专利名称：混合制动衬块的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于盘式制动器的衬垫，尤其涉及一种混合制动衬块。
背景技术：
车辆制造商的设计方向为提高效率(如加仑英里里程)，同时关注的一个领域为降低空气阻力。车底空气阻力也一直在被优化。降低车底阻力的一个方法是封闭车辆底盘，使其与发动机舱、动力传动系统、轮窝和油箱通气管中的破坏性的通风和气流隔离。提高效率的进展提高了公司平均燃料经济性的要求，但是对于车底区域的空气流通所起的作用很小。尤其是在制动盘和制动鼓区域的冷却或干燥作用较小。这会导致组件生锈及其他问题。当陶瓷摩擦材料配方被应用于制动衬块中时，其可在转子表面留下涂层。由于车底区域的气流减弱，水分可以到达陶瓷沉积层的下面。久而久之，由于空气流通较差，这会引起生锈、起气泡现象发生。此外，在冬天利用盐和/或氯化物除冰雪的地方，可加快陶瓷沉积物下方的生锈及侵蚀。因此，需要提供一种具有优越制动性能的陶瓷复合材料制动衬块，此制动衬块可以降低由于气流减少以及车底组件的干燥减少而引起的锈蚀，保持转子运行良好，减少陶瓷沉积。
发明内容
—种混合制动衬块包括底板和带有中央凹槽的半金属部分。半金属部分与底板相连接。第一陶瓷复合材料部分与半金属部分邻接，并与底板相连接。第二陶瓷复合材料部分位于第一陶瓷复合材料部分的对面，并与底板相连接。所述混合制动衬块还可包括位于底板和半金属部分之间的磨耗指示层。所述磨耗指示层位于底板和第一以及第二陶瓷复合材料部分之间。半金属部分具有整片式结构，同时具有第一半部，第二半部以及连接部分。第一陶瓷复合材料部分和第二陶瓷复合材料部分被半金属部分完全分开。半金属部分可包含钢纤维。第一陶瓷复合材料部分和第二陶瓷复合材料部分可包括陶瓷、芳族聚酰胺、ICevIar (杜邦公司的注册商标)或玻璃纤维。第一陶瓷复合材料部分和第二陶瓷复合材料部分可包括非金属纤维。混合制动衬块还可包含一个衬层，此衬层将底板与第一陶瓷复合材料部分、第二陶瓷复合材料部分、半金属部分结合在一起。第一陶瓷复合材料部分和第二陶瓷复合材料部分也与半金属部分结合在一起。—种利用压床制作混合制动衬块的方法包括提供底板，将此底板放置于压床内；提供预成型嵌件，将此预成型嵌件放置于压床内并位于底板之上；提供摩擦材料，将此摩擦材料放置于压床内，并啮合压床。该方法还可包括当底板位于压床内时，在放置预成型嵌件之前，在底板上放置衬层材料。该方法可进一步包括在放置预成型嵌件之前，在衬层材料中混合一种磨耗指示材料。该方法还包括一种模具，其能够在预成型嵌件中形成中央凹槽。该方法还包括一种模具，其能够形成摩擦材料和预成型嵌件的形状。所述混合制动衬块产品可以按照在此讨论的工艺制备。
以下将结合附图来举例说明本发明，其中图1是混合制动衬块的透视图；图2是根据图1的混合制动衬块的前视图；图3是根据图1的混合制动衬块的侧视图；图4是图1所示的混合制动衬块的示例性嵌件的透视图；图5是用于制造混合制动衬块10的一种阳模压床制造工艺的示例；图6是用于制造混合制动衬块10的一种溢料式压床(flash-press)制造工艺的示例；各个附图中相似的附图标记表示相似的元件。
具体实施例方式各示说明了依据本发明的实施例混合制动衬块的示范性实施例。根据前述内容，以下内容将被普遍理解，此处所用名称仅为方便的目的，用于描述本发明的术语应当被本领域的普通技术人员给予最宽广的含义。图1是一种混合制动衬块10的透视图。在示例中，混合制动衬块10可包括第一制动表面50，第二制动表面52和嵌件28。混合制动衬块10还包括支撑结构，如底板20和磨耗指示层22。但是，例如在制动衬块用在可选制动系统中的情况下，也可以使用其他支撑结构。其他的层、材料和/或粘合剂可置于或部分地置于任何部件之间。参照图1-3，底板20可包含由例如钢铁或钢合金构成的压制的金属部分。磨耗指示层22可应用于底板20的顶部，以形成示为第一衬垫24，第二衬垫26和嵌件28的主要制动材料的基底。