一种高速列车用带导气槽制动轴盘制造技术

本实用新型专利技术属于高速列车制动技术，具体涉及一种高速列车用带导气槽制动轴盘。所述制动轴盘(1)的内圆周设有内圆沉台法兰(11)，通过内圆沉台法兰(11)与固定在车轮轴上的盘毂固定连接；所述制动轴盘(1)的两个盘面平整，其上设有若干轴向散热孔(21)，部分或全部轴向散热孔(21)沿轴向贯通制动轴盘的两个盘面；所述制动轴盘(1)的外圆周侧面设有若干径向散热孔(22)，部分或全部径向散热孔(22)沿径向贯通至制动轴盘的内圆周；其中，部分或全部径向散热孔(22)上设有导气槽(23)，所述导气槽(23)与其对应的径向散热孔(22)联通。本实用新型专利技术所设计的产品的降温速度高于现有产品，同时其使用寿命高于现有钢质制动盘。

【技术实现步骤摘要】
一种高速列车用带导气槽制动轴盘
本技术属于高速列车制动技术，具体涉及一种高速列车用带导气槽制动轴盘。
技术介绍
目前高速列车使用的制动盘主要有轴装制动盘(安装在轴上)和轮装制动盘(安装在轮上)两种，两种制动盘多采用铸钢或锻钢整体结构。其中，轴装制动盘通常包括两片盘环和在两片盘环之间的多个里面轴向的散热筋，利用散热筋之间的空隙构成气流通道，以改善散热效果，减少热应力。轮装制动盘的外侧为摩擦面，内侧设有多个散热筋，在散热筋之间形成径向空气通道，实现散热功能。但是传统的铸钢或锻钢制动盘重量较大，并且由于制造工艺等原因，这类制动盘内部不可避免的会存在夹杂、偏析和孔隙等缺陷；同时，在制动过程中，巨大的制动热负荷使制动盘产生很大的温度梯度，导致热应力的产生。缺陷的存在以及不均匀温度场和应力场的循环作用容易使制动盘产生微裂纹，当微裂纹扩展到一定程度时，制动盘就会发生疲劳断裂。而且随着列车不断增速，其速度达到甚至高于350Km/h时，刹车产生的温升急剧增加，现有制动盘材料容易产生摩擦面裂纹，基本达到了材料的极限。采用碳陶复合材料制动盘替代现有的合金钢制动盘，可以减少制动盘盘数，减轻了列车簧下重量，降低了牵引功率损耗，而且其具有密度低、摩擦性能优异、耐高温等一系列优点。但是碳陶复合材料的散热性较金属材料要差，且高速下摩擦带来的热量更多，因此结构上需要设计散热性更为优异的结构来大幅提高盘的散热效果。但是碳陶复合材料的脆性大，加工性能差，尤其是轴装制动盘，制动盘内部的散热筋很难机加工成型。除此之外，针对碳陶轴装制动盘，如何实现其与列车接口结合，也是需要考虑的。目前，大多数碳陶复合材料采用的是多片或整片碳陶摩擦块与钢背冷铆接而成(中国专利CN103511525A一种用于高速列车的碳陶制动闸片及其制备)，由于碳陶与钢合金的热膨胀系数差异性大，导致反复摩擦冷却后，铆接处由于膨胀系数匹配性的差异导致失效，甚至在运行过程中发生松动或者脱落现象，危及到刹车系统的稳定运行。中国专利CN105541364A公开了一种一步致密化生产碳陶汽车制动盘的方法，先将石墨粉、硅粉等添加剂与树脂混合溶解，然后预先涂覆在由碳纤维丝束编织而成的碳纤维布上，晾干叠层后再进行模压成型，最后加工炭化得到碳纤维增强的陶瓷复合材料制动盘。虽然该专利技术可通过石墨粉、硅粉的添加达到一步致密化获得较高密度的碳陶复合材料，但并未提及碳陶盘上的散热孔的加工方式及如何控制精度，或是制备带特殊功能的散热孔(如散热同时，高电热、导电)，以及可否获得异形散热孔。现有制动轴盘尽管也设计了轴向散热孔和径向通气孔，但其还是存在散热速度过慢的问题。同时为了解决散热速度过慢的问题；采用的方法一般为加大散热孔的数量和/或面积；但这样一来，产品的强度和使用寿命就会下降，同时产生安全事故的概率就会显著上升。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供散热速度快、使用寿命满足现有需求的高速列车用带导气槽制动轴盘。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，制动轴盘1的内圆周设有内圆沉台法兰11，通过内圆沉台法兰11与固定在车轮轴上的盘毂固定连接；所述制动轴盘1的两个盘面平整，其上设有若干轴向散热孔21，部分或全部轴向散热孔21沿轴向贯通制动轴盘的两个盘面；所述制动轴盘1的外圆周侧面设有若干径向散热孔22，部分或全部径向散热孔22沿径向贯通至制动轴盘的内圆周；其中，部分或全部径向散热孔22上设有导气槽(23)，所述导气槽(23)与其对应的径向散热孔22联通。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述轴向散热孔21以制动轴盘1的圆心为中心对称分布。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述轴向散热孔21为圆形孔、腰形孔或椭圆形孔中的一种；所述径向散热孔22为圆形孔、腰形孔、椭圆形孔或方形孔中的一种。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述径向散热孔22靠近制动轴盘内圆周的截面高度超过内圆沉台法兰11的厚度，所述径向散热孔22位于制动轴盘内圆周的贯通口221分布在内圆沉台法兰11的上侧和下侧。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述径向散热孔22靠近制动轴盘内圆周向内圆沉台法兰11的上侧或下侧倾斜，所述径向散热孔22位于制动轴盘内圆周的贯通口221交替分布在内圆沉台法兰11的上侧或下侧。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述径向散热孔22靠近制动轴盘内圆周的截面高度小于内圆沉台法兰11的厚度，所述径向散热孔22位于制动轴盘内圆周的贯通口221贯穿至内圆沉台法兰11的内侧面。