CN102853012A - 一种具有仿生结构的刹车片及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及刹车片领域，尤其涉及一种具有仿生结构的刹车片及其制备方法，它包括刹车片基板（1），所述刹车片基板（1）的一面上设有仿生强化骨架（2），且所述仿生强化骨架（2）的间隙中设置有压实的耐磨材料（3）构成摩擦面，使用这种刹车片在高温下摩擦系数变化小、热磨损小、可靠性高较高、使用寿命较长。

Description

一种具有仿生结构的刹车片及其制备方法
技术领域
 本发明涉及刹车片领域，尤其涉及一种具有仿生结构的刹车片及其制备方法。
背景技术
刹车片是通过摩擦把动能转化为热能来实现制动，并及时把热能释放到环境中去的装置，广泛用于运动机床和机动车辆。它的性能好坏直接关系到机床和机动车辆能否安全可靠的运行。但是现有技术普通的刹车片在高温下摩擦系数变化较大、热磨损大，所以可靠性能较低，且使用寿命较短，而现有技术如果需要改善刹车片的以上性能一般都是通过研制新型的材料配方、改善摩擦材料性能来实现，这种通过改善材料性能来提高刹车片性能的方法研发成本较高且研发需要投入的时间也较长，所以不太适合一般的刹车片制备企业。
而仿生是未来新材料设计与制造潜在的最有效途径，生物体结构经过20亿年物竞天择的优化，几乎完美无缺。通过对贝壳、树叶、鱼等生物体的结构和静态学、动力学性能研究发现，生物体所具有的耐磨、抗挤压、抗裂纹等功能与其强化单元体的形状、特征尺寸、分布规律和数量有着密切的关系，而现有技术并没有将仿生学用于刹车片的记载。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种模仿生物表面软硬结合结构的刹车片及其制备方法，使得制备出来的刹车片在高温下摩擦系数变化小、热磨损小、可靠性高较高、使用寿命较长。
本发明所采用的技术方案是：一种具有仿生结构的刹车片，它包括刹车片基板，所述刹车片基板的一面上设有仿生强化骨架，且所述仿生强化骨架的间隙中设置有压实的耐磨材料构成摩擦面。
所述的仿生强化骨架的结构形状为多点状、网状、植物叶脉状或鱼鳞状。
所述仿生强化骨架与耐磨材料的体积比为1:3~8。
所述多点状的仿生强化骨架的每四个点组成一个正方形，且所述正方形的对角线长度为a；所述网状的仿生强化骨架的相邻两条左偏斜线之间的距离与相邻两条右偏斜线之间的距离均为b，且所述左偏斜线与右偏斜线之间的角度为β；所述植物叶脉状的仿生强化骨架的相邻两条侧脉之间的距离为c；所述鱼鳞状的仿生强化骨架的相邻两片鱼鳞尖端的距离为d；所述a、b、c、d均为2~6cm，所述β为60~120°。
所述刹车片基板为冷轧钢板制成，所述仿生强化骨架为碳素结构钢、低合金耐磨钢或金属陶瓷制成，所述耐磨材料为无石棉半金属或酚醛树脂制成。
一种具有仿生结构的刹车片的制备方法，它包括以下步骤：
（1）制造仿生强化骨架；
（2）将仿生强化骨架焊接或镶嵌在刹车片基板上；
（3）对刹车片基板和仿生强化骨架的表面进行预处理；
（4）在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理。
所述对刹车片基底和仿生强化骨架的表面进行预处理包括以下步骤，
（1）对刹车片基板及仿生强化骨架表面毛化处理或者在刹车片基板以及仿生强化骨架表面加工一些高度为0.5~5mm的凹槽或者凸起；
（2）碱洗然后酸洗；
（3）涂胶干燥。
所述的在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理包括以下步骤，
（1）将混合均匀的耐磨材料填充到仿生强化骨架间隙中；
（2）将整个刹车片放入模具里，在压力为20~25MPa、温度为150~170℃的热压机上压制成型；
