一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，包括中频感应加热成套设备、强力抛丸机、将盘式制动器由感应加热工位转移到强力抛丸机内抛丸工位的转移装置和控制整套设备运行的中央控制系统。通过该设备加工的用铸铁制造的重型卡车盘式制动器制动盘摩擦制动工作表面，较常规正火，其强度、塑性均有明显提高，并在该表面形成一定得表面压应力，有效提高了其抗热疲劳性能，延迟热裂纹的产生、扩展，提高了产品的使用寿命。
【专利说明】一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车车桥盘式制动器制动盘【技术领域】，特别是涉及一种重型卡车盘式 制动器制动盘热处理强化设备。
【背景技术】
[0002] 重型卡车盘式制动器制动盘一般采用铸铁材料制造，产品的热处理多为普通正火 工艺，该种工艺制造的制动盘在连续高速制动后会因为温度过高而变形，制动盘表面会形 成波纹，导致制动时车轮发生抖动，降低制动效率。在使用一段时间后，制动盘工作表面还 会出现热裂的现象，如何延迟该现象的发生，提高制动盘的使用寿命，现实中采用的方法较 多，如采用造价较高的新材料、表面喷涂改性及使用相应的加工设备进行一些复杂的加工 工艺等。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，是一种 感应快速加热加强力抛丸打击状态下的风冷正火组成的工艺强化设备，通过该设备加工的 用铸铁制造的重型卡车盘式制动器制动盘摩擦制动工作表面，较常规正火，其强度、塑性均 有明显提高，并在该表面形成一定的表面压应力，有效提高了其抗热疲劳性能、延迟热裂纹 的广生、扩展和提商该广品的使用寿命。
[0004] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种重型卡车盘式制动器制动盘热 处理强化设备，包括中频感应加热成套设备、强力抛丸机、将盘式制动器由感应加热工位转 移到强力抛丸机内抛丸工位的转移装置和控制整套设备运行的中央控制系统。
[0005] 所述中频感应加热成套设备包括中频感应加热炉、输出变压器和安装在所述输出 变压器上的感应器，所述中频感应加热炉与所述输出变压器用软线连接。
[0006] 所述感应器的加热圈为并联单匝多弯结构，加热圈上均布U型硅钢片导磁体，导 磁体开口冲着制动器制动盘摩擦制动工作表面。
[0007] 所述强力抛丸机为双抛头强力抛丸机成套设备，包括钢丸上料、分选、抛打及除尘 系统；其中，双抛头的抛口分别指向其斜下方的制动器制动盘两摩擦制动工作表面，二者相 对且对称，相距一定间距安装在抛丸机顶部。抛头电机连接着变频器，接受中央控制系统的 指令按照程序，连续或分级调整转速，改变钢丸抛打速度和启动或停止，抛头抛打的钢丸抛 向被加工表面的入射角为70°?80°。
[0008] 所述双抛头强力抛丸机带有多个上下串联排列的强风侧吹落砂分选器，不仅起到 分选、剔除破碎钢丸作用，同时起到带走钢丸热量使之冷却降温的作用，控制钢丸温度在工 艺要求的范围内，所带走热量随粉尘进入除尘系统后排放到空气中。
[0009] 抛丸箱一侧设有一升降气缸，所述升降气缸通过一钢丝绳和一静滑轮带动一提拉 门上下运动，所述提拉门用于封堵工件进入抛丸箱后关闭进、出口；所述提拉门被一对水平 截面为"L"型的导向块压住，所述导向块相对安装在抛丸箱上、提拉门两侧，所述导向块与 炉门在垂直水平面方向形成楔形；所述提拉门两侧也有与导向块同向同角度相配合的楔 形，使其完全封堵住进、出口。所述升降气缸的动作也受控于中央控制系统。
[0010] 所述将盘式制动器由感应加热工位转移到强力抛丸机内抛丸工位的转移装置是 由带着盘式制动器进出抛丸箱的水平移动系统和使盘式制动器定位并带其转动的定位转 动系统组成。
[0011] 所述水平移动系统包括两条水平安装在地面上且相互平行并带有朝上燕尾的导 轨，导轨上装有可沿其滑动、下方带有燕尾槽的滑动小车，所述滑动小车头部安装一水平推 动油缸，可推动小车做水平往复移动，带动固定在定位轴上的制动盘在感应加热工位和抛 丸箱内的抛丸加工工位处往复水平移动。所述水平推动油缸连接一液压站，由其提供动力 和设定其运动的快慢、控制工件在两工位间运行的时间等，该油缸的开合受控于中央控制 系统，按照程序运行。
