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摘要:介绍了我国薄片状摩擦制品的制作技术研究现状和普通摩擦材料制作工艺,同时,利用普通材料作配方,对薄片状摩擦制品的制作工艺作了积极的探索,确定了制作工艺路线,并试制了合格的薄片状摩擦制品。
关键词:摩擦制品 摩擦材料 组份 制作工艺
Thin laminated friction product manufacture engineer testing
Hu Kunfang
Abstract:Introduced our country thin laminated shape friction product manufacture engineering research present situation and the ordinary friction material manufacture craft,simultaneously,the use ordinary material makes the formula,has made the positive exploration to the thin laminated friction product manufacture craft,had determined the manufacture craft route,and has trial produced the qualified thin laminated friction product.
Keywords:Thin sheet of friction products Friction Materials ProductionProcess Performance Test
【中图分类号】G712【文献标识码】C 【文章编号】1009-9646(2009)08-0122-02
1.国内外摩擦材料及薄片状制品制作技术研究现状
制动器衬片(俗称刹车片)是汽车、运载机械等制动器的关键零件,关系到机械设备运行的安全性,其发展与汽车、运载机械工业的发展是紧密相关的。它的作用是吸收运载机械运行的动能,将运动的动能转化为热能和其他形式的能量,从而使机械制动,性能好坏决定了制动的可靠性和稳定性。
当前,国外发达国家特别是欧、美发达国家,对石棉摩擦材料已经严格禁止使用。目前我国相当多的制动器材料仍含有石棉纤维,国外无石棉制动器材料所占的比例高达90%。我国的无石棉汽车摩擦材料是从国外技术引进的基础上发展起来,无石棉汽车摩擦材料在技术、生产、装备以及研究等方面与国外比存在相当大的差距。一般而言树脂粘结摩擦材料往往由于十多种以上的组分够成,组分材料的性能差异很大。导致制动材料组分、制造工艺与产品性能之间的关系非常复杂,因此,目前汽车制动件的生产工艺及性能研究依然是国内外研究的侧重面;而且,薄片状制动件在制作过程中,形状的完整性和精度难以保证,该制件的工艺的创新研究工作依然比较薄弱,大多在提高或改善传统工艺的自动化水平、工艺过程和工艺参数控制、装备技术劳动条件等方面进行,对与新工艺相关的基础研究不够,从而缺乏制动件生产新工艺或技术。
2.摩擦材料的结构与组成
摩擦材料构成属于多元复合材料,它主要包括三部分:粘结剂、增强组分、摩擦性能调节剂(填料);粘结剂主要为高分子化合物;增强组分为有机纤维、无机纤维、金属纤维等;摩擦性能调节剂(填料)包括无机非金属矿物质、有机物、金属等。
摩擦材料所用的粘结剂多为有机粘结剂,包括酚醛树脂和合成橡胶,以酚醛树脂为主。它们的特点是当处于一定加热温度下时先呈软化而后进入粘流态,产生流动性并均匀分布在材料中形成材料的基体,最后通过树脂固化作用和橡胶硫化作用,把纤维和填料粘结在一起,形成质地致密的有相当强度及能满足摩擦材料使用性能要求的摩擦制品。
纤维增强材料构成摩擦材料的基材,它赋予摩擦制品足够的机械强度,使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷以及使用过程中由于制动和传动所产生的冲击力、剪切力、压力、离合器片高速旋转的作用力,避免发生破坏和破裂。为了满足这些强度性能要求,我们要选择合适的纤维品种。由于摩擦材料制品在工作中长期处于高温工作区,故而多数应用无机纤维和高性能的有机维。无机纤维包括天然矿物类纤维,如石棉纤维、海泡石等;金属纤维,如钢纤纤维、铜纤维等;人造矿棉和无机纤维,如陶瓷纤维、玻璃纤维等。
3.摩擦材料制品的生产工艺
摩擦材料制品的生产工艺过程的主要步聚如下:
压塑料的制备→预成型→热压成型→热处理→机械加工(磨饰、倒角、钻孔等),对于盘式片,还应包括盘式片的钢背处理和准备工序。
3.1 压塑料的制备。传统上,根据压塑料的制备工序,粘合剂为干态形式还是湿态形式,分为干法和湿法生产工艺两大类。干法工艺分为直接混合法和热辊炼法两种,湿法工艺包括直接混合法、浸渍法两种。
