一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体。该盘体采用铸造成型，适用于速度140km/h以下的城轨列车和快速货车。
【背景技术】
[0002]制动盘作为轨道交通列车的基础制动零部件，在保障列车的安全运营方面发挥着至关重要的作用。随着“节能环保”越来越受到世界各国的广泛关注，轻量化技术也广泛应用到关系国计民生的各个行业领域。轨道列车的轻量化在减少能源消耗、节省牵引动能、降低列车运行费用等方面具有重要意义，特别是减少制动盘及闸片等部件重量，可明显降低转向架的簧下重量，改善列车的动力学性能。
[0003]铝基复合材料制动盘相比传统钢铁材料制动盘具有密度小、比强度和比刚度高、热膨胀系数小、导热性能好以及优异的耐磨性能等一系列优点；并且与C/C纤维复合材料制动盘、陶瓷基复合材料(CMC)相比具有制备工艺相对简单，制备成本低等优势，使其成为新一代轨道交通列车基础制动装置的首选制动盘材料。采用铝基复合材料制动盘替代传统的钢铁材料制动盘，可以减少制动盘重量的30?50%。
[0004]钢铁制动盘在制动时，伴随着明显的制动嘯叫，同时巨大的制动热负荷使制动盘摩擦面产生很高且不均匀的温升，诱发产生热斑，影响制动盘的使用寿命。铝基复合材料的优良散热和导热性能，使其摩擦面的热斑得以消除，从而延长了使用寿命、同时可以大幅度降低制动噪声，无嘯叫。
[0005]制动盘的服役可靠性取决于制动盘的材料、结构、成型质量及服役条件。铝基复合材料与钢铁材料相比，强度较低，尤其是高温强度较低，所以铝基复合材料制动盘的结构设计关键在于降低制动盘的温升和减少制动热应力。此外，铝基复合材料成型困难，铸件内部极易产生气孔、热裂纹、缩孔缩松等铸造缺陷。
[0006]因此，采用铝基复合材料制动盘代替传统的钢铁制动盘，既能达到轻量化的要求，也能达到提高耐久性的目的，在低速列车制动盘领域具有巨大的应用前景。
【发明内容】
[0007]SiCp/Al复合材料抗拉强度较低，尤其是随温度升高其强度下降较快，SiCp/Al复合材料用于制动盘，必须通过合理的制动盘结构设计解决其热容量问题。本发明专利提供了一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体(以下简称盘体)，该盘体具有温度场分布均匀、高热容量、轴向自由翘曲、径向自由伸缩等特点。
[0008]本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其结构由摩擦环(I)、高板筋(2)、连接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)组成。盘体材料为SiC颗粒含量10^%-20的％的颗粒增强铝基复合材料。盘体的摩擦环(I)采用大厚度和梯形截面，材料分布更为合理，改善了盘体内温度场的分布均匀性，热容量更高;盘体采用径向分布的高板筋(2)和矮板筋(4)，使盘体具有良好的通风效果和结构刚度，同时高板筋(2)的径向截面为“凸”字形，减少了对盘体轴向变形的约束。
[0009]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0010]本发明所涉及盘体采用SiCp/Al复合材料，与传统钢铁制动盘相比，质量更轻，制动无嘯叫；
[0011]本发明所涉及盘体采用压力作用下的反重力充型，盘体成型质量更好；
[0012]本发明所涉及盘体的摩擦环采用大厚度和梯形截面，较等厚度摩擦环具有材料分布更为合理、盘体内温度场分布更均匀的特点；
[0013]本发明所涉及盘体采用径向分布的高板筋和矮板筋，同时高板筋的径向截面为“凸”字形，使盘体具有良好的通风效果和结构刚度，减少了对盘体轴向变形的约束。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本发明实施例提供的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体的结构图，图中，摩擦环1、高板筋2、连接柱3、矮板筋4、定位柱5、螺栓孔6、定位槽7。
[0016]图2为通过轮装制动盘盘体轴线的某一剖面图。
[0017]图3为轮装制动盘盘体的结构示意图。
[0018]图4为图3中C-C剖面图。
[0019]图5为图3中D-D剖面图。
[0020]图6为完成装配的轮装制动盘。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明专利进一步说明。
[0022]一种高热容SiCp/A356复合材料轮装制动盘，如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。
