制動(dòng)盤表面加工工藝對(duì)制動(dòng)性能的影響

李霏，金遠(yuǎn)達(dá)

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

制動(dòng)盤表面加工工藝對(duì)制動(dòng)性能的影響

李霏1,2，金遠(yuǎn)達(dá)1,2

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

制動(dòng)盤是汽車盤式制動(dòng)器的重要零件，制動(dòng)盤表面加工采用不同工藝，形成的表面紋理不同，對(duì)整車制動(dòng)性能的影響也不同。某些主機(jī)廠新車下線檢測(cè)時(shí)，磨削制動(dòng)盤的穩(wěn)定性較好；若匹配低金屬材質(zhì)或摩擦因數(shù)較高的摩擦片，車削制動(dòng)盤劃盤情況比較好；對(duì)于磨削加工的制動(dòng)盤，通過(guò)調(diào)整合適的參數(shù)，可改善表面微裂紋現(xiàn)象。

制動(dòng)盤；加工工藝；制動(dòng)性能

0 引言

制動(dòng)盤作為整車盤式制動(dòng)器的重要零部件，其主要作用是與摩擦片配合，在制動(dòng)鉗液壓夾緊力的作用下產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使車輛減速或停車。一般在高的車速下制動(dòng)，為保證整車制動(dòng)舒適性能，通常整車廠對(duì)制動(dòng)盤DTV和端面跳動(dòng)提出很高的要求。相比之下，針對(duì)制動(dòng)盤加工工藝對(duì)工作面紋理以及工作面紋理對(duì)制動(dòng)性能影響的研究不夠，文中將主要研究這方面的內(nèi)容。

1 制動(dòng)盤表面加工工藝對(duì)比

目前主流整車廠所用制動(dòng)盤的表面加工主要有車削加工和磨削加工兩種方式，不同的加工工藝使制動(dòng)盤表面紋理也不同。圖1所示為車削制動(dòng)盤加工示意圖，采用立式車床三爪夾緊盤帽，以外端面定位，如圖1(a)和(b)所示，制動(dòng)盤繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，車刀在徑向做直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車削加工，如圖1(c)和(d)所示，其中制動(dòng)盤工作面和法蘭盤安裝面的加工是一次裝夾完成的，加工精度較高。

圖2所示為磨削制動(dòng)盤加工示意圖，以法蘭盤安裝面和中心孔定位，壓緊外端面，制動(dòng)盤定位夾緊后以慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)盤內(nèi)、外側(cè)工作面的砂輪以較高速度旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)磨削加工，如圖2(a)所示，制動(dòng)盤工作面和法蘭盤安裝面不是在一次裝夾中完成加工，相比車削加工精度較低[1]，詳細(xì)加工步驟見圖2(b)。

圖1 車削加工制動(dòng)盤

2 制動(dòng)盤表面紋理特點(diǎn)

因制動(dòng)盤表面加工工藝的不同，導(dǎo)致不同工藝加工的制動(dòng)盤表面紋理也有區(qū)別。車削加工的制動(dòng)盤，由于車刀相對(duì)制動(dòng)盤表面做螺旋運(yùn)動(dòng)，故車削制動(dòng)盤表面紋理成螺旋線狀，如圖3所示。

圖3 車削制動(dòng)盤表面紋理

其中車刀半徑、車刀角度、進(jìn)給量以及車削余量等均對(duì)表面紋理形狀有影響。圖4所示為車刀半徑對(duì)表面紋理影響的示意圖，車刀半徑越大，表面紋理越平緩。

圖4 刀具參數(shù)對(duì)紋理的影響

磨削加工的制動(dòng)盤，由于磨床砂輪在制動(dòng)盤工作面滾壓轉(zhuǎn)動(dòng)，故磨削制動(dòng)盤表面紋理為不規(guī)則的交叉網(wǎng)紋，如圖5(a)所示。其中砂輪的粒度、砂輪轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度以及磨削性等均對(duì)表面紋理形狀有影響。圖5(b)所示為磨削制動(dòng)盤的表面紋理[2-3]。

