专利名称：用于车辆制动器的制动杆的制作方法
用于车辆制动器的制动杆本发明涉及用于车辆制动器的制动杆，所述制动杆用于将从致动器产生的制动力传递到制动操作机构，以实现刹车片的摩擦接合。尤其是，本发明涉及用于这种制动杆的特定材料组分。在重型车辆、公共汽车、拖车和类似车辆上，相应地采用了包括制动杆的鼓式制动器和盘式制动器。例如，从申请人的EP0553105B1或者W02004/059187A1已知具有对应杆结构的盘式制动器。然而，本发明尤其关注鼓式制动器，在鼓式制动器中，制动杆附接到S形凸轮轴，并且该鼓式制动器包括一壳体，该壳体接纳自动制动(或者松紧)调节器，如在US3, 392，810中或在申请人的EP0598290B1和EP1064472B1中示例性公开的那样。用于这种鼓式制动器的制动杆旨在将来自气动或液压致动器条状件的直线运动转变为这种鼓式制动器组件的轴的旋转运动，以便在操作制动器期间动用制动闸瓦的制动衬片。制动杆自身优选地制成为一体件，并且包括壳体部，该壳体部接纳自动制动调节器，以对鼓式制动器的制动闸瓦的磨损提供补偿。关于自动制动调节器和制动杆在本文中的确切功能，例如可以参照申请人的EP0598290B1。因此相对于如在这种鼓式制动器存在的动态或静态施加的负载，制动杆必须被当成是整个装置的重要部件。通常，制动杆被构造成具有壳体部和杆部的长形装置，自动制动调节器插入该壳体部中，并且所述杆部包括连接到致动器的自由端。迄今为止，制动杆并且尤其是用于接纳制动调节器的壳体通常是由球墨铸铁制成的，球墨铸铁以不同的铁素体等级和珠光体等级存在，这意味着铸铁的基础材质包括铁素体到珠光体。在此，球墨是指自由碳以球形(即，圆球形或者结节形式)嵌设在铁素体和/或珠光体基体中。在此，球状石墨是呈球形形状的碳沉积的具体形式，即，与钢相比，碳不直接嵌设在铁的单位晶胞中，而是在合金内形成形状各异的石墨相。因此，基体中的珠光体的较大百分比提供了增强的硬度和强度，而铁素体的较大百分比使得延展性较佳且使得加工性能较佳。除了铸铁，根据现有技术的制动杆的壳体还能够由锻钢制成。制动杆的、其中设有制动调节器的壳体或壳体部包括若干个内表面部，这些内表面部经受大的接触压力和磨损，这是因为制动调节器的元件抵靠这些部分，将这些部分用作支座或者用作用于制动调节器的可动部件的对应支撑面或支承面。为此，需要对这些内表面提供硬化和热处理。在该方面，例如，还采用对这些表面的氮化处理。这样的硬化过程成本非常高。此外，这样的硬化过程需要化学制品，这些化学制品在工业制造期间对于环境以及对于作业者的安全和健康具有相当大程度的负面影响。通过将栓穿过上杆部中的孔和致动器条状件的U形夹，使得制动杆的自由端被连接至气动和液压致动器的条状件。通常，通过在上杆部中的孔中压入衬套，使得该孔被增强，这在制动操作期间能够提供较佳的抗摩擦耐磨效果。而且，利用附加部件的该附加制造步骤不利地影响这种制动杆的总制造成本。—般地,本发明的目的在于提供一种用于制动器的制动杆，该制动杆一方面能够以较低成本制造，另一方面该制动杆在加工和作业周期以及功能安全性方面提供明显更好的材料特性。本发明的另一目的在于防止在鼓式制动器的领域中已知的制动杆的缺陷。这些目的由根据权利要求1的制动杆来解决。因而，本发明的精髓在于制动杆的壳体是由固溶强化铁素体球墨铸铁制成的。优选地，制动杆由这样的铸铁制成为一体件。固溶强化铁素体球墨铸铁属于这种类型的铸铁，其中，球状石墨嵌设在这样的基体中，该基体主要由铁素体构成并且该基体是主要由硅固溶体进行固化的。碳主要以球墨颗粒的形式存在。与铁素体到珠光体石墨铸铁相比，固溶强化铁素体等级在抗拉强度相同的情况下呈现出更高的验证强度和整体更高的伸长率。这些固溶强化铁素体等级的显著优点在于更低的硬度变化，这导致了由这种铸铁制造的部件的更好的机加工性。换而言之，这种部件的机械特性的水平由其铸铁的铁素体基体的固溶强化程度来确定，该程度继而通常受硅含量的影响。优选地，主要由铁素体构成的铸铁基体中的最大珠光体含量在5%的范围内。根据本发明，用于制动杆的铸铁的抗拉强度Rm位于400至650Mpa之间，优选为600MPao优选地,O. 2%-屈服点(proof stress) Rp0 2处于抗拉强度Rm的70%至90%之间，优选为80%。根据本发明，铸铁的HBW硬度(布氏硬度)对应于以MPa计的O. 2%-屈服点Rpa2的42%至50%之间的范围。此外，根据本发明，铸铁的伸长率A位于8%至18%之间，优选地在10%至12%之间。为了提供这种特性，能够使用这样的固溶强化铁素体球墨铸铁，所述铁素体球墨铸铁已经公开在当前欧洲标准的材料名称EN-GJS-600-10/5. 