来处理，使得内表面30、 32和/或柱16通过熔融的第二材料湿 润且在铸件上体部分和插入件12、 14或柱16之间形成冶金结合。
现在转到图3，在一个实施例中，第一插入件12(或第二插入件 14)包括多个梯形的突出16',这些突出16'从第一插入件12的内表面 30 (或第二插入件14的内表面32)延伸，且其中第二材料在铸造过程 期间在突出处机械地锁定到第 一材料。第 一插入件12的外表面34 (或 第二插入件14的外表面36)的至少一个提供了第一制动表面。在图 16、图18和图19中图示了带有突出16'的环形盘插入件的再另外的实 施例。
现在参考图4，替代地，铸件上体20的第二部分24可以完全地填 充了第一插入件12和第二插入件14之间的空间，以提供实心的非通 风盘式制动转子18。
现在参考图5，在本发明的另一个实施例中，制动轮10可以构造 且布置为形成圆柱形内壁14,内壁14带有从外表面36延伸的突出16'。 在一个实施例中，突出16'可以具有梯形、T形、L形、矩形等形状。 用于突出16'的设计的一些例子在图16中示出。圓柱形壁的内面32提 供了制动表面。
现在参考图6，图5的制动轮10可以用于提供铸件上体20,该铸 件上体20限定了毂部分22和第二部分24,以完全地覆盖制动轮10上 的所有突出16',以提供鼓式制动转子18。
现在参考图7，铸造型芯42可以用于制成在图2中示出的通风盘
式制动转子。铸造型芯42可以是永久性金属型芯。在一个实施例中， 型芯42可以分为许多块，每块可以在第一插入件12和第二插入件14 之间从与制动轮io的外部直径相关的位置向制动轮10的中心滑动。 型芯42的每个部分44可以包^^形成在其内的至少一个狭槽46,狭槽 46具有打开的端48以接收在第一插入件12和第二插入件14之间延伸 的柱16。
图8是制动轮10的截面俯视图，制动轮10包括第一插入件12和 多个从第一插入件向上延伸的柱16，和覆盖了第一插入件12的型芯 42的部分44。在铸造操作期间，将以第二材料填充形成在型芯42的 每个部分44内的狭槽46，以形成在第一插入件12和第二插入件14之 间延伸的叶片26。叶片26可以捕获柱16或突出16',且叶片26才几械 地锁定到柱16或突出16',或柱16或突出16'可以^皮处理，使得用于形 成叶片26的第二材料冶金地结合到柱16或突出16'。型芯42可以然 后被移除，以在叶片26之间留下通风口 28或通道。
现在参考图9,本发明的一个实施例包括放置制动轮IO和在铸造 模具49的第一部分50或铸造模具的第二部分52的至少一个内包括型 芯42,其中第二部分52包括突出54,突出54构造且布置为延伸到铸 造模具49的第一部分50内，以限定制动转子的毂22。铸造模具49可 以是永久性金属模具。用于制动轮的材料可以是第一材料，例如铸铁， 且熔融的第二材料56可以通过充填线58浇铸到铸造才莫具内。熔融的 第二材料56可以是例如铝的第二材料，该第二材料比第一材料的熔点 更低且更轻。铸造才莫具49可以包括通风口 60和本领域一般技术人员 已知的其他特征。
图10至图14图示了制成制动转子的另一个实施例。第一插入件 12可以是带有梯形突出16'的分开的环形盘12,如在图16中示出，且 第一插入件12放置在铸造模具的第一部分50内。然后，铸造型芯42 可以放置在第一插入件12上方(如在图12中示出)。如在图11中示 出，型芯42可以是单个的完整块，它包括形成在其内的且构造且布置 为在铸造过程期间产生叶片26的多个通道46。图13图示了本发明的 一个实施例，其中第一插入件12或第二插入件14可以包括在制动表 面34、 36上带有定位特征106的环形盘部分59。如在图14中示出， 在一个实施例中，铸造模具49的第一部分50和第二部分52的每个可
以包括与插入件上的定位特征106 —起工作的定位特4正64，以将插入 件在模具内保持到位以用于铸造。例如，多个凹陷64形成在其内以接 收定位特征106,使得第一插入件12和第二插入件14的每个可以保持 在设计的位置。在另一个实施例中，铸造模具49的第二部分52可以 包括磁体104以保持第二插入件14,且然后被放置在第一部分50上方 以关闭才莫具49,且熔融的第二材料56可以然后通过充填线58浇铸入， 以形成具有铸件上体20的制动转子，铸件上体20包括穀部分22和在 第一插入件12和第二插入件14之间延伸的第二部分24(未示出)。第 一插入件12和第二插入件14上的定位特征106可以随后被机加工去 掉。定位特征106也可以构造为安放在特别地设计的才莫具的肩部上且 可以通过模具半体夹在其上。为制成非通风盘式制动转子，不使用型 芯42。
现在参考图15,在另一个实施例中，第一插入件12和第二插入件 14的每个可以保持在垂直位置上。熔融的材料56可以浇铸到铸造模具 49内，以提供包括铸件上体部分20的转子，该铸件上体部分20包括 毂部分22和在第 一插入件12和第二插入件14之间延伸的第二部分24, 例如在图4中示出。
