一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及城市軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體。該盤(pán)體采用鑄造成型，適用于速度140km/h以下的城軌列車(chē)和快速貨車(chē)。
【背景技術(shù)】
[0002]制動(dòng)盤(pán)作為軌道交通列車(chē)的基礎(chǔ)制動(dòng)零部件，在保障列車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著“節(jié)能環(huán)保”越來(lái)越受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，輕量化技術(shù)也廣泛應(yīng)用到關(guān)系國(guó)計(jì)民生的各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。軌道列車(chē)的輕量化在減少能源消耗、節(jié)省牽引動(dòng)能、降低列車(chē)運(yùn)行費(fèi)用等方面具有重要意義，特別是減少制動(dòng)盤(pán)及閘片等部件重量，可明顯降低轉(zhuǎn)向架的簧下重量，改善列車(chē)的動(dòng)力學(xué)性能。
[0003]鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)相比傳統(tǒng)鋼鐵材料制動(dòng)盤(pán)具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性能好以及優(yōu)異的耐磨性能等一系列優(yōu)點(diǎn)；并且與C/C纖維復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)、陶瓷基復(fù)合材料(CMC)相比具有制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，制備成本低等優(yōu)勢(shì)，使其成為新一代軌道交通列車(chē)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的首選制動(dòng)盤(pán)材料。采用鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)替代傳統(tǒng)的鋼鐵材料制動(dòng)盤(pán)，可以減少制動(dòng)盤(pán)重量的30?50%。
[0004]鋼鐵制動(dòng)盤(pán)在制動(dòng)時(shí)，伴隨著明顯的制動(dòng)嘯叫，同時(shí)巨大的制動(dòng)熱負(fù)荷使制動(dòng)盤(pán)摩擦面產(chǎn)生很高且不均勻的溫升，誘發(fā)產(chǎn)生熱斑，影響制動(dòng)盤(pán)的使用壽命。鋁基復(fù)合材料的優(yōu)良散熱和導(dǎo)熱性能，使其摩擦面的熱斑得以消除，從而延長(zhǎng)了使用壽命、同時(shí)可以大幅度降低制動(dòng)噪聲，無(wú)嘯叫。
[0005]制動(dòng)盤(pán)的服役可靠性取決于制動(dòng)盤(pán)的材料、結(jié)構(gòu)、成型質(zhì)量及服役條件。鋁基復(fù)合材料與鋼鐵材料相比，強(qiáng)度較低，尤其是高溫強(qiáng)度較低，所以鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于降低制動(dòng)盤(pán)的溫升和減少制動(dòng)熱應(yīng)力。此外，鋁基復(fù)合材料成型困難，鑄件內(nèi)部極易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋、縮孔縮松等鑄造缺陷。
[0006]因此，采用鋁基復(fù)合材料制動(dòng)盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵制動(dòng)盤(pán)，既能達(dá)到輕量化的要求，也能達(dá)到提高耐久性的目的，在低速列車(chē)制動(dòng)盤(pán)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]SiCp/Al復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度較低，尤其是隨溫度升高其強(qiáng)度下降較快，SiCp/Al復(fù)合材料用于制動(dòng)盤(pán)，必須通過(guò)合理的制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決其熱容量問(wèn)題。本發(fā)明專利提供了一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體(以下簡(jiǎn)稱盤(pán)體)，該盤(pán)體具有溫度場(chǎng)分布均勻、高熱容量、軸向自由翹曲、徑向自由伸縮等特點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明專利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其結(jié)構(gòu)由摩擦環(huán)(I)、高板筋(2)、連接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)組成。盤(pán)體材料為SiC顆粒含量10^%-20的％的顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。盤(pán)體的摩擦環(huán)(I)采用大厚度和梯形截面，材料分布更為合理，改善了盤(pán)體內(nèi)溫度場(chǎng)的分布均勻性，熱容量更高;盤(pán)體采用徑向分布的高板筋(2)和矮板筋(4)，使盤(pán)體具有良好的通風(fēng)效果和結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)高板筋(2)的徑向截面為“凸”字形，減少了對(duì)盤(pán)體軸向變形的約束。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0010]本發(fā)明所涉及盤(pán)體采用SiCp/Al復(fù)合材料，與傳統(tǒng)鋼鐵制動(dòng)盤(pán)相比，質(zhì)量更輕，制動(dòng)無(wú)嘯叫；
[0011]本發(fā)明所涉及盤(pán)體采用壓力作用下的反重力充型，盤(pán)體成型質(zhì)量更好；
[0012]本發(fā)明所涉及盤(pán)體的摩擦環(huán)采用大厚度和梯形截面，較等厚度摩擦環(huán)具有材料分布更為合理、盤(pán)體內(nèi)溫度場(chǎng)分布更均勻的特點(diǎn)；
