本发明涉及一促制动鼓，具体来说，这种制动鼓适用于汽车，并通过一嵌入式加固组件形成一种复合结构来加固。本发明还涉及上述复合制动鼓的铸造方法。 用于汽车如重型卡车的制动鼓一般用灰铸铁制造，在要求精确的尺寸和表面上进行机加工。虽然铁制的制动鼓性能已相当令人满意，但是，制动系统的设计者还在不断地努力提高其性能，降低其成本，提高其疲劳寿命并减轻其重量。普通全铁的制动鼓的一个具体缺点是易于热裂和形成裂纹，这最终可能导致制动鼓故障。
作为改进制动鼓的一种措施，已有人提出各种复合结构，其中，为了加固而在铁中加入钢。例如，按照美国专利2，316，029号，在板材冲压制成的钟形外壳内用离心铸造法制成铁质内部，以形成制动鼓的摩擦面。虽然这种结构的制动鼓性能令人满意，但是钢制加强层并不处在最佳位置，这是由于制动瓦作用在制动鼓上的很高的弯曲应力很靠近制动面的内圆柱形面，而那里才最适于采用钢制加强结构。另外，这种制动鼓地制造需要专用机械和特殊的加工步序。
过去去另一种解决方案是采用一种外部作用加固件，例如美国专利3，841，448号中的那种钢带。这种方案也需要专用加工设备，而且钢加固件也不处于最佳位置。另外，制动鼓和加固件之间的界面需要精加工，在零件间提供良好的接合可能很困难。
美国专利2，111，709号提出在铁制动鼓结构中嵌入钢丝环。虽然这种结构可能改善现有技术中的那种全铁制动鼓，但是，单环所提供的加固作用只是发生在制动鼓的开口部位。另外，上述专利未公开在造型过程中使加固件定位的装置。单个加固环大的横截面积使铁和钢环间接合不良，这是由于环的吸热所致。
美国专利4，858，731号共同转让给本发明的受让人，按照该专利的制动鼓采用一种钢丝制成笼式加固组件，用铸造到位的方法基本嵌在灰铸铁制动鼓之内。设置定位钢丝以便在铸造过程中使加固结构相对于铸型腔定位。由于加固组件的钢材有比灰铸铁大得多的弹性模量，这种加固方式增加了复合制动鼓结构的强度，因而减小了因负载而产生的机械挠度。虽然这种制动鼓较之以往的制动鼓有所改进，但是当使加固结构定位时，加固结构的定位钢丝却位于两个铸型半模上。因此，定位钢丝跨过铸型的分型线，在维持加固结构相对于制动鼓的机加工过的负荷或摩擦面的定位误差方面会产生问题。
另外，定位钢丝的内端要求具有精确的直径，这种端部要与两个铸型半模接触。此外，在本申请人以前的设计中当将两个半模放在一块时，易使型砂自由碎裂而导致成品的缺陷。
本发明的目的是提供一种改进的复合制鼓及其铸造方法。
按照本发明的一个方面，一种用于汽车的复合制动鼓，它包括：
用于将所述制动鼓安装在汽车车轴结构上以便绕转动轴线转动的一安装平台;
接连所述安装平台，形成所述制动鼓的一开口端和一封闭端并构成内圆柱形制动摩擦面的一圆柱形侧部，该圆柱形侧部具有一基本嵌入其内的加强结构，并包括至少两个周向绕所述制动鼓延伸且与所述转动轴线共轴的环，所述环由两个或更多轴向延伸的定位钢丝连接在一起并相对于所述转动轴线轴向间隔开来，所述定位钢丝具有使所述加强结构在第一和第二铸型半模间的铸型腔中定位的两个端部，定位钢丝的这两个端部只与一个共同的铸型半模接合从而将所加强结构相对于唯一的所述共同的铸型半模在铸型腔中定位，所述定位钢丝的至少一端超越所述环轴向延伸并与所述共同的铸型半模接触。
