一种汽车制动毂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车制动系统的关键零部件，具体是一种汽车制动毂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]制动毂又称刹车毂，是汽车上关键的安全部件。制动毂通过与刹车片之间的摩擦力，将汽车轮子刹住，在中型和重型车辆上均需配备制动毂。在行车过程中，制动毂能否安全可靠地制动非常重要，若紧急情况下发生刹车失灵，将会造成安全事故，甚至造成车毁人亡大事故。因此，对制动毂各项要求非常严格。
[0003]历来，国内外的汽车制动毂都是用铸铁整体铸造而成，其耐磨性和力学性能好，铸造工艺成熟，可成形大型复杂铸件，价格较低，适合大批量生产。但是铸铁制动毂有下列不足处；1、铸铁密度高，密度达7.3g/cm3左右，一般的卡车需要4只制动毂，而一只Φ 480 X 230mm的卡车制动毂重达60Kg(相当于180~300Kg的簧载重量)，因此其非簧载重量较大，无疑会明显增加车辆油耗，降低车辆机动性能，此外，相关部件拆装、维修较困难；2、铸铁的导热性较差，刹车时磨擦产生的热量散发慢，易造成刹车系统因温升过高而工作失灵。3、铸铁制动毂一般用型砂铸造，铸件尺寸精度、表面光洁度差，内部缩松气孔不易控制，且铸造生产的劳动强度高，对环境污染较大。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的不足，提供一种轻量化、耐磨性和导热性好、使用寿命长的汽车制动毂及其制备方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种汽车制动毂，包括圆筒状的制动毂本体，所述的制动毂本体为铝合金制动毂本体，所述的铝合金制动毂本体的内壁复合有圆环状的陶瓷增强材料耐磨层，所述的陶瓷增强材料耐磨层通过挤压铸造工艺与所述的招合金制动毂本体冶金结合。
[0006]本发明制动毂，其制动毂本体由铝合金制成，铝合金密度低，可大幅减轻制动毂的重量，与同等尺寸型号的传统铸铁制动毂相比，本发明制动毂可减重50%以上，从而可增加汽车有效载荷，降低油耗；本发明制动毂通过选择性的局部强化，在铝合金制动毂本体的内壁复合圆环状的陶瓷增强材料耐磨层，其耐磨性优于铸铁，尺寸精度易于控制，有利于延长汽车制动毂的使用寿命，可确保制动毂的工作面的耐磨性，其耐磨性可达传统铸铁制动毂的4倍以上，并降低制动毂的原料成本和加工成本，同时铝合金的导热性也明显优于铸铁，因此本发明制动毂的耐磨性和散热性好，可有效延长汽车制动毂的使用寿命，减少制动毂的维护成本，改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。
[0007]作为优选，所述的陶瓷增强材料耐磨层的厚度为5?30mm。选择适宜厚度的陶瓷增强材料耐磨层，在保证制动鼓整体的导热性、耐磨性及使用寿命前提下，可降低成本。
[0008]作为优选，所述的陶瓷增强材料的组成包括体积比为(5?30):(1?25)的陶瓷骨架材料和陶瓷颗粒材料。
[0009]作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维和/或硅酸铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒和/或碳化硅颗粒，所述的氧化铝短纤维的直径为5?15 μπκ长度为0.8?2.8mm，所述的娃酸招短纤维的直径为5?15 μπκ长度为0.8?2.8mm，所述的粉煤灰颗粒的粒度为10?100 μ m，所述的碳化硅颗粒的粒度为10?100 μ m。
[0010]作为优选，所述的陶瓷骨架材料为氧化铝短纤维，所述的陶瓷颗粒材料为粉煤灰颗粒。
[0011]上述汽车制动毂的制备方法，包括以下步骤:
