專利名稱：用于車輛制動器的制動桿的制作方法
用于車輛制動器的制動桿本發(fā)明涉及用于車輛制動器的制動桿，所述制動桿用于將從致動器產(chǎn)生的制動力傳遞到制動操作機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)剎車片的摩擦接合。尤其是，本發(fā)明涉及用于這種制動桿的特定材料組分。在重型車輛、公共汽車、拖車和類似車輛上，相應(yīng)地采用了包括制動桿的鼓式制動器和盤式制動器。例如，從申請人的EP0553105B1或者W02004/059187A1已知具有對應(yīng)桿結(jié)構(gòu)的盤式制動器。然而，本發(fā)明尤其關(guān)注鼓式制動器，在鼓式制動器中，制動桿附接到S形凸輪軸，并且該鼓式制動器包括一殼體，該殼體接納自動制動(或者松緊)調(diào)節(jié)器，如在US3, 392，810中或在申請人的EP0598290B1和EP1064472B1中示例性公開的那樣。用于這種鼓式制動器的制動桿旨在將來自氣動或液壓致動器條狀件的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)檫@種鼓式制動器組件的軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以便在操作制動器期間動用制動閘瓦的制動襯片。制動桿自身優(yōu)選地制成為一體件，并且包括殼體部，該殼體部接納自動制動調(diào)節(jié)器，以對鼓式制動器的制動閘瓦的磨損提供補(bǔ)償。關(guān)于自動制動調(diào)節(jié)器和制動桿在本文中的確切功能，例如可以參照申請人的EP0598290B1。因此相對于如在這種鼓式制動器存在的動態(tài)或靜態(tài)施加的負(fù)載，制動桿必須被當(dāng)成是整個裝置的重要部件。通常，制動桿被構(gòu)造成具有殼體部和桿部的長形裝置，自動制動調(diào)節(jié)器插入該殼體部中，并且所述桿部包括連接到致動器的自由端。迄今為止，制動桿并且尤其是用于接納制動調(diào)節(jié)器的殼體通常是由球墨鑄鐵制成的，球墨鑄鐵以不同的鐵素體等級和珠光體等級存在，這意味著鑄鐵的基礎(chǔ)材質(zhì)包括鐵素體到珠光體。在此，球墨是指自由碳以球形(即，圓球形或者結(jié)節(jié)形式)嵌設(shè)在鐵素體和/或珠光體基體中。在此，球狀石墨是呈球形形狀的碳沉積的具體形式，即，與鋼相比，碳不直接嵌設(shè)在鐵的單位晶胞中，而是在合金內(nèi)形成形狀各異的石墨相。因此，基體中的珠光體的較大百分比提供了增強(qiáng)的硬度和強(qiáng)度，而鐵素體的較大百分比使得延展性較佳且使得加工性能較佳。除了鑄鐵，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制動桿的殼體還能夠由鍛鋼制成。制動桿的、其中設(shè)有制動調(diào)節(jié)器的殼體或殼體部包括若干個內(nèi)表面部，這些內(nèi)表面部經(jīng)受大的接觸壓力和磨損，這是因?yàn)橹苿诱{(diào)節(jié)器的元件抵靠這些部分，將這些部分用作支座或者用作用于制動調(diào)節(jié)器的可動部件的對應(yīng)支撐面或支承面。為此，需要對這些內(nèi)表面提供硬化和熱處理。在該方面，例如，還采用對這些表面的氮化處理。這樣的硬化過程成本非常高。此外，這樣的硬化過程需要化學(xué)制品，這些化學(xué)制品在工業(yè)制造期間對于環(huán)境以及對于作業(yè)者的安全和健康具有相當(dāng)大程度的負(fù)面影響。通過將栓穿過上桿部中的孔和致動器條狀件的U形夾，使得制動桿的自由端被連接至氣動和液壓致動器的條狀件。通常，通過在上桿部中的孔中壓入襯套，使得該孔被增強(qiáng)，這在制動操作期間能夠提供較佳的抗摩擦耐磨效果。而且，利用附加部件的該附加制造步驟不利地影響這種制動桿的總制造成本?！愕?本發(fā)明的目的在于提供一種用于制動器的制動桿，該制動桿一方面能夠以較低成本制造，另一方面該制動桿在加工和作業(yè)周期以及功能安全性方面提供明顯更好的材料特性。本發(fā)明的另一目的在于防止在鼓式制動器的領(lǐng)域中已知的制動桿的缺陷。這些目的由根據(jù)權(quán)利要求1的制動桿來解決。因而，本發(fā)明的精髓在于制動桿的殼體是由固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵制成的。優(yōu)選地，制動桿由這樣的鑄鐵制成為一體件。固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵屬于這種類型的鑄鐵，其中，球狀石墨嵌設(shè)在這樣的基體中，該基體主要由鐵素體構(gòu)成并且該基體是主要由硅固溶體進(jìn)行固化的。