磨耗指示层22是可选的，而不必作为混合制动衬块10的一部分存在。嵌件28可以是与第一衬垫24和/或第二衬垫26不同的材料。因此，材料的性能以及嵌件28和制动盘(未示出)之间的制动与摩擦关系可具有预定的特性，即不同于第一衬垫24和第二衬垫26。在示例中，嵌件28可以被选择作为半金属材料，第一衬垫24和第二衬垫26可被选择作为陶瓷复合材料。从而，混合制动衬块10同时具有陶瓷复合材料和半金属材料的制动性能。如图1所不，第一制动表面50和第二制动表面52要大于第一嵌件制动表面54和第二嵌件制动表面56。这提供了陶瓷复合材料的更多的表面积和性能，而同时提供了半金属材料的一些表面积和性能。为了减少锈斑顶升(rust-jacking),嵌件28的半金属材料在第一嵌件制动表面54和第二嵌件制动表面56摩擦地啮合制动盘。与传统的陶瓷复合材料制动衬块相比，这种摩擦界面提供了增强的转子清洁能力。半金属材料啮合制动盘，并在使用时提供清洁作用。在第一衬垫24和第二衬垫26为陶瓷复合材料,嵌件28为半金属材料的实例中，半金属材料可以清洁转子，同时陶瓷复合材料提供低粉尘、低噪音和提高的性能。这些益处使得转子在整个摩擦周期内连续的发挥最大的制动效能，同时保持低粉尘、低噪音和高性能的优势。一般来说，第一制动衬垫24和第二制动衬垫26可包括陶瓷复合材料。例如，制动衬块材料中可包含非金属或者陶瓷纤维。玻璃纤维即是一个非金属纤维的例子。嵌件28可包括包含钢纤维的半金属材料。金属纤维与非金属纤维通常可用于区分非金属或陶瓷复合材料与半金属材料。在此示例中是钢纤维对玻璃纤维。但是，陶瓷复合材料和半金属材料均可包括其他的铜，其在系统中提供粘着摩擦和高导热性。本领域中的普通技术人员将认识到在陶瓷复合材料中简单的存在金属并不会使得此陶瓷复合材料成为半金属摩擦材料。参考图3和图4，中央凹槽30提供一个磨损碎屑逃逸的途径，以便材料(如灰尘)可以从摩擦表面排出去。此外，中央凹槽30提供了一种应力消除，以便在混合制动衬块10变热时不会开裂。在所示的例子中，嵌件28有单个中央凹槽30。然而，也可以有穿过第一制动垫片24和第二制动垫片26的凹槽，以及也可以有附加的垂直凹槽或者方格型的凹槽。磨耗指示层22可包括坚硬的或者产生噪音的材料，当所述材料与制动盘接触时可以产生声音。这可以提示车辆驾驶员第一制动衬垫24、第二制动衬垫26和/或嵌件28已经基本上磨穿，是需要更换制动片的时候了。图4利用透视图来展示嵌件28。嵌件28可包括第一嵌件制动表面54和第二嵌件制动表面56，用于摩擦地啮合制动盘。随着嵌件28的磨损，第一半部72和第二半部70被磨平。因此，表面54和56的位置不是永久性的，而是会随着嵌件28的磨损而移动。在嵌件28被制为预成型件时，根据造型的形状它包括倒圆的边缘50。然而，边缘也可以是基本上方形的，但在生产工艺中可以再成形。连接部分46拼合第一半部72和第二半部70，并提供中央凹槽30。在生产混合制动衬块10过程中，嵌件28可以制作为半金属材料的预成型件，并可放入阳模压床的中央进行制作。可选择的，混合制动衬块10可利用带有两个不同预成型件的溢料式压床来进行制作，其中一个半金属材料用于嵌件28，另一个用于各个第一制动衬垫24和第二制动衬垫26。在下面图5及图6所示的每一个制作工艺中，包括第一制动衬垫24、第二制动衬垫26和嵌件28的摩擦材料如前图所示互相结合在一起，并与底板和/或衬层/磨耗指示层22结合在一起。图5是一种用于制作混合制动衬块10的阳模压床制造工艺示例。在步骤505中，可制备预成型的嵌件。在单独的模具中，预成型材料(如半金属材料)可被加入到模具并成型。所述材料可以是可被放置于模具中，被冲压和成型的松散材料。然而，为了保持嵌件是被松散保持的混合体，这种材料典型地不被烧制。这种材料还可以包括添加物，以便在将预成型嵌件运输至主压床(如下面步骤540)时或储存以备后用时，其仍能够保持一体。