图16图示了第一插入件12 (或第二插入件14)的一个实施例， 其中包括多个从第一插入件12的内表面30向外延伸的突出16'。第一 插入件12可以包括外部第一制动表面34。突出16'可以构造且布置为 使得当第二材料铸造到铸造模具内时提供了机械锁定。突出16'可以具 有多种形状中的任何形状。例如，突出16'可以是梯形、L形、T形形 状的，或可以具有提供了肩部或表面的任何形状，第二材料可靠该表 面捕获且因此防止第一插入件12 (或第二插入件14)从铸件上体20 的第二部分24拉离。
图17A是根据本发明的一个实施例的透视图，其中将制动转子的 部分断开，制动转子包括直的叶片26,单独的柱16捕获在其内。图 17B是根据本发明的具有柱型设计的另 一个实施例的透视图，其中制动 转子的部分断开。图17C是根据本发明的另一个实施例的透视图，其 中制动转子的部分断开，包括切向的直的铝叶片26,使得叶片形状的 铸铁柱16捕获在铝叶片26内。图17D是根据本发明的另一个实施例 的透视图，其中制动转子的部分断开，包括切向的弯曲的铝叶片26,
使得单独的铸铁柱16捕获在叶片26内。
图18图示了本发明的包括插入件14的另一个实施例，插入件14 包括多个突出16',突出16'可以通过从插入件冲压出向下延伸的腿部分 68而形成，插入件例如是不锈钢或其他适合于冲压的材料制成。
如在图19中示出，突出16'内可以包括第一弯曲70和第二弯曲72, 以限定腿部分68和脚部分72,脚部分可以大体上平行于插入件14的 主体部分76。在一个实施例中，突出16'可以在不使用的位置处从插入 件14的主体部分76冲压出。
本发明的多种实施例可以包括如在传统的制动转子设计中的任何 设计特征，例如转子表面上的交叉的钻孔或其他机加工的特征，以及 转子表面的涂层或热处理等。多种表面处理可以在第一插入件12、第 二插入件14和突出16'或柱16上进行，以改进制动器和/或转子性能。
根据本发明的多种示例的实施例，可以通过第 一材料和第二材料 的界面表面的相互之间的移动实现摩擦阻尼。
本发明的 一 个实施例包括可以具有摩擦阻尼装置的产品。在实施 例中，插入件12、 14的各内面30、 32或柱16的至少一个的至少部分 可以涂敷以材料以产生摩擦阻尼。涂层可以包括纤维或微粒，它们当 暴露于例如在铸造中的熔融材料的温度时抵抗流动。
本发明的实施例的以上描述在本质上仅是典型的，且因此其变化 不视作偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种方法，包括将第一插入件和第二插入件放置在铸造模具内，使得第一插入件和第二插入件以分开的关系处于模具中，第一插入件和第二插入件的每个包括第一材料；将熔融的第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料在第一插入件和第二插入件之间流动，且将第二材料固化以提供带有第一插入件和第二插入件的包括铸件上体部分的产品，铸件上体部分包括第二材料且使得第二材料机械地锁定或冶金地结合到第一材料且使得第一插入件和第二插入件的一个或两个提供用于产品的工作表面。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括在笫一插入件和第二 插入件之间延伸的且将第 一插入件和第二插入件永久地连接的多个 柱，且其中第二材料围绕了每个柱，且其中第二材料在柱处机械地锁 定到第 一材料，且其中在插入件之间延伸的且连接了插入件的柱可以 具有圆形棒、矩形条或弯曲的翅片的形状，且其中第一插入件和第二 插入件和多个柱是单个的连续工件。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中第一插入件和第二插入件的 每个包括多个从其内面延伸的突出，且其中第二材料在突出处机械地 锁定到第一材料，且其中突出是梯形、T形、L形或矩形形状的，且其 中第 一插入件或第二插入件和突出是单个的连续工件。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中如果这样设计，则第二材料 具有比第 一 材料更低的熔点和更低的密度，且其中第 一 材料的例子是 铸铁、钢和陶资复合物，且第二材料的例子是铝合金和铸钢。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中第一插入件包括第一环形制 动盘，且其中第二插入件包括第二环形制动盘，且其中第二材料包括 毂和在第 一插入件和第二插入件之间延伸的铸件上体部分，且其中制 动转子是盘式制动转子，且其中第一制动表面通过第一插入件的外表 面提供，且进一步包括由第二插入件的外表面提供的第二制动表面， 且其中制动转子是实心的或通风的。
6. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括提供包括多个型芯部 分的分部分的环形铸造型芯，型芯具有形成在其内的狭槽，每个狭槽 带有打开的端部，从而在铸造前将型芯部分放置在第一插入件和第二插入件之间，且其中相关的柱通过打开的端部接收在狭缝内，且在固 化后，去除型芯以在铸造型芯内的狭缝所在处提供在第 一插入件和第 二插入件之间延伸的叶片，且提供了叶片之间的通风通道，且其中永 久性^t具和永久性型芯可以用于铸造第二材料。