碳主要以球墨顆粒的形式存在。與鐵素體到珠光體石墨鑄鐵相比，固溶強(qiáng)化鐵素體等級在抗拉強(qiáng)度相同的情況下呈現(xiàn)出更高的驗(yàn)證強(qiáng)度和整體更高的伸長率。這些固溶強(qiáng)化鐵素體等級的顯著優(yōu)點(diǎn)在于更低的硬度變化，這導(dǎo)致了由這種鑄鐵制造的部件的更好的機(jī)加工性。換而言之，這種部件的機(jī)械特性的水平由其鑄鐵的鐵素體基體的固溶強(qiáng)化程度來確定，該程度繼而通常受硅含量的影響。優(yōu)選地，主要由鐵素體構(gòu)成的鑄鐵基體中的最大珠光體含量在5%的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，用于制動桿的鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Rm位于400至650Mpa之間，優(yōu)選為600MPao優(yōu)選地,O. 2%-屈服點(diǎn)(proof stress) Rp0 2處于抗拉強(qiáng)度Rm的70%至90%之間，優(yōu)選為80%。根據(jù)本發(fā)明，鑄鐵的HBW硬度(布氏硬度)對應(yīng)于以MPa計(jì)的O. 2%-屈服點(diǎn)Rpa2的42%至50%之間的范圍。此外，根據(jù)本發(fā)明，鑄鐵的伸長率A位于8%至18%之間，優(yōu)選地在10%至12%之間。為了提供這種特性，能夠使用這樣的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，所述鐵素體球墨鑄鐵已經(jīng)公開在當(dāng)前歐洲標(biāo)準(zhǔn)的材料名稱EN-GJS-600-10/5. 3110中。該固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵具有600MPa的抗拉強(qiáng)度Rm、470MPa的O. 2%-屈服點(diǎn)Rp(l.2、200至230HBW的硬度以及10%的伸長率A。當(dāng)將該固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵與迄今使用的常規(guī)球墨鑄鐵對比時，在較好的加工性方面，應(yīng)選擇材料名稱為EN-GJS-500-7/5. 3200的球墨鑄鐵，該球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Rm為500MPa，硬度為大約150至230HBW。然而，對于320MPa的O. 2%-屈服點(diǎn)Rpa2和7%的伸長率A，該鑄鐵顯示出與容易加工性能相反的較不利的特性。然而，如果選擇O. 2%-屈服點(diǎn)Rp0.2為480MPa且抗拉強(qiáng)度Rm為800MPa的球墨鑄鐵，則245至335HBW的硬度和僅2%的伸長率A也表現(xiàn)得較為不利。這樣的鑄鐵例如是材料名稱為EN-GJS-800-2/5. 3301的鑄鐵。對于本發(fā)明也重要的是下列情況該固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵的硅含量位于3至
4.5%之間。如以上已提及的，主要的是，與常規(guī)球墨鑄鐵相比強(qiáng)度增大，這是由硅含量非常大的固溶加強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)的。通常，鑄鐵中增強(qiáng)的強(qiáng)度通過提高基體中珠光體的比例來實(shí)現(xiàn)，然而，這繼而與該材料的易加工性沖突。本發(fā)明的有利之處在于，對于待由固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵制成的設(shè)計(jì)部件，能夠在加工特性與強(qiáng)度兩者之間實(shí)現(xiàn)較佳的平衡。加工性主要由待加工的部件內(nèi)的最硬部位的硬度來確定。在此，在鑄鐵內(nèi)存在極硬的部位，在該部位處的材料由于冷卻時間等而比周圍區(qū)域(微小區(qū)域)更硬。而且，在微小區(qū)域中能夠存在非常小的局部受限的堅(jiān)硬部位，這些堅(jiān)硬部位是由于球墨鑄鐵的材料的非均勻結(jié)構(gòu)形成的。相反地，固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵呈現(xiàn)出比常規(guī)類型鑄鐵均勻得多的結(jié)構(gòu)，常規(guī)類型鑄鐵在微小區(qū)域中具有硬度各異的部位和部分。由于這些區(qū)域的比例受冷卻時間等的影響，因此常規(guī)鑄鐵在最硬部位和最軟部位之間顯示出大的變化。