在上述复合制动鼓中，所述轴向延伸的端部可以包括一基本凹形的接触部分，用于接触一段所述共同的铸型半模。所述接触部分可以包括一凸起，该凸起向所述环内朝着所述转动轴线斜向延伸，所述凸起连接于一个接触段，该接触段具有一个基本轴向延伸的部分，用于接触所述共同的铸型半模。所述接触段可以一斜向向外延伸的端部终止。所述定位钢丝的一端可以形成一环形端，该环形端接触所述共同的铸型半模并使所述加强结构在铸型腔内定位。所述加强结构可以包括三条绕所述环等距间隔开的定位钢丝。所述环在轴向间隔开来，其中一个环邻近所述制动鼓的开口端，另一环邻近所述制动鼓的封闭端。所述加强结构可以包括六个环。所述环可以由钢丝构成。所述定位钢丝可以焊接在所述环上。所述加强结构可以接触所述共同的铸型半模，所述共同的铸型半模可以是阳半模。
按照本发明的另一个方面，提出一种铸造复合制动鼓的方法，这种复合制动鼓包括用于将所述制动鼓安装在汽车车轴结构上以便绕转动轴线转动的一安装平台，接连所述安装平台，形成所述制动鼓的一开口端和一封闭端并构成一制动摩擦内表面的一圆柱形侧部，所述圆柱形侧部具有一基本嵌入其内的加强结构，并包括至少两个周向绕所述制动鼓延伸且与所述转动轴线共轴的环，所述环由两个或更多轴向延伸的定位钢丝连接在一起并相对于所述转动轴线轴向间隔开来，所述定位钢丝具有使所述加强结构在第一和第二铸型半模之间形成的铸型腔中定位的两个端部，所述定位钢丝的这两个端部只接合同一铸型半模以便使所述加强结构在铸型腔中只相对于一个铸型半模定位，所述定位钢丝中的至少一端轴向超越所述环延伸并接触上述同一铸型半模，所述方法包括：
设置一个第一铸型半模具有一个形成制动鼓之一部分的表面;
设置一加固结构;
使所述加固结构定位，与所述第一铸型半模接触从而使所述加固结构只相对于所述第一铸型半模定位;
设置一个第二铸型半模，该铸型半模具有一个形成制动鼓之一部分的表面;
将所述第二铸型半模相对于所述第一铸型半模定位以便形成一个铸型，该铸型有一个铸型腔，该铸型腔呈现基本形成所述制动鼓之一部分的表面，并基本包住所述加固结构而使所述第二铸型半模不接触所加固结构;
浇铸所述复合制动鼓;以及
从所述铸型中取出所述复合制动鼓。
上述方法还可以包括从所述第一铸型半模表面除去散松的颗粒以清洁所述第一铸型半模表面的步骤。
在上述方法中，所述清洁步骤可以在定位所述加固结构使其与所述第一铸型半模接触之后进行。所述清洁步骤可以通过在所述第一铸型半模表面上吹送一种鼓风介质的方式进行。所述第一铸型半模可以是阳半模。在上述方法中，可以通过基本在水平方向上的运动来使所述第二铸型半模在所述第一铸型半模上定位。在浇铸所述复合制动鼓时所述转动轴线基本在水平方向上。所述加固结构可以经过定位与所述第一铸型半模接触，因此，所述定位钢丝之一的指向从所述转动轴线基本垂直向下。
本发明具有许多显著的优点，按照本发明的复合制动鼓最好采用由钢丝制成的笼式加固组件，在铸造中定位，使其基本嵌在灰铸铁制动鼓之中。具体来说，本发明改进了加固组件相对于制动鼓的经过机加工的，负荷或制动面的放置和定位。本发明的定位装置使加固组件在铸造过程中相对于两个半模之一精确定位，因而不跨过铸型的分型线，也不要求在定位端跨越两个半模的分隔部分。这样准确定位后，加固组件消除了会减少制动鼓寿命的公差问题。
这种定位装置可以在加固组件装入铸型前方便地修正和精确地调整加固组件，这进一步保证了加固组件的精确定位。
本发明另一个优点在于，在合模实际铸造前，把使加固组件定位过程中碎裂的型砂从铸型腔中清理出来。由于本发明的加固组件只与两个半模之一接触，因而当合模时，型砂不会从另一个铸型半模上碎落，所以在合模时铸型腔可免于玷污。由于清理了松散的型砂，从而减小了铸件的孔隙度，相应于增加了制动鼓的强度。