[0023]盘体总高度51.5mm，摩擦环I的外径Φ 640mm，内径Φ 350mm，盘体摩擦环I的内径和外径处厚度较小，为27mm，中径处的厚度较大为33mm。如图2所示。
[0024]高板筋2径向布置，3条高板筋2为一组，共6组沿周向均布，其中两相邻高板筋2夹角为6°，如图2所示。高板筋2的顶部厚度为8mm，高板筋2的根部长度为125mm，高板筋2的端面及侧面斜度为5°，如图4和图5所示。
[0025]高板筋2的顶面由一个水平面和两个斜面组成，其中水平面长度42_，斜面与水平面的夹角为8°，如图5所示。
[0026]组合筋A由一条高板筋2和一个连接柱3组合而成，12个组合筋A沿周向均布;连接柱 3 的顶面由 R11.5 —R226 —R11.5 —L20.4-R10.5 —R224 —R10.5 —L20.4 围成，侧面的斜度分别为5° ;连接柱3沿中心轴线开设阶梯螺栓孔6，如图5所示。
[0027]组合筋B由两条高板筋2和一个定位柱5组合而成，6个组合筋B沿周向均布;定位柱5的顶面由R226 — L42-R224 — L42围成，侧面的斜度分别为5° ;定位柱5沿对称线开设定位槽7，如图2所示。
[0028]两片该盘体分别位于车轮的两侧，并通过12个M14高强螺栓连接实现车轮和盘体的轴向定位，通过6个定位销实现盘体与车轮的周向定位。如图6所示。
[0029]注:文件中所有“Φ*”，“R*”和“L*”其长度单位均为“mm”
[0030]盘体采用的材料为申请号200510011526.0，发明名称:“一种制备颗粒增强铝基复合材料的真空机械双搅拌铸造法”制备的15wt%SiC颗粒增强铝基复合材料;盘体采用真空调压成型，真空调压成型的方法和设备为申请号200410009617.6，发明名称:“一种调压铸造方法及调压用坩祸”。
[0031]以上所述，仅为本发明较佳的【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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，主要包括:摩擦环(I)、高板筋(2)、连接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)。2.根据权利要求1所述的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，所述盘体材料为SiC颗粒含量1wt %-20wt%的颗粒增强招基复合材料。3.根据权利要求1所述的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，所述摩擦环(I)的截面为梯形，改善了盘体内温度场的分布均匀性。4.根据权利要求1所述的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，所述盘体采用在真空下反重力铸造成型。5.根据权利要求1所述的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，所述盘体采用径向分布的高板筋(2)和矮板筋(4)，使盘体具有良好的通风效果和结构刚度。6.根据权利要求1所述的一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其特征在于，所述高板筋(2)的径向截面为“凸”字形，减少了对盘体轴向变形的约束。
【专利摘要】本发明涉及一种高热容SiCp/Al复合材料轮装制动盘盘体，其材料为SiC/Al复合材料，包括：摩擦环(1)、高板筋(2)、连接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)。摩擦环(1)截面为梯形；高板筋(2)3个一组，共6组周向均布；组合筋A由1个高板筋(2)和1个连接柱(3)构成，12个组合筋A周向均布；组合筋B由2个高板筋(2)、1个矮板筋(4)和1个定位柱(5)组成，6个组合筋B周向均布；连接柱(3)开设螺栓孔(6)，定位柱(5)开设定位槽(7)。两片盘体分别位于车轮两侧，用螺栓实现与车轮的轴向定位，用定位销实现与车轮的周向定位。该盘体变形协调，内部温度均匀，应力小。
【IPC分类】F16D65/12, C22C32/00, C22C21/00
【公开号】CN105673739
【申请号】CN201610103789
【发明人】杨智勇, 韩建民, 李卫京, 李志强, 潘利科, 王佳琳, 李翔
【申请人】北京交通大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月25日