圖5 磨削制動(dòng)盤表面紋理

3 表面紋理對(duì)制動(dòng)性能的影響

根據(jù)目前某司幾款不同車型的表現(xiàn)來(lái)看，用不同表面加工工藝加工的制動(dòng)盤裝車后，對(duì)整車的制動(dòng)性能影響也不同，尤其對(duì)剛下線的新車磨合階段的性能，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)對(duì)初始摩擦因數(shù)影響

某些主機(jī)廠新車下線后需過(guò)轉(zhuǎn)鼓測(cè)試車輪左右制動(dòng)力差值，故新車過(guò)線時(shí)摩擦片處于磨合階段，摩擦因數(shù)較低且不穩(wěn)定，如圖6所示，受胎壓、管路壓力、地面附著系數(shù)等影響，左右輪磨合不同步時(shí)會(huì)產(chǎn)生左右制動(dòng)力差大問(wèn)題，一般制動(dòng)磨合5～10次后問(wèn)題可排除。

在新車下線磨合初期，由于摩擦片的工作面平行度和平面度一致性問(wèn)題，以及摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性等原因，在新車下線過(guò)程中檢測(cè)左右制動(dòng)力時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)左右制動(dòng)力差值大的問(wèn)題，影響整車過(guò)線率。用不同加工工藝生產(chǎn)的制動(dòng)盤表面紋理不同，一般情況，由于磨削制動(dòng)盤工作面增加“網(wǎng)紋”，磨削制動(dòng)盤比車削制動(dòng)盤對(duì)摩擦片的磨削程度較大，故磨削制動(dòng)盤相比車削制動(dòng)盤整車左右制動(dòng)力均勻性較好。

以上這種現(xiàn)象需經(jīng)過(guò)多次磨合，使制動(dòng)盤表面紋理消除后摩擦因數(shù)才能持平。因此相比于車削制動(dòng)盤，磨削制動(dòng)盤可縮短磨合周期并提升摩擦片初始摩擦因數(shù)，使兩輪快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

圖6 摩擦因數(shù)隨磨合次數(shù)變化

(2)表面“裂紋”現(xiàn)象

如磨削加工時(shí)磨削加工參數(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)使制動(dòng)盤工作面出現(xiàn)“裂紋”，如圖7所示。這種“裂紋”通常呈不規(guī)則網(wǎng)狀，給人產(chǎn)生一種類似劃盤的假象。產(chǎn)生“裂紋”的主要原因有：①高速磨削過(guò)程中受巨大磨削力的作用，制動(dòng)盤和砂輪均會(huì)產(chǎn)生輕微的震動(dòng)，這種震動(dòng)會(huì)造成磨削紋理的深淺不一，較深的紋理常被視為表面“裂紋”，這是磨削工藝的一種常見現(xiàn)象；②磨削加工過(guò)程中砂輪磨粒掉落、鐵屑?jí)m埃飛濺等原因，使工作表面出現(xiàn)劃傷。

圖7 磨削制動(dòng)盤表面微裂紋

通常在形成嚴(yán)重的裂紋之前，制動(dòng)盤的表面已經(jīng)形成微裂紋，加工過(guò)程中在磨削熱的作用下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或者在鑄件內(nèi)部殘余應(yīng)力作用下使裂紋擴(kuò)大。另外，裝車后制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量循環(huán)作用在制動(dòng)盤上，使其產(chǎn)生熱裂紋，也會(huì)使制動(dòng)盤產(chǎn)生時(shí)效。因此這種現(xiàn)象需要通過(guò)檢查制動(dòng)盤周向厚度差和周向跳動(dòng)來(lái)控制。