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，所述导气槽23沿制动轴盘径向方向投影，所得图形为弧形、带缺口的腰形、带缺口的方形；所述缺口为径向散热孔22边缘沿制动轴盘径向方向投影所得。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，当任意一个径向散热孔22带有导气槽23时，其所带导气槽在动轴盘上的表面积为其所对应径向散热孔在动轴盘上表面积的1/20-1/2。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，当任意一个径向散热孔22带有导气槽23时，在径向散热孔该导气槽的个数为2-12个。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，部分轴向散热孔21与导气槽23联通。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，制动轴盘上轴向散热孔21的个数为12-72个，且单个轴向散热孔的当量孔径为2-8毫米。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，制动轴盘上径向散热孔22的个数为9-63个、优选为10-24个。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，轴向散热孔的当量孔径与径向散热孔22的当量孔径之比为0.05-0.5：1。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘，定义制动轴盘的厚度为d，径向散热孔22在制动轴盘厚度方向的最大距离为d1；则d1/d＝1/4-1/2。本技术一种高速列车用带导气槽制动轴盘；所述制动轴盘的制备方法包括下述步骤：步骤一按单个径向通气孔22和轴向散热孔21的形貌和尺寸选择塑料材质的模具，再在其表面包裹具有特殊结构和功能的的石墨纸，或经预处理的石墨纸或碳纤维纸；按设定的径向通气孔和轴向散热孔的个数和分布方式将备用模具固定，然后以碳纤维为原料按轻量一体化制动轴盘的尺寸进行编织，得到预制体；所述预制体由备用模具和编织体组成；所述编织体的密度为0.5g/cm3～0.7g/cm3；步骤二将步骤一所得预制体中的碳纤维束和预埋的塑料模具进行脱胶处理后，得到预留径向散热孔和轴向散热孔、且散热孔表面附着石墨纸或碳纤维纸的预制体，进行C增密处理直至编织的密度为1.3g/cm3～1.6g/cm3；得到增密后的坯体；步骤三对坯体进行清洗、干燥；接着将其放入Si粉中，在1500～2000℃进行渗硅，得到密度为1.6g/cm3～2.4g/cm3的碳陶制动盘；步骤四按设计尺寸进行机加工；得到成品。制备高速列车用轻量一体化制动轴盘时；石墨纸和/或碳纤维纸经过预处理后用于制备带内孔的碳碳复合材料和碳陶复合材料；其中，石墨纸的预处理工艺包括下述方式中至少一种：采用物理沉积和/或化学沉积和/或化学反应在石墨纸的一面上生成一层熔点高于2000℃的金属、采用物理沉积和/或化学沉积和/或化学反应在石墨纸的一面上生成一层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速列车用带导气槽制动轴盘，其特征在于：制动轴盘(1)的内圆周设有内圆沉台法兰(11)，通过内圆沉台法兰(11)与固定在车轮轴上的盘毂固定连接；所述制动轴盘(1)的两个盘面平整，其上设有若干轴向散热孔(21)，部分或全部轴向散热孔(21)沿轴向贯通制动轴盘的两个盘面；所述制动轴盘(1)的外圆周侧面设有若干径向散热孔(22)，部分或全部径向散热孔(22)沿径向贯通至制动轴盘的内圆周；其中，部分或全部径向散热孔(22)上设有导气槽(23)，所述导气槽(23)与其对应的径向散热孔(22)联通；所述制动轴盘(1)上轴向散热孔(21)的个数为12‑72个，且单个轴向散热孔的当量孔径为2‑8毫米；所述制动轴盘(1)上径向散热孔(22)的个数为9‑63个；所述制动轴盘(1)上轴向散热孔的当量孔径与径向散热孔(22)的当量孔径之比为0.05‑0.5：1；定义制动轴盘的厚度为d，径向散热孔(22)在制动轴盘厚度方向的最大距离为d1；则d1/d＝1/4‑1/2。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车用带导气槽制动轴盘，其特征在于：制动轴盘(1)的内圆周设有内圆沉台法兰(11)，通过内圆沉台法兰(11)与固定在车轮轴上的盘毂固定连接；所述制动轴盘(1)的两个盘面平整，其上设有若干轴向散热孔(21)，部分或全部轴向散热孔(21)沿轴向贯通制动轴盘的两个盘面；所述制动轴盘(1)的外圆周侧面设有若干径向散热孔(22)，部分或全部径向散热孔(22)沿径向贯通至制动轴盘的内圆周；其中，部分或全部径向散热孔(22)上设有导气槽(23)，所述导气槽(23)与其对应的径向散热孔(22)联通；所述制动轴盘(1)上轴向散热孔(21)的个数为12-72个，且单个轴向散热孔的当量孔径为2-8毫米；所述制动轴盘(1)上径向散热孔(22)的个数为9-63个；所述制动轴盘(1)上轴向散热孔的当量孔径与径向散热孔(22)的当量孔径之比为0.05-0.5：1；定义制动轴盘的厚度为d，径向散热孔(22)在制动轴盘厚度方向的最大距离为d1；则d1/d＝1/4-1/2。2.根据权利要求1所述的一种高速列车用带导气槽制动轴盘，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖鹏，熊碧军，梁武，
申请(专利权)人：湖南世鑫新材料有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43