Способ изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси

 

Использование: изготовление тормозных колодок и накладок для железнодорожного и автомобильного транспорта, тракторов, грузоподъемных и других механизмов. Сущность изобретения: способ изготовления функциональных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и целевые компоненты, включает прессование асбополимерной смеси в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего прессформе до достижения твердости, составляющей 30-35% от требуемой твердости готового функционального изделия. Преследующую термообработку в печи ведут при повышающейся температуре - от температуры размягчения до температуры отвержения полимерного связующего в течение 3-8 часов до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями. Пресс-форму нагревают до температуры 60^oC-120^oC в зависимости от температуры размягчения полимерного связующего. Время прессования составляет 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси. Давление прессования устанавливают 60 МПа при требуемой твердости НВ 15 по Бринеллю. Термообработку в печи ведут от температуры 60^oC-120^oC до 170^oC или 220^oC в зависимости от вида полимерного связующего смоляного или каучукового, соответственно. При использовании комбинированного полимерного связующего, включающего каучук и фенолформальдегидную смолу, температурные режимы устанавливают по наибольшим температурам полимерных связующих. Новый способ позволяет расширить ассортимент изготовляемых фрикционных изделий и снизить энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к асботехнической промышленности, в частности к способам изготовления фрикционных изделий, и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок и накладок для железнодорожного и автомобильного транспорта, тракторов, грузоподъемных и других механизмов.

Известен способ изготовления фрикционных механизмов для железнодорожного и автомобильного транспорта по патенту [1] В известном способе асбополимерную смесь, содержащую в качестве основных компонентов асбестовое волокно, полимерное связующее фенолформальдегидную смолу, наполнители, ускорители и другие компоненты, прессуют при комнатной температуре и термообрабатывают в печи без давления при повышающейся температуре от 150^oC до 230^oC в течение 10 часов с последующей выдержкой при конечной температуре в течение 6 часов.

Недостатками известного способа являются следующие.

Ограниченность его применения, т.е. невозможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями, большие энергозатраты.

Ограниченность применения известного способа обусловлена тем, что асбополимерную смесь прессуют в холодной (при комнатной температуре) пресс-форме, в результате чего полимерное связующее не размягчается и плохо обволакивает асбестовое волокно, асбополимерная смесь после прессования имеет низкую твердость, а после термообработки готовое фрикционное изделие имеет твердость, не превышающую НВ 25 по Бринеллю. Так, например, тормозные колодки к легковым автомобилям "Москвич", "Запорожец" должны иметь НВ 30-44, а к трактору ДТ-75 НВ 35-50.

Таким образом, известный способ не может быть использован для изготовления тормозных колодок к указанным транспортным средствам, а следовательно, имеет ограниченность применения.

Большие энергозатраты известного способа обусловлены длительностью цикла термообработки, который составляет 16 часов.

Известен также способ изготовления фрикционных изделий тормозных колодок к легковому автомобилю "Жигули" [2] В известном способе асбополимерную смесь массой 100 г, содержащую асбестовое волокно, полимерное связующее каучук или фенолформальдегидную смолу, наполнители и другие целевые компоненты, прессуют в нагретой до 55^oC пресс-форме под давлением 90 МПа в течение 1-1,5 минут (60-90 секунд) и термообрабатывают в печи при повышающейся температуре от 80^oC до 200^oC в течение 20 часов.

Недостатками известного способа являются следующие.

Ограниченность его применения, т.е. невозможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями; большие энергозатраты.

Ограниченность применения известного способа обусловлена тем, что нагрев асбополимерной смеси до 55^oC не обеспечивает размягчения полимерного связующего, так, например, для каучукового связующего температура размягчения составляет 80-100^oC, а для смоляного (60-120^oC) в зависимости от марки, в результате чего асбестовое волокно плохо обволакивается полимерным связующим, а после термообработки готовое фрикционное изделие имеет твердость, не превышающую НВ 35 по Бринеллю. Таким образом, известным способом нельзя изготовить тормозные колодки к трактору ДТ-75 с НВ 35-50, а также тормозные колодки к грузовым автомобилям и железнодорожному транспорту, масса которых составляет 700-3000 г, так как отсутствует критерий правильности выбора режимов прессования (время, давление) и термообработки (температура, время).

