一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法与流程

本发明属于汽车配件技术领域，具体涉及一种制动盘制动鼓的加工工艺，特别是一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法。

背景技术：

汽车制动系统有盘刹和鼓刹两种形式，当前制动盘制动鼓多采用铸铁材质，以灰铸铁HT250为代表，铸造工艺生产。优异的制动盘制动鼓应具备轻质，具有足够的强度、优异的耐磨性、足够的高温性能、优异的散热性能和耐疲劳性能。由于受材质和铸造工艺的局限，铸铁制动盘制动鼓重量较重，而且位于簧下，增大了汽车油耗，影响加速性能。采用锻造铝合金制动盘制动鼓单个重量相比于铸铁制动盘制动鼓可减轻40-70％，轻量化效果显著。铸铁材质导热系数较低，只有约58W/(m·k)，在高速制动或连续制动中，短时间摩擦产生大量热，较低的热导率导致热量无法及时散发，会引发制动盘制动鼓热衰退，影响刹车效果及使用寿命。锻造铝合金导热系数达到120-180W/(m·k)，导热能力是铸铁制动盘制动鼓的2-3倍，可将刹车热量及时散发，保证了制动系统的可靠性。铸铁制动盘制动鼓要求抗拉强度不低于210MPa，硬度在187-241HB之间，喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓抗拉强度达到400-550MPa，硬度在190-230HB之间，完全可满足力学性能要求。

现有专利文件，专利号为CN201310058382.9提出采用半固态铸造的方法生产高硅铝制动盘制动鼓。半固态铸造法虽优于传统铸造工艺，但半固态浆料易卷入气体，导致铸件内部存在气孔缺陷，一般无法进一步热处理强化。半固态铸造法力学性能略优于一般铸造，但远不及喷射成形锻造工艺。喷射成形锻造工艺能够突破材料成分限制，进一步提高强化元素含量，生产常规铸造和半固态铸造无法生产的高性能铝合金制动盘制动鼓。喷射成形配合锻造是一种制备高性能铝合金零部件的新工艺，尤其适合制备高强、耐磨、耐热铝合金。相对铸造工艺喷射成形工艺冷却速度快，材料晶粒细小，强化相颗粒弥散分布，无传统铸造缺陷，大大提高了材料强度，硬度，摩擦性能和疲劳性能。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的铸铁制动盘制动鼓重量大、导热性差等缺陷，本发明提供了一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法，通过本发明技术方案生产出的产品具有质量轻、导热性能优异，并且还具有较高强度、耐磨性、耐疲劳性等特点，可用于各种盘刹汽车。

本发明所采用的技术方案为：一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法，包括以下步骤：

步骤一，熔炼：熔炼制造铝合金制动盘制动鼓的合金液原料，合金液原料中各成分质量百分比如下：Si：15-40％；Fe:0.1-2％；Ni：0.1-2％；Cu：0.3-4.5％；Mg：0.3-2％，Al为49.5-84.2％；

步骤二，喷射成形：通过喷射成形工艺设备，使用高压氮气对步骤一中得到的所述合金液原料进行喷射成形，制备直径为200-500mm坯料；

步骤三，下料：使用车床去除步骤二中得到的所述坯料的表皮，使用锯床将去掉表皮后的所述喷射形成坯料锯切至所需尺寸的料块，然后将所述料块放入加热炉中加热，加热温度为300-600℃，加热时间为0.5-6小时；所述料块的尺寸根据制动盘制动鼓的实际尺寸决定。

步骤四，锻造：先将油压机上的成形模具预热到200-500℃，然后再所述成形模具表面喷涂专用脱模剂，最后再将步骤三中得到的所述料块放置到所述油压机上的所述成形模具你锻造加工成锻件；

步骤五，热处理：先将步骤四中得到的锻件进行固溶处理，固溶处理温度为400-600℃，固溶处理时间为0.5-5小时，所述锻件从固溶处理设备内取出后20秒内放入到淬火设备中，淬火温度为10-80℃，淬火时间为2-80秒，经淬火处理后的所述锻件再进行时效处理，时效温度为100-250℃，时效时间为6-30小时；

