阅读说明：本技术 铝铁复合制动盘的铸造装置及其铸造工艺 (casting device and casting process of aluminum-iron composite brake disc ) 是由 许县忠 肖雄飞 梁会星 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铝铁复合制动盘的铸造装置,包括下箱、与下箱相配合的上箱和用于插入制动盘工作环中的铸芯,下箱具有用于容纳制动盘工作环的定位槽和对铸芯进行轴向定位的定位孔,铸芯包括用于形成制动盘铸件的通风孔的通风孔芯和嵌入定位孔中的定位芯。本发明的铝铁复合制动盘的铸造装置,采用下箱轴向穿插模块化铸芯的铸造方式,可以满足铝铁复合制动盘的通风孔加工要求,降低工艺成本,提高加工精度,并可以确保制动盘具有较好的散热效果。本发明还提供了一种铝铁复合制动盘的铸造工艺。(the invention discloses a casting device of an aluminum-iron composite brake disc, which comprises a lower box, an upper box matched with the lower box and a casting core inserted into a brake disc working ring, wherein the lower box is provided with a positioning groove used for accommodating the brake disc working ring and a positioning hole used for axially positioning the casting core, and the casting core comprises a ventilation hole core used for forming a ventilation hole of a brake disc casting and a positioning core embedded into the positioning hole. According to the casting device for the aluminum-iron composite brake disc, the lower box is axially inserted into the modular casting core, so that the processing requirement of the vent hole of the aluminum-iron composite brake disc can be met, the process cost is reduced, the processing precision is improved, and the brake disc can be ensured to have a good heat dissipation effect. The invention also provides a casting process of the aluminum-iron composite brake disc.)

铝铁复合制动盘的铸造装置及其铸造工艺

技术领域

本发明属于车辆制动系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种铝铁复合制动盘的铸造装置及其铸造工艺。

背景技术

为降低整车油耗，提升车辆性能，车辆上越来越多的采用铝铁复合制动盘。

在现有技术中，铝铁复合制动盘的通风孔均采用盘侧打孔工艺进行加工，加工前，需先铸造制动盘毛坯，而后在制动盘毛坯加工出通风孔，这种方式对设备的精度要求较高，工艺成本较高；且采用盘侧打孔工艺加工出的通风孔形状单一，导致制动盘的散热效果不佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种铝铁复合制动盘的铸造装置，目的是满足铝铁复合制动盘的通风孔加工要求，降低工艺成本，提高加工精度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：铝铁复合制动盘的铸造装置，包括下箱、与下箱相配合的上箱和用于***制动盘工作环中的铸芯，下箱具有用于容纳制动盘工作环的定位槽和对铸芯进行轴向定位的定位孔，铸芯包括用于形成制动盘铸件的通风孔的通风孔芯和嵌入定位孔中的定位芯。

所述下箱包括下托盘、设置于下托盘上的下侧壁和设置于下侧壁上的延伸部，所述定位槽设置于下托盘上，所述定位孔设置于延伸部的内部，下侧壁上设置让所述定位芯穿过的避让孔。

所述延伸部和所述下侧壁均为圆环形结构，下侧壁为垂直设置于所述下托盘上，所述避让孔设置多个且所有避让孔为在下侧壁上沿周向均匀分布，所述定位孔的数量与避让孔的数量相同且各个定位孔分别与一个避让孔对齐。

所述定位芯包括相连接的第一定位部和第二定位部，第一定位部与所述通风孔芯连接，第一定位部的宽度小于第二定位部的宽度且第二定位部的宽度大于避让孔的宽度。

所述的铝铁复合制动盘的铸造装置还包括套设于所述铸芯上且用于对铸芯进行径向定位的定位件，定位件位于所述下箱的外侧。

所述定位件为圆环形结构且定位件与所述延伸部同轴，所述定位芯位于定位件和所述下侧壁之间，定位件的内圆面与定位芯贴合。

所述制动盘工作环包括两个制动环和位于两个制动环之间且与两个制动环连接的连接柱，连接柱呈多圈进行布置，处于同一圈的所有连接柱为沿周向均匀分布。

本发明还提供了一种铝铁复合制动盘的铸造工艺，采用上述的铸造装置，且包括步骤：

S1、铸造装置的制作；

S2、浇注；

S3、冷却，取出制动盘铸件。

所述步骤S1包括：

制动盘工作环的定位：将制动盘工作环放置在下箱的定位槽中；

***铸芯：将铸芯穿过下箱，并***制动盘工作环中；

覆盖上箱：将上箱与下箱装配在一起；

铸芯径向预紧：将定位件套在铸芯上，由定位件对铸芯进行径向预紧。

所述的铝铁复合制动盘的铸造工艺还包括步骤：S4、对制动盘铸件进行机加工处理。

本发明的铝铁复合制动盘的铸造装置，采用下箱轴向穿插模块化铸芯的铸造方式，可以满足铝铁复合外通风制动盘的通风孔加工要求，降低工艺成本，提高加工精度，并可以确保制动盘具有较好的散热效果；而且铸芯采用单向定位，且铸芯端部不需要***制动盘法兰面，可以较大幅度提高制动盘的弯颈刚度，同时外通风制动盘与内通风制动盘相比具有散热效率更高，热变形更小等优点。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明铝铁复合制动盘的铸造装置的剖视图；