Большие энергозатраты известного способа обусловлены длительностью цикла термообработки, который составляет 20 часов.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение ассортимента изготовляемых фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и другие целевые компоненты, включающем прессование асбополимерной смеси в нагретой прессформе и термообработку в печи при повышающейся температуре, прессование асбополимерной смеси осуществляют в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего пресс-форме до достижения твердости, составляющей 30-35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия, а термообработку в печи ведут в диапазоне температур от температуры размягчения до температуры отвердения полимерного связующего в течение 3-8 часов до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями.

Кроме того, пресс-форму нагревают до температуры 60-120^oC, время прессования устанавливают 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси и изменяют пропорционально массе, а давление прессования устанавливают 60 МПа при требуемой твердости готового изделия НВ 15 и изменяют пропорционально требуемой твердости готового изделия НВ 15 и изменяют пропорционально требуемой твердости.

Следующее отличие состоит в том, что термообработку в печи ведут от температуры 60-120^oC до 170^oC или 220^oC в зависимости от смоляного или каучукового связующего, соответственно. В случае использования комбинированного полимерного связующего, включающего фенолформальдегидную смолу и каучук, прессование асбополимерной смеси и термообработку в печи ведут при температурах, соответствующих наибольшим температурам размягчения связующих.

Нагрев пресс-формы до температуры размягчения полимерного связующего обеспечивает обволакивание асбестового волокна, асбополимерная смесь хорошо заполняет пресс-форму и повторяет ее конфигурацию, соответствующую изготовляемому изделию. Нагрев пресс-формы ниже температуры размягчения полимерного связующего не обеспечивает необходимой текучести асбополимерной смеси. Спрессованная смесь имеет низкую твердость, а термообработкой в печи не достигается требуемая твердость готовых фрикционных изделий, что сужает ассортимент изготовляемых изделий. Нагрев пресс-формы выше температуры размягчения полимерного связующего увеличивает твердость после прессования, однако приводит к частичному отвердению полимерного связующего, в результате чего образуется поверхностная твердая корка, препятствующая выходу из асбополимерной смеси газов, что приводит к вздутию изделий, а следовательно, к браку изготовляемых изделий. Прессование асбополимерной смеси до твердости 30-35% требуемой твердости готового изделия обеспечивает после термообработки требуемую твердость и физико-механические показатели готового изделия. Достижение указанной твердости после прессования является критерием оценки готового изделия на стадии прессования до термообработки. При отсутствии указанного критерия о качестве изделий судят только после термообработки, т. е. спустя несколько часов после прессования. Термообработку в печи начинают от температуры размягчения полимерного связующего. При температуре ниже температуры размягчения полимерного связующего увеличивается цикл термообработки и, следовательно, энергозатраты, т.к. необходимо время для нагрева печи до выравнивания температуры печи с температурой спрессованного изделия. Кроме того, изделие начинает остывать до равенства температур печи и изделия, а затем вновь нагревается до прежней температуры. При начальной температуре печи выше температуры размягчения полимерного связующего возможны вздутия изделий из-за резкого перепада температуры нагрева. Конечная температура нагрева печи должна соответствовать температуре отверждения полимерного связующего. При температуре печи ниже температуры отвердения полимерного связующего увеличивается цикл термообработки, что приводит к увеличению энергозатрат, а при конечной температуре печи выше температуры отвердения полимерного связующего на изделиях образуются трещины и вздутия, что приводит к браку готовых изделий. Время термообработки фрикционных изделий 3-8 часов обусловлено большим ассортиментом изготовляемых изделий в различными требуемыми физико-механическими показателями. Снижение времени термообработки в предложенном способе изготовления фрикционных изделий по сравнению с временем термообработки в известном способе обусловлено тем, что в предложенном способе изготовления фрикционных изделий после прессования асбополимерной смеси она имеет 30-35% требуемой твердости готового изделия, в то время как это же значение твердости изделие приобретает в печи при термообработке и для этого необходимо дополнительное время, т.е. удлиняется цикл термообработки. Нагрев пресс-формы до 60-120^oC обусловлен тем, что асбополимерные смеси, используемые для изготовления фрикционных изделий, содержат связующие, температуры размягчения которых находятся в указанном диапазоне. Так, например, температура размягчения фенолформальдегидной смолы марки СФ-342 составляет 60-70^oC, температура размягчения фенолформальдегидной смолы марки ЛАС-IН составляет 80-100^oC, других твердых смол до 120^oC. Температура размягчения каучуков составляет 80-100^oC и т.д.

