汽车刹车盘的制作方法

本实用新型属于汽车配件领域，尤其涉及一种轻量化高散热的汽车刹车盘。

背景技术：

随着经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，汽车作为重要的交通运输工具，已经进入千家万户。汽车具有行驶速度快、机动性高等优点，借由汽车的发展而缩短了两地之间的距离感，扩展了人们的生活圈。但汽车是在高速下行驶的，为了因应马路上各种突发状况，最重要的安全机制莫过于能随时将汽机车刹停的刹车机构。

汽车的刹车原理是利用刹车片夹住刹车盘，借由两者之间的摩擦力迅速将汽车行驶的动能转化为热能散逸，而将汽车在短时间内减速甚至停车。

由前述说明可知刹车盘需要承受极高的摩擦力，因此需要有足够的强度。并且将汽车高速行驶的动能转化为热能势必要求刹车盘能够在频繁的刹车过程中承受较高的温度，因此高结构强度与高散热速度是刹车盘最重要需要具备的两个特性。

其中刹车盘结构例如有中国台湾专利第I274818号：刹车盘，该案揭露在刹车盘周围表面的内、外缘间有多道鳍片，至少一对鳍片中具多道流动通道。每一流动通道包含一第一流动通道开口，靠近中央部位作为入口，及一第二流动通道开口，靠近刹车盘周围做为出口。透过前述流动通道的设置使得热对流效应更明显，散热速度更快。另外亦有美国专利第US5224572号：Lightweight brake rotor with a thin，heat resistant ceramic coating，该案揭露一种轻薄并具有陶瓷涂层辅助散热的刹车盘，同时该案揭露a plurality of circumferentially spaced radially spaced cooling aperture是指有多个在圆周方向排列的冷却孔，加速散热速度。

但是，上述两种刹车盘结构设计精度要求较高、结构较复杂、制作工艺较难、成本较高，而且，散热效果一般，也不利于保证刹车盘的结构强度。

另外，传统刹车盘的摩擦盘表面光滑，刹车时摩擦盘与刹车片干摩擦产生的磨屑难以甩离摩擦盘，磨屑附着在刹车盘表面造成刹车时间延长，同时造成刹车过程中产生的热量不能及时向外传递，造成刹车盘温度升高，继而使得刹车盘产生微变形，影响刹车盘的制动效果。

相较于其它汽车零部件的快速发展，刹车系统发展缓慢，现今汽车刹车系统仍为盘式刹车为主，刹车盘材料仍为灰铸铁，灰铸铁密度高，故刹车盘质量大，不利于汽车的轻量化，较大质量的刹车盘会增加汽车油耗，不仅降低了汽车的行程，也不利于低碳社会的建设。目前市面上的刹车盘，往往因结构问题而无法满足上述要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种轻量化、高散热的汽车刹车盘，一方面减轻刹车盘的质量，减少汽车的油耗，另一方面提升刹车盘的散热能力，减少刹车盘表面磨屑的堆积，延长刹车盘的使用寿命。

为实现上述技术效果，本实用新型公开了一种汽车刹车盘，包括第一摩擦盘、第二摩擦盘及连接于所述第一摩擦盘与所述第二摩擦盘之间的多个散热连接体，多个所述散热连接体间隔排列以形成散热风道；所述第一摩擦盘与所述第二摩擦盘上分别设有与所述散热风道相通的散热通孔。