在步骤510中，可制备底板20。底板20是典型的金属材料如钢，并可通过清洗，鼓风喷砂，或打磨表面以便有助于将其他材料与其结合。在步骤520中，底板20被放置于阳模压床中。在步骤530中，衬层可以被分散到阳模压床中。衬层是可选择的材料层，其有助于底板20的结合。衬层也包括磨耗指示层22，其可包含当其与制动盘接触时就发出噪声的材料。这种磨耗指示器材料可作为磨耗指示层22的一部分。在步骤540中，嵌件28可被放置于压床内并在可选择的衬层/磨耗指示层22的上方。松散保持在一起的嵌件28可被基本放置在底板20上所需的最终位置。一旦进行冲压，嵌件28就无法在混合制动衬块10中重新定位。在步骤550中，摩擦材料可被分散至压床中。在阳模压床中，摩擦材料(如陶瓷复合材料)可从漏斗或测量工具中被分散。摩擦材料是在制造工艺完成后将会形成第一制动衬垫24和第二制动衬垫26的材料的松散混合物。在步骤560中，压床被啮合。压床以预定的温度，在预定压力下保持预定的时间。此外，压床的热力曲线可被调整以补偿摩擦材料、嵌件材料和/或衬层材料的材料特性。嵌件28保持与其放入模具时大致相同的位置，模穴会形成中央凹槽30 (见图3，图4)。在步骤570中，已完成的衬块被移除。该衬块可被冷却一段时间或根据预设的加热曲线进一步固化。图6是用于制作混合制动衬块10的溢料式压床制造工艺的示例。在步骤610中，预成型的嵌件被制作。在单独的模具中，预成型材料(如半金属材料)可被加入到模具中并成型。所述材料可以是可被放置于模具内，被冲压和成型的松散材料。然而，为了保持嵌件是被松散保持的混合体，这种材料典型地不被烧制。这种材料还可以包括添加物，以便在将预成型嵌件运输至主压床(如下面步骤540)时或储存以备后用时，其仍能够保持一体。在步骤620中，可制备陶瓷预成型件。在单独的模具中，陶瓷预成型材料(如陶瓷复合材料)可被加入到模具中并成型。所述材料可以是可被放置于模具内并被冲压和成型的材料。然而，为了保持嵌件是被松散保持的混合体，这种材料典型地不被烧制。这种材料还可以包括添加物，以便在将预成型嵌件运输至主压床(如下面步骤540)时或储存以备后用时，其仍能够保持一体。在步骤630中，底板20被放置于溢料式模具压床中。在步骤640中，衬层可以被分散到溢料式模具压床中。衬层是可选择的材料层，其有助于底板20的键合。衬层也包括磨耗指示层22，其可包含当其与制动盘接触时就发出噪声的材料。这种磨耗指示材料可作为磨耗指示层22的一部分。在步骤650中，嵌件28可被放置于压床中并在可选择的衬层/磨耗指示层22的上方。松散保持在一起的嵌件28可被进步放置在底板20上所需的最终位置。一旦进行冲压，嵌件28就无法在混合制动片10中重新定位。在步骤660中，陶瓷预成型件被放置于压床内。每个陶瓷预成型均被放置于嵌件28的侧面。压床对所述预成型件进行定位和彼此结合，并与底板20键合在一起。在步骤670中，压床被啮合。压床以预定的温度，在预定压力下保持预定的时间。此外，压床的热力曲线可被调整以补偿摩擦材料、嵌件材料和/或衬层材料的材料特性。嵌件28保持与其放入模具时大致相同的位置，模穴会形成中央凹槽30 (见图3，图4)。在步骤680中，已完成的衬块被移除。该衬块可被冷却一段时间或根据预设的加热曲线进一步固化。大量的实施例已被描述。然而，可以理解的是在不偏离本发明公开内容的精神及范围的情况下可做各种的修改。因此，其他的实现方式也属于下列权利要求的范围内。
权利要求
1.一种混合制动衬块(10),其包括底板(20)；半金属部分(28)，其具有中央凹槽(30)并与底板(20)相连接；第一陶瓷复合材料部分(24)，其与半金属部分(28)邻接并与底板(20)相连接；第二陶瓷复合材料部分(26)，其位于第一陶瓷复合材料部分(24)的对面，并与底板 (20)相连接。
2.如权利要求1所述的混合制动衬块(10)，进一步包括磨耗指示层(22)，其位于底板(20)和半金属部分(28)之间，和/或位于底板(20)和第一以及第二陶瓷复合材料部分 (24，26)之间。