Время и давление прессования асбополимерной смеси являются решающими факторами для достижения требуемых физико-механических показателей готовых фрикционных изделий. Критерием оценки правильности выбора указанных параметров является твердость после прессования асбополимерной смеси, которая, как уже указывалось, должна составлять 30-35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия. На основании опытных данных установлены следующие режимы прессования: время прессования должно составлять 10 секунд на каждые 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, а давление прессования должно составлять 60 МПа, если требуемая твердость готового фрикционного изделия составляет НВ 15 по Бринеллю. В случае изменения массы прессуемой асбополимерной смеси и требуемой твердости готовых фрикционных изделий, время и давление прессования соответственно изменяют прямо пропорционально. Так, например, при прессовании 500 г массы асбополимерной смеси и для достижения требуемой твердости НВ 30 готового изделия время прессования должно составлять 50 секунд, давление прессования 120 МПа. Для изготовления фрикционного изделия массой 3000 г требуемой твердости НВ 15 прессования должно составлять 300 секунд, а давление прессования 60 МПа. Если время прессования будет меньше 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, твердость после прессования окажется менее 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки готовое изделие будет иметь твердость менее требуемой величины. При увеличении времени прессования на изделиях образуется поверхностная корка, препятствующая выходу газов, что приводит к вздутию и браку изделий. При давлении прессования ниже 60 МПа, необходимых для получения требуемой твердости готового изделия с НВ 15 по Бринеллю, твердость после прессования также окажется менее 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки в печи также не будет достигнута требуемая твердость готового изделия. При давлении прессования более 60 МПа твердость после прессования может превысить 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки в печи твердость готового изделия также может превысить требуемую твердость, что снижает физико-механические показатели изделий.

Начальная температура термообработки в печи, соответствующая 60-120^oC, обусловлена тем, что температура размягчения полимерного связующего находится в указанном диапазоне. Так, например, при изготовлении фрикционных изделий на каучуковом связующем, имеющем температуру размягчения, например, 100^oC, начальную температуру печи устанавливают 100^oC. При меньшей начальной температуре печи увеличиваются энергозатраты, т.к. необходимо дополнительное время для нагрева печи до 100^oC. При начальной температуре печи выше 100^oC происходит интенсивный нагрев фрикционных изделий, что приводит к их трещинообразованию и вздутию, т.е. к браку готовых изделий. Конечная температура печи 170^oC или 220^oC обусловлена видом используемого в асбополимерной смеси полимерного связующего. Так, например, фенолформальдегидная смола отверждается при 170^oC, а каучук при 220^oC. Изменение конечной температуры в сторону уменьшения приводит к увеличению цикла термообработки фрикционных изделий, а следовательно к увеличению энергозатрат. Увеличение конечной температуры приводит к перегреву фрикционных изделий, образованию трещин и вздутий, т.е. к браку готовых изделий.

Предложенный способ реализуется следующим устройством.

Прессование асбополимерной смеси осуществляют на серийных гидравлических прессах типа КОЗ Рязанского завода тяжелого кузнечно-прессового оборудования или на коленорычажных прессах типа СМ-1085 Могилевского завода "Строммашина". Термообработку фрикционных изделий осуществляют в печах СКО Дагестанского завода электротермического оборудования.

Предложенный способ осуществляют следующим способом.

Пример 1.

