淺析汽車制動卡鉗的鑄造工藝及改進

侯大為

摘 要：汽車制動卡鉗一般適用于盤式剎車系統，能夠使車輪減速、停止運轉或者使汽車處于停止狀態等功能的鉗類裝置。盤式剎車的優勢在于：當車輛處于高速行駛狀態，采取制動措施，車輪能夠快速停止運轉，相比于鼓式剎車，散熱效果好，制動效能高。而應用傳統的鑄造工藝生產出來的制動卡鉗，通過鑄造CAE軟件對其進行模流分析發現，卡鉗的兩端局部區域出現了輕微的縮松缺陷，而且鑄件內部中的珠光體含量較少，機械性能不符合鑄造標準要求。如果對鑄造工藝予以改進，對澆注系統進行改良，能夠收到理想的鑄造效果。因此，本文將汽車制動卡鉗的原始鑄造工藝與改進后的鑄造工藝進行比對，針對改進效果展開論述。

關鍵詞：汽車制動卡鉗;鑄造工藝;改進

汽車制動卡鉗包括鉗體和導向銷，其中導向銷包括帽體和導柱兩部分，與剎車盤共同構成汽車的制動系統。由于汽車長時間處于運動狀態，在高速、高溫的作用下，容易對制動卡鉗造成磨損與破壞，本身所承受的外界荷載以及瞬間的沖擊振動波較大，這就對制動卡鉗的物理力學性能提出了更高的要求。因此，在卡鉗鑄造過程中，應全面考慮各方面影響因素，不斷改進和優化鑄造工藝，使制動卡鉗能夠在惡劣的工況環境下能夠大幅提升力學性能，避免安全事故的發生。

一、汽車制動卡鉗的原始鑄造方案

（一）鑄造流程分析

該鑄造方案中所采用的鑄造材料是球墨鑄鐵450—10，其中抗拉強度的最大值在450Mpa以上，屈服強度的最大值在290Mpa以上，延伸率需大于10%。鑄造時采取一模四件的對稱式分布鑄造工藝，單體鑄件兩端有一個補縮冒口，單體質量均為3.12kg。澆注時，初始溫度值為1420℃，澆注時間為8秒，同時采用包內孕育與瞬時孕育的方法，而鑄件在鑄造前后的內部合金成分如表1所示。

（二）制動卡鉗鑄件的充型過程

該鑄件材料的液相線溫度值為1180℃，固相線溫度為1140℃，鑄件的合金液在充型過程中，相對比較穩定，當充型結束時，最低的溫度值達到1230℃，高出液相線與固相線溫度值，因此，不會因為冷卻作用而產生冷隔現象[1]。

（三）鑄件的凝固過程

充型完成后，鑄件進入到凝固工序，當鑄件的凝固時間達到180秒時，此時的鑄件底部的液相區完全處于被孤立狀態，當溫度繼續降低，球墨鑄件的液體就會出現較為明顯的收縮態勢，而冒口對鑄件底部并不存在補縮作用，因而也不滿足順序凝固的原則，出現縮孔縮松等缺陷的幾率也大幅提長，此時，生產出來的制動卡鉗鑄件，機械性能較差，存在嚴重的質量問題。

（四）原始鑄造方案的結果分析

通過模擬結果可以看出，卡鉗鑄件的底部以及兩端是極易產生縮孔與縮松缺陷的高發部位，為了避免這一現象的發生，往往在實際生產時，在砂芯的底部放置外冷鐵，借助于外冷鐵的冷卻作用使鑄件能夠順序凝固。采用原始的鑄造方案生產鑄件時，可以在試生產后的毛坯件當中選取不同模號的鑄件，并且鑄件取兩端各一個試棒，分別標記成1號和2號，對鑄件的機械性能采取實驗的方法，得出最終的數據。試棒的選取位置如圖1所示。原始鑄造方案鑄件機械性能數據如表2所示。

從表2中的分析數據可以看出，采用原始的鑄造工藝，汽車制動卡鉗鑄件的屈服強度、抗拉強度以及延伸率等機械性能指標均與標準要求相差甚遠。

二、汽車制動卡鉗的鑄造工藝改進效果分析

（一）合理調整合金成分

合金成分直接影響球墨鑄鐵的金相組織與機械性能，如果成分過高，會破壞球墨鑄鐵的微觀結構，而原始方案中的合金成分配比，含有較少的珠光體，因此，為了提高制動卡鉗鑄件的強度以及延伸率等參數，應合理調整合金成分配比。將爐后錳元素的含量控制在0.3—0.35%之間，同時，使銅元素的含量介于0.2—0.25%之間。因為錳元素對球墨鑄鐵起到固溶強化作用，隨著錳含量的增加，能夠形成以（Fe，Mn）3C為主的合金滲碳體，并以珠光體形式出現，對鑄件中珠光體起到補充作用，進而提高了鑄件的抗拉強度、屈服強度以及延伸率。而銅在發生共析轉變時，也能夠加速珠光體的形成速度，從奧氏體析出的珠光體理更多，對銅和錳兩種合金成分進行合理調整，對改善和優化鑄件的機械性能具有積極的促進作用。

（二）改進澆注系統

采用原始工藝，由于冒口尺寸偏小，使得鐵水的流動性能較差，極易使鑄件兩端出現縮松現象。如果將鑄件一端的獨立冒口加以改進，以共同冒口的形式出現，能夠有效增大冒口頸的橫截面積，改善了鐵水的流動性能，降低了縮孔以及縮松出現的幾率[2]。但是在改進澆注系統后，為了防止鑄件底部出現縮孔與縮松現象，在砂芯中直接放置外冷鐵的工序必須予以保留。

（三）鑄造工藝改進后的鑄件機械性能

通過調整合金成分，改進澆注系統后，對鑄件的金相組織進行觀測發現，采取新工藝后，鑄件中的珠光體含量有了顯著提高，鑄件兩端以及底部也不存在輕微縮孔與縮松現象，如果取一整模的鑄件進行機械性能實驗，屈服強度、拉伸強度以延伸率參數均滿足標準要求。汽車制動卡鉗鑄造工藝改進后的鑄件機械性能如表3所示。

結束語：

對汽車制動卡鉗的鑄造工藝進行優化和改進，鑄件兩端與底部出現縮孔與縮松的幾率明顯降低，而且機械性能也得到進一步改善和提升，直接提高了行車安全指數。近年來，隨著科學技術的迅猛發展，汽車制動卡鉗的鑄造工藝也在不斷歷經改進與創新過程，工藝水平與技術成果與發達國家之間的差距也越來越小。

參考文獻：

[1]鄭毛毛，孫首群，張昌昌， 等.汽車制動卡鉗的鑄造工藝及改進[J].農業裝備與車輛工程，2019，57（6）：86-89.

[2]范梅梅，黃平，劉雁， 等.汽車制動卡鉗酸性鍍鋅及鋅鎳合金的性能[J].電鍍與涂飾，2016，35（3）：149-153.