步骤六，机加工：将步骤五中得到的先后经过固溶、淬火和时效处理后的所述锻件放到数控车床上进行机械加工，最终得到制动盘制动鼓成品。

本发明的进一步改进，步骤二中得到的所述坯料中沉积坯硅相尺寸不大于15μm。

本发明的进一步改进，步骤一中得到的所述合金液原料质量百分比为Si：32％；Fe:0.5％；Ni：0.2％；Cu：3.8％；Mg：1.5％，Al为62％

本发明的进一步改进，步骤二中得到的所述坯料的直径为300mm。

本发明的进一步改进，步骤三中得到的所述料块放入加热炉中加热，加热温度为400-600℃，加热时间为0.5-5小时。

本发明的进一步改进，步骤四中所用的所述油压机最大压力为5000T。

本发明的进一步改进，步骤四中使用的所述成形模具预热到350-500℃。

本发明的进一步改进，步骤四中使用的所述专用脱模剂为水基石墨脱模剂或油性脱模剂。所述水基石墨脱模剂或所述油性脱模剂的使用利于所述锻件充型和脱模。

本发明的进一步改进，步骤五中固溶处理温度为450-600℃，固溶处理时间为1-5小时，所述锻件从固溶处理设备内取出后15秒内放入到淬火设备中，对完成固溶处理的所述锻件进行淬火处理，淬火温度为50℃，淬火时间为60秒，经淬火处理后的所述锻件再进行时效处理，时效温度为120-200℃，时效时间为6-30小时。

本发明的有益效果为：

1、与现有技术相比，本发明技术方案制造的铝合金材质制动盘制动鼓，重量可比传统铸铁制动盘制动鼓减重40-70％，减轻了整车重量，油耗也随之降低，实现节能减排的目的；本发明制动盘制动鼓原料采取喷射成形工艺，不存在铸造缺陷，组织均匀，晶粒细小；成形采取锻造工艺，具有锻造工艺流线完整，力学性能高的特点。

2、喷射成形与锻造工艺使所述制动盘制动鼓具有更高的强度、硬度、耐磨性和抗疲劳性能，满足制动盘制动鼓部件使用要求。所述制动盘制动鼓的铝合金材质导热系数是传统铸铁材质的2-3倍，将改善铸铁制动盘制动鼓在高速制动或连续制动中散热不佳导致的热衰退，提高刹车制动可靠性和行车安全性。

3、本发明的铝合金制动盘制动鼓采用喷射成形锻造工艺，不但可以完全消除传统铸造和半固态铸造中存在的冶金缺陷，还可以突破材料成分的限制，进一步提高强化元素含量。

4、采用本发明生产的铝合金制动盘制动鼓具有轻质、散热快、机械性能高，耐磨损、抗疲劳、寿命长的特性，可用于各种盘刹汽车。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法的一种实施例生产产品的金相图；