На пресс устанавливают пресс-форму, соответствующую изготовляемому фрикционному изделию, например, для тормозных колодок железнодорожного транспорта. Масса асбополимерной смеси тормозной колодки составляет 3250 г. Требуемая твердость готового изделия составляет НВ 15-21 по Бринеллю. Асбополимерная смесь содержит 13-15% асбестового волокна, 19-20% полимерного связующего каучука с температурой размягчения 90-100^oC, остальное наполнители. Пресс-форму нагревают до температуры 90-100^oC. Начальную температуру печи устанавливают 90-100^oC, а конечную 220^oC. Время прессования устанавливают 325 секунд (из расчета 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси), а давление прессования устанавливают 60 МПа (из расчета 60 МПа для достижения требуемой твердости готового изделия НВ 15 по Бринеллю). В гнездо пресс-формы засыпают асбополимерную смесь массой 3250 г, включают в работу пресс. По истечении указанного времени замеряют твердость спрессованной асбополимерной смеси, которая составляет НВ 4,5 по Бринеллю, что соответствует 30% требуемой твердости готового изделия. Спрессованную асбополимерную смесь (брикет) помещают в печь для термообработки. По истечении 8 часов готовое изделие имеет твердость НВ 15, что соответствует требуемой твердости готового изделия. Если необходимо получить готовое изделие с НВ 20 по Бринеллю, то соответственно увеличивают давление прессования до 80 МПа, при этом твердость после прессования асбополимерной смеси должна составлять НВ 6-7 по Бринеллю, т.е. 30-35% от НВ 20, что является критерием прессования.

Пример 2.

На пресс устанавливают пресс-форму для изготовления тормозных колодок к трактору ДТ-75. Масса асбополимерной смеси составляет 100 г, требуемая твердость готового изделия по регламенту составляет НВ 35-50 по Бринеллю. Асбополимерная смесь содержит 16-18% асбестового волокна, 18% полимерного связующего фенолформальдегидной смолы с температурой размягчения 110-120^oC, остальное наполнители. Пресс-форму нагревают до 110-120^oC. Начальную температуру печи устанавливают 110-120^oC, а конечную 170^oC. Время прессования устанавливают 10 секунд (из расчета 10 секунд на 100 г прессуемой асбополимерной смеси), а давление прессования устанавливают 140 МПа (из расчета 60 МПа для достижения требуемой твердости готового изделия НВ 15 по Бринеллю). В гнездо пресс-формы засыпают асбополимерную смесь, включают пресс. По истечении указанного времени замеряют твердость спрессованной асбополимерной смеси, которая составляет НВ 13 по Бринеллю, что укладывается в диапазон 30-35% требуемой твердости готового изделия, после чего проводят термообработку в печи. После 4 часов готовое изделие имеет твердость, равную НВ 38 по Бринеллю.

Аналогичным способом изготовляют тормозные колодки и накладки к автомобилям КрАЗ, ЗИЛ, "Запорожец", "Москвич" и другим механизмам.

Режимы прессования и термообработки приведены в табл. 1 и 2.

Использование предлагаемого способа изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества: 1. Возможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями без снижения качества фрикционных изделий.

2. Снижение энергозатрат при изготовлении фрикционных изделий за счет сокращения цикла термообработки.

Формула изобретения

1. Способ изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и целевые компоненты, включающий прессование асбополимерной смеси в нагретой пресс-форме и термообработку в печи при повышающейся температуре, отличающийся тем, что, с целью расширения ассортимента изготовляемых фрикционных изделий и снижения энергозатрат, прессование асбополимерной смеси осуществляют в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего пресс-форме до достижения твердости, составляющей 30 35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия, а термообработку в печи ведут в диапазоне температур от температуры размягчения до температуры отверждения полимерного связующего в течение 3 8 ч до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пресс-форму нагревают до температуры 60 120^oС в зависимости от температуры размягчения полимерного связующего, используемого в смеси, причем время прессования составляет 10 с на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, а давление прессования устанавливают 60 ПМа при требуемой твердости НВ 15 по Бринеллю.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку в печи ведут от температуры 60 120 до 170^oС или 220^oС в зависимости от вида полимерного связующего смоляного или каучукового соответственно, причем при использовании комбинированного полимерного связующего, включающего каучук и фенолформальдегидную смолу, температурные режимы устанавливают по наибольшим температурам полимерных связующих.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2