3.如权利要求1或2所述的混合制动衬块(10)，其中半金属部分(28)具有整片式结构，并且具有第一半部(72)、第二半部(70)以及连接第一半部和第二半部(72，74)的连接部分(46)。
4.如任一前述权利要求所述的混合制动衬块(10)，其中该第一陶瓷复合材料部分 (24)和该第二陶瓷复合材料部分(26)被半金属部分(28)完全分开。
5.如任一前述权利要求所述的混合制动衬块(10)，其中半金属部分(28)包含钢纤维。
6.如任一前述权利要求所述的混合制动衬块(10)，其中第该一陶瓷复合材料部分 (24)和第二陶瓷复合材料部分(26)包括非金属纤维，优选包括陶瓷、芳香聚酰胺、Kevlar 或玻璃纤维中的至少一种。
7.如任一前述权利要求所述的混合制动衬块(10)，其中第一陶瓷复合材料部分(24) 和第二陶瓷复合材料部分(26)结合到半金属部分(28)。
8.如任一前述权利要求所述的混合制动衬块(10)，进一步包含衬层(22)，该衬层将底板(20)结合到第一陶瓷复合材料部分(24)、第二陶瓷复合材料部分(26)以及半金属部分 (28)。
9.一种利用压床制作混合制动衬块(10)的方法，该方法包括将底板(20)放置于压床内；将预成型嵌件(28)放置于压床内并位于底板(20)之上；将摩擦材料(24，26)放置于压床内；并将压床啮合。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括当底板(20)位于压床内时并在放置预成型嵌件(28 )之前，在底板(20 )上放置衬层材料(22 )。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括在放置预成型嵌件(28)之前，在衬层材料 (22)中放置磨耗指示器材料(22)。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包括当底板位于压床内时且在放置预成型嵌件 (28)之前，在底板(20)上放置磨耗指示层材料(22)。
13.如权利要求9-12中任一权利要求所述的方法，进一步包括在预成型嵌件(28)中形成中央凹槽(30)。
14.如权利要求9-13中任一权利要求所述的方法，进一步包括形成摩擦材料(24，26) 的形状和预成型嵌件(28)的形状。
15.一种混合制动衬块(10)，该混合制动衬块由包括以下步骤的工艺制备将底板(20)放置于压床内；将预成型嵌件(28 )放置于压床内并位于底板(20 )之上；将摩擦材料(24，26)放置于压床内；并将压床啮合。
16.如权利要求15所述的混合制动衬块(10)，其中该工艺进一步包括当底板(20)位于压床内时且在放置预成型嵌件(28 )之前，在底板(20 )上放置衬层材料(22 )。
17.如权利要求16所述的混合制动衬块(10)，其中该工艺进一步包括在放置预成型嵌件(28)之前，在衬层材料(22)中放置磨耗指示材料(22)。
18.如权利要求15所述的混合制动衬块(10)，其中该工艺进一步包括当底板位于压床内时且在放置预成型嵌件(28 )之前，在底板(20 )上放置磨耗指示层材料(22 )。
全文摘要
一种混合制动衬块(10)，包括底板(20)和带有中央凹槽(30)的半金属部分(28)。半金属部分与底板连接。第一陶瓷复合材料部分(24)与半金属部分邻接并与底板相连接。第二陶瓷复合材料部分(26)位于第一陶瓷复合材料部分的对面，并与底板相连接。
文档编号F16D66/02GK103038533SQ201180023030
公开日2013年4月10日 申请日期2011年4月11日 优先权日2010年5月7日
发明者特里·L·赫弗尔芬格, 戴夫·瓦格纳, 马克·博纳塞拉, 特里·克洛斯特, 约翰·马希尔, 希克马特·赛莱卡 申请人:制动配件公司