3.2 预成型。压塑料在热压成型之前,为了减小压塑料的粉尘扩散,减少热压成型的操作时间,提高生产效率;减少压塑料的体积,缩小热压模的加料腔的体积,节省了模具加热的电耗。先将其在常温下或较低温度于一定压力条件下压制成紧密而不易破碎的型坯,(冷坯),型坯的形状与其热压制品相同(轮廓民尺寸稍小),它不改变压塑料的物化性质。这道工序称为预成型工序。
3.3 预热和干燥。压塑料的干燥并非必需的要求,预热和干燥的好处在于:
①压塑料在预热过程中,其树脂可进一步缩合,因此缩短了压塑料在压模内的固化时间及压制周期;
②预热过程中压塑料中一部分水分和挥发物被除去,有效减少压制片起泡等弊病,降低制品的次品和废品率;
③可改善制品的物理机械性能,特别是热稳定性;
④可提高压塑料在热压过程中的流动性。
3.4 钢背的准备。
本课题摩擦制品由摩擦片和钢背相结合而成,为盘式刹车片,钢背的作用是提高制品的机械强度和使用寿命。经过表面处理的钢背经涂胶后与压塑料一起热压,在合适的工艺条件下制成盘式摩擦制品。盘式片在制动工作时,经受着强烈的剪切力作用,当摩擦片和钢背之间的粘结力小于制动造成的剪切力时,会导致摩擦片与钢背分离,摩擦片多钢背上脱落,而产生制动事故。所以经剪裁、整平的钢背件还需要进行表面处理并按要求涂胶,以保证摩擦片和钢背粘结劳固,保证制品质量。
3.5 热压成型固化工艺。
热压成型固化,是将压塑料粉放入已加热到一定温度的模具中,经过合模加压,使其在压模中成型并固化,由此获得各种压制品。它的工艺特点是压塑料的压制成型和加热固化在压模中进行。
4.薄片状摩擦制品的制作技术试验
制品几何参数及实际工作条件:厂家提供制品工作条件:浸泡在3号精密仪表油SH454——92中工作,工作温度为-55℃~+200 ℃,相对转速为270r/min。对磨材料左侧是CrWMn,硬度为HRC40~45,粗糙度Ra为0.8;右侧30CrMnSiA,硬度为HRC27~35,粗糙度Ra为0.4。给减磨片端面施加的压的载荷为9228N,静摩擦系数≤0.07,要求具有很好的耐磨性的减磨层厚度(不小于0.2)。
制品特征:
①厚度小(1.2mm),在制作过程中形状的完整性难以保证。
②精度要求高,制品平面度不大于0.04,表面相互平行度不大于0.08,成型加工难度大。
③制品质轻,强度好,耐磨,孔隙率低,噪声低,有适宜而稳定的摩擦系数。
5.性能试验
性能试验包括摩擦磨损实验和冲击强度实验,摩擦磨损实验的测试条件按照GB5763-86“汽车用制动器衬片”的规定,采用SD—MSM型定速式摩擦试验机进行摩擦磨损实验。采用厚度法计算磨损量,测试过程由计算机控制,自动记录摩擦系数,温度曲线,打印完整的实验报告。每次实验使用两个25×25mm,厚度为5～7mm试片,要求厚度差小于02mm,不允许起泡。
制动摩擦材料除了要具有良好的摩擦磨损性能之外,还必须具有适当的机械强度,而且具有适当机械强度的摩擦材料,反过来会改善其摩擦磨损性能。对摩擦材料,人们通常采用冲击强度来评价其在高速冲击状态下的韧性或抵抗断裂的能力,以判断产品的质量。本试验冲击强度参照GB5765-86《摩擦材料冲击强度测试方法》,采用咸阳新益摩擦密封设备有限公司生产的冲击强度试验机进行测定。
参考文献
[1] 汤希庆、司万宝、王铁山编著.摩擦材料实用生产技术,中国摩擦密封材料协会
[2] 石志刚.国外汽车摩擦材料工业的新进展,非金属矿,2001,Vol.24.NO.2
[3] 盛钢、马保吉.制动摩擦材料研究的现状与发展.西安工业学院学报,Vol.20,No.2,June 2000
关键词:摩擦制品 摩擦材料 组份 制作工艺
Thin laminated friction product manufacture engineer testing
Hu Kunfang
Abstract:Introduced our country thin laminated shape friction product manufacture engineering research present situation and the ordinary friction material manufacture craft,simultaneously,the use ordinary material makes the formula,has made the positive exploration to the thin laminated friction product manufacture craft,had determined the manufacture craft route,and has trial produced the qualified thin laminated friction product.