[0012] 所述定位转动系统包括定位轴、轴承、调速电机和皮带，定位轴连接在滑动小车 上，安装在滑动小车上的调速电机通过皮带套在定位轴上并带动定位轴和安装在定位轴另 一端上的制动盘转动。制动盘通过其内孔套在定位轴上，它的定位，靠两者孔和轴相互间的 间隙配合，以及定位轴轴肩的轴向定位和压紧螺母压紧制动盘后面来实现，实现了制动盘 的可变速转动。调速电机的开合和转速受控于中央控制系统。
[0013] 铸铁制造的制动盘在该套设备的动作程序是：首先将制动盘套在定位轴上并上紧 紧固螺栓，此时的制动盘处在感应加热工位；按下工作循环启动按钮，开始执行已编制好并 储存在中央控制系统中的制动器制动盘感应加热+强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺 程序，输出变压器和感应器在一套升降装置的带动下，一同下移至感应加热工位，中频感应 加热设备启动，开始加热制动盘摩擦工作面并计时；与此同时，调速电机启动并带动制动盘 转动，使制动盘摩擦工作面加热均匀，加热计时结束时加热停止，两表面已达到工艺规定温 度范围，输出变压器和感应器一同上移与制动盘脱开，返回至初始启动位置。
[0014] 水平推动油缸带动定位轴及其上的制动盘在规定时间内，一同转移进入强力抛丸 箱内的抛丸工位，随后，抛丸箱侧面的提拉门由气缸带动沿着其两侧的导向块向下、行走至 封堵住工件进出口，此时制动盘两摩擦工作面的温度降低到工艺规定范围，强力抛丸机被 开启并开始计时，钢丸开始击打制动盘摩擦工作面，与强力抛丸机抛头电机相连的变频器 连续或分段地输出由小到大的频率，提高着电机转速，钢丸的射出速度在相应的提升，钢丸 和与其随行的风，共同带走摩擦制动工作面的热能，致使其以较快的速度冷却，计时结束， 抛丸打击停止，制动盘两摩擦工作面的温度已经降到低于工艺规定值，抛丸箱侧面的提拉 门向上行走打开工件进出口，水平推动油缸带动定位轴及其上的制动盘一同转移出强力抛 丸箱，回到初始的感应加热工位后，制动盘被卸下自然空冷到常温，至此完成一个制动器制 动盘感应加热+强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺循环。
[0015] 整套设备的中央控制系统具有独立编程功能和控制功能，由中控机、数据线和控 制元件组成。将编制好的重型卡车盘式制动器制动盘感应快速加热+强力抛丸打击状态下 的风冷正火热处理强化工艺程序输入中控机中，命名程序号，使用时调出该程序号，按下程 序启动按钮，开始执行该程序，程序完成后自动停机。
[0016] 本发明的有益效果是：本发明有效地结合了应变、相变同时进行细化晶粒的原理， 钢丸打击并冷却工件与钢丸携带的空气冷却工件相结合的冷却方式，有效地加快了工件的 冷却速度，实现了正火后的快速冷却，加大了相变时的过冷度，进一步细化了晶粒，且制动 盘两个摩擦工作面表面空冷到常温后仍保留一些残余压应力。
[0017] 经中频感应加热铸铁制动盘的两个摩擦工作面表层的珠光体和铁素体快速奥氏 体化，较一般炉内加热方式，奥氏体组织较细；通过控制制动盘到强力抛丸机内的转移速度 和时间，间接地控制了工件表面温度恰好处在居里温度附近；此时开启抛丸机，在高速钢 丸的打击之下，奥氏体发生塑性应变并在奥氏体晶粒内增加大量孪晶和位错等亚结构，有 效地增加了随后的奥氏体向珠光体和铁素体转变初期的形核位置；随后，制动盘的两个摩 擦面表层在钢丸冲击及其携带的风快速冷却下被迅速降温，形成较大的相变过冷度，形核 数量显著增多，二者相互配合，互相强化，使奥氏体向珠光体和铁素体转变后组织将明显细 化，通过变频器调速，与该温度区域匹配的抛丸速度相对较低，可以控制加热表面的变形在 工艺规定范围；另外，随着继续降温和钢丸的加速和持续打击，制动盘的两个摩擦工作面表 层珠光体和铁素体发生塑性应变，使表面组织变得更加致密，晶粒中的亚结构增多，并产生 了表面压应力。打击结束时，工件加热表面温度控制在一定温度之下，将使其中部分表面压 应力保持到常温，形成表面的残余压应力。
