汽車輕量化技術已成為國內外主機廠和供應商較為關注的話題，汽車輕量化不僅對汽車節能減排有著直接貢獻，同時對整車性能的提升也有著重要作用。制動盤是汽車底盤系統重要的安全件，同時也屬于汽車簧下零件。當前行業內制動盤主要為灰鑄鐵材料一體鑄造成型，零件較重。實現制動盤輕量化的主要技術途徑是應用輕量化材料，本文主要對行業內主要應用和研究的制動盤輕量化材料和輕量化技術途徑進行簡述。

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　　1 概述

　　為應對汽車保有量高速增長帶來的能源和環境危機，國內外主機廠將汽車輕量化作為節能減排的重要途徑，研究表明：汽車整備質量降低10%，可實現油耗降低6%～8%，排放降低5%～6%，油耗每減少1L，可降低2.45kg二氧化碳(CO2)排放量。底盤系統零件大部分屬于汽車簧下質量(即非簧載質量)，通過應用輕量化技術對某純電動汽車底盤簧下零件減重10kg，試驗評估整車續航里程可提升約6%以上，電耗可降低2%～4%左右，同時降低簧下質量對制動距離、轉向力、加速、輪胎壽命等整車性能產生積極影響，提升整車駕駛舒適性與安全性。

　　制動盤是盤式制動器的摩擦偶件，除應具有作為構件所需要的強度和剛度外，還應有盡可能高而穩定的摩擦系數，以及適當的耐磨性、耐熱性、散熱性和熱容量等，目前汽車用制動盤主要為灰鑄鐵一體鑄造成型，其質量較大。本文就汽車制動盤輕量化材料及主要技術途徑進行簡析。

　　2 技術途徑

　　制動盤輕量化的技術難點在于保證整車制動性能的前提下實現輕量化。當前，制動盤較為有效的輕量化技術途徑是以應用輕量化材料為主，可減重15%～60%左右，所述的輕量化材料不僅局限于輕質合金材料鋁合金、碳纖陶瓷材料，還包含通過高強減薄來達到一定的輕量化效果的高強鋼板或鑄鋼等鋼質材料(如圖1所示)。

　　制動盤按照工作局域可分為盤帽和摩擦環，盤帽區域主要用于與車輪和輪轂單位連接，摩擦環區域通過與摩擦片貼合使車輛產生制動。制動性能主要由摩擦環與摩擦片的配合決定，基于制動盤結構形式劃分，可將制動盤輕量化技術方式分為3種：第1種為鋁合金/鋼質盤帽+灰鑄鐵摩擦環;第2種為鋁合金盤帽+碳纖增強陶瓷材料摩擦環;第3種為鋁基碳化硅陶瓷制動盤。其中前2種也被稱為復合式制動盤，且均已在行業內成熟應用。

　　3 技術分析

　　3.1 鋁合金材料

　　鋁合金材料具有密度小、質量輕、比熱容大等優點，是汽車實現輕量化的主要途徑，故可用于無摩擦性能要求的制動盤盤帽區域，來實現制動盤的輕量化，成型工藝為常規的鑄造成型，材料可選用汽車上應為較為成熟的A356型鋁合金。由于鋁合金材料摩擦性能較差，故摩擦環沿用常規制動盤應用成熟的灰鑄鐵材料，如HT250和HT200等，以降低復合式制動盤的開發周期和開發難度。鋁盤帽+灰鑄鐵摩擦環復合式制動盤是當前行業內應用最為成熟和廣泛的輕量化制動零件，其輕量化效果達到30%左右，在奧迪、寶馬、凱迪拉克和雷克薩斯等主機廠車型上大量應用。

　　鋁盤帽與灰鑄鐵摩擦環復合連接方式主要有螺栓螺母連接式、鉚釘連接式和一體熔鑄式(如圖2所示)。

　　3.1.1 螺栓螺母連接式

　　如圖3所示，通過一定數量沿制動盤徑向均勻分布的螺栓和螺母，沿制動盤軸向穿過盤帽和摩擦環后進行緊固，是行業內應用最為成熟的分體式制動盤連接方式。螺栓需選用高強度碳鋼材料，推薦螺栓的強度級別不低于12.9級，在組合過程中所有螺栓在安裝時應為相同的擰緊力矩，同時需進行緊固連接防松設計，以避免在長期行車制動過程中螺栓和螺母發生松動。應注意在開發過程中臺架疲勞驗證階段對螺栓螺母進行松緊力矩進行檢測，評估臺架疲勞試驗后螺栓螺母的擰緊力矩衰減情況。

　　在國外高端豪華車型上應用較多的復合浮動式制動盤(如圖4所示)，其盤帽和摩擦環之間的連接方式在理論上也屬于螺栓螺母連接式的一種，主要差別在于對盤帽和摩擦環連接方式上進行了特殊設計。當整車在連續制動工況下導致摩擦環溫度較高時，允許摩擦環在沿制動盤徑向發生輕微移動，即為制動盤提供一定的熱膨脹空間，釋放摩擦環的熱應力，避免制動盤在高溫下出現較大軸向變形，提升制動盤的制動性能。

　　3.1.2 鉚釘連接式

　　在寶馬高端車型應用的一種復合式制動盤，通過沿制動盤軸向均勻分布的多個鉚釘將盤帽和摩擦環鎖定在一起，通過鋁質盤帽實現輕量化，摩擦環仍沿用灰鑄鐵材料(如圖5所示)。其結構為凹型盤帽扣在摩擦環上，鉚釘從側面(制動盤徑向)穿過盤帽和摩擦環后進行鎖緊，鉚釘以高強鋼質材料為主，以保證具有足夠的連接強度，其外觀整體上與常規的一體式灰鑄鐵制動盤較為接近。

　　3.1.3 一體熔鑄式

　　一體式熔鑄制動盤是也是通過應用鋁合金盤帽來達到減重效果，生產過程中先將已鑄造成型的灰鑄鐵制動盤放入鋁盤帽的鑄造模具后再進行盤帽鑄造，減少了盤帽和摩擦環裝配組合工序(如圖6所示)。一體式熔鑄制動盤與分體式制動盤的輕量化途徑相同，但其對盤帽和摩擦環配合區域進行更大的優化，如在盤帽和摩擦環配合連接位置增加通風孔，進一步減輕了制動盤質量，實現更優的輕量化效果。

　　盤帽與摩擦環的連接方式有銷/釘和無銷/釘2種，無銷釘的結構形式是在盤帽鑄造成型時直接摩將盤帽鑄進摩擦環已設計好的組裝孔內，盤帽鑄進摩擦環的部分承擔著連接結構的作用，減少了零件數量和工藝過程;有銷/釘的結構形式的是在摩擦環鑄造前將銷/釘放入摩擦環模具內，使銷/釘的一端鑄造在摩擦環內，然后再隨摩擦環一同放入盤帽鑄造模具內，使銷/釘的另一端鑄造在盤帽內，實現摩擦環與盤帽的連接。

　　3.2 鋼質材料

　　鋼質材料在制動盤上的應用方式與鋁合金的應用方式相似，通過盤帽應用高強度的鋼質材料進行減薄設計來實現減重，其輕量化效果可達到15%以上。

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