图2是铸芯的剖视图；

图3是铸芯的布置示意图；

图4是制动盘工作环摆放示意图；

图5是铸芯***状态示意图；

图6是上箱覆盖状态示意图；

图7是夹具安装状态示意图；

图8是定位件安装状态示意图；

图9是铝液浇注状态示意图；

图10是制动盘铸件的剖视图；

图11是制动盘的剖视图；

图中标记为：1、通风孔芯；2、上箱；3、夹具；4、定位芯；401、第一定位部；402、第二定位部；5、下箱；501、下托盘；502、下侧壁；503、延伸部；6、制动盘工作环；601、制动环；602、连接柱；7、定位件；8、定位孔；9、放气孔；10、浇注口；11、铝液；12、避让孔；13、盘帽；14、第一连接盘；15、第二连接盘；16、通风孔。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图3所示，本发明提供了一种铝铁复合制动盘的铸造装置，包括下箱5、与下箱5相配合的上箱2和用于***制动盘工作环6中的铸芯，下箱5具有用于容纳制动盘工作环6的定位槽和对铸芯进行轴向定位的定位孔8，铸芯包括用于形成制动盘铸件的通风孔的通风孔芯1和嵌入定位孔8中的定位芯4，铸芯设置多个。

具体地说，如图1和图3所示，上箱2和下箱5均为水平设置，上箱2设置于下箱5的上方，上箱2和下箱5组成砂箱，上箱2和下箱5之间具有空隙，这些空隙部分形成用于制动盘铸件成型的型腔。上箱2为圆盘状结构，上箱2上设置有浇注口10，排气口为竖直设置在上箱2上，浇注口10设置在上箱2的顶面上且位于上箱2的顶面的中心处，浇注口10与型腔相连通。放气孔9用于排除铸造过程中型腔中的空气，放气孔9设置在上箱2的外边缘处。

如图1至图3所示，下箱5包括下托盘501、设置于下托盘501上的下侧壁502和设置于下侧壁502上的延伸部503，定位槽设置于下托盘501上，定位孔8设置于延伸部503的内部，下侧壁502上设置让定位芯4穿过的避让孔12。下托盘501为水平设置且下托盘501为圆盘状结构，下侧壁502为圆环形结构且下侧壁502为垂直设置于下托盘501上，下侧壁502与下托盘501为同轴设置且下侧壁502是在下托盘501的外边缘处与下托盘501固定连接，下侧壁502朝向下托盘501的上方延伸，下侧壁502的内直径小于上箱2的外直径，在使用时，将上箱2放置在下侧壁502上且上箱2与下侧壁502为同轴，上箱2、下侧壁502和下托盘501包围形成型腔，制动盘工作环6放置在型腔中，制动盘工作环6位于上箱2与下托盘501之间且制动盘工作环6与上箱2、下托盘501和下侧壁502同轴。定位槽为在下托盘501的顶面设置的圆形凹槽，定位槽的直径与制动盘工作环6的外直径大小相同且定位槽的直径小于下侧壁502的内直径，定位槽与下侧壁502同轴，制动盘工作环6呈水平状态放置在定位槽中，确保位置准确。

如图1至图3所示，延伸部503也为圆环形结构，延伸部503沿下侧壁502的径向朝向下侧壁502的外侧伸出，延伸部503与下侧壁502的外圆面固定连接且延伸部503与下侧壁502为同轴，避让孔12为在下侧壁502上沿下侧壁502的径向贯穿设置的通孔，在未***铸芯时，避让孔12与型腔相连通，避让孔12设置多个且所有避让孔12为在下侧壁502上沿周向均匀分布，各个铸芯分别穿过一个避让孔12后***型腔中。延伸部503上的定位孔8也设置多个，定位孔8的数量与避让孔12的数量相同且各个定位孔8分别与一个避让孔12对齐，定位孔8与避让孔12相连通。所有定位孔8在延伸部503上为沿周向均匀分布，定位孔8并在延伸部503的外圆面上形成让铸芯通过的开口，延伸部503的该外圆面为圆柱面且延伸部503的外圆面为延伸部503直径最大处的表面，定位孔8的形状与定位芯4的形状相匹配。在安装铸芯时，将铸芯依次穿过定位孔8和避让孔12后***制动盘工作环6中，最终使定位芯4***定位孔8中，使通风孔芯1***制动盘工作环6中。通风孔芯1的形状与制动盘铸件上成型出的通风孔的形状相同。

