打孔制動盤熱裂紋問題分析和優(yōu)化設(shè)計

盧毅+孫洪斌

摘要：對汽車制動系統(tǒng)系統(tǒng)中打孔制動盤熱裂紋問題分析和優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究，以通過熱裂紋試驗為目標(biāo)，應(yīng)用理論結(jié)合試驗的方法，通過調(diào)整打孔制動盤孔位結(jié)構(gòu)的辦法改善熱疲勞強(qiáng)度，以防止打孔制動盤在制動過程中產(chǎn)生熱裂紋。借助制動慣性試驗臺架進(jìn)行試驗，通過逐漸優(yōu)化打孔制動盤孔位設(shè)計實現(xiàn)了打孔制動盤的優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：打孔制動盤 熱裂紋

前言

制動系統(tǒng)在長時間使用的情況下，制動盤溫度將升高，由于制動盤本身熱容量的限制，將產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，造成制動性能減弱或喪失，嚴(yán)重影響行車安全（產(chǎn)生異響、抖動、喪失制動）。解決上述問題的方法可以從多種方面，如增大制動盤的體積來提升熱容量，或使用高摩擦系數(shù)配方的摩擦片與盤進(jìn)行配合，或增大盤的直徑來增大盤面與空氣接觸面積。但以上方法均會給制動盤帶來重量升高或成本升高的問題。通過研究打孔制動盤可以在不增加盤重量的前提下提升盤與空氣的熱交換能力，同時還會減輕盤的重量，在盤面上增加孔洞工藝上易于實現(xiàn)，成本僅有少許增加。打孔盤有兩個主要缺點，一是由于盤面打孔盤面強(qiáng)度降低，制動盤溫度升高后打孔處易產(chǎn)生熱裂紋。二是孔與摩擦片形成刮擦，加速了摩擦片的損耗。本文主要分析第一個缺點通過改變打孔制動盤結(jié)構(gòu)（孔大小、倒角大小、倒角形式）對打制動盤熱裂紋進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計，提高熱疲勞強(qiáng)度，滿足熱裂紋試驗。

1.熱裂紋問題分析

1.1 問題描述

對某款新車開發(fā)打孔制動盤，設(shè)計驗證（汽車制動盤熱裂紋試驗）時，盤面產(chǎn)生貫穿性裂紋2例，未通過試驗。

1.2 不合格件信息

打孔制動盤2個（為排除加工不良導(dǎo)致問題發(fā)生，采用2個樣本進(jìn)行試驗），孔位尺寸：直徑5mm、倒斜角1.5mm、與摩擦片接觸盤面寬度125mm。

試驗標(biāo)準(zhǔn)：通過反復(fù)制動使盤面溫度到達(dá)500℃，以120km/h風(fēng)速對盤面進(jìn)行降溫至80℃，循環(huán)300次。

評價標(biāo)準(zhǔn)：盤面間產(chǎn)生的裂紋長度<70%盤面寬度，盤面端部產(chǎn)生裂紋長度<55%盤面寬度，且以上兩種裂紋間距需大于50mm。

試驗結(jié)果：

樣本1：經(jīng)過80個循環(huán)，盤間產(chǎn)裂紋長度95mm，大于70%盤面寬度，不合格；

樣本2：經(jīng)過120個循環(huán)，盤面端部產(chǎn)裂紋長度75mm，大于55%盤面寬度，不合格。

2.優(yōu)化方案

2.1通過對標(biāo)市場上已量產(chǎn)打孔制動盤，總結(jié)孔位尺寸直徑為4-5mm、倒角大小為1.5-2mm、倒角形式為圓角或斜角，基于上述總結(jié)，修改打孔盤孔徑大小、倒角大小、倒角形式進(jìn)行逐一匹配驗證。每次更改一個參數(shù)，制作三個樣件，分三個步驟進(jìn)行熱裂紋試驗驗證。

2.2樣件信息

1、樣件1：增大孔位倒角，倒角由1.5mm，變更為2mm。孔位尺寸：直徑5mm、倒斜角2mm；

2、樣件2：縮小孔徑，孔徑由5mm變更為4mm。孔位尺寸：直徑4mm、倒斜角2mm；

3、樣件3：改變孔位倒角形式，由倒斜角變更為倒圓角。孔位尺寸：直徑4mm、倒圓角2mm。

3.確認(rèn)方案效果

3.1試驗后樣件狀態(tài)

3.2試驗數(shù)據(jù)

3.3驗證結(jié)論

根據(jù)試驗結(jié)果，熱裂紋試驗循環(huán)次數(shù)逐漸增高，證明改善方向正確，其中樣件1在140個循環(huán)后產(chǎn)生裂紋超出試驗要求，樣件2在180個循環(huán)后產(chǎn)生裂紋超出試驗要求，樣件3在300個循環(huán)后未產(chǎn)生裂紋，且通過著色劑滲透后仍未發(fā)現(xiàn)裂紋，通過熱裂紋試驗，強(qiáng)度達(dá)到要求。

4. 結(jié)論

總結(jié)孔位設(shè)計趨勢為：1、 孔徑：小孔徑； 2、 孔位倒角形式：倒圓角；3、 孔位倒角大小：大倒角。

打孔盤孔位結(jié)構(gòu)與盤體強(qiáng)度、散熱、NVH、摩擦片損耗等其他指標(biāo)均緊密關(guān)聯(lián)，本次雖改善了熱裂紋效果，但孔位結(jié)構(gòu)變更可能會引起其他失效，重點在于匹配驗證，后期將重點關(guān)注其中影響性能的參數(shù)并進(jìn)行驗證，并對其趨勢進(jìn)行總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方泳龍 汽車制動理論與設(shè)計.國防工業(yè)出版社.2005.

[2] 余志生 汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社.2009.endprint