本实用新型通过在第一摩擦盘和第二摩擦盘之间设置散热连接体以形成散热风道，在汽车刹车盘旋转过程中，可将风引入散热风道，带走第一摩擦盘与第二摩擦盘因摩擦刹车片而产生的热量，起到快速降温的效果；进一步通过在第一摩擦盘和第二摩擦盘上设置散热通孔，散热通孔与散热风道相通，透过散热通孔可使第一摩擦盘及第二摩擦盘与刹车片高速干摩擦产生的磨屑落入散热风道内，并通过第一摩擦盘及第二摩擦盘旋转时产生的离心力将磨屑甩离第一摩擦盘及第二摩擦盘，避免因磨屑堆积造成第一摩擦盘及第二摩擦盘温度升高而产生微变形，影响刹车安全。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述第一摩擦盘上还设有供与汽车轮毂相连的安装筒，所述安装筒的第一端连接于所述第一摩擦盘，所述安装筒的第二端设有供汽车传动轴安装的中心轴孔及供与所述汽车轮毂装配连接的装配孔。汽车刹车盘通过安装筒上的中心轴孔与汽车传动轴相连接，对汽车刹车盘进行轴向定位，通过安装筒上的装配孔与汽车轮毂相连接，对汽车刹车盘进行径向定位；通过在安装筒的筒身设置通风孔，不仅减轻了汽车刹车盘的质量，而且能够使风透过通风孔吹到汽车传动轴的表面，对汽车传动轴起到一定的降温效果。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述安装筒的筒身设有通风孔。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述第一摩擦盘、所述第二摩擦盘、所述散热连接体及所述安装筒一体铸造成型。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述散热连接体包括并列的第一连接体及第二连接体，所述第一连接体的长度大于所述第二连接体的长度，所述第一连接体与所述第二连接体之间形成有与所述散热风道相通的散热支道，所述散热支道与所述散热通孔相通。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述第一连接体与所述第二连接体均为流线型连接体，所述第一连接体的宽度自中间向两端逐渐增大，所述第二连接体的宽度自靠近所述第一摩擦盘的中心或所述第二摩擦盘的中心的一端向远离所述第一摩擦盘的中心或所述第二摩擦盘的中心的一端逐渐增大。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述第一连接体中远离所述第一摩擦盘的中心或所述第二摩擦盘的中心的外端与所述第二连接体中远离所述第一摩擦盘的中心或所述第二摩擦盘的中心的外端位于同一圆周。

所述汽车刹车盘进一步的改进在于，所述第一摩擦盘上开设的散热通孔与所述第二摩擦盘上开设的散热通孔一一对应。

附图说明

图1为本实用新型汽车刹车盘的立体示意图。

图2为本实用新型汽车刹车盘的平面示意图。

图3为图2的A-A剖面图。

图4为本实用新型汽车刹车盘与汽车传动轴及刹车片的装配示意图。

图5为本实用新型汽车刹车盘在制作时的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1、图2和图3所示，图1为本实用新型汽车刹车盘的立体示意图(第一摩擦盘部分剖开以显示内部结构)，图2为本实用新型汽车刹车盘的平面示意图，图3本实用新型汽车刹车盘的径向剖面示意图。结合图1、图2和图3，本实用新型汽车刹车盘主要由一第一摩擦盘11、一第二摩擦盘12、一安装筒13及多个散热连接体14组成。其中，多个散热连接体14均匀布设于第一摩擦盘11的盘面与第二摩擦盘12的盘面之间以形成均匀布置的多道散热风道140，第一摩擦盘11及第二摩擦盘12上开设有与散热风道140相通的多个散热通孔15。安装筒13设于第一摩擦盘11上，且安装筒13上开设有供汽车传动轴安装的中心轴孔16及供与汽车轮毂装配连接的装配孔17，安装筒13的筒壁上开设有通风孔130。

在本实用新型中，汽车刹车盘的第一摩擦盘11、第二摩擦盘12、散热连接体14及安装筒13采用一体铸造成型，采用铸造工艺制作汽车刹车盘的方式，相较于传统机械装配制作的汽车刹车盘的加工方式，大大简化了汽车刹车盘的制造工艺，缩短了制造时间，且铸造的汽车刹车盘规格可靠、外形美观，是本实用新型汽车刹车盘的一大特点。

下面对本实用新型汽车刹车盘的形状、构造做具体说明。

请配合图4所示，图4为本实用新型汽车刹车盘与汽车传动轴及刹车片的装配示意图。第一摩擦盘11和第二摩擦盘12作为汽车刹车盘的主要组成部件，通过安装筒13安装在汽车传动轴21上并随汽车传动轴21的转动而高速旋转，第一摩擦盘11和第二摩擦盘12进一步通过安装筒13连接在汽车轮毂(图中未显示汽车轮毂)上。在汽车刹车时，汽车制动卡钳在液压作用下通过刹车片22夹持住第一摩擦盘11及第二摩擦盘12的外侧盘面，借由刹车片22与第一摩擦盘11及第二摩擦盘12之间的摩擦力迅速将汽车行驶的动能转化为热能散逸，从而将汽车在短时间内减速甚至停车。

由此可知，第一摩擦盘11及第二摩擦盘12需要承受极高的摩擦力，因此需要有足够的强度。并且将汽车高速行驶的动能转化为热能势必要求汽车刹车盘能够在频繁的刹车过程中承受较高的温度，因此高结构强度与高散热速度是汽车刹车盘最重要需要具备的两个特性。