（3）从热压机内取出刹车片，然后放入温度为180~200℃的烘箱中固化处理6~8小时。
采用以上结构方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：将仿生耦合技术与刹车片相结合，在刹车片基板表面设置一层仿生强化骨架且在仿生强化骨架的间隙中填充耐磨材料，这样生产出来的刹车片摩擦系数变化小、热磨损小、工作可靠性高且使用寿命大大提高，在相同的使用条件下，本发明具有仿生结构的刹车片表现出了良好的制动、抗磨损性能，其平均使用寿命是普通刹车制动片的三倍以上，并且本发明所采用的方法不涉及新材料，所以需要投入的研发资金与研发时间就相对较少，适合大部分刹车片制备企业，可以广泛推广。
附图说明
图1为发明一种具有仿生结构的刹车片的剖视图。
图2为发明一种具有仿生结构的刹车片仿生结构为多点状的部分结构示意图。
图3为发明一种具有仿生结构的刹车片仿生结构为网状的部分结构示意图。
图4为发明一种具有仿生结构的刹车片仿生结构为植物的叶脉状的部分结构示意图。
图5为发明一种具有仿生结构的刹车片仿生结构为鱼鳞状的部分结构示意图。
如图所示：1、刹车片基板；2、仿生强化骨架；3、耐磨材料。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
如图所示：一种具有仿生结构的刹车片，它包括刹车片基板1，所述刹车片基板1的一面上设有仿生强化骨架2，且所述仿生强化骨架2的间隙中设置有压实的耐磨材料3构成摩擦面。所述刹车片基板1的另一面为安装面。图1中地下一面为刹车片基板1，上面一层实际上是仿生强化骨架2与耐磨材料3组成的整体。所述耐磨材料3可以使粉状的，也可以是糊状的。
所述的仿生强化骨架2的结构形状为多点状、网状、植物的叶脉状或鱼鳞状。
所述仿生强化骨架2与耐磨材料3的体积比为1:3~8。
如图2所示：所述多点状的仿生强化骨架的每四个点组成一个正方形，且所述正方形的对角线长度为a；如图3所示：所述网状的仿生强化骨架的相邻两条左偏斜线之间的距离与相邻两条右偏斜线之间的距离均为b，且所述左偏斜线与右偏斜线之间的角度为β；如图4所示：所述植物叶脉状的仿生强化骨架的相邻两条侧脉之间的距离为c；如图5所示：所述鱼鳞状的仿生强化骨架的相邻两片鱼鳞尖端的距离为d；所述a、b、c、d均为2~6cm，所述β为60~120°。
所述刹车片基板1为冷轧钢板制成，所述仿生强化骨架2是由碳素结构钢、低合金耐磨钢或金属陶瓷制成，所述耐磨材料3为刹车片通用的无石棉半金属或酚醛树脂。上述材料都是市售的。
一种具有仿生结构的刹车片的制备方法，它包括以下步骤，
（1）根据仿生耦合远离设计并制造仿生强化骨架；
（2）将仿生强化骨架焊接或镶嵌在刹车片基板上；
（3）对刹车片基板和仿生强化骨架的表面进行预处理；
（4）在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理。
所述镶嵌在刹车片基板上是指在刹车片基板上设有多个供仿生强化骨架嵌入的凹槽，然后将整个仿生强化骨架嵌入到这些凹槽中。
所述对刹车片基底和仿生强化骨架的表面进行预处理包括以下步骤，
（1）对刹车片基板及仿生强化骨架表面毛化处理或者在刹车片基板以及仿生强化骨架表面加工一些高度为0.5~5mm的凹槽或者凸起；
（2）碱洗然后酸洗；
（3）涂胶干燥。
所述的在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理包括以下步骤，
（1）将混合均匀的耐磨材料填充到仿生强化骨架间隙中；
（2）将整个刹车片放入模具里，在压力为20~25MPa、温度为150~170℃的热压机上压制成型；
（3）从热压机内取出刹车片，然后放入温度为180~200℃的烘箱中固化处理6~8小时。