Keywords:Thin sheet of friction products Friction Materials ProductionProcess Performance Test
【中图分类号】G712【文献标识码】C 【文章编号】1009-9646(2009)08-0122-02
1.国内外摩擦材料及薄片状制品制作技术研究现状
制动器衬片(俗称刹车片)是汽车、运载机械等制动器的关键零件,关系到机械设备运行的安全性,其发展与汽车、运载机械工业的发展是紧密相关的。它的作用是吸收运载机械运行的动能,将运动的动能转化为热能和其他形式的能量,从而使机械制动,性能好坏决定了制动的可靠性和稳定性。
当前,国外发达国家特别是欧、美发达国家,对石棉摩擦材料已经严格禁止使用。目前我国相当多的制动器材料仍含有石棉纤维,国外无石棉制动器材料所占的比例高达90%。我国的无石棉汽车摩擦材料是从国外技术引进的基础上发展起来,无石棉汽车摩擦材料在技术、生产、装备以及研究等方面与国外比存在相当大的差距。一般而言树脂粘结摩擦材料往往由于十多种以上的组分够成,组分材料的性能差异很大。导致制动材料组分、制造工艺与产品性能之间的关系非常复杂,因此,目前汽车制动件的生产工艺及性能研究依然是国内外研究的侧重面;而且,薄片状制动件在制作过程中,形状的完整性和精度难以保证,该制件的工艺的创新研究工作依然比较薄弱,大多在提高或改善传统工艺的自动化水平、工艺过程和工艺参数控制、装备技术劳动条件等方面进行,对与新工艺相关的基础研究不够,从而缺乏制动件生产新工艺或技术。
2.摩擦材料的结构与组成
摩擦材料构成属于多元复合材料,它主要包括三部分:粘结剂、增强组分、摩擦性能调节剂(填料);粘结剂主要为高分子化合物;增强组分为有机纤维、无机纤维、金属纤维等;摩擦性能调节剂(填料)包括无机非金属矿物质、有机物、金属等。
摩擦材料所用的粘结剂多为有机粘结剂,包括酚醛树脂和合成橡胶,以酚醛树脂为主。它们的特点是当处于一定加热温度下时先呈软化而后进入粘流态,产生流动性并均匀分布在材料中形成材料的基体,最后通过树脂固化作用和橡胶硫化作用,把纤维和填料粘结在一起,形成质地致密的有相当强度及能满足摩擦材料使用性能要求的摩擦制品。
纤维增强材料构成摩擦材料的基材,它赋予摩擦制品足够的机械强度,使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷以及使用过程中由于制动和传动所产生的冲击力、剪切力、压力、离合器片高速旋转的作用力,避免发生破坏和破裂。为了满足这些强度性能要求,我们要选择合适的纤维品种。由于摩擦材料制品在工作中长期处于高温工作区,故而多数应用无机纤维和高性能的有机维。无机纤维包括天然矿物类纤维,如石棉纤维、海泡石等;金属纤维,如钢纤纤维、铜纤维等;人造矿棉和无机纤维,如陶瓷纤维、玻璃纤维等。
3.摩擦材料制品的生产工艺
摩擦材料制品的生产工艺过程的主要步聚如下:
压塑料的制备→预成型→热压成型→热处理→机械加工(磨饰、倒角、钻孔等),对于盘式片,还应包括盘式片的钢背处理和准备工序。
3.1 压塑料的制备。传统上,根据压塑料的制备工序,粘合剂为干态形式还是湿态形式,分为干法和湿法生产工艺两大类。干法工艺分为直接混合法和热辊炼法两种,湿法工艺包括直接混合法、浸渍法两种。