请再配合图1和图4所示，本实用新型采用了在汽车刹车盘的第一摩擦盘11的盘面和第二摩擦盘12的盘面之间设置多个散热连接体14，并使该些散热连接体14围绕第一摩擦盘11或第二摩擦盘12间隔排列以形成多个散热风道140，再利用该些散热通道140，在汽车刹车盘旋转过程中，散热风道140形成气流(风)，由形成的气流(风)带走第一摩擦盘11与第二摩擦盘12上产生的热量，起到快速降温的效果。

请配合图1、图2和图3所示，在本实施例中，第一摩擦盘11为实心圆盘且中心处设有第一开孔111，第二摩擦盘12亦为实心圆盘且中心处设有第二开孔121，该第一开孔111与该第二开孔121相对设置。其中，第一开孔111的孔径可例如设置为略小于第二开孔121的孔径，使得在该第一开孔111与该第二开孔121的对位处形成一圈过渡轴肩，作用在于：避免对位位置的应力集中，增加汽车刹车盘的伺服寿命。安装筒13的第一端连接于第一摩擦盘11的第一开孔111的孔缘，且该安装筒13的第一端开口并与该第一开孔111相通；该安装筒13的第二端收口并设有供汽车传动轴安装的中心轴孔16及供与汽车轮毂装配连接的装配孔17，其中，中心轴孔16的孔轴垂直于第一摩擦盘11的盘面，装配孔17的外侧安装面平行于第一摩擦盘11的盘面。在将汽车刹车盘安装至汽车上时，配合图4所示，将安装筒13的第二端上的中心轴孔16与汽车传动轴21相配合，对汽车刹车盘进行轴向定位；通过螺栓171穿设于安装筒13的第二端上的装配孔17及汽车轮毂(图中未显示汽车轮毂)上的螺栓孔，将汽车刹车盘固定在汽车轮毂上，对汽车刹车盘进行径向定位，完成汽车刹车盘的定位安装。本实用新型采用将第一摩擦盘11和第二摩擦盘12通过安装筒13安装至汽车传动轴21和汽车轮毂上，而第一摩擦盘11和第二摩擦盘12本身并不与汽车传动轴21或汽车轮毂发生直接接触，因此，不会影响到刹车片22与第一摩擦盘11及第二摩擦盘12之间的表面摩擦，同时，摩擦产生的热量也不会直接传递至汽车传动轴21和汽车轮毂，在保证汽车刹车盘正常使用的情况下，也避免了汽车刹车盘的发热影响到汽车上的其他部件。进一步地，本实用新型还通过在安装筒13的筒身上开设通风孔130，使风可以经由通风孔130吹到安装筒13内部的汽车传动轴21的表面，对汽车传动轴21起到一定降温效果。由图1可以看出，在本实施例中，在安装筒13的筒身均匀布置了一圈上述通风孔130，不仅外形美观，而且通风效果优越，对安装筒13的内部起到较好的降温效果；配合图1和图3所示，该些通风孔130还可透过第一摩擦盘11中心处的第一开孔111与散热风道140相通，以及透过第一摩擦盘11中心处的第一开孔111及第二摩擦盘12中心处的第二开孔121通向汽车刹车盘的外部，提升良好的空气流通效果，对第一摩擦盘11及第二摩擦盘12也能起到更好的降温效果，加速汽车刹车盘的散热。

本实用新型还采用对第一摩擦盘与第二摩擦盘之间的散热连接体的形状、构造加以改进，如采用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，机械系统动力学自动分析)软件进行结构优化仿真，实现散热连接体的形状最优化，使其在保证汽车刹车盘强度的同时，兼具质量最小的优点，实现汽车刹车盘的强度与质量的最优化。据此，本实用新型提供了实施效果较佳的如下形状、构造的散热连接体，当然其他在本实用新型构思的基础上变换得到的同样起到散热效果的散热连接体的形状和构造，也应属于本实用新型技术方案的范围内，以下方案并不作为对实用新型中的散热连接体的形状、构造的限定。