對于具有典型鐵素體比例和珠光體比例的常規(guī)鑄鐵來說，還不利的是，在表面區(qū)域，始終形成具有降低珠光體含量的薄材料層，這降低了實(shí)際可用的強(qiáng)度，這是因?yàn)榫哂凶钴洸牧系牟课恢饕糜诖_定部件的可用強(qiáng)度。為此，構(gòu)造工程師常用的方法是，首先設(shè)定待鑄造的部件的硬度上限，其程度足以避免在隨后的機(jī)加工中的問題和與之相關(guān)的高成本。然后，從該硬度出發(fā)，構(gòu)造工程師選擇相應(yīng)的材料，然后最終確定針對其強(qiáng)度計(jì)算的實(shí)際可用的強(qiáng)度。如果構(gòu)造工程師使用根據(jù)本發(fā)明的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，則他將因此得到待鑄造部件的明顯較高的可用強(qiáng)度，假如與常規(guī)球墨鑄鐵相比的話。明顯的是，通過使用根據(jù)本發(fā)明的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，能夠?qū)崿F(xiàn)制動桿的明顯更高的強(qiáng)度，而與此同時機(jī)加工性處于理想范圍內(nèi)。為了示意本發(fā)明，附

圖1和圖2示出了用于鼓式制動器的制動桿，其中，圖1以局部剖視圖示出了制動桿的側(cè)視圖，圖2是沿著圖1的A-A的剖視圖。制動桿I制成為一體件，并且包括上桿部2和用于接納自動松緊調(diào)節(jié)器4的下殼體部3。制動調(diào)節(jié)器4的蝸輪5以可旋轉(zhuǎn)的方式接納在殼體部3的對應(yīng)凹部6中，并且與用于剎車片的S形凸輪軸(未示出)的對應(yīng)的內(nèi)花鍵槽協(xié)作。蝸輪5與蝸桿7嚙合，該蝸桿在與殼體部3中垂直于蝸輪5支撐在對應(yīng)的凹部8中。關(guān)于自動松緊調(diào)節(jié)器裝置的其余部件(其在本文中將不再提及)的類型和功能，參照申請人的EP0598290B1。因?yàn)槊黠@的是，用于蝸輪5的凹部6包括對應(yīng)的內(nèi)支撐或支承表面9，并且用于蝸桿7的凹部8包括對應(yīng)的支承表面10。大的接觸壓力施加到這些內(nèi)支承表面9、10，從而這些支承表面到目前為止必須經(jīng)受對應(yīng)的硬化過程(諸如氮化處理)，如上所述，帶來環(huán)境負(fù)擔(dān)增加的缺陷和與此相關(guān)的成本缺陷。當(dāng)利用固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵時，如上所述，與相同強(qiáng)度的常規(guī)鐵素體或珠光體類型相比，固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵包括更高的可用強(qiáng)度，因此提供了抵抗較高壓力負(fù)載的更高抵抗性，而不塑性變形，尤其是在點(diǎn)狀區(qū)域中。具體地參照用于鼓式制動器的制動桿I的殼體部3中的內(nèi)支承表面9、10，采用根據(jù)本發(fā)明的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵是特別有利的，這是因?yàn)樗峒暗碾S后的硬化過程能夠被完全省除。總之，在支承表面9、10處的加工能夠被更各易地執(zhí)打。在桿部2的上部區(qū)域中設(shè)置有孔11，該孔用于與致動器的條狀件(未示出)進(jìn)行連接。為此，栓(未示出)穿過孔11。因?yàn)樵摋l狀件的栓與桿部2的孔11在制動桿I的回轉(zhuǎn)運(yùn)動期間發(fā)生相對運(yùn)動，所以必須提供相應(yīng)的抵抗性來對抗由此產(chǎn)生的摩擦，以將磨損保持得較小，因此通常要增強(qiáng)孔11，而根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)將相應(yīng)硬化的襯套壓入制動桿的孔中。由于用于相同硬度的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵包括較佳的可用強(qiáng)度，因此也不必再提供用于孔11的附加襯套，因?yàn)榭?1的內(nèi)表面已如此能夠提供對于螺栓的接觸壓力的相當(dāng)大的抵抗性而不變形。結(jié)果，通過縮短組裝時間和通過省除附加襯套，能夠進(jìn)一步降低成本。顯然，制動桿(無論其用于盤式制動器還是用于鼓式制動器)是整個制動器裝置的對安全性至關(guān)重要的部件，這是因?yàn)樵诠收系那闆r下(例如，制動桿的可能的破壞)，可能發(fā)生對于對應(yīng)輪的制動功能的完全喪失。然而，與本發(fā)明鑄鐵具有相似加工特性和相似O. 2%-屈服點(diǎn)的鑄鐵是較為不均勻的(如以上若干次提及的)，并且顯示出更多的鑄造缺陷，而這些缺陷可能是生成裂紋的根源。