CN113510180A - 一种精冲成形装置及摩擦片精冲成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种精冲成形装置及摩擦片精冲成形方法，精冲成形装置包括上模、下模、导向机构、冲头和反冲头，在冲头外围设置有上压边圈，在反冲头外围设置有下压边圈，在上压边圈和下压边圈上分别设置有缓冲机构，且在精冲过程中，通过缓冲机构的缓冲层对精冲芯板的摩擦层施加柔性压力；摩擦片精冲成形方法步骤包括将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；对烧结后的摩擦层进行修整并热压整平；将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构对芯板的摩擦层直接施加柔性压力；精冲出摩擦片的齿形；切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品。

Description

一种精冲成形装置及摩擦片精冲成形方法
技术领域
本发明涉及摩擦片精冲技术，具体涉及一种精冲成形装置以及采用该精冲成形装置的摩擦片精冲成形方法。
背景技术
精冲是国际上制造高抗疲劳摩擦片的先进方法之一，精冲加工过程中，通过冲头和反冲头的同步加载和压边圈强力压边固定，可以获得具有纯剪切变形特征的冲裁断面，具有成形精度高、断面流线连续且致密、表面粗糙度低等优点，且冲裁后断面附近产生残余压应力，有助于提高摩擦片齿形附近强度。
文献CN201855866U提供了一种带整形功能的摩擦片精冲切边模，分为上模部分和下模部分，下模部分包括下模板、凸凹模固定板、凸凹模、卸料板、定位块、退件器、凹模和垫板一、导向销、垫圈、导套和导柱、弹簧，上模部分包括凸模、凸模固定板、上模板、垫块一、垫板二、推杆、打板、模柄、垫块二，其中，上模板下面是凸模固定板，凸模固定安装在凸模固定板下方，上模板上面是凸模固定垫板，上模板和凸模固定垫板有垫块一，推杆连接垫板一和打板，凸模固定垫板上方是模柄，在凸模固定垫板和打板之间设置有弹性垫块，该弹性垫块通过推杆推动。然而，该精冲切边模并不能直接用于精冲带摩擦材料的摩擦片。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种用于精冲带摩擦材料的摩擦片的精冲成形装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种精冲成形装置，包括上模和下模，配合设置在上模与下模之间有导向机构，以及配合设置在上模与下模之间的冲头、反冲头，在冲头外围设置有上压边圈，在反冲头外围设置有下压边圈，其特征在于：在上压边圈和下压边圈上分别设置有缓冲机构，且在精冲过程中，通过缓冲机构的缓冲层对芯板（待精冲的芯板）的摩擦层施加柔性压力。
作为本发明的优选方案之一，缓冲机构包括设置在上压边圈底部和下压边圈顶部的环槽，以及设置在环槽内的缓冲层，精冲过程中，缓冲层直接作用在芯板的摩擦层表面，且初始状态下的缓冲层厚度与摩擦层厚度之和大于环槽深度。
作为优选，环槽深度比摩擦层厚度大5-10mm。
作为本发明的优选方案之一，缓冲机构包括设置在上压边圈和下压边圈上的液压活塞，液压活塞端面设置有缓冲层，精冲过程中，缓冲层直接作用在芯板的摩擦层表面。
进一步地，缓冲机构内侧的压边为平面压边，缓冲机构外侧的压边为V形压边或者V形压边与平面压边相结合的结构。采用这样的结构能够提高精冲稳定性和摩擦片精冲精度
进一步地，V形压边的压棱棱角为90°，V形压边的压棱与摩擦层外侧的间距为5-10mm。
作为优选，缓冲层为弹性材料层或者柔性材料层。
本发明目的之二在于提供一种采用前述精冲成形装置的摩擦片精冲成形方法，用于提高摩擦片的齿形强化效果和摩擦片的使用寿命。
一种采用前述精冲成形装置的摩擦片精冲成形方法，步骤包括：