这种加固组件也减少了最终促使制动鼓产生故障的表面热裂和裂纹的产生。复合结构强度提高也减少了生产一定强度的制动鼓所需的用铁量，从而减轻了制动鼓结构的重量。这种加固组件还使加固的部位更靠近制动鼓的加工摩擦面，使其保证在为获得最佳结构效益所需的公差范围之内。加固组件的轴向用于在摩擦面的整个深度范围内加固制动鼓。很重要的一点是，只作微小的改变，使用普通的砂型铸造工艺即可生产本发明的复合制动鼓，因而节省了重新装备的费用。由于本发明的金属加固部分的分布，可以使用较小直径的钢丝，这又使钢丝可迅速加热至接近浇入铸型中铁水的温度。因此，促进了铁和嵌入的钢加固件之间的熔合，减少了铸造循环时间。
参照以下附图，本专业技术人员通过下述对本发明推荐实施例的描述和阅读全部权利要求可以进一步了解本发明的其它特征和优点。
图1所示是按照本发明的汽车用的复合制动鼓结构的立体图;
图2所示是铸造工艺形成的制动鼓一部分的横剖面图;
图3所示是经机加工后复合制动鼓结构的沿图1中3-3线的横剖面图;
图4所示是按照本发明的加固组件的侧视图;
图5是沿图4中5-5线的横剖面图，示出说明本发明的原理的加固结构。
图1至图3最佳地图示了本发明的复合制动鼓10。制动鼓10具有一个安装平台部分12，其形状使制动鼓10可安装在汽车车轴结构（未画）上以便绕转动轴线14转动。安装平台部分12并入一个圆柱形侧面部分16，因此形成一个开口端18和一个封闭端20。一个所谓“振动带”（squeal band）20设置在开口端18附近，形成制动鼓10的径向加厚部分。制动鼓10的内圆柱形摩擦面24通过扩张普通鼓式制动系的制动瓦而接合。
图4和图5所示为按照本发明的加固组件30的结构。加固组件30包括许多（图示为6个）用钢丝材料制成的闭合圆环32。虽然在本发明中采用若干单个圆环，但是也使用基本呈螺旋形的单根连续缠绕的钢丝。
如图4所示，在图向分布的位置上设置轴向延伸的定位钢丝34。定位钢丝34接合于或用其它方式依附于环32，例如可使用铜焊、焊接、锡焊、粘附等方式使其形成整体。定位钢丝34在一轴向端部具有一个径向外翻的环状端部38，而在加一轴向端部具有一个基本偏置的接触部分36。偏置部分36由一个凸起部分40形成而偏置，凸起部分40基本是轴向延伸的定位钢丝向着转动轴线14径向向内延伸的。接着，偏置部分36的一个接触段41继续在轴向延伸直至在向外指向的趾状段42终止。
图2反映了本发明的制动鼓10的铸造方法。如图2所示，一对铸型半模44和46在分型线48分开，形成了一个铸型腔50，其表面构成制动鼓10的外形。如图所示，加固组件30位于铸型腔之内，因此偏置部分36，特别是接触段41的轴向延长部分只与第一个或阳半模46接触，环38装在阳半模46上形成的一凹处52内以便形成振动带22部分。
在以前的制动鼓中，加固组件的位置与两个砂型半模都衔接，这就可能使加固组件的位置沿长度方向从所需间距发生变化，该间距是从摩擦面测量的，产生横跨制动鼓的不均匀强度。本发明则克服了这种缺点。
加固组件30被定位和安装，使得环32的位置和定位只与阳半模46相关联。因此，在将第二个，即阴半模44装配或闭合在阳半模46上之前，加固组件30已完全定位。通过将定位钢丝的接触仅限制于阳半模46的方法，加固组件30在其于铸型腔50内定位时没有横过分型线48（即定位钢丝未从第一个铸型半模46延伸后接触第二个铸型半模44。）由于未跨越分型线48，环32的位置更精确地相对于制动面而固定，如图2和3所示，由于加固组件30只与阳半模相关联，环32精确地相对于摩擦面24的原铸造部分定位。因此，摩擦面24可以加工和精加工，同时将环32保持在允差之内，从而在制动鼓10内形成最佳的，均等分布的强度。