O陶瓷增强材料的制作原料准备:按体积分数计，称取准备干燥的5?30%的陶瓷骨架材料、I?25%的陶瓷颗粒材料以及20?40%的低温粘合剂和20?60%的高温粘合剂，所述的低温粘合剂是浓度为3?20%的羧甲基纤维素水溶液，所述的高温粘合剂是浓度为10?60%的硅溶胶溶液；
2)陶瓷预制件的制作:将准备好的陶瓷骨架材料、陶瓷颗粒材料与低温粘合剂和高温粘合剂混合均匀，再定量浇入预制件模具中，经加压、去水、压制成圆环状的陶瓷预制件半成品，最后对该预制件半成品进行烘干处理和烧结处理，得到多孔的陶瓷预制件成品，备用；
3)铝合金液的准备:选用铸造铝合金或变形铝合金，配料，在熔炼炉中进行铝合金的熔炼，除渣后静置10?20分钟，并在650?730°C温度下保温，待浇注；
4)陶瓷预制件与铝合金的挤压铸造复合:首先准备好挤压铸造模具，该挤压铸造模具包括上模和下模，所述的上模的下端设置有冲头，所述的冲头的外径与所述的陶瓷预制件成品的内径相适配，所述的下模设有上部开口的圆柱形型腔，所述的圆柱形型腔的深度大于所述的冲头的高度，所述的圆柱形型腔的直径与所述的制动毂本体的外径相适配；然后将所述的上模和所述的下模预热至100?150°C，再在所述的冲头和所述的圆柱形型腔内壁喷涂脱模剂，之后将步骤2)中制作的多孔陶瓷预制件成品套在所述的冲头上并固定，并将步骤3)中准备的铝合金液以650?730°C的浇注温度定量浇注到所述的圆柱形型腔内；最后将所述的上模和所述的下模合模，所述的上模和所述的下模合模后，所述的冲头的底面与所述的圆柱形型腔的底面之间具有间隙，所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔与所述的制动毂本体的形状相适配，合模后进行挤压铸造，控制挤压铸造的挤压压力为50?150MPa，上模和下模温度为100?250°C，使陶瓷预制件成品与铝合金复合，令铝合金液渗入多孔的陶瓷预制件成品内并填充所述的上模、所述的下模和所述的陶瓷预制件成品围成的空腔，保压10?60秒后开模取件，得到汽车制动毂毛坯；
5)汽车制动毂毛坯的热处理:对步骤4)中得到的汽车制动毂毛坯固溶处理480?535°C，保温5?7小时，然后在水温60°C以上的水中进行淬火处理，最后时效处理150?180°C，保温4?8小时，得到汽车制动毂半成品；
6)汽车制动毂半成品的机械加工:按图纸要求对汽车制动毂半成品进行机械加工后，制成汽车制动毂成品。
[0012]作为优选，步骤2)中加压至20?30MPa ;步骤2)中对预制件半成品的烘干温度为150?200°C，烘干时间为10?20h，对预制件半成品的烧结温度为700?1000°C，烧结时间为2.5?4ho
[0013]作为优选，步骤2)中加压之前先将预制件模具抽真空至I X 12Pa,再加压、去水、压制成圆环状的陶瓷预制件半成品。
[0014]作为优选，步骤4)中所用挤压铸造模具中，所述的下模的底壁开设有进料孔，所述的下模的底部连接有料缸，所述的料缸内设有料腔，所述的料腔的直径与所述的进料孔的孔径相同，所述的料腔经所述的进料孔与所述的圆柱形型腔相连通，所述的料腔内设置有可上下移动的推杆，所述的推杆的外径与所述的料腔的直径相适配。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明公开的汽车制动毂，其制动毂本体由铝合金制成，铝合金密度低，可大幅减轻制动毂的重量，实现制动毂的轻量化，与同等尺寸型号的传统铸铁制动毂相比，本发明制动毂可减重50%以上，从而可增加汽车有效载荷，降低油耗；铝合金的导热性也明显优于铸铁，有利于提高制动毂的散热性；本发明制动毂的制备方法通过选择性的局部强化，采用挤压铸造工艺，在铝合金制动毂本体的内壁复合圆环状的耐磨层，将陶瓷增强材料耐磨层与铝合金制动毂本体冶金结合，可确保制动毂的工作面的耐磨性，其耐磨性可达传统铸铁制动毂的4倍以上，降低制动毂的原料成本和加工成本。因此，本发明制动毂重量轻，耐磨性和散热性好，使用寿命长，维护成本低，可改善车辆的通过性能并缩短刹车距离，提高汽车的安全性。本发明的采用耐磨层对接触面进行选择性的局部