具体实施例一：一种曲柄压力机刹车片，根据曲柄压力机的工作状况及使用要求，选取植物叶脉状仿生强化骨架，且植物叶脉状仿生强化骨架的相邻两条侧脉之间的距离为3mm，仿生强化骨架与填充的耐磨材料之间的体积比为1/8，仿生强化骨架的高度为3mm，刹车片基板材料选取冷轧钢板，仿生强化骨架材质选用碳素结构钢，仿生强化骨架采用焊接方式固定在刹车片基板上。刹车片基板和仿生强化骨架焊接固定好之后表面进行毛化处理，然后再用砂纸将表面打磨干净，首先使用7％的NaOH溶液碱洗除油，接着使用70℃热水冲洗，再使用20％H2S04酸洗除氧化皮，然后使用70℃热水冲洗，最后在200℃的环境下烘干并且涂胶干燥。计算耐磨材料质量，把无石棉半金属粉状耐磨材料混匀再填充到仿生强化骨架的间隙中，并放入模具里在20MPa、温度是160℃左右的热压机上压制成型，所述的模具只是用来放置刹车片的，取出后在温度是200℃烘箱中固化处理6小时。

Claims (8)

1.一种具有仿生结构的刹车片，它包括刹车片基板（1），其特征在于：所述刹车片基板（1）的一面上设有仿生强化骨架（2），且所述仿生强化骨架（2）的间隙中设置有压实的耐磨材料（3）构成摩擦面。
2.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的刹车片，其特征在于：所述的仿生强化骨架（2）的结构形状为多点状、网状、植物叶脉状或鱼鳞状。
3.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的刹车片，其特征在于：所述仿生强化骨架（2）与耐磨材料（3）的体积比为1:3~8。
4.根据权利要求2所述的一种具有仿生结构的刹车片，其特征在于：所述多点状的仿生强化骨架的每四个点组成一个正方形，且所述正方形的对角线长度为a；所述网状的仿生强化骨架的相邻两条左偏斜线之间的距离与相邻两条右偏斜线之间的距离均为b，且所述左偏斜线与右偏斜线之间的角度为β；所述植物叶脉状的仿生强化骨架的相邻两条侧脉之间的距离为c；所述鱼鳞状的仿生强化骨架的相邻两片鱼鳞尖端的距离为d；所述a、b、c、d均为2~6cm，所述β为60~120°。
5.根据权利要求1所述的一种具有仿生结构的刹车片，其特征在于：所述刹车片基板（1）为冷轧钢板制成，所述仿生强化骨架（2）为碳素结构钢、低合金耐磨钢或金属陶瓷制成，所述耐磨材料（3）为无石棉半金属或酚醛树脂制成。
6.一种具有仿生结构的刹车片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤，
（1）制造仿生强化骨架；
（2）将仿生强化骨架焊接或镶嵌在刹车片基板上；
（3）对刹车片基板和仿生强化骨架的表面进行预处理；
（4）在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理。
7.根据权利要求5所述的一种具有仿生结构的刹车片的制备方法，其特征在于：所述对刹车片基底和仿生强化骨架的表面进行预处理包括以下步骤，
（1）对刹车片基板及仿生强化骨架表面毛化处理或者在刹车片基板以及仿生强化骨架表面加工一些高度为0.5~5mm的凹槽或者凸起；
（2）碱洗然后酸洗；
（3）涂胶干燥。
8.根据权利要求5所述的一种具有仿生结构的刹车片的制备方法，其特征在于：所述的在仿生强化骨架的间隙中填入耐磨材料并且压实固化处理包括以下步骤，
（1）将混合均匀的耐磨材料填充到仿生强化骨架间隙中；
（2）将整个刹车片放入模具里，在压力为20~25MPa、温度为150~170℃的热压机上压制成型；
（3）从热压机内取出刹车片，然后放入温度为180~200℃的烘箱中固化处理6~8小时。
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