3110中。该固溶强化铁素体球墨铸铁具有600MPa的抗拉强度Rm、470MPa的O. 2%-屈服点Rp(l.2、200至230HBW的硬度以及10%的伸长率A。当将该固溶强化铁素体球墨铸铁与迄今使用的常规球墨铸铁对比时，在较好的加工性方面，应选择材料名称为EN-GJS-500-7/5. 3200的球墨铸铁，该球墨铸铁的抗拉强度Rm为500MPa，硬度为大约150至230HBW。然而，对于320MPa的O. 2%-屈服点Rpa2和7%的伸长率A，该铸铁显示出与容易加工性能相反的较不利的特性。然而，如果选择O. 2%-屈服点Rp0.2为480MPa且抗拉强度Rm为800MPa的球墨铸铁，则245至335HBW的硬度和仅2%的伸长率A也表现得较为不利。这样的铸铁例如是材料名称为EN-GJS-800-2/5. 3301的铸铁。对于本发明也重要的是下列情况该固溶强化铁素体球墨铸铁的硅含量位于3至
4.5%之间。如以上已提及的，主要的是，与常规球墨铸铁相比强度增大，这是由硅含量非常大的固溶加强来实现的。通常，铸铁中增强的强度通过提高基体中珠光体的比例来实现，然而，这继而与该材料的易加工性冲突。本发明的有利之处在于，对于待由固溶强化铁素体球墨铸铁制成的设计部件，能够在加工特性与强度两者之间实现较佳的平衡。加工性主要由待加工的部件内的最硬部位的硬度来确定。在此，在铸铁内存在极硬的部位，在该部位处的材料由于冷却时间等而比周围区域(微小区域)更硬。而且，在微小区域中能够存在非常小的局部受限的坚硬部位，这些坚硬部位是由于球墨铸铁的材料的非均匀结构形成的。相反地，固溶强化铁素体球墨铸铁呈现出比常规类型铸铁均匀得多的结构，常规类型铸铁在微小区域中具有硬度各异的部位和部分。由于这些区域的比例受冷却时间等的影响，因此常规铸铁在最硬部位和最软部位之间显示出大的变化。对于具有典型铁素体比例和珠光体比例的常规铸铁来说，还不利的是，在表面区域，始终形成具有降低珠光体含量的薄材料层，这降低了实际可用的强度，这是因为具有最软材料的部位主要用于确定部件的可用强度。为此，构造工程师常用的方法是，首先设定待铸造的部件的硬度上限，其程度足以避免在随后的机加工中的问题和与之相关的高成本。然后，从该硬度出发，构造工程师选择相应的材料，然后最终确定针对其强度计算的实际可用的强度。如果构造工程师使用根据本发明的固溶强化铁素体球墨铸铁，则他将因此得到待铸造部件的明显较高的可用强度，假如与常规球墨铸铁相比的话。明显的是，通过使用根据本发明的固溶强化铁素体球墨铸铁，能够实现制动杆的明显更高的强度，而与此同时机加工性处于理想范围内。为了示意本发明，附
图1和图2示出了用于鼓式制动器的制动杆，其中，图1以局部剖视图示出了制动杆的侧视图，图2是沿着图1的A-A的剖视图。制动杆I制成为一体件，并且包括上杆部2和用于接纳自动松紧调节器4的下壳体部3。制动调节器4的蜗轮5以可旋转的方式接纳在壳体部3的对应凹部6中，并且与用于刹车片的S形凸轮轴(未示出)的对应的内花键槽协作。蜗轮5与蜗杆7啮合，该蜗杆在与壳体部3中垂直于蜗轮5支撑在对应的凹部8中。关于自动松紧调节器装置的其余部件(其在本文中将不再提及)的类型和功能，参照申请人的EP0598290B1。因为明显的是，用于蜗轮5的凹部6包括对应的内支撑或支承表面9，并且用于蜗杆7的凹部8包括对应的支承表面10。大的接触压力施加到这些内支承表面9、10，从而这些支承表面到目前为止必须经受对应的硬化过程(诸如氮化处理)，如上所述，带来环境负担增加的缺陷和与此相关的成本缺陷。当利用固溶强化铁素体球墨铸铁时，如上所述，与相同强度的常规铁素体或珠光体类型相比，固溶强化铁素体球墨铸铁包括更高的可用强度，因此提供了抵抗较高压力负载的更高抵抗性，而不塑性变形，尤其是在点状区域中。具体地参照用于鼓式制动器的制动杆I的壳体部3中的内支承表面9、10，采用根据本发明的固溶强化铁素体球墨铸铁是特别有利的，这是因为所提及的随后的硬化过程能够被完全省除。总之，在支承表面9、10处的加工能够被更各易地执打。在杆部2的上部区域中设置有孔11，该孔用于与致动器的条状件(未示出)进行连接。为此，栓(未示出)穿过孔11。因为该条状件的栓与杆部2的孔11在制动杆I的回转运动期间发生相对运动，所以必须提供相应的抵抗性来对抗由此产生的摩擦，以将磨损保持得较小，因此通常要增强孔11，而根据现有技术将相应硬化的衬套压入制动杆的孔中。由于用于相同硬度的固溶强化铁素体球墨铸铁包括较佳的可用强度，因此也不必再提供用于孔11的附加衬套，因为孔11的内表面已如此能够提供对于螺栓的接触压力的相当大的抵抗性而不变形。