[发明专利]用于制造铸造部件的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种设计和制造诸如用于车辆的制动钳之类的铸造部件的方法，并且主要涉及用于获得铸造部件的特定固有频率和阻尼特性的设计和制造。本发明是针对铝质盘式制动钳开发出来的，因而便于将本发明描述成应用于那种类型的制动钳。然而，应当理解的是，本发明具有比较广泛的应用并且能够例如延伸至应用于各种铸造产品，不仅包括铝质构造的产品而且包括诸如黄铜或镁之类的其它铸造金属的产品。

背景技术

本发明采用铸造到制动钳内从而以有利方式改变制动钳的固有频率和阻尼特性的插件。已经公开了在铸造制动钳中使用插件来改变制动钳的结构特性，美国专利第5,433,300号、美国专利第4,705,093号以及WO02/27048中每个都公开了采用一体化浇铸的插件的制动钳。然而，在这些现有技术文献中，教导涉及到使用插件来改善制动钳的结构特性--即拉伸强度和硬度。在这些文献中，插件被结合到金属铸件中从而形成金属基质复合物，并且所产生的铸造制动钳的质量特性与不包括插件的铸件的质量特性基本相同，但是机械或结构特性得到显著改善。

尽管上述文献公开了使用插件来从结构上改变铸造制动钳，然而它们对本发明所涉及的特性不起作用。此外，对于制动钳来说，通常为铝的母体金属一般能够显示出足够使用的强度特性，而无须通过上述文献公开的插件来强化结构。然而，尽管母体金属的结构特性可以满足特定制动钳应用的要求，仍需要设计工程师针对频率和阻尼特性来设计制动钳，尤其是解决制动噪声和振动问题。当所选择的铸造材料的质量和杨氏模量减小时，这种操作的难度增大，因为麻烦的噪声和振动的发生频率较低，因此需要通过设计来改变这些频率。

由于在车辆内进行组装时必须考虑与制动钳相互作用的组成部件，因此设计操作被进一步复杂化。因此，单独设计的制动钳很难获得能够接受的结果，同时由于制动钳所设置的环境中的空间限制并且由于制动钳的总体形状具有某些基本要求，因此对制动钳的形状所做的几何变化通常难以实现。

本发明所涉及的特性是在汽车工业领域公知的噪声、振动和不平顺性，其中“不平顺性”是指车辆在制动载荷作用下的“感觉”。这些特性总称为“NVH”特性，在下文中将采用该称谓来描述这些特性。

目前采用的针对NVH设计铝质盘式制动钳的设计过程涉及多个阶段。第一阶段为当包括为车辆总成中部件的动态系统的一部分时，建立制动钳组件的预测NVH特性。该阶段主要涉及到考虑制动系统的主要部件和摩擦衬垫制动衬块之间的相互作用，其中，制动系统的主要部件包括制动盘、制动钳、将制动钳附连至车辆悬架的固定架，并且在制动器应用过程中制动钳使制动衬块与制动盘接合。

在上述预测阶段，制动钳组件被设计以实现所需的物理、几何和性能目标要求。制动器设计者采用三维计算机辅助设计和有限元建模以便在“虚拟”或模拟条件下预测制动钳组件的NVH性能。随后将NVH性能与车辆或制动器的制造商设定的NVH要求进行比较。通常情况下，将虚拟NVH性能与实际NVH要求匹配的初次尝试不会得出能够接受的比较结果。因此，设计者随后修改组装部件的形状，并且重复上述过程，直到获得满意的比对关系。如上所述，设计者在改变组装部件的几何形状的程度方面受到限制，并且在实践中，在获得满意的结果之前，需要对若干组装部件进行许多小的重复操作。

获得令人满意的NVH结果的过程因以下事实而变得复杂：即摩擦衬垫材料性能和用于预测摩擦材料的阻尼性能的方法没有被很好地掌握，从而使计算机模拟难于进行。这样导致以下不利之处，即主要由于不可预见的摩擦衬垫或制动衬块性能，制动钳组件通常显示出的实际NVH特性不同于通过计算机模拟获得的特性。

尽管存在上述困难，当设计者获得成功的模拟NVH结果时，设计过程中的下一阶段通常是制造原型组件以便进行实际车辆试验或测试。这种原型制造和测试非常复杂、成本高昂且极其浪费时间。此外，如果实际原型在试验中显示出与通过计算机模拟预测的结果基本上不同的实际结果，则在有些情况下整个设计过程可能需要重复进行，从而在获得实际合格的组件之前增加成本和时间周期。

发明内容

本发明的目的在于克服或减轻上述缺点中至少一个。本发明更具体的目的在于提供一种有助于改变制动钳的NVH特性的方法，该方法不依赖于--至少在很大程度上不依赖于制动钳形状的改变。