一种分体式轮装制动盘及其制造方法与流程

本发明涉及一种分体式轮装制动盘及其制造方法，特别是一种城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车用分体式轮装制动盘及其制造方法。

背景技术：

目前，城市快轨列车、铁路客车和高速动车组列车的基础制动均采用盘形制动装置，盘形制动装置的作用是在车辆实施制动时，使闸片垂直压紧轮装或轴装制动盘的摩擦面产生摩擦力，由此产生制动力矩，将车辆运动时的动能和势能转化为热能，从而达到使车辆减速或停车的目的。因此制动盘是将列车动能和势能通过摩擦转化成热能的关键部件。

中国专利CN200820124337.3、轮装制动盘装置公布了一种热交换性能好的轮装制动盘，包括设于轮对两侧的制动盘环，制动盘环的一侧为摩擦面，另一侧为散热面设有多个散热筋3，所述多个散热筋3呈宽度相等的条形且沿径向呈散射状均匀分布，在散热筋3之间形成径向的气流通道。所述制动盘环的散热面还设有铸造凸台4、螺栓凸台5、对中定位台6，散热筋3、铸造凸台4、螺栓凸台5和对中定位台6分别在整个制动盘环的散热面呈散射对称分布。该轮装制动盘在安装过程，装在车辆轮对外侧的制动盘采用整体式制动盘，而装在车辆轮对内侧、需要穿过车轴的制动盘由于车辆轮对不便拆卸，因此往往需要采用分体式制动盘，易于安装和维护。

本申请人的中国专利申请号为201510447645.4、名称为轮装制动盘的生产方法及应用该方法制得的轮装制动盘的发明专利，公布了一种可以防止其在冷却过程中发生翘曲变形的整体式轮装制动盘，但是无法适用于车辆轮对内侧的快速安装，拆卸不便。

技术实现要素：

为克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种易于安装、避免发生翘曲变形的分体轮装制动盘。

本发明的技术方案为：一种分体式轮装制动盘，包括预制的呈圆环状的整体式轮装制动盘，整体式轮装制动盘的一侧为摩擦面，另一侧为散热面，该散热面设有多个散热筋，所述多个散热筋呈宽度相等的条形且沿径向呈散射状均匀分布，在散热筋之间形成径向的气流通道；所述整体式轮装制动盘的内侧还设有铸造凸台、螺栓凸台、对中定位台，所述散热筋、铸造凸台、螺栓凸台、对中定位台分别在整个制动盘环的散热面上呈散射对称分布；所述散热筋的散射对称角度是7.5度，螺栓凸台的散射对称角度是30度，对中定位台的散射对称角度是60度，铸造凸台的散射对称角度是180度；一个散热筋与一个螺栓凸台重合，一个散热筋与一个对中定位台重合，四个散热筋与一个铸造凸台重合；所述铸造凸台沿整体式轮装制动盘径向的中心线为预设切割线，沿该预设切割线将整体式轮装制动盘一分为二，得到完全对称的分体式轮装制动盘。

上述分体式轮装制动盘的制造方法，在铸造过程中，在轮装制动盘的散热筋顶面增加一整体的环状筋板（环状筋板厚度为10mm，或5mm、或6mm、或7mm、或8mm、或9mm），将散热筋顶面逐一联接起来，所述环状筋板与轮装制动盘一次铸造成型，形成一个稳固的、上下面双环设置的环状框架结构，提高轮装制动盘冷却的均匀性，防止轮装制动盘在冷却过程中发生翘曲变形，将轮装制动盘摩擦面的加工余量顶设计成锥面，增大了铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，冷却完成后，将环状筋板进行去除，将摩擦面的加工余量顶加工成平面，得到整体式轮装制动盘；在整体完成检验后再将整体式轮装制动盘沿预设切割线一分为二，得到完全对称的分体式轮装制动盘。