请参阅图1、图3和图4所示，多个散热连接体14围绕第一摩擦盘11的中心或第二摩擦盘12的中心呈螺旋状间隔排列，形成同样呈螺旋状间隔排列的多个散热风道140，散热风道140呈螺旋状间隔排列且适于风向，有利于将风引入散热风道，带走汽车刹车盘内的热量，快速降低汽车刹车盘的温度。其中，每个散热连接体14又进一步由并列设置的一第一连接体141及一第二连接体142构成。该第一连接体141的长度大于该第二连接体142的长度，且该第一连接体141与该第二连接体142之间形成有与散热风道140相通的散热支道143，散热支道143亦与第一摩擦盘11及第二摩擦盘12上的散热通孔15相通。该散热支道143的宽度与散热风道140的宽度大致相同，每道散热支道143与其临近的一道散热风道140之间形成“倒V字型”的空气流通通道，该“倒V字型”的空气流通通道的开口方向朝向汽车刹车盘的外侧。在汽车刹车盘转动的过程中，风由散热支道143流入至汽车刹车盘的内部，再携带着汽车刹车盘内部的热量，从与之相通的散热风道140中流出汽车刹车盘，将汽车刹车盘内部的热量带出，实现汽车刹车盘的快速散热降温；或者，风也可由散热风道140流入至汽车刹车盘的内部，再携带着汽车刹车盘内的热量，从与之相通的散热支道143中流出汽车刹车盘，将汽车刹车盘内的热量带出，同样可对汽车刹车盘起到快速散热降温的效果。

进一步地，请参阅图1所示，上述第一连接体141与第二连接体142均为流线型连接体，外形圆润顺滑，有利于风的流入和流出，且第一连接体141的宽度自中间向两端逐渐增大，而第二连接体142的宽度自靠近第一摩擦盘11的中心或第二摩擦盘12的中心的一端向远离第一摩擦盘11的中心或第二摩擦盘12的中心的一端逐渐增大。第一连接体141中远离第一摩擦盘11的中心或第二摩擦盘12的中心的外端与第二连接体142中远离第一摩擦盘11的中心或第二摩擦盘12的中心的外端位于同一圆周，有利于将风引入、引出散热风道140和散热支道143，散热风道140和散热支道143的设置方向适于汽车行驶时的风向，不会对汽车刹车盘的转动造成阻力，不会对汽车正常使用造成不利影响。

综上，采用上述形状、构造的本实用新型的散热连接体不仅能够实现汽车刹车盘的强度与质量的最优化，得到强度较佳且质量较小的汽车刹车盘，而且还有利于提高汽车刹车盘的散热效果，也不会增加汽车行驶的阻力，一举多得，性能优越，在汽车刹车盘领域处于领先地位。

作为本实用新型的较佳实施方式，请配合图1、图2、图3和图4所示，本实用新型还采用了在第一摩擦盘11及第二摩擦盘12上分别开设与散热风道140及散热支道143相通的多个散热通孔15，散热通孔15贯穿第一摩擦盘11或第二摩擦盘12的两侧盘面，形成通孔。在本实施例中，第一摩擦盘11与第二摩擦盘12上设有径向发散的多排散热通孔15，每一排散热通孔15为三个，呈弧线型排列；在第一摩擦盘11与第二摩擦盘12上各自均匀布设有约72个散热通孔15。而且将设置在第一摩擦盘11上的散热通孔15与设置在第二摩擦盘12上的散热通孔15一一对应、对齐布置，有利于通风散热。该些散热通孔15均连通于第一摩擦盘11与第二摩擦盘12间的散热风道140及散热支道143，其中，当散热通孔15的设置位置恰好为散热连接体的设置位置时，需要对散热连接体的相应位置进行开孔，使该位置的第一摩擦盘11的散热通孔15和第二摩擦盘12的散热通孔15穿过散热连接体上的开孔后相通，如图1所示，位于第一摩擦盘11与第二摩擦盘12的外侧的部分散热通孔15由于设置在散热连接体的第一连接体141的设置位置上，此时，需要将第一摩擦盘11的散热通孔15和第二摩擦盘12的散热通孔15穿过第一连接体141后相通。

经由该些散热通孔15，可使第一摩擦盘11及第二摩擦盘12与刹车片22高速干摩擦产生的磨屑掉入第一摩擦盘11与第二摩擦盘12之间的散热风道140及散热支道143中，再通过第一摩擦盘11及第二摩擦盘12旋转时产生的离心力将磨屑甩离散热风道140及散热支道143，可避免因磨屑堆积造成第一摩擦盘11及第二摩擦盘12温度升高而产生微变形，影响汽车刹车盘的刹车安全性。进一步地，散热通孔15与散热风道140及散热支道143相通，汽车刹车盘在旋转时，风通过散热通孔15可将第一摩擦盘11及第二摩擦盘12中与刹车片22相接触的干摩擦面上所产生的热量经由散热风道140和散热支道143传递出去，对第一摩擦盘11及第二摩擦盘12的整个盘体上产生的热量进行快速散热，提升降温、散热效果。

