制动盘表面加工工艺对制动性能的影响

李霏，金远达

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

制动盘表面加工工艺对制动性能的影响

李霏1,2，金远达1,2

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

制动盘是汽车盘式制动器的重要零件，制动盘表面加工采用不同工艺，形成的表面纹理不同，对整车制动性能的影响也不同。某些主机厂新车下线检测时，磨削制动盘的稳定性较好；若匹配低金属材质或摩擦因数较高的摩擦片，车削制动盘划盘情况比较好；对于磨削加工的制动盘，通过调整合适的参数，可改善表面微裂纹现象。

制动盘；加工工艺；制动性能

0 引言

制动盘作为整车盘式制动器的重要零部件，其主要作用是与摩擦片配合，在制动钳液压夹紧力的作用下产生制动力矩，使车辆减速或停车。一般在高的车速下制动，为保证整车制动舒适性能，通常整车厂对制动盘DTV和端面跳动提出很高的要求。相比之下，针对制动盘加工工艺对工作面纹理以及工作面纹理对制动性能影响的研究不够，文中将主要研究这方面的内容。

1 制动盘表面加工工艺对比

目前主流整车厂所用制动盘的表面加工主要有车削加工和磨削加工两种方式，不同的加工工艺使制动盘表面纹理也不同。图1所示为车削制动盘加工示意图，采用立式车床三爪夹紧盘帽，以外端面定位，如图1(a)和(b)所示，制动盘绕中心轴转动，车刀在径向做直线运动实现车削加工，如图1(c)和(d)所示，其中制动盘工作面和法兰盘安装面的加工是一次装夹完成的，加工精度较高。

图2所示为磨削制动盘加工示意图，以法兰盘安装面和中心孔定位，压紧外端面，制动盘定位夹紧后以慢速转动，制动盘内、外侧工作面的砂轮以较高速度旋转实现磨削加工，如图2(a)所示，制动盘工作面和法兰盘安装面不是在一次装夹中完成加工，相比车削加工精度较低[1]，详细加工步骤见图2(b)。

图1 车削加工制动盘

2 制动盘表面纹理特点

因制动盘表面加工工艺的不同，导致不同工艺加工的制动盘表面纹理也有区别。车削加工的制动盘，由于车刀相对制动盘表面做螺旋运动，故车削制动盘表面纹理成螺旋线状，如图3所示。

图3 车削制动盘表面纹理

其中车刀半径、车刀角度、进给量以及车削余量等均对表面纹理形状有影响。图4所示为车刀半径对表面纹理影响的示意图，车刀半径越大，表面纹理越平缓。

图4 刀具参数对纹理的影响

磨削加工的制动盘，由于磨床砂轮在制动盘工作面滚压转动，故磨削制动盘表面纹理为不规则的交叉网纹，如图5(a)所示。其中砂轮的粒度、砂轮转速、进给速度以及磨削性等均对表面纹理形状有影响。图5(b)所示为磨削制动盘的表面纹理[2-3]。

图5 磨削制动盘表面纹理

3 表面纹理对制动性能的影响

根据目前某司几款不同车型的表现来看，用不同表面加工工艺加工的制动盘装车后，对整车的制动性能影响也不同，尤其对刚下线的新车磨合阶段的性能，主要表现在以下几个方面：

(1)对初始摩擦因数影响

某些主机厂新车下线后需过转鼓测试车轮左右制动力差值，故新车过线时摩擦片处于磨合阶段，摩擦因数较低且不稳定，如图6所示，受胎压、管路压力、地面附着系数等影响，左右轮磨合不同步时会产生左右制动力差大问题，一般制动磨合5～10次后问题可排除。

在新车下线磨合初期，由于摩擦片的工作面平行度和平面度一致性问题，以及摩擦因数的稳定性等原因，在新车下线过程中检测左右制动力时，总会出现左右制动力差值大的问题，影响整车过线率。用不同加工工艺生产的制动盘表面纹理不同，一般情况，由于磨削制动盘工作面增加“网纹”，磨削制动盘比车削制动盘对摩擦片的磨削程度较大，故磨削制动盘相比车削制动盘整车左右制动力均匀性较好。

以上这种现象需经过多次磨合，使制动盘表面纹理消除后摩擦因数才能持平。因此相比于车削制动盘，磨削制动盘可缩短磨合周期并提升摩擦片初始摩擦因数，使两轮快速达到稳定状态[4]。

图6 摩擦因数随磨合次数变化

(2)表面“裂纹”现象

如磨削加工时磨削加工参数选择不当，会使制动盘工作面出现“裂纹”，如图7所示。这种“裂纹”通常呈不规则网状，给人产生一种类似划盘的假象。产生“裂纹”的主要原因有：①高速磨削过程中受巨大磨削力的作用，制动盘和砂轮均会产生轻微的震动，这种震动会造成磨削纹理的深浅不一，较深的纹理常被视为表面“裂纹”，这是磨削工艺的一种常见现象；②磨削加工过程中砂轮磨粒掉落、铁屑尘埃飞溅等原因，使工作表面出现划伤。

图7 磨削制动盘表面微裂纹

通常在形成严重的裂纹之前，制动盘的表面已经形成微裂纹，加工过程中在磨削热的作用下产生内应力，或者在铸件内部残余应力作用下使裂纹扩大。另外，装车后制动过程中产生的热量循环作用在制动盘上，使其产生热裂纹，也会使制动盘产生时效。因此这种现象需要通过检查制动盘周向厚度差和周向跳动来控制。

因此相比车削加工，磨削加工制动盘通常工作表面微裂纹较明显，只有通过调整合适的磨削加工参数，才能避免出现微裂纹现象。

(3)MPU(Metal Pick-up，金属材料转移)形成

磨合初期盘片接触不均，制动时“刮”下的制动盘金属粉末较多，导致金属粉末在摩擦片气孔或局部低点处“堆积”，且在高温高压的作用下在摩擦片表面会形成金属块。通常把摩擦片上产生的金属块称为MPU，如图8(a)所示，这些金属块在制动过程中会划伤制动盘，使制动盘表面出现沟槽，如图8(b)所示，从而影响整车抖动和异响等NVH性能。

图8 摩擦片表面MPU及制动盘表面沟槽

由于不同加工工艺使制动盘表面产生的纹理不同，一般情况下，在磨合初期磨削制动盘比车削制动盘表面对摩擦片的磨削更剧烈。因此，在整车磨合初期磨削制动盘更易发生划盘现象，尤其是对于摩擦因数较高的低金属摩擦材料。

4 结论

不同工艺加工的制动盘，表面纹理也不同，因此对整车制动性能相关影响也不同。车削制动盘表面纹理为螺旋状，磨削制动盘表面纹理为网状。

(1)某些主机厂新车下线时检测左右轮制动力差值，磨削制动盘的表现比较好；

(2)若匹配低金属材质或摩擦因数较高的摩擦片，车削制动盘划盘情况比较好；

(3)对于磨削加工制动盘，通过调整合适的参数，可改善表面微裂纹现象。

【1】朱双霞，刘莹，李小兵，等.磨削加工表面纹理的特征分析[J].机械设计与制造,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】朱双霞,李玉平,周小平,等.磨削表面形貌及其加工工艺参数的关系[J].工具技术,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.磨削表面纹理特征对摩擦磨损特性和动压油膜的影响[D].沈阳:东北大学,2011.

【4】朱双霞.磨削表面纹理表征及其摩擦特性研究[D].南昌:南昌大学,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，硕士，助理工程师，主要研究汽车制动系统。E-mail:tvxqbty@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.12.010

U461.3

B

1674-1986(2016)12-044-03