一种分体式轮装制动盘制造方法，包括具体如下步骤：

A、通过计算机模拟软件对轮装制动盘的设计结构工艺和铸造工艺进行模拟分析，确定设计结构形状的合理性，确定散热筋顶面的环状筋板尺寸，同时将轮装制动盘摩擦面的加工余量顶设计成锥面，使其断面由长方形变成三角形，增大轮装制动盘铸件变形的阻力，使轮装制动盘铸件保持稳定收缩，防止变形；

B、制定轮装制动盘的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由陶瓷过滤装置底部进入型腔；

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，其环状筋板和摩擦面的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果；其中，环状筋板厚度为10mm，或5mm、或6mm、或7mm、或8mm、或9mm；

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂；

E、对轮装制动盘进行粗加工和热处理，去除环状筋板和摩擦面的加工余量顶；

F、对轮装制动盘进行调质处理和精加工，得到整体式轮装制动盘；

G、将得到的整体式轮装制动盘进行检验，得到的合格品沿预设切割线一分为二，得到分体式轮装制动盘。

在进行模拟分析前，首先对产品需要达到的技术要求做分析，根据技术要求模拟轮装制动盘的设计结构工艺和铸造工艺。本发明选用的模拟软件包括适用于材料加工工程及制造领域中的任何模拟软件，如Magma、ProCast、NovaCast、AnyCast、Flow 3D、华铸CAE、Ansys、Abaqus、Marc等。

打开模拟软件，建立实体模型，在模型上划分网格，设定参数，进行模拟分析；根据模拟结果调试参数，然后使用新的参数再次进行模拟分析；经过不断的调试参数，得到能够达到轮装制动盘技术要求的设计结构工艺和铸造工艺。

本发明通过计算在满足铸件正常的顺序凝固不受影响，不增加工艺热节的前提下，使其铸件在浇铸后的冷却凝固过程中散热筋顶面的环状筋板先凝固，固定好众多对称设置的散热筋，从而达到解决摩擦面的翘曲变形而形成波浪面的缺陷，使两个环面的平行度完全在工艺要求范围内，进而满足机加工后的产品形成均匀的摩擦环厚度，完全通过动平衡测试。

进一步，所述环状筋板厚度不超过10mm，满足冷却均匀的要求，尽量减少原料的浪费。

进一步，步骤G中，所述检验包括超声波探伤、表面磁粉探伤和动平衡检测，确保产品质量。

进一步，铸造该制动盘选用的材质为铸铁，耐磨性能更好，使用寿命更长。

发明的技术效果：（1）本发明的分体式轮装制动盘制造方法，相对于现有技术，在制造过程中，在轮装制动盘散热面的散热筋顶面增加一整体的环状筋板，环状筋板与轮装制动盘一次铸造成型，使得铸件冷却时收缩率明显均匀，避免因铸件几何尺寸不对称产生翘曲变形；（2）将轮装制动盘摩擦面的加工余量顶由平面设计成锥面，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩；（3）冷却成型后通过机加工去除环状筋板，将轮装制动盘的摩擦面的加工余量顶加工成平面，得到整体式轮装制动盘，对铸件结构形状没有任何影响，只需在加工过程中增加少量的加工时间，大幅提升了产品动平衡检测通过率；（4）将得到的整体式轮装制动盘进行超声波探伤、表面磁粉探伤和动平衡检测，得到的合格品沿预设切割线一分为二，得到分体式轮装制动盘，在后续安装过程中，易于操作，便于更换。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有整体轮装制动盘的产品结构示意图；

图2是本发明一种分体式轮装制动盘制造方法的工艺流程图；

图3是整体式轮装制动盘的毛坯结构示意图；

图4是是图3的A-A向剖面结构示意图；

图5是本发明分体式轮装制动盘的结构示意图。

图中：摩擦面1，加工余量顶11，整体式轮装制动盘2，散热筋3，环状筋板31，铸造凸台4，螺栓凸台5，对中定位台6，环状筋板7，预设切割线8。

具体实施方式

实施例1

以时速250km/h的高速列车铸钢轮装制动盘（外径为620mm，内径为260mm）为例，其铸造方法的工艺流程如图2所示，其按照先后顺序包括以下步骤：

A、通过计算机模拟软件对轮装制动盘的铸造工艺和铸造模具进行模拟分析，确定散热筋顶面的环状筋板厚度为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），同时将轮装制动盘摩擦面的加工余量顶设计成锥面，加工余量为10mm，使其断面由长方形变成三角形，增大铸件变形的阻力，使铸件保持稳定收缩，防止变形。