[0013]本發(fā)明所涉及盤(pán)體采用徑向分布的高板筋和矮板筋，同時(shí)高板筋的徑向截面為“凸”字形，使盤(pán)體具有良好的通風(fēng)效果和結(jié)構(gòu)剛度，減少了對(duì)盤(pán)體軸向變形的約束。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體的結(jié)構(gòu)圖，圖中，摩擦環(huán)1、高板筋2、連接柱3、矮板筋4、定位柱5、螺栓孔6、定位槽7。
[0016]圖2為通過(guò)輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體軸線的某一剖面圖。
[0017]圖3為輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為圖3中C-C剖面圖。
[0019]圖5為圖3中D-D剖面圖。
[0020]圖6為完成裝配的輪裝制動(dòng)盤(pán)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]一種高熱容SiCp/A356復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示。
[0023]盤(pán)體總高度51.5mm，摩擦環(huán)I的外徑Φ 640mm，內(nèi)徑Φ 350mm，盤(pán)體摩擦環(huán)I的內(nèi)徑和外徑處厚度較小，為27mm，中徑處的厚度較大為33mm。如圖2所示。
[0024]高板筋2徑向布置，3條高板筋2為一組，共6組沿周向均布，其中兩相鄰高板筋2夾角為6°，如圖2所示。高板筋2的頂部厚度為8mm，高板筋2的根部長(zhǎng)度為125mm，高板筋2的端面及側(cè)面斜度為5°，如圖4和圖5所示。
[0025]高板筋2的頂面由一個(gè)水平面和兩個(gè)斜面組成，其中水平面長(zhǎng)度42_，斜面與水平面的夾角為8°，如圖5所示。
[0026]組合筋A(yù)由一條高板筋2和一個(gè)連接柱3組合而成，12個(gè)組合筋A(yù)沿周向均布;連接柱 3 的頂面由 R11.5 —R226 —R11.5 —L20.4-R10.5 —R224 —R10.5 —L20.4 圍成，側(cè)面的斜度分別為5° ;連接柱3沿中心軸線開(kāi)設(shè)階梯螺栓孔6，如圖5所示。
[0027]組合筋B由兩條高板筋2和一個(gè)定位柱5組合而成，6個(gè)組合筋B沿周向均布;定位柱5的頂面由R226 — L42-R224 — L42圍成，側(cè)面的斜度分別為5° ;定位柱5沿對(duì)稱線開(kāi)設(shè)定位槽7，如圖2所示。
[0028]兩片該盤(pán)體分別位于車(chē)輪的兩側(cè)，并通過(guò)12個(gè)M14高強(qiáng)螺栓連接實(shí)現(xiàn)車(chē)輪和盤(pán)體的軸向定位，通過(guò)6個(gè)定位銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)盤(pán)體與車(chē)輪的周向定位。如圖6所示。
[0029]注:文件中所有“Φ*”，“R*”和“L*”其長(zhǎng)度單位均為“mm”
[0030]盤(pán)體采用的材料為申請(qǐng)?zhí)?00510011526.0，發(fā)明名稱:“一種制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的真空機(jī)械雙攪拌鑄造法”制備的15wt%SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料;盤(pán)體采用真空調(diào)壓成型，真空調(diào)壓成型的方法和設(shè)備為申請(qǐng)?zhí)?00410009617.6，發(fā)明名稱:“一種調(diào)壓鑄造方法及調(diào)壓用坩禍”。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，主要包括:摩擦環(huán)(I)、高板筋(2)、連接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，所述盤(pán)體材料為SiC顆粒含量1wt %-20wt%的顆粒增強(qiáng)招基復(fù)合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，所述摩擦環(huán)(I)的截面為梯形，改善了盤(pán)體內(nèi)溫度場(chǎng)的分布均勻性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，所述盤(pán)體采用在真空下反重力鑄造成型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，所述盤(pán)體采用徑向分布的高板筋(2)和矮板筋(4)，使盤(pán)體具有良好的通風(fēng)效果和結(jié)構(gòu)剛度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其特征在于，所述高板筋(2)的徑向截面為“凸”字形，減少了對(duì)盤(pán)體軸向變形的約束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高熱容SiCp/Al復(fù)合材料輪裝制動(dòng)盤(pán)盤(pán)體，其材料為SiC/Al復(fù)合材料，包括：摩擦環(huán)(1)、高板筋(2)、連接柱(3)、矮板筋(4)、定位柱(5)、螺栓孔(6)、定位槽(7)。摩擦環(huán)(1)截面為梯形；高板筋(2)3個(gè)一組，共6組周向均布；組合筋A(yù)由1個(gè)高板筋(2)和1個(gè)連接柱(3)構(gòu)成，12個(gè)組合筋A(yù)周向均布；組合筋B由2個(gè)高板筋(2)、1個(gè)矮板筋(4)和1個(gè)定位柱(5)組成，6個(gè)組合筋B周向均布；連接柱(3)開(kāi)設(shè)螺栓孔(6)，定位柱(5)開(kāi)設(shè)定位槽(7)。兩片盤(pán)體分別位于車(chē)輪兩側(cè)，用螺栓實(shí)現(xiàn)與車(chē)輪的軸向定位，用定位銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)與車(chē)輪的周向定位。該盤(pán)體變形協(xié)調(diào)，內(nèi)部溫度均勻，應(yīng)力小。
【IPC分類】F16D65/12, C22C32/00, C22C21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105673739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610103789
【發(fā)明人】楊智勇, 韓建民, 李衛(wèi)京, 李志強(qiáng), 潘利科, 王佳琳, 李翔
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年2月25日