图2是本发明喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法的另一种实施例生产产品的金相图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法，包括以下步骤：步骤一，熔炼：熔炼制造铝合金制动盘制动鼓的合金液原料，合金液原料采用以Al为基体的合金进行熔炼，其中除Al以外还含有以下合金元素，均以质量百分比表示：Si：26％，Fe：0.2％，Ni：0.12％，Cu：3.8％，Mg：1.1％。步骤二，喷射成形：通过喷射成形工艺设备，使用高压氮气对步骤一中得到的合金液原料进行喷射成形，获得直径260mm坯料。步骤三，下料：使用车床去除步骤二中得到的直径260mm的坯料表皮，将坯料切至直径250mm，然后再根据所要加工的制动盘制动鼓的尺寸计算所需的料块的高度，将加工成直径为250mm坯料锯切成所需高度的料块，然后将料块放入加热炉中加热，加热温度设置为550℃，保温3小时。步骤四，锻造：先将油压机上的成形模具预热至350℃；使用5000T油压机，压力设置为4000T，预热后的成形模具上喷涂油性脱模剂，将步骤三中得到的料块放置到成形模具内锻造加工成锻件。步骤五，热处理：将步骤四中得到的锻件进行固溶处理，固溶温度550℃，保温时间2小时，固溶处理完毕立刻进行淬火，将锻件从固溶处理设备中取出放入到淬火设备中的时间间隔不超过20秒，淬火水温50℃，淬火时间60秒，经淬火处理后的锻件再进行时效处理，时效温度为180℃，时效保温时间为10小时，然后将锻件拿出保温炉，使锻件在空气冷却至室温。步骤六，机加工：将步骤五最后冷却至室温的锻件使用数控车床根据制动盘制动鼓图纸要求加工至成品。使用上述方法制造的制动盘制动鼓抗拉强度达到504MPa，硬度196HB，金相图片中颗粒为铝合金中硬质强化相硅，可以看到经过喷射成形和锻造后硅相细小弥散分布，这保证了制动盘制动鼓具有优异的磨损性能。

实施例2：

如图2所示，一种喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓的方法，包括以下步骤：步骤一，熔炼：熔炼制造铝合金制动盘制动鼓的合金液原料，合金液原料采用以Al为基体的合金进行熔炼，其中除Al以外还含有以下合金元素，均以质量百分比表示：Si：32％，Fe：0.5％，Ni：0.15％，Cu：4.1％，Mg：1.2％。步骤二，喷射成形：通过喷射成形工艺设备，使用高压氮气对步骤一中得到的合金液原料进行喷射成形，获得直径300mm坯料。步骤三，下料：使用车床去除步骤二中得到的直径300mm的坯料表皮，将坯料切至直径280mm，然后再根据所要加工的制动盘制动鼓的尺寸计算所需的料块的高度，将加工成直径为280mm坯料锯切成所需高度的料块，然后将料块放入加热炉中加热，加热温度设置为450℃，保温2小时。步骤四，锻造：先将油压机上的成形模具预热至400℃；使用5000T油压机，压力设置为4400T，预热后的成形模具上喷涂水基石墨脱模剂，将步骤三中得到的料块放置到成形模具内锻造加工成锻件。步骤五，热处理：将步骤四中得到的锻件进行固溶处理，固溶温度500℃，保温时间2.5小时，固溶处理完毕立刻进行淬火，将锻件从固溶处理设备中取出放入到淬火设备中的时间间隔不超过30秒，淬火水温60℃，淬火时间60秒，经淬火处理后的锻件再进行时效处理，时效温度为175℃，时效保温时间为12小时，然后将锻件拿出保温炉，使锻件在空气冷却至室温。步骤六，机加工：将步骤五最后冷却至室温的锻件使用数控车床根据制动盘制动鼓图纸要求加工至成品。使用上述方法制造的制动盘制动鼓抗拉强度达到540MPa，硬度226HB，从金相图片中可以发现随着Si元素含量的提高，材料中的颗粒状硬质强化相明显多于实施例1，这使得实施例2相比实施例1硬度更高，耐磨性能更好。喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓金相组织均匀，完全消除了铸铁制动盘制动鼓难以避免的铸造缺陷，具备优异的力学性能。

将本发明实施例1和实施例2与传统铸铁HT250性能对比，数据如下：

本发明和传统铸铁相比，喷射成形锻造铝合金制动盘制动鼓强度更高，硬度与铸铁制动盘制动鼓相当，但是热导率是铸铁的2-3倍，在刹车过程中，可有效减少因制动过程产生的摩擦热量累积，同时缩短刹车距离，延长制动盘制动鼓寿命。铝合金材质密度仅有铸铁的约1/3，使用铝合金材质每个制动盘制动鼓可减重40～70％，轻量化效果显著。喷射成形锻造工艺相比铸造或半固态工艺生产的铝合金制动盘制动鼓还具有更好的耐疲劳性能和耐磨损性能，提高了机动车的行驶安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。