[0018] 经过该强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺处理后的制动盘两个摩擦工作面表 层晶粒细小，晶粒中的亚结构增多，其强度、硬度和塑性均得到提高，延缓热疲劳裂纹的形 成和扩展，加之表面的残余压应力，可提高其抗接触疲劳损伤和碾压变形的抗力，能够有效 地提高其抗热疲劳能力。
[0019] 该套设备构造简单和自动控制，使工件感应加热后的温度与工件的转移-低速抛 打-高速抛打-出抛丸机等加工工步、时间节点相契合，实现了高温度区段快速冷却正火 下的晶粒细化与塑性应变下的晶粒细化、低温度区段的表面强化和表面残余压应力合理匹 配，即实现了制动盘感应加热+强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺，使铸铁制动盘的两 个摩擦工作面表层获得有效的强化。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明盘式制动器制动盘的结构示意图。
[0021] 图2为中频感应加热成套设备感应器的结构示意图。
[0022] 图3为图2所示的感应器的侧视图。
[0023] 图4为本发明热处理强化设备的结构示意图。
[0024] 图中：11_制动盘，12、13_制动盘两摩擦制动工作面，21-导磁体，22-感应器， 23-压紧螺钉，24-输出变压器，31-导向块，32-提拉门，33-静滑轮，34-钢丝绳，35-升降 气缸，36-强力抛丸机抛头，37-抛出的钢丸，38-抛丸箱，39-工件进出口，41-制动盘压紧 螺母，42-定位轴，43-轴承，44-皮带，45-调速电机，46-滑动小车，47-燕尾导轨，48-油缸 杆，49-水平推动油缸。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0026] 如图所示：一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，包括中频感应加热 成套设备、强力抛丸机、将盘式制动器由感应加热工位转移到强力抛丸机内抛丸工位的转 移装置和控制整套设备运行的中央控制系统。
[0027] 所述中频感应加热成套设备包括中频感应加热炉、输出变压器24和安装在所述 输出变压器24上的感应器22,所述中频感应加热炉与所述输出变压器24用软线连接。
[0028] 所述中频感应加热炉的加热、停止和加热持续时间均由整套设备的中央控制系统 控制，输出变压器24带着感应器22由一套升降装置带动，可做垂直于水平线的上下往复运 动，所述升降装置受控于整套设备中央控制系统，中央控制系统通过控制升降装置的上下 速度来限定其上下时间。
[0029] 所述感应器22的加热圈为并联单匝多弯结构，加热圈上均布U型硅钢片导磁体 21，导磁体21开口冲着制动器制动盘摩擦制动工作表面12、13。
[0030] 所述强力抛丸机为双抛头强力抛丸机成套设备，包括钢丸上料、分选、抛打及除尘 系统；其中，双抛头36的抛口分别指向其斜下方的制动器制动盘两摩擦制动工作表面12、 13,二者相对且对称，相距一定间距安装在抛丸机顶部；抛头电机连接着变频器，接受中央 控制系统的指令按照程序，连续或分级调整转速，改变钢丸抛打速度和启动或停止，抛头抛 打的钢丸37抛向被加工表面的入射角为70°?80°。
[0031] 所述双抛头强力抛丸机带有多个上下串联排列的强风侧吹落砂分选器，不仅起到 分选、剔除破碎钢丸作用，同时起到带走钢丸热量使之冷却降温的作用，控制钢丸温度在工 艺要求的范围内，所带走热量随粉尘进入除尘系统后排放到空气中。各强风侧吹落砂分选 器独立或者一起工作。全部一起工作时，可实现在夏季环境温度不大于40摄氏度的条件 下，钢丸抛向制动盘时的温度低于要求温度。
[0032] 所述抛丸箱38 -侧设有一升降气缸35,所述升降气缸35通过一钢丝绳34和一 静滑轮33带动一提拉门32上下运动，所述提拉门32用于封堵工件进入抛丸箱38后关闭 工件进出口 39 ;所述提拉门32被一对水平截面为"L"型的导向块31压住，所述导向块31 相对安装在抛丸箱38上、提拉门32两侧，所述导向块31与炉门在垂直水平面方向形成楔 形；所述提拉门32两侧也有与导向块31同向同角度相配合的楔形，使其完全封堵住进出口 39。所述升降气缸35的动作也受控于中央控制系统。
