[发明专利]采用激光技术制备组合式耦合仿生内表面的铸铁制动毂

说明书

本发明涉及一种采用激光技术制备组合式耦合仿生内表面的铸铁制动毂，该制动毂内表面制备有横纹仿生单元体和紧密贴合的斜条纹或网状仿生单元体；横条纹仿生单元体呈圆环形且与制动毂地面平行，条纹状或网状仿生单元体由复数条激光条纹为一组，相互平行，布满制动毂内表面；本发明通过在制动毂内壁加工紧密贴合的激光仿生单元体，可以在显著提高制动毂的耐磨性，抑制热疲劳裂纹扩展的同时，降低了表面粗糙度，减少单个的激光仿生单元体对摩擦片的切削作用，降低摩擦片的损耗。同时，圆环状的横条纹仿生单元体可以在不显著增加摩擦片损耗的同时，阻止热疲劳裂纹沿平行于斜条纹单元体方向扩展，起到补足作用。

技术领域

本发明属于铸铁制动毂技术领域，涉及一种对摩擦片损耗影响较小的采用激光技术制备组合式耦合仿生内表面的铸铁制动毂。

背景技术

铸铁具有一定的强度和良好的摩擦学特性，且铸造性能较好，尤其是材料和制造成本低廉，因此长期以来一直为制动鼓所用。近年来，随着路面质量和车辆技术的发展，卡车的平均时速越来越高，在山区等复杂路面中运行时，由于制动力矩大，制动频繁，制动鼓负荷更大，经常提早失效，给卡车的安全行驶造成了极大危害。仿生学是研究生物系统的结构、形状、原理、行为、以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。仿生耦合的定义是将两种或两种以上仿生体系耦合，构建成以低能量获取最大环境适应性为特征的人工技术集成体系。激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等优良特性，常用的激光表面强化技术主要包括激光相变硬化、激光熔凝、激光合金化和激光熔敷。激光熔凝是采用近于聚焦的激光束照射材料使其表层熔化，依靠基体自身冷却快速凝固，熔凝层形成的组织非常细密，可以增强材料表层的耐磨性和耐蚀性。激光熔敷是在材料表面添加预敷层，通过激光束照射使预敷层全部熔化，基材微熔，结合处被熔化的基材稀释，达到增强材料耐磨耐蚀性，或通过预敷层材料的添加使基材表面获得特殊性能的目的。出于经济实用的考虑，铸铁制动毂可采用激光熔凝的方式进行强化，在制动毂内表面形成具有一定形状的激光条纹，使得制动毂的抗磨损性能和抗热疲劳性能得到大大增加。然而，由于激光熔凝处理形成的激光条纹，其硬度较大，且表面粗糙不平，在有效增加制动毂使用寿命的同时，会使与其对磨的摩擦片造成较大的磨损。

中国专利公报公开了一种“采用激光技术制备组合式仿生耦合内表面的铸铁制动鼓”(申请号2016109147373)。该制动鼓内表面的横条纹仿生单元体和斜条纹仿生单元体均为单一的条状仿生单元体，其缺点是：仿生条纹宽度窄，局部表面粗糙度大，导致摩擦片的损耗提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用激光技术制备组合式耦合仿生内表面的铸铁制动毂，该制动鼓通过模型的改善缓和了仿生单元体对摩擦片的切削作用，显著减少了摩擦片的损耗。

为解决上述技术问题，本发明的采用激光技术制备组合式仿生耦合内表面的铸铁制动毂采用下述两种技术方案。

技术方案一

本发明的的采用激光技术制备组合式耦合仿生内表面的铸铁制动毂，其内表面制备有横条纹仿生单元体和斜条纹仿生单元体，横条纹仿生单元体呈圆环形，且横条纹仿生单元体与制动毂底面平行；所述斜条纹仿生单元体以2-4条为一组，相互平行，相邻斜条纹仿生单元体部分重熔，设相邻两条斜条纹仿生单元体中线的弧线距离为a,a≥80％×w×csc45°，其中w×csc45°为斜条纹仿生单元体的宽度；两种仿生单元体深度h在0.8-1.2mm之间，单条宽度w在 1.0-1.5mm之间，仿生单元体表面最低点与制动毂母材面的高度差为t1，-0.15mm≤t1≤-0.05mm，最高点与制动毂母材面的高度差为t2，+0.1mm≤t2≤ +0.2mm。

所述斜条纹仿生单元体在制动毂纵截面上的投影与制动毂底面呈45°角，每组中相邻斜条纹仿生单元体中线的弧线距离a在1.2-1.8mm之间。

所述横条纹仿生单元体从所述制动毂内壁上部开始，每两条横条纹仿生单元体之间相距为50mm。