由于定位钢丝34只接合第一个铸型半模46，因而可以提供一个没有松散型砂的清洁的铸型腔，以便铸造制动鼓10。只要当加固组件30接触铸型腔壁时，在接触部位就会形成散砂，这种现象发生在每个接触面积上。在本发明中，加固组件在阳半模46上定位，加固组件30以定位钢丝34相对的两端接触阳半模46。在加固组件30的定位过程中，由于偏置部分的长形接触段41和趾状段42通过轴向和径向延伸的凸起部分40连接于定位钢丝34的其余部分，因而减少了可能碎散的型砂量。随着加固组件移到适当的位置，接触段41能够以导轨或滑板式作用沿铸型半模46滑动。这样，趾状段42终端限制接触段41被拖入铸型半模46。
阴半模44在阳半模46上定位之前，存在于铸型腔50内的任何散砂可被清理从而形成清洁的铸型腔50，以改善铸件的完整性。一般的作法是将砂吹离铸型腔50。在铸造过程中，铸型腔内存在的任何游离的型砂都会使铸件缺陷增多而强度下降。由于定位钢丝34不再接触阴半模44，将阴半模44定位时不会在铸型腔50内产生游离的砂。这时可将铁水倒入铸型腔50，基本埋没加固组件30，同时控制孔隙度以提高制动鼓10的强度。
偏置接触部分36的偏置形状使得加固组件30可以临近铸造之前进行精细的调整和修正。如果需要，通过加固组件30在铸型的整体复制件上的定位，可以方便地检查和调整加固组件30的方向。
图3是精加工完成后，通过制动鼓10的横剖面图。虚线表示制动鼓10原铸件的轮廓。如图所示，摩擦面24经加工后形成一精确的内孔，这需要加工掉接触段41。虽然铁是构成摩擦面24的很好材料，但是，向偏置部分36内进行的机加工面露出的钢的微小横截面沿内表面并不产生有害影响。环面54可被加工掉，形成一个被除去的环部38。
在以前的设计中，需要将定位端嵌入圆柱形侧部16的内表面，并可能使该内表面分裂。由于外表面要承受广泛的应力负荷，需要消除沿该表面的，由于存在机加工定位端而引起的应力集中。另外，也不再需要前述的必须提供的直径。
与普通铸造的制动鼓相比较，复合制动鼓10具有多重结构优点。由于灰铸铁的极端抗拉强度大大小于钢的极限抗拉强度，因此，钢制加固组件30提高了制动鼓的机械强度。由于钢的弹性模量是灰铸铁的大约两倍（即分别为三千万磅/英寸2），因而结构刚性也更好。由于钢的弹性模量大，与其横截面积相比，在制动鼓上的总负荷中，钢不成比例地承载很大部分。因此，当用钢来替代制动鼓10内的灰铸铁时，铁中的应力下降，与只用铁制成的制动鼓相比，复合制动鼓的刚性增大。这种复合结构带来的优点包括：车辆制动驱动器行程减少，制动面磨损耐受度增大。另外，应力的减小阻止了裂纹的产生和扩展。
按照本发明的加固组件30的形状进一步提供的结构优点在于，环32的位置靠近摩擦面24，可以容易地保持在可以接受的公差范围内。虽然应力以许多方向作用在制动鼓上，但是很大的负荷是响应于制动瓦径向向外的行程而作用在制动鼓10的圆柱形侧部16上的。这种负荷沿摩擦面24产生一拉应力，并在制动鼓侧部16的外径向面上产生一拉应力。构成环32的钢具有很好的抗拉强度，由于环32的位置靠近摩擦面24，与抗拉强度相当低的普通灰铸铁中相比，力受到好得多的限制。由于环32的位置沿表面长度基本距摩擦面24是等距的，因而复合制动鼓10的强度横垮整个摩擦面24是均匀增加的。强度的不连续可能导致制动鼓对疲劳的敏感性增大。
虽然以上的描述构成本发明的推荐实施例，但是显然对本发明可以作改进，变型或改变，而并不超出本申请权利要求书中限定的保护范围。