打孔制動(dòng)盤熱裂紋問題分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)

盧毅+孫洪斌

摘要：對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)中打孔制動(dòng)盤熱裂紋問題分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，以通過熱裂紋試驗(yàn)為目標(biāo)，應(yīng)用理論結(jié)合試驗(yàn)的方法，通過調(diào)整打孔制動(dòng)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(dòng)盤在制動(dòng)過程中產(chǎn)生熱裂紋。借助制動(dòng)慣性試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，通過逐漸優(yōu)化打孔制動(dòng)盤孔位設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了打孔制動(dòng)盤的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：打孔制動(dòng)盤 熱裂紋

前言

制動(dòng)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下，制動(dòng)盤溫度將升高，由于制動(dòng)盤本身熱容量的限制，將產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，造成制動(dòng)性能減弱或喪失，嚴(yán)重影響行車安全（產(chǎn)生異響、抖動(dòng)、喪失制動(dòng)）。解決上述問題的方法可以從多種方面，如增大制動(dòng)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(huì)給制動(dòng)盤帶來重量升高或成本升高的問題。通過研究打孔制動(dòng)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(shí)還會(huì)減輕盤的重量，在盤面上增加孔洞工藝上易于實(shí)現(xiàn)，成本僅有少許增加。打孔盤有兩個(gè)主要缺點(diǎn)，一是由于盤面打孔盤面強(qiáng)度降低，制動(dòng)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(gè)缺點(diǎn)通過改變打孔制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)（孔大小、倒角大小、倒角形式）對(duì)打制動(dòng)盤熱裂紋進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高熱疲勞強(qiáng)度，滿足熱裂紋試驗(yàn)。

1.熱裂紋問題分析

1.1 問題描述

對(duì)某款新車開發(fā)打孔制動(dòng)盤，設(shè)計(jì)驗(yàn)證（汽車制動(dòng)盤熱裂紋試驗(yàn)）時(shí)，盤面產(chǎn)生貫穿性裂紋2例，未通過試驗(yàn)。

1.2 不合格件信息

打孔制動(dòng)盤2個(gè)（為排除加工不良導(dǎo)致問題發(fā)生，采用2個(gè)樣本進(jìn)行試驗(yàn)），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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：通過反復(fù)制動(dòng)使盤面溫度到達(dá)500℃，以120km/h風(fēng)速對(duì)盤面進(jìn)行降溫至80℃，循環(huán)300次。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：盤面間產(chǎn)生的裂紋長(zhǎng)度<70%盤面寬度，盤面端部產(chǎn)生裂紋長(zhǎng)度<55%盤面寬度，且以上兩種裂紋間距需大于50mm。

試驗(yàn)結(jié)果：

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

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

2.優(yōu)化方案

2.1通過對(duì)標(biāo)市場(chǎng)上已量產(chǎn)打孔制動(dòng)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(yàn)證。每次更改一個(gè)參數(shù)，制作三個(gè)樣件，分三個(gè)步驟進(jìn)行熱裂紋試驗(yàn)驗(yàn)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?？孜怀叽纾褐睆?mm、倒斜角2mm；

2、樣件2：縮小孔徑，孔徑由5mm變更為4mm?？孜怀叽纾褐睆?mm、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?？孜怀叽纾褐睆?mm、倒圓角2mm。

3.確認(rèn)方案效果

3.1試驗(yàn)后樣件狀態(tài)

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3驗(yàn)證結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，熱裂紋試驗(yàn)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(gè)循環(huán)后產(chǎn)生裂紋超出試驗(yàn)要求，樣件2在180個(gè)循環(huán)后產(chǎn)生裂紋超出試驗(yàn)要求，樣件3在300個(gè)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(yàn)，強(qiáng)度達(dá)到要求。

4. 結(jié)論

總結(jié)孔位設(shè)計(jì)趨勢(shì)為：1、 孔徑：小孔徑； 2、 孔位倒角形式：倒圓角；3、 孔位倒角大?。捍蟮菇?。

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(huì)引起其他失效，重點(diǎn)在于匹配驗(yàn)證，后期將重點(diǎn)關(guān)注其中影響性能的參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)其趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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