因此相比車削加工，磨削加工制動(dòng)盤通常工作表面微裂紋較明顯，只有通過(guò)調(diào)整合適的磨削加工參數(shù)，才能避免出現(xiàn)微裂紋現(xiàn)象。

(3)MPU(Metal Pick-up，金屬材料轉(zhuǎn)移)形成

磨合初期盤片接觸不均，制動(dòng)時(shí)“刮”下的制動(dòng)盤金屬粉末較多，導(dǎo)致金屬粉末在摩擦片氣孔或局部低點(diǎn)處“堆積”，且在高溫高壓的作用下在摩擦片表面會(huì)形成金屬塊。通常把摩擦片上產(chǎn)生的金屬塊稱為MPU，如圖8(a)所示，這些金屬塊在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)劃傷制動(dòng)盤，使制動(dòng)盤表面出現(xiàn)溝槽，如圖8(b)所示，從而影響整車抖動(dòng)和異響等NVH性能。

圖8 摩擦片表面MPU及制動(dòng)盤表面溝槽

由于不同加工工藝使制動(dòng)盤表面產(chǎn)生的紋理不同，一般情況下，在磨合初期磨削制動(dòng)盤比車削制動(dòng)盤表面對(duì)摩擦片的磨削更劇烈。因此，在整車磨合初期磨削制動(dòng)盤更易發(fā)生劃盤現(xiàn)象，尤其是對(duì)于摩擦因數(shù)較高的低金屬摩擦材料。

4 結(jié)論

不同工藝加工的制動(dòng)盤，表面紋理也不同，因此對(duì)整車制動(dòng)性能相關(guān)影響也不同。車削制動(dòng)盤表面紋理為螺旋狀，磨削制動(dòng)盤表面紋理為網(wǎng)狀。

(1)某些主機(jī)廠新車下線時(shí)檢測(cè)左右輪制動(dòng)力差值，磨削制動(dòng)盤的表現(xiàn)比較好；

(2)若匹配低金屬材質(zhì)或摩擦因數(shù)較高的摩擦片，車削制動(dòng)盤劃盤情況比較好；

(3)對(duì)于磨削加工制動(dòng)盤，通過(guò)調(diào)整合適的參數(shù)，可改善表面微裂紋現(xiàn)象。

【1】朱雙霞，劉瑩，李小兵，等.磨削加工表面紋理的特征分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008(8):142-143. ZHU S X,LIU Y,LI X B,et al.Analyzing on Surface Texture Processed by Grinding[J].Machinery Design & Manufacture,2008(8):142-143.

【2】朱雙霞,李玉平,周小平,等.磨削表面形貌及其加工工藝參數(shù)的關(guān)系[J].工具技術(shù),2008,42(4):75-77. ZHU S X,LI Y P,ZHOU X P,et al.Relationship on Surface Texture and Grinding Parameters[J].Tool Engineering,2008,42(4):75-77.

【3】孔年香.磨削表面紋理特征對(duì)摩擦磨損特性和動(dòng)壓油膜的影響[D].沈陽(yáng):東北大學(xué),2011.

【4】朱雙霞.磨削表面紋理表征及其摩擦特性研究[D].南昌:南昌大學(xué),2007.

Effect of Machining Technic of Brake Discs on Brake Behavior

LI Fei1,2，JIN Yuanda1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China; 2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei, Baoding Hebei 071000,China)

Vehicle brake disc is a key component in vehicles. Different machining technic will result in different surface grain. It will have different effect on the performance of brake system. When the new vehicle is assembled and tested brake performance, grinding disc is more stable; when the vehicle is matched with low metal or high friction coefficient pads, the metal pick-up phenomenon of turning disc is better; the microcrack can be improved by adjusting the grinding parameters for the discs.

Brake discs；Machining technics；Brake performance

2016-08-29

李霏(1986—)，男，碩士，助理工程師，主要研究汽車制動(dòng)系統(tǒng)。E-mail:tvxqbty@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.12.010

U461.3

B

1674-1986(2016)12-044-03