步骤1：将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；
步骤2：对烧结后的摩擦层进行修整，将带摩擦层的芯板热压整平；
步骤3：将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构对芯板的摩擦层直接施加柔性压力；
步骤4：精冲出摩擦片的齿形；
步骤5：切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品。
有益效果：采用本发明冲成形装置和方法，适用于采用一切符合精冲成形的材料制备带摩擦层的摩擦片，如钢铁材质摩擦片、65Mn合金摩擦片、30CrMnSiA合金摩擦片；采用本发明装置和方法制备的摩擦片齿形表面断裂流线连续致密，表面粗糙度≤1.6μm，齿形表面残余压应力≥270MPa，且摩擦层完好无损；本发明装置稳定性好，制得的成品摩擦片既不存在变形的情况，也不存在摩擦层脱落的情况；采用本发明方法制得的摩擦片质量优异，摩擦片的摩擦层内无明显裂纹，摩擦片的摩擦层变形程度均不超过1%，摩擦层和摩擦片芯板界面结合的剪切强度不低于摩擦层本体强度的1/3。
附图说明
图1是实施例中精冲成形装置示意图；
图2是实施例1中精冲成形装置局部（缓冲机构所在部位）示意图；
图3是实施例2中精冲成形装置局部（缓冲机构所在部位）示意图；
图4是精冲出的摩擦片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例 1
本实施例中，先对精冲成形装置进行说明。
一种精冲成形装置，如图1和图2所示，包括上模1和下模9，配合设置在上模1与下模9之间有导向机构，以及配合设置在上模1与下模9之间的冲头6、反冲头8，在冲头6外围设置有上压边圈4，在反冲头8外围设置有下压边圈5，在上压边圈4和下压边圈5上分别设置有缓冲机构，且在精冲过程中，通过缓冲机构的缓冲层10对芯板2的摩擦层12施加柔性压力。其中，缓冲机构包括设置在上压边圈4底部和下压边圈5顶部的环槽13，以及设置在环槽13内的缓冲层10，精冲过程中，缓冲层10直接作用在芯板2的摩擦层12表面，且初始状态下的缓冲层10厚度与摩擦层12厚度之和大于环槽13深度。
本实施例中：冲头6和反冲头8的直径均为260mm，棱边带有0.5mm圆角；环槽13
深度为5mm，缓冲层10采用厚度为4mm的橡胶弹性材料层；缓冲机构内侧的压边为平面压边，缓冲机构外侧的压边为V形压边与平面压边相结合的结构，V形压边压棱11与摩擦层12外侧的间距为5mm，V形压边压棱11的棱角为90°，棱边长度为2mm；上压边圈4和下压边圈5的外径均为400mm、内径均为260.3mm，压边圈内棱边有0.5mm的弧形倒角。装配后冲头6、反冲头8和压边圈之间的冲裁间隙均为0.3mm。
一种采用前述精冲成形装置的摩擦片精冲成形方法，步骤包括：
步骤1：将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；具体地，通过剪板机制备直径为350mm、厚度为6mm的30CrMnSiA圆形芯板；用球磨机制备铜粉，研磨20min；将65g铜粉和35g酚醛树脂混合均匀后作为摩擦层材料，将圆形芯板和混合均匀的摩擦层材料转移至真空热压烧结炉中，共同加热到800°C；施加50MPa压力使摩擦层材料在高温、高压、保护气氛的环境下烧结3h，随后随炉冷却至600°C保持1.5h，使摩擦层材料紧密烧结在圆形芯板两侧表面，再随真空烧结炉冷却至室温后取出；
步骤2：对烧结后的摩擦层进行修整，将带摩擦层的芯板热压整平，获得平直均匀的带摩擦层芯板，所得摩擦层厚度为3mm、内径为305mm、外径为340mm；
步骤3：将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构对芯板的摩擦层直接施加柔性压力；具体地，将带摩擦层的芯板转移至压边圈上，施加120MPa的压边力对其进行固定，压边时摩擦层恰好嵌入环槽内并抵在摩擦层（橡胶弹性材料层）上，橡胶弹性材料层受压后将柔性压力施加在摩擦层上；
