粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘的制作方法

本实用新型涉及制动盘技术领域，特别是涉及粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘。

背景技术：

制动盘体，作为制动系统中的安全a类件，是轨道交通车辆制动系统的重要组成部分，与车辆运行的可靠性和安全性直接相关。目前，轨道交通车辆制动盘体主要以传统的铸铁、铸钢、锻钢及铸铁-锻钢组合材料为主。随着轨道交通车辆轻量化要求的日益提高，制动盘体的轻量化设计及其应用技术越来越受到业内重视。

铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物，具有密度小，导电、导热性好，比强度、比模量高，耐高温，耐磨损，热膨胀系数小，尺寸稳定等优点，因此，采用铝基复合材料替代传统制动盘体材料，成为目前轨道交通车辆轻量化的主要研究方向之一。也正因为此，当前大部分研究成果主要集中在轻量化材料的开发及制备方面，针对制动盘体结构设计方面的研究相对较少。而不同材质制动盘体的结构并不能通用，比如铸造铝合金制动盘体结构并不适用于粉末冶金铝基复合材料制动盘体，这是因为铸造铝合金制动盘体筋位结构复杂，需要外部较大的压力才能勉强成形，且容易产生根部裂纹；传统的锻钢制动盘体结构也不适用于粉末冶金铝基复合材料制动盘体，这是因为，传统的锻钢制动盘体结构不利于粉末冶金铝基复合材料制动盘体的散热，容易积聚热量增加盘体负荷，而高反差交替的冷热温度容易产生冷热疲劳破坏，导致盘体开裂，降低盘体寿命。

因此，有必要开发研究适合粉末冶金铝基复合材料制动盘体的结构。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种粉末冶金铝基复合材料制动盘体，该制动盘体结构简单，具有良好的成形能力和散热能力。

请参阅图1～4，一种粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体，包括具有摩擦面12和散热面14的摩擦环10，所述摩擦面12为平面结构，所述散热面14为凸曲面结构；所述散热面14上设有第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340；

所述第一组合筋140包括两个以上的独立散热筋142，每个所述独立散热筋142设有凹形通风口；所述第二组合筋240包括两个连接筋242和连接柱244，所述连接柱244内设有贯穿所述摩擦环10的通孔246；所述第三组合筋340包括两个定位筋342和定位柱344，所述定位柱344内设有径向键槽346；

所述独立散热筋142、连接筋242和定位筋342在径向上的倾斜角度相同，均为30°～40°；

所述第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340在散热面14上的分布规律为：以所述第一组合筋140、第二组合筋240、第三组合筋340、第二组合筋240为一大组，共6组，沿所述散热面14的周向均匀分布。

在其中一个实施例中，所述凸曲面结构的最高点与最低点之间的高度差为2mm～5mm。

在其中一个实施例中，所述独立散热筋142、连接筋242、连接柱244、定位筋342和定位柱344的拔模角度相同，均为3°～7°。

在其中一个实施例中，相邻所述独立散热筋142的分布角度为9°～12°。

在其中一个实施例中，所述凹形通风口深10mm～17mm。

在其中一个实施例中，所述独立散热筋142、连接筋242和定位筋342的宽度相同，均为8mm～12mm。

在其中一个实施例中，所述连接柱244顶部椭圆面的短半径为40mm～50mm，长半径为50mm～60mm。

在其中一个实施例中，两个所述定位筋342与定位柱344的连接面呈圆弧状，且靠近内圈的圆弧面的半径为70mm～90mm，靠近外圈的圆弧面的半径为50mm～70mm。

在其中一个实施例中，所述摩擦环10、第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340一体成形。

上述铝基复合材料轮装制动盘体，通过使散热面呈凸曲面结构，以保证轻量化效果的同时，增加中间热容，有效缓解组合筋与摩擦面连接处的热负荷压力，提高连接处的强度，防止出现裂纹；再通过均匀分布在散热面上具有特殊结构的第一组合筋、第二组合筋和第三组合筋，以确保制动盘动平衡的同时，增加空气流通，缓解散热压力和成形压力，从而具有良好的成形能力和散热能力。

本实用新型还提供一种制动盘，该制动盘包括上述任一项所述的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体。

附图说明

图1为一实施方式的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体的立体结构图；

图2为图1中粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体的俯视图；

图3为图2中粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体的b-b向剖切图；

图4为图1中粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体的仰视图；

图5为实施例1制动盘在一定工况下制动后最大应力分布云图；

图6为现行锻钢制动盘同材料同工况下制动后最大应力分布云图；

图7为实施例1制动盘在一定工况下制动后最大温度分布云图；

图8为现行锻钢制动盘同材料同工况下制动后最大温度分布云图；

图9为本实施例1与现行锻钢制动盘的最高温度曲线对比图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

实施例1

如图1～4所示的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体，包括具有摩擦面12和散热面14的摩擦环10，摩擦面12为平面结构，散热面14为凸曲面结构，摩擦环10最低厚度为20mm，最高厚度23mm，凸曲面圆弧曲率r880mm。散热面14上设有第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340；

第一组合筋140包括两个独立散热筋142，每个独立散热筋142设有凹形通风口，凹形通风口深15mm，相邻独立散热筋142的分布角度为10°；第二组合筋240包括两个连接筋242和连接柱244，连接柱244内设有贯穿摩擦环10的通孔246，通孔246为椭圆形，短径23mm，长径28mm；第三组合筋340包括两个定位筋342和定位柱344，定位柱344内设有径向键槽346，两个定位筋342和定位柱344的连接面为圆弧面，靠近内圈的圆弧面的半径为80mm，靠近外圈的圆弧面的半径为60mm。

独立散热筋142、连接筋242和定位筋342在径向上的倾斜角度相同，均为35°。

第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340在散热面14上的分布规律为：以第一组合筋140、第二组合筋240、第三组合筋340、第二组合筋240为一大组，共6组，沿散热面14的周向均匀分布。

经测试，实施例1的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体具有以下效果：

(1)结构重量约为传统钢制材料制动盘的38％，大大减轻了簧下重量，满足列车轻量化要求。

(2)结构简单易于粉末冶金成形，成形效果良好，不易产生裂纹，适用于铝基复合材料的粉末冶金制造。

将实施例1的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘体装在车轮轮辐两侧，并与闸片组合，即可得到粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘，将该制动盘进行应力测试，并与现行锻钢制动盘在同材料同工况下进行对比，结果如图5和图6所示。将该制动盘进行热负荷测试，并与现行锻钢制动盘在同材料同工况下进行对比，结果如图7～9所示，其中图9中a表示现行锻钢制动盘的最高温度曲线，b表示实施例1制动盘的最高温度曲线。

从图5～6可以看出，同等条件下，本申请的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘的应力比现行锻钢制动盘的应力降低了1/6，满足高速下列车热负荷应力要求。

从图7～9可以看出，同等条件下，本申请的粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘经多次紧急制动最高温度有明显降低。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。