如图1至图3所示，定位芯4包括相连接的第一定位部401和第二定位部402，第一定位部401与通风孔芯1连接，第一定位部401的宽度小于第二定位部402的宽度且第二定位部402的宽度大于避让孔12的宽度，第一定位部401的宽度方向和第二定位部402的宽度相平行且第一定位部401和第二定位部402的宽度方向与延伸部503的轴线和通风孔芯1的轴线均为相垂直，第一定位部401的宽度与避让孔12的宽度大致相等，从而下侧壁502能够在径向上对铸芯起到限位作用，控制铸芯的***深度，第二定位部402处于定位孔8中，实现轴向定位。第一定位部401的一端是在第二定位部402的宽度方向上的中间位置处与第二定位部402固定连接，第一定位部401的另一端与通风孔芯1固定连接。通风孔芯1具有一定的长度，通风孔芯1为沿制动盘工作环6的径向插制动盘工作环6中，通风孔芯1的长度方向与制动盘工作环6的径向相平行，在本实施例中，通风孔芯1的宽度为沿其长度方向逐渐减小，通风孔芯1的宽度方向与第一定位部401和第二定位部402的宽度方向相平行，通风孔芯1的宽度方向与其长度方向相垂直，即通风孔芯1具有一个大端部和一个小端部，通风孔芯1的大端部的宽度尺寸大于小端部的宽度尺寸，通风孔芯1的大端部与第一定位部401固定连接且通风孔芯1的大端部的宽度与第一定位部401的宽度大小相同，通风孔芯1的小端部远离第一定位部401，在制动盘铸件上形成的通风孔为沿径向延伸。

上述结构的铸芯，截面积采用前小后大的设计，可以尽可能减少铸铝的用量，并提供较大的散热面积，同时，铸芯采用前薄后厚的设计既可以提高制动盘法兰与工作环之间的强度，同时曲面过渡的通风孔可以降低进风阻力，提高进风效率。

如图1至图3所示，本发明的铝铁复合制动盘的铸造装置还包括套设于铸芯上且用于对铸芯进行径向定位的定位件7，定位件7位于下箱5的外侧。定位件7为圆环形结构且定位件7与延伸部503同轴，定位芯4位于定位件7和下侧壁502之间，定位件7的内圆面与定位芯4贴合。在安装完铸芯后，所有铸芯在下箱5上是以下箱5的轴线为中心线沿周向均匀分布，然后将定位件7套在所有铸芯上；为了方便将定位件7套入下箱5，所述定位件7前段设置一个倒角，使定位件7的内圆面与第二定位部402的外壁面相贴合，第二定位部402的该外壁面为圆弧面且第二定位部402的外壁面的与下侧壁502的外圆面同轴，第二定位部402的该外壁面为第二定位部402的远离第一定位部401的一端的端面，且第二定位部402的该端位于定位孔8的外部，因此第二定位部402的外壁面也位于定位孔8的外部，第二定位部402的外壁面的直径与定位件7的内直径大小相同。定位件7在径向上对所有铸芯起到限位作用，使定位芯4夹在定位件7与下侧壁502之间，从而将所有铸芯固定在下箱5上，定位方式简单，操作方便，有助于提高加工精度。

如图1至图4所示，制动盘工作环6包括两个制动环601和位于两个制动环601之间且与两个制动环601连接的连接柱602，连接柱602呈多圈进行布置，处于同一圈的所有连接柱602为沿周向均匀分布。制动环601为圆环形结构且两个制动环601为同轴设置，两个制动环601同连接柱602固定连接成一体，连接柱602具有一定的长度且连接柱602的长度方向与制动环601的轴线相平行，两个制动环601与连接柱602为一体铸造成型，制动环601用于与制动钳总成的制动片相接触以产生制动力。所有连接柱602在两个制动环601之间呈多列进行布置，处于同一列的所有连接柱602为沿制动环601的径向依次布置。

上述结构的铸造装置，采用下箱5轴向穿插模块化铸芯的铸造方式，可以满足铝铁复合制动盘的通风孔加工要求，可以降低工艺成本，提高加工精度，脱模方便，可重复使用，并可以确保制动盘具有较好的散热效果。