步骤4：精冲出摩擦片的齿形；将冲头和反冲头预加压120MPa的压力后，以2mm/s的速率同步运行，使芯板发生剪切变形，冲出摩擦片的完整齿形；
步骤5：切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品，如图4所示。
经检测，本实施例中所制得的摩擦片齿形表面残余压应力≥270MPa，齿形断面流线连续致密，表面粗糙度≤1.6μm，且摩擦片的摩擦层完好无损。
实施例 2
本实施例中所用精冲成形装置参照实施例1，其与实施例1中精冲成形装置的区别在于：冲头6和反冲头8的直径均为290mm，棱边带有0.5mm圆角；环槽13深度为7mm，缓冲层10采用厚度为5mm的橡胶弹性材料层；缓冲机构内侧的压边为平面压边，缓冲机构外侧的压边为V形压边与平面压边相结合的结构，V形压边压棱11与摩擦层12外侧的间距为8mm，V形压边压棱11的棱角为90°，棱边长度为3mm；上压边圈4和下压边圈5的外径均为450mm、内径均为290.5mm，压边圈内棱边有0.5mm的弧形倒角。装配后冲头6、反冲头8和压边圈之间的冲裁间隙均为0.5mm。
一种摩擦片精冲成形方法，步骤包括：
步骤1：将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；具体地，通过剪板机制备直径为350mm、厚度为6mm的30CrMnSiA圆形芯板；用球磨机制备铜粉，研磨20min；将65g铜粉和35g酚醛树脂混合均匀后作为摩擦层材料，将圆形芯板和混合均匀的摩擦层材料转移至真空热压烧结炉中，共同加热到800°C；施加50MPa压力使摩擦层材料在高温、高压、保护气氛的环境下烧结3h，随后随炉冷却至600°C保持1.5h，使摩擦层材料紧密烧结在圆形芯板两侧表面，再随真空烧结炉冷却至室温后取出；
步骤2：对烧结后的摩擦层进行修整，将带摩擦层的芯板热压整平，获得平直均匀的带摩擦层芯板，所得摩擦层厚度为2mm、内径为270mm、外径为300mm；
步骤3：将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构对芯板的摩擦层直接施加柔性压力；具体地，将带摩擦层的芯板转移至压边圈上，施加120MPa的压边力对其进行固定，压边时摩擦层恰好嵌入环槽内并抵在摩擦层（橡胶弹性材料层）上，橡胶弹性材料层受压后将柔性压力施加在摩擦层上；
步骤4：精冲出摩擦片的齿形；将冲头和反冲头预加压120MPa的压力后，以2mm/s的速率同步运行，使芯板发生剪切变形，冲出摩擦片的完整齿形；
步骤5：切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品，如图4所示。
经检测，本实施例中所制得的摩擦片齿形表面残余压应力≥270MPa，齿形断面流线连续致密，表面粗糙度≤1.6μm，且摩擦片的摩擦层完好无损。
实施例3
一种精冲成形装置，如图1和图3所示，包括上模1和下模9，配合设置在上模1与下模9之间有导向机构，以及配合设置在上模1与下模9之间的冲头6、反冲头8，在冲头6外围设置有上压边圈4，在反冲头8外围设置有下压边圈5，在上压边圈4和下压边圈5上分别设置有缓冲机构，且在精冲过程中，通过缓冲机构的缓冲层10对芯板2的摩擦层12施加柔性压力。其中，缓冲机构包括设置在上压边圈4和下压边圈5上的液压活塞21，液压活塞21端面设置有缓冲层10，精冲过程中，通过油路进口23进入的液压油22驱动缓冲层10下移，缓冲层10直接贴合在芯板2的摩擦层12表面。
本实施例中：冲头6和反冲头8的直径均为310mm，棱边带有0.5mm圆角；环槽13
深度为7mm，缓冲层10采用厚度为4mm的液压垫；缓冲机构内侧的压边为平面压边，缓冲机构外侧的压边为V形压边与平面压边相结合的