[0033] 所述将盘式制动器由感应加热工位转移到强力抛丸机内抛丸工位的转移装置是 由带着盘式制动器进出抛丸箱的水平移动系统和使盘式制动器定位并带其转动的定位转 动系统组成。
[0034] 所述水平移动系统包括两条水平安装在地面上且相互平行并带有朝上燕尾的导 轨47,导轨47上装有可沿其滑动、下方带有燕尾槽的滑动小车46,所述滑动小车46头部安 装一水平推动油缸49,可推动小车46做水平往复移动，带动固定在定位轴上42的制动盘 11在感应加热工位和抛丸箱内的抛丸加工工位处往复水平移动。所述水平推动油缸49连 接一液压站，由其提供动力和设定其运动的快慢、控制工件在两工位间运行的时间等，该油 缸49的开合受控于中央控制系统，按照程序运行。
[0035] 所述定位转动系统包括定位轴42、轴承43、调速电机45和皮带44,定位轴42通过 其轴肩、轴承、轴承座、紧固螺栓连接在滑动小车上，安装在滑动小车46上的调速电机45通 过皮带44套在定位轴上42并带动定位轴42和安装在定位轴42另一端上的制动盘11转 动，制动盘11通过其内孔套在定位轴42上，它的定位，靠两者孔和轴相互间的间隙配合，以 及定位轴42轴肩的轴向定位和制动盘压紧螺母41压紧制动盘11后面来实现，实现了制动 盘11的可变速转动。调速电机45的开合和转速将受控于中央控制系统。
[0036] 本发明的具体实施过程是：一种重型卡车盘式制动器，材料牌号为HT250/ GB 9439-88,属珠光体类型的灰铸铁，化学成分为碳C :3. 16?3. 30%，硅Si : 1. 79?1. 93%，锰 Μη :0. 89?1. 04%，硫S :0. 094?0. 125%，磷P :0. 120?0. 170%。经铸造成型和机械粗、精 加工成型如图1后，套在定位轴42左端上，拧紧制动盘压紧螺母41，处在感应加热工位；按 下启动按钮，制动盘感应加热+强力抛丸打击状态下的风冷正火热处理强化工艺程序开始 启动，输出变压器24和感应器22由一套升降装置带动，从感应加热工位上方向下运动至感 应加热工位处止，制动盘11开始进行中频感应加热，该中频感应加热设备的额定输出频率 为30kHZ，额定功率为200kw，加热时间为72?80s，至制动盘11的两个摩擦工作面表面 12、13的温度达到860?900°C时，加热停止；输出变压器24和感应器22从加热工位升起 回到其初始位置；油缸49启动，油缸杆48推动滑动小车46沿燕尾导轨47向左滑动，带动 其上的制动盘11、定位轴42等一同通过抛丸箱38的进出口 39,在工艺规定时间内进入抛 丸箱38,转移到抛丸加工工位；同时进行的有提拉门升降气缸35向上释放钢绳34,静滑轮 33转动，提拉门32向下沿着导向块31滑动至抛丸箱38的进出口 39处封堵住该口；调速电 机45启动，通过皮带轮传动系统带动定位轴42、制动盘11转动，上述动作在5-8s内完成； 此时制动盘两个摩擦工作面12、13的表面温度为720?800°C ;强力抛丸机启动，强力抛丸 机抛头36单机功率为6kw，抛出的钢丸37的丸粒材料及尺寸为S-330 (GB/T18838. 3 - 2008高碳铸钢丸和砂），丸粒硬度为40?50HRC (377?509HV)，进入抛头前丸粒温度控 制在< 100°C，强力抛丸打击时间为240?360s，强力抛丸打击的前150s时间内，丸粒打击 速度50?60 m/s，以后时间段为80?90m/s，丸粒打击的入射角为70?80度，单抛头打 击钢丸流量为〇. 8?1. 5kg/s，低速时流量在该区间值下限附近，高速时流量在该区间值上 限附近；计时结束，打击停止，此时两个摩擦工作面12、13的表面温度将降至250°C以下，调 速电机45停止，提拉门32开，制动盘11从抛丸箱38中出来返回到感应加热工位并被卸下 后空冷至常温，至此完成一件制动盘强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺循环。经强力抛 丸打击的制动盘两个摩擦工作面的表面质量结果为：抛丸强度为阿尔梅试片弧高〇. 15A? 0. 25A，最小覆盖率为>100%(10倍放大镜下观察)。强力抛丸打击状态下的风冷正火工艺 完成后的制动盘的两个摩擦工作面表面金相组织为：珠光体> 95%，铁素体和碳化物< 5%， 表面硬度HBS193?247,表面残余压应力彡300MP(距表层0. 05mm)。在新车行驶5万公里 内，统计与对比该材料新工艺和原普通正火工艺加工的制动盘，两个摩擦工作面热裂至失 效状态的比例降低达30%以上。