本发明还提供了一种铝铁复合制动盘的铸造工艺，采用上述结构的铸造装置，且包括如下的步骤：

S1、铸造装置的制作；

S2、浇注；

S3、冷却，取出制动盘铸件。

上述步骤S1包括：

S101、制动盘工作环6的定位：将制动盘工作环6放置在下箱5的定位槽中；

S102、***铸芯：将铸芯穿过下箱5，并***制动盘工作环6中；

S103、覆盖上箱2：将上箱2与下箱5装配在一起；

S104、铸芯径向预紧：将定位件7套在铸芯上，由定位件7对铸芯进行径向预紧。

在上述步骤S101中，如图4所示，将下箱5水平放置，将制动盘工作环6呈水平状态放置在下箱5的定位槽中，定位槽对制动盘工作环6进行定位，使制动盘工作环6与下箱5处于同轴状态。

在上述步骤S102中，如图5所示，将各个铸芯依次穿过下箱5的定位孔8和避让孔12后***制动盘工作环6的内部，下箱5实现铸芯的轴向定位，通风孔芯1***两个制动环601之间，且各个铸芯的通风孔芯1位于周向上相邻的每两列连接柱602之间，使周向上相邻的每两列连接柱602之间能够形成一个通风孔。通风孔芯1的长度大于制动环601的宽度，制动环601的宽度是指制动环601的内圆面与制动环601的外圆面之间的垂直距离，制动环601的内圆面和外圆面为同轴设置的圆柱面，制动环601的内圆面为制动环601的内径部位，制动环601的外圆面为制动环601的外径部位，通风孔芯1的小端部与下箱5的轴线之间的垂直距离小于制动环601的内圆面与下箱5的轴线之间的垂直距离，通风孔芯1的小端部穿过制动盘工作环6后***型腔中。

在上述步骤S103中，如图6所示，将上箱2放置在下箱5上，上箱2覆盖制动盘工作环6。

在上述步骤S104中，如图8所示，在安装完所有铸芯后，所有铸芯在下箱5上是以下箱5的轴线为中心线沿周向均匀分布，然后将定位件7套在所有铸芯上，使定位件7的内圆面与第二定位部402的外壁面相贴合，实现铸芯的径向定位，从而将所有铸芯固定在下箱5上。

上述步骤S1还包括：

S105、夹具定位：安装夹具，保证铸造过程中上箱2和下箱5的稳固。

在上述步骤S105中，如图7所示，使用夹具夹紧上箱2和下箱5，夹具的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。

步骤S1完成后，进行浇注，如图9所示，在上述步骤S2中，金属液为由铸铝材料熔化形成的铝液。铝液从浇注口10浇注，放气孔9用于排除铸造过程中模具中的空气。

在上述步骤S2中，铝液填充型腔，滤液流入铸芯与制动盘工作环6之间的空隙以及制动盘工作环6的相邻每两个连接柱602之间的空隙中。通过浇铸形成制动盘本体铸件，制动盘本体铸件与制动盘工作环6结合在一起，形成制动盘铸件。

步骤S2完成后，在上述步骤S3中，浇注完成之后进行在线冷却，冷却之后分开上箱2和下箱5，取出制动盘铸件，回收铸芯。

如图10所示，制动盘铸件包括制动盘工作环6、盘帽13以及与盘帽13固定连接的第一连接盘14和第二连接盘15，盘帽13为圆盘状结构，第一连接盘14和第二连接盘15均为圆环形结构，盘帽13位于第一连接盘14和第二连接盘15的中心处且盘帽13与第一连接盘14、第二连接盘15和制动盘工作环6同轴，第一连接盘14和第二连接盘15为沿盘帽13的轴向依次布置，第一连接盘14和第二连接盘15与制动盘工作环6固定连接且第一连接盘14和第二连接盘15位于制动盘工作环6的中心孔中，第一连接盘14的内边缘与盘帽13的外圆面固定连接，第一连接盘14的外边缘与一个制动环601的内圆面固定连接，第二连接盘15的内边缘与盘帽13的外圆面固定连接，第二连接盘15的外边缘与另一个制动环601的内圆面固定连接，形成的通风孔为从制动盘铸件的外圆面开始沿径向延伸至盘帽13处，通风孔位于第一连接盘14和第二连接盘15之间，通风孔在制动盘铸件的外圆面上形成开口，也即通风孔的第一端处于敞开状态，但是通风孔的第二端被盘帽13、第一连接盘14和第二连接盘15封闭，通风孔的第一端和第二端为通风孔长度方向上的相对两端，制动盘铸件的外圆面为制动盘铸件的外径部位。

本发明的铝铁复合制动盘的铸造工艺还包括步骤：S4、对制动盘铸件进行机加工处理。

在上述步骤S4中，需对制动盘铸件进行进一步的加工，去除制动盘铸件的第一连接盘14，盘帽13仅通过第二连接盘15与制动盘工作环6连接，将通风孔的第二端露出，使通风孔的第二端能够与外界环境直接连通，盘帽13和通风孔的第二端位于第二连接盘15的同一侧，这样最终形成的制动盘能够具有较好的散热效果。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。