结果，通过缩短组装时间和通过省除附加衬套，能够进一步降低成本。显然，制动杆(无论其用于盘式制动器还是用于鼓式制动器)是整个制动器装置的对安全性至关重要的部件，这是因为在故障的情况下(例如，制动杆的可能的破坏)，可能发生对于对应轮的制动功能的完全丧失。然而，与本发明铸铁具有相似加工特性和相似O. 2%-屈服点的铸铁是较为不均匀的(如以上若干次提及的)，并且显示出更多的铸造缺陷，而这些缺陷可能是生成裂纹的根源。然而，这样的破坏风险将通过固溶强化铁素体球墨铸铁的明显更为均匀的结构得以消除，从而其特别适用于制动杆。具有柱形表面的凹部6和8略显示出比蜗轮5和蜗杆7略大的尺寸，从而在操作制动器期间，由蜗轮5和蜗杆7向这些柱形表面施加大的力时，这些柱形表面分别弹性和塑性地变形。当使用常规的铸铁时，由于差较的加工性，因此通常发生尺寸偏差或者还发生铸造缺陷。由于与本发明铸铁相比延展性较低，因此这样的缺陷引发了在在变形期间产生裂纹的风险。此外，这样的风险还会进一步增大，这是因为相应的轴承表面9、10的硬化处理会进一步降低延展性。在将本发明铸铁用于杆I时，由蜗轮5和蜗杆7施加压力而形成的变形能够通过轴承表面9、10周围材料的更高的延展性而较好地得以补偿，从而能够排除变形期间形成这种裂纹。此外，根据本发明的固溶强化铁素体球墨铸铁的有利之处还在于，与铁素体类型和珠光体类型相比，显著减少了在结节或球体中固化的碳的必要比例，以满足最小拉伸特性。在常规球墨铸铁的制造中，迫使碳固化成球核形状，而不是呈与灰铸铁中一样的薄片形状。如果球化在某种程度上失败或者不能被完全进行，则铸铁将是更脆的，并且由此更易于形成裂纹，由此破坏的风险增大。通过使用固溶强化铁素体球墨铸铁，消除了在制造相应部件期间材料中的这种不足，这特别显著地提高了用于制动杆中的安全性。
权利要求
1.一种用于车辆制动器的制动杆(1)，该制动杆用于将来自致动器的制动力传递到制动操作机构中，以使刹车片摩擦接合，其中，所述制动杆(I)具有由铸铁制成的壳体，其特征在于，所述铸铁是固溶强化铁素体球墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的制动杆，其中，所述铸铁的基体主要由珠光体含量最多为5%的铁素体构成。
3.根据权利要求1或2所述的制动杆，其中，所述铸铁的抗拉强度Rm处于400至650MPa之间，优选地为600MPa。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制动杆，其中，所述铸铁的O.2%-屈服点Rpa2处于抗拉强度Rm的70%至90%之间，优选为抗拉强度Rm的80%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制动杆，其中，所述铸铁的HBW硬度对应于位于以MPa计的O. 2%-屈服点Rpa2的42%至50%之间的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制动杆，其中，所述铸铁的延伸率A处于8%至18%之间，优选地处于10%至12%之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制动杆，其中，所述铸铁的硅含量处于3%至4. 5%之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制动杆，其中，所述制动器是鼓式制动器，并且所述制动杆(I)被设置用于连接到S形凸轮轴，其中，所述壳体包括壳体部(3)，在所述壳体内能够接纳制动调节器(4)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的制动杆，其中，所述制动器是盘式制动器，并且所述制动杆附接至可沿轴向朝向制动盘移动的力传递元件。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆的制动器的制动杆(1)，该制动杆用于将来自致动器的制动力传递到制动操作机构中，以使刹车片摩擦接合，其中所述制动杆(1)包括由铸铁制成的壳体，所述铸铁是固溶强化铁素体球墨铸铁。
文档编号C22C37/04GK103069189SQ201080068536
公开日2013年4月24日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月20日
发明者K·奥内斯塔姆 申请人:瀚德刹车片产品公司