[0037] 本发明不受上述实施例的限制。在本发明的技术范围内，本领域技术人员根据需 要可轻易想到的技术手段的变化、替换和改进，如；改变加热设备为电炉加热或其它加热方 式、强力抛丸改为强力喷丸等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于：包括中频感应加热 成套设备、强力抛丸机、将盘式制动器由感应加热工位转移到强力抛丸机内抛丸工位的转 移装置和控制整套设备运行的中央控制系统。
2. 根据权利要求1所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述中频感应加热成套设备包括中频感应加热炉、输出变压器和安装在所述变压器上的感 应器，所述中频感应加热炉与所述输出变压器用软线连接。
3. 根据权利要求2所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述感应器的加热圈为并联单匝多弯结构，所述加热圈上均布U型硅钢片导磁体，所述导 磁体的开口冲着制动器制动盘摩擦制动工作表面。
4. 根据权利要求1所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述强力抛丸机为双抛头强力抛丸机成套设备，其中，所述双抛头的抛口分别指向其斜下 方的制动器制动盘两摩擦制动工作表面，所述双抛头相对且对称、相隔一定间距安装在抛 丸机顶部。
5. 根据权利要求4所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述双抛头抛打的钢丸抛向制动盘两摩擦制动工作表面的入射角为70°?80°。
6. 根据权利要求4所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述双抛头强力抛丸机带有多个上下串联排列的强风侧吹落砂分选器。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备， 其特征在于：所述强力抛丸机的抛丸箱一侧设有一升降气缸，所述升降气缸通过一钢丝绳 和一静滑轮带动一提拉门上下运动，所述提拉门用于封堵工件进入抛丸箱后关闭工件进出 口，所述提拉门被一对水平截面为L型的导向块压住，所述导向块相对安装在抛丸箱上、提 拉门的两侧，所述导向块与炉门在垂直水平面方向形成楔形，所述提拉门两侧有与导向块 同向同角度相配合的楔形。
8. 根据权利要求1所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述转移装置包括带着制动盘进出抛丸箱的水平移动系统和使盘式制动器定位并带动其 转动的定位转动系统。
9. 根据权利要求8所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述水平移动系统包括两条水平安装在地面上且相互平行并带有朝上燕尾的导轨，导轨上 装有可沿其滑动、下方带有燕尾槽的滑动小车，所述滑动小车头部安装一水平推动油缸。
10. 根据权利要求8所述的重型卡车盘式制动器制动盘热处理强化设备，其特征在于： 所述定位转动系统包括定位轴、轴承、调速电机和皮带，所述定位轴连接在滑动小车上，所 述安装在滑动小车上的调速电机通过皮带套在定位轴上并带动定位轴和安装在定位轴另 一端上的制动盘转动。
【文档编号】C21D9/00GK104195306SQ201410366499
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】韩树, 庞桂奇, 曹小璞, 李 昊, 张龙, 苗林壮, 沈洪亮, 王军燕, 张兵, 姚兴林, 鲁焱, 刘晓宇 申请人:中国重汽集团济南动力有限公司