然而，這樣的破壞風(fēng)險(xiǎn)將通過固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵的明顯更為均勻的結(jié)構(gòu)得以消除，從而其特別適用于制動桿。具有柱形表面的凹部6和8略顯示出比蝸輪5和蝸桿7略大的尺寸，從而在操作制動器期間，由蝸輪5和蝸桿7向這些柱形表面施加大的力時，這些柱形表面分別彈性和塑性地變形。當(dāng)使用常規(guī)的鑄鐵時，由于差較的加工性，因此通常發(fā)生尺寸偏差或者還發(fā)生鑄造缺陷。由于與本發(fā)明鑄鐵相比延展性較低，因此這樣的缺陷引發(fā)了在在變形期間產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。此外，這樣的風(fēng)險(xiǎn)還會進(jìn)一步增大，這是因?yàn)橄鄳?yīng)的軸承表面9、10的硬化處理會進(jìn)一步降低延展性。在將本發(fā)明鑄鐵用于桿I時，由蝸輪5和蝸桿7施加壓力而形成的變形能夠通過軸承表面9、10周圍材料的更高的延展性而較好地得以補(bǔ)償，從而能夠排除變形期間形成這種裂紋。此外，根據(jù)本發(fā)明的固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵的有利之處還在于，與鐵素體類型和珠光體類型相比，顯著減少了在結(jié)節(jié)或球體中固化的碳的必要比例，以滿足最小拉伸特性。在常規(guī)球墨鑄鐵的制造中，迫使碳固化成球核形狀，而不是呈與灰鑄鐵中一樣的薄片形狀。如果球化在某種程度上失敗或者不能被完全進(jìn)行，則鑄鐵將是更脆的，并且由此更易于形成裂紋，由此破壞的風(fēng)險(xiǎn)增大。通過使用固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵，消除了在制造相應(yīng)部件期間材料中的這種不足，這特別顯著地提高了用于制動桿中的安全性。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛制動器的制動桿(1)，該制動桿用于將來自致動器的制動力傳遞到制動操作機(jī)構(gòu)中，以使剎車片摩擦接合，其中，所述制動桿(I)具有由鑄鐵制成的殼體，其特征在于，所述鑄鐵是固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的基體主要由珠光體含量最多為5%的鐵素體構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的抗拉強(qiáng)度Rm處于400至650MPa之間，優(yōu)選地為600MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的O.2%-屈服點(diǎn)Rpa2處于抗拉強(qiáng)度Rm的70%至90%之間，優(yōu)選為抗拉強(qiáng)度Rm的80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的HBW硬度對應(yīng)于位于以MPa計(jì)的O. 2%-屈服點(diǎn)Rpa2的42%至50%之間的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的延伸率A處于8%至18%之間，優(yōu)選地處于10%至12%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述鑄鐵的硅含量處于3%至4. 5%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述制動器是鼓式制動器，并且所述制動桿(I)被設(shè)置用于連接到S形凸輪軸，其中，所述殼體包括殼體部(3)，在所述殼體內(nèi)能夠接納制動調(diào)節(jié)器(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制動桿，其中，所述制動器是盤式制動器，并且所述制動桿附接至可沿軸向朝向制動盤移動的力傳遞元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于車輛的制動器的制動桿(1)，該制動桿用于將來自致動器的制動力傳遞到制動操作機(jī)構(gòu)中，以使剎車片摩擦接合，其中所述制動桿(1)包括由鑄鐵制成的殼體，所述鑄鐵是固溶強(qiáng)化鐵素體球墨鑄鐵。
文檔編號C22C37/04GK103069189SQ201080068536
公開日2013年4月24日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者K·奧內(nèi)斯塔姆 申請人:瀚德剎車片產(chǎn)品公司