7. —种方法，包4舌将至少第 一插入件放置在铸造模具内使得第 一插入件，第 一插入 件包括多个从其第 一表面延伸的突出，且第 一插入件包括第二表面， 第二表面提供了工作表面，第一插入件包括第一材料；将熔融的第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料提供了包括 第二材料的铸件上体部分，且使得第二材料机械地锁定到多个突出且 将第二材料固化以提供产品。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中产品是鼓式制动转子且其中 第 一插入件包括带有从其外表面延伸的突出的圆柱形壁，且其中制动 表面通过圆柱形壁的内壁提供。
9. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括处理第一插入件的内 表面，包括涂敷石墨涂层使得内表面被熔融的第二材料湿润，且在两 个材料之间形成冶金结合。
10. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括在第一插入件的内表 面上提供涂层以提供摩擦阻尼，且涂层包括当暴露于熔融的第二材料 的温度时抵抗流动的纤维或微粒。
11. 根据权利要求7所述的方法，进一步包括在第一插入件的工作 表面上提供定位特征，其中将第一插入件放置在铸造^t具内包括在铸 造期间使用定位特征将插入件在模具内保持到位。
12. —种产品，包4舌将第一插入件和第二插入件放置在铸造模具内，使得第一插入件 和第二插入件以分开的关系处于模具中，第 一插入件和第二插入件的 每个包括第一材料；将熔融的第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料在第一插入 件和第二插入件之间流动，且将第二材料固化以提供带有第 一插入件 和第二插入件的包括铸件上体部分的产品，铸件上体部分包括第二材 料且使得第二材料机械地锁定或冶金地结合到第 一材料且使得第 一插 入件和第二插入件的 一 个或两个提供用于产品的工作表面。
13. 根据权利要求12所述的产品，进一步包括在第一插入件和第二插入件之间延伸的且将第一插入件和第二插入件永久地连接的多个 柱，且其中第二材料围绕了每个柱，且其中第二材料在柱处机械地锁 定到第 一材料，且其中在插入件之间且连接了插入件的柱可以具有圆 形棒、矩形条或弯曲的翅片的形状，且其中第一插入件和第二插入件 和多个柱是单个的连续工件。
14. 根据权利要求12所述的产品，其中第一插入件和第二插入件 的每个包括多个从其内面延伸的突出，且其中第二材料在突出处机械 地锁定到第一材料，且其中突出的至少一个是梯形、T形、L形或矩形 形状的，且其中第 一插入件或第二插入件和突出是单个的连续工件。
15. 根据权利要求12所述的产品，其中第一插入件包括第一环形 制动盘，且其中第二插入件包括第二环形制动盘，且其中制动转子是 盘式制动转子，且其中第一制动表面通过第一插入件的外表面提供， 且进一步包括由第二插入件的外表面提供的第二制动表面，且其中制 动转子是实心的或通风的。
16. —种产品，包括将至少第 一插入件放置在铸造模具内使得第 一插入件，第 一插入 件包括多个从其第 一表面延伸的突出，且第 一插入件包括第二表面， 第二表面提供了工作表面，第一插入件包括第一材料；将熔融的第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料提供了包括 第二材料的铸件上体部分，且使得第二材料机械地锁定到多个突出且 将第二材料固化以提供产品。
17. 根据权利要求16所述的产品，其中产品是鼓式制动转子，其 中第一插入件包括圆柱形内壁，内壁包括内表面和外表面，且其中突 出从圆柱形壁的外表面延伸，且其中制动表面通过圆柱形壁的内表面 提供。
18. 根据权利要求16所述的产品，进一步包括在第一插入件的内 表面上提供涂层以提供摩擦阻尼，涂层包括当暴露于熔融的第二材料 的温度时抵抗流动的纤维或孩i粒。
全文摘要
本发明涉及轻量制动转子和带有复合材料的部件。本发明的一个实施例包括方法，方法包括将第一插入件和第二插入件放置在铸造模具内，且其中第一插入件和第二插入件包括多个在其间延伸的连接柱，使得第一插入件和第二插入件以分开的关系处于模具中，第一插入件和第二插入件的每个包括第一材料；将熔融的第二材料铸造到铸造模具内，使得第二材料在第一插入件和第二插入件之间流动，且将第二材料固化以提供带有第一插入件和第二插入件的包括铸件上体部分的产品，且使得第二材料机械地锁定或冶金地结合到第一材料，且使得第一插入件和第二插入件的一个或两个提供用于产品的工作表面。
文档编号B22D19/00GK101391296SQ200810149719
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年9月20日
发明者H·夏 申请人:通用汽车环球科技运作公司