交通產(chǎn)生的微粒排放量很高，尤其是在城市。歐盟委員會認為，這種排放水平過高，因此要求通過引入歐7排放標準來大幅降低排放水平。微粒排放主要是由輪胎和剎車磨損造成的。因此，解決排放問題的有效方法是使用硬涂層制動盤，這種制動盤可減少高達90%的磨損。
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增加了磨削工藝的復(fù)雜性
Jannik R?ttger解釋了加工硬涂層制動盤所面臨的特殊挑戰(zhàn)。今年9月，他從亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH Aachen University）的研究崗位調(diào)到德國西南部的薩拉赫，擔(dān)任埃馬克磨削技術(shù)部的新主管：“簡單地說，硬涂層制動盤在磨床中的作用與在低排放汽車中的作用完全相同——在不損失材料的情況下產(chǎn)生強大的制動效果，”R?ttger說，“然而，我們需要在磨削過程中實現(xiàn)完全相反的效果。我們的目標是在盡可能短的時間內(nèi)去除材料，以獲得所需的幾何形狀和表面特性。”
正如這位磨削專家所解釋的那樣，硬質(zhì)涂層由相對較軟的基體和作為硬質(zhì)材料的碳化物組成。這兩種材料具有根本不同的加工特性。通常情況下，磨削工具是針對其中一種或另一種材料的特性進行優(yōu)化的。新材料使得開發(fā)合適的砂輪盤成為一大挑戰(zhàn)。由于涉及到加工力，設(shè)計機床的靜態(tài)和動態(tài)特性以及主軸驅(qū)動變得非常復(fù)雜。
此外，影響硬質(zhì)材料層加工性能的不僅是硬質(zhì)材料和基體的體積成分，還有涂層工藝。
以激光沉積焊接為例，R?ttger列舉了激光功率和相對速度等工藝參數(shù)。激光的熱能可能導(dǎo)致制動盤變形。在隨后的打磨過程中必須考慮到這一點。因此，必須將未加工部件鑄造后的整個工藝鏈，即車削、激光涂層和打磨以及由此造成的車輛功能特性，作為一個整體系統(tǒng)加以考慮和優(yōu)化。
在對制動盤進行激光噴涂時，會以高進給量和高激光功率將特殊金屬粉末（通常含有碳化物）噴涂到制動盤上
02
整個加工鏈的制造解決方案
埃馬克表示，它可為鑄造工藝后加工鏈中的每個環(huán)節(jié)提供制造解決方案。這使其能夠在自己的車床、激光機和磨床上評估不同制造工藝之間的具體相互作用。據(jù)R?ttger介紹，設(shè)計師、生產(chǎn)工程師和材料科學(xué)家組成跨學(xué)科團隊，共同開展研發(fā)工作，以了解設(shè)定參數(shù)和結(jié)果參數(shù)之間的因果關(guān)系。亞琛工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家和新成立的HPL技術(shù)公司的涂層系統(tǒng)開發(fā)人員等外部專家也參與其中。
Supfina Grieshaber公司研發(fā)主管Michael W?hrle也深信跨學(xué)科和跨公司合作的好處。該公司早在2019年就開始開發(fā)磨削硬涂層制動盤的工藝。W?hrle 說：“從一開始，我們就認為與開發(fā)伙伴密切合作是在規(guī)定時間內(nèi)滿足歐盟歐7要求的唯一途徑。我們必須摸著石頭過河，例如，看看粉末制造商能帶來什么，考慮不同的噴涂工藝，最終決定哪些是現(xiàn)實的，哪些是可以排除的，因為對于大眾市場來說，成本太高了。”
Supfina沒有排除任何技術(shù)，但主要關(guān)注激光沉積焊接和冷噴涂工藝。起初，他們幾乎每周都要與涂層專家會面。W?hrle說：“我們看到了前所未有的創(chuàng)新速度。然而，政府是否會做出改變以及改變的內(nèi)容是什么，這些始終存在的不確定性被認為是一種負擔(dān)。不過，W?hrle認為，無論是對人類健康還是對環(huán)境而言，減少顆粒物污染都是絕對必要的。他也承認“如果沒有新的法規(guī)，我們不會像現(xiàn)在這樣走得這么遠”。
03經(jīng)濟型加工的雙面磨削
歐洲每年生產(chǎn)近1億個制動盤，其中約一半銷售給汽車制造商，另一半則銷往零配件市場。專家認為，汽車行業(yè)將需要投資數(shù)十億美元來生產(chǎn)可減少微塵含量且環(huán)保的制動盤。W?hrle說：“直到最近，一些制動盤還非常便宜，甚至可以按噸出售?，F(xiàn)在，昂貴的原材料和工藝已經(jīng)加入其中，同時也帶來了開發(fā)適合大眾市場的產(chǎn)品的挑戰(zhàn)?！睋?jù)W?hrle稱，雙面磨削之所以受到機床制造商的青睞，是因為它能保證同時加工兩個摩擦環(huán)表面、高產(chǎn)能和短周期。Supfina最近推出了新型機床Planet BD，目前已有許多知名客戶在使用。W?hrle指出，這是一款針對單一產(chǎn)品（即未來的制動盤）開發(fā)的磨床。
雙面磨削可同時加工兩個摩擦環(huán)表面，產(chǎn)量高，周期短，是Supfina加工“未來制動盤”的首選
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這種機床還將用于加工電動汽車的制動盤。純電動汽車的制動頻率要低得多，力度也要小得多，因為電動機的恢復(fù)通常可以提供足夠的制動力。不過，這也帶來了“使用不足”的制動系統(tǒng)開始生銹的風(fēng)險，尤其是在潮濕的天氣條件下。涂層制動盤也能幫助解決這一問題。W?hrle確信，涂層可以適應(yīng)制動性能和制動循環(huán)次數(shù)方面略低的要求。涂層中昂貴成分的數(shù)量可以減少或替換，從而使系統(tǒng)的成本效益更高，盡管性能略有降低。通過歐7壓力測試所獲得的經(jīng)驗將確保磨削專家為實現(xiàn)這一目標做好充分準備。