3.2 预成型。压塑料在热压成型之前,为了减小压塑料的粉尘扩散,减少热压成型的操作时间,提高生产效率;减少压塑料的体积,缩小热压模的加料腔的体积,节省了模具加热的电耗。先将其在常温下或较低温度于一定压力条件下压制成紧密而不易破碎的型坯,(冷坯),型坯的形状与其热压制品相同(轮廓民尺寸稍小),它不改变压塑料的物化性质。这道工序称为预成型工序。
3.3 预热和干燥。压塑料的干燥并非必需的要求,预热和干燥的好处在于:
①压塑料在预热过程中,其树脂可进一步缩合,因此缩短了压塑料在压模内的固化时间及压制周期;
②预热过程中压塑料中一部分水分和挥发物被除去,有效减少压制片起泡等弊病,降低制品的次品和废品率;
③可改善制品的物理机械性能,特别是热稳定性;
④可提高压塑料在热压过程中的流动性。
3.4 钢背的准备。
本课题摩擦制品由摩擦片和钢背相结合而成,为盘式刹车片,钢背的作用是提高制品的机械强度和使用寿命。经过表面处理的钢背经涂胶后与压塑料一起热压,在合适的工艺条件下制成盘式摩擦制品。盘式片在制动工作时,经受着强烈的剪切力作用,当摩擦片和钢背之间的粘结力小于制动造成的剪切力时,会导致摩擦片与钢背分离,摩擦片多钢背上脱落,而产生制动事故。所以经剪裁、整平的钢背件还需要进行表面处理并按要求涂胶,以保证摩擦片和钢背粘结劳固,保证制品质量。
3.5 热压成型固化工艺。
热压成型固化,是将压塑料粉放入已加热到一定温度的模具中,经过合模加压,使其在压模中成型并固化,由此获得各种压制品。它的工艺特点是压塑料的压制成型和加热固化在压模中进行。
4.薄片状摩擦制品的制作技术试验
制品几何参数及实际工作条件:厂家提供制品工作条件:浸泡在3号精密仪表油SH454——92中工作,工作温度为-55℃~+200 ℃,相对转速为270r/min。对磨材料左侧是CrWMn,硬度为HRC40~45,粗糙度Ra为0.8;右侧30CrMnSiA,硬度为HRC27~35,粗糙度Ra为0.4。给减磨片端面施加的压的载荷为9228N,静摩擦系数≤0.07,要求具有很好的耐磨性的减磨层厚度(不小于0.2)。
制品特征:
①厚度小(1.2mm),在制作过程中形状的完整性难以保证。
②精度要求高,制品平面度不大于0.04,表面相互平行度不大于0.08,成型加工难度大。
③制品质轻,强度好,耐磨,孔隙率低,噪声低,有适宜而稳定的摩擦系数。
5.性能试验
性能试验包括摩擦磨损实验和冲击强度实验,摩擦磨损实验的测试条件按照GB5763-86“汽车用制动器衬片”的规定,采用SD—MSM型定速式摩擦试验机进行摩擦磨损实验。采用厚度法计算磨损量,测试过程由计算机控制,自动记录摩擦系数,温度曲线,打印完整的实验报告。每次实验使用两个25×25mm,厚度为5～7mm试片,要求厚度差小于02mm,不允许起泡。
制动摩擦材料除了要具有良好的摩擦磨损性能之外,还必须具有适当的机械强度,而且具有适当机械强度的摩擦材料,反过来会改善其摩擦磨损性能。对摩擦材料,人们通常采用冲击强度来评价其在高速冲击状态下的韧性或抵抗断裂的能力,以判断产品的质量。本试验冲击强度参照GB5765-86《摩擦材料冲击强度测试方法》,采用咸阳新益摩擦密封设备有限公司生产的冲击强度试验机进行测定。
参考文献
[1] 汤希庆、司万宝、王铁山编著.摩擦材料实用生产技术,中国摩擦密封材料协会
[2] 石志刚.国外汽车摩擦材料工业的新进展,非金属矿,2001,Vol.24.NO.2
[3] 盛钢、马保吉.制动摩擦材料研究的现状与发展.西安工业学院学报,Vol.20,No.2,June 2000