B、制定轮装制动盘的铸造工艺，采用底返引入金属液的方式进行底浇，其中金属液由整流过滤装置底部进入型腔。

C、根据步骤A的模拟分析结果，制作铸造模具，其环状筋板和摩擦面的加工余量顶符合步骤A中模拟分析的结果。

D、制作型芯，合箱，熔炼浇铸，冷却凝固，打箱落砂。

E、对轮装制动盘进行粗加工和热处理，去除环状筋板和摩擦面的加工余量顶。

F、对轮装制动盘进行调质处理和精加工，得到整体式轮装制动盘；

G、将得到的整体式轮装制动盘进行超声波探伤、表面磁粉探伤和动平衡检测，采用线切割将得到的合格品沿预设切割线一分为二，得到完全对称的分体式轮装制动盘。

选用 ProCast模拟软件对铸造工艺和铸造模具进行模拟分析。根据最佳模拟结果，制定实际的铸造工艺流程和实际的铸造模具。在制动盘的铸造过程中，金属液进入型腔的方式、位置、流速等各个参数均要符合模拟结果；铸造模具中浇铸系统和补缩系统的位置、形状、尺寸、冒口数量及形状等各个参数也均要符合模拟结果。

将散热筋顶面的环状筋板31的厚度设置为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），摩擦面1的加工余量顶11的加工余量设置为10mm（其余实施例中，可以是5mm、6mm、7mm、8mm、9mm等），完成制作型芯，合箱，熔炼浇铸工序后，冷却凝固过程中使环状筋板31先凝固，用于固定众多对称设置的散热筋3，避免散热筋3冷却的过程中变形导致摩擦面翘曲变形形成波浪面，使两个环面的平行度完全在工艺要求范围内，打箱落砂后对制动盘进行机加工，去除环状筋板31和加工余量顶11，得到整体式轮装制动盘。

得到的整体式轮装制动盘2的一侧为摩擦面1，另一侧为散热面，该散热面对称设置多个散热筋3，散热筋3呈宽度相等的条形且沿径向呈散射状均匀分布，在散热筋3之间形成径向的气流通道，整体式轮装制动盘2的散热面还设有铸造凸台4、螺栓凸台5、对中定位台6，散热筋3、铸造凸台4、螺栓凸台5和对中定位台6分别在整个制动盘环的散热面循环对称分布。其中散热筋3的散射对称角度是7.5度，即每隔7.5度就有一个散热筋3；螺栓凸台5的散射对称角度是30度，即每隔30度就有一个螺栓凸台5；对中定位台6的散射对称角度是60度，即每隔60度就有一个对中定位台6；铸造凸台4的散射对称角度是180度，即每隔180度就有一个铸造凸台4。预设切割线8为铸造凸台沿制动盘环径向的中心线。对整体式轮装制动盘进行无损检测，同时满足了射线探伤I级、超声探伤II级和磁粉探伤I级的检验要求，检测合格的整体式轮装制动盘配对进行轮对动平衡检验，得到的合格品沿预设切割线8一分为二，从而得到完全对称的分体式轮装制动盘，并进行配对标识、配对包装和配对供货，确保其平衡性能。本发明主要考虑和适应现有地铁，客运列车装配和更换方面的特殊需要，在轮装制动盘的设计制造过程中，形状结构方面的选择在于最大限度符合车辆在正常制动和紧急制动情况下性能要求和空气动力学方面的需要，并满足动力学检测和使用更换方面的特殊要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。