请参阅图5所示，图5为本实用新型汽车刹车盘在制作时的工艺流程图。下面配合图5对本实用新型汽车刹车盘的制作方法做具体说明，其制作工艺主要包括如下步骤：

S001：制作刹车盘铸型，刹车盘铸型的内部形成有形状适配于待制作的汽车刹车盘的腔型。

其中，该刹车盘铸型的腔型形状主要适配于上述本实用新型的汽车刹车盘的第一摩擦盘、第二摩擦盘、散热连接体及安装筒的形状。

S002：制作刹车盘铸造液，将铸造液原料送入中频感应炉进行熔炼，熔炼完成后倒入浇包，并加入孕育剂，进行孕育。

其中，该刹车盘铸造液的铸造液原料主要为铁液，具体的化学成分包含有：3.5％～3.6％(质量)碳C、0.5％～0.6％(质量)锰Mn、1.8％～2.0％(质量)硅Si、磷P及硫P，其中，磷P的含量为≤0.2％(质量)，硫S的含量为≤0.2％(质量)。将上述铸造液原料按上述质量百分比送入中频感应炉进行熔炼。

待上述铸造液原料在中频感应炉中熔炼至温度升高至1400℃～1600℃时，出炉倒入浇包，进行孕育，孕育剂为75SiFe(硅铁粉，含硅量为75％)。

S003：将孕育完成的刹车盘铸造液浇注于刹车盘铸型的腔型中。

S004：浇注完成汽车刹车盘并达到脱模强度后，进行脱模及退火处理。

其中，在浇注完成汽车刹车盘并达到脱模强度后，进行脱模，对脱模后的汽车刹车盘进行磁粉探伤，对磁粉探伤合格的汽车刹车盘进行退火处理，退火温度约为560℃～600℃，退火时间约为2.8h～3.2h。

S005：于退火完成后的汽车刹车盘上进行打孔，完成汽车刹车盘的制作。

下面以一实施效果较好的具体实施例对本实用新型汽车刹车盘的制作方法进行进一步地详细说明。

首先，制作刹车盘铸型，刹车盘铸型的内部形成有形状适配于本实用新型汽车刹车盘的腔型；

接着，制作刹车盘铸造液，该刹车盘铸造液的铁液，其化学成分为：3.5％～3.6％(质量)碳C、0.5％～0.6％(质量)锰Mn、1.8％～2.0％(质量)硅Si、磷P及硫P，其中，磷P的含量为≤0.2％(质量)，硫S的含量为≤0.2％(质量)。将上述铸造液原料按上述质量百分比送入中频感应炉进行熔炼；

待铁液升温至1500℃，出炉倒入浇包，进行孕育，孕育剂为75SiFe，孕育完成后进行浇注，浇注温度为1450℃～1460℃；

浇注完成约25min后开箱，进行脱模，随后进行磁粉探伤，要求汽车刹车盘内部无缩孔缩松和气孔等浇注缺陷，脱模完成后进行退火处理，退火温度为580℃(摄氏度)，退火时间为3h(小时)。

退火完成后进行机加工，先车削掉表面氧化皮，随后进行打孔，最后进行表面研磨，研磨完成后酸洗烘干，完成汽车刹车盘的制作。

本实用新型通过在第一摩擦盘和第二摩擦盘之间设置散热连接体以形成散热风道，在汽车刹车盘旋转过程中，可将风引入散热风道，带走第一摩擦盘与第二摩擦盘因摩擦刹车片而产生的热量，起到快速降温的效果；进一步通过在第一摩擦盘和第二摩擦盘上设置散热通孔，散热通孔与散热风道相通，透过散热通孔可使第一摩擦盘及第二摩擦盘与刹车片高速干摩擦产生的磨屑落入散热风道内，并通过第一摩擦盘及第二摩擦盘旋转时产生的离心力将磨屑甩离第一摩擦盘及第二摩擦盘，避免因磨屑堆积造成第一摩擦盘及第二摩擦盘温度升高而产生微变形，影响刹车安全。且本实用新型采用铸造工艺制作汽车刹车盘，相较于传统的机械装配加工，简化了制造工艺，缩短了制造时间，且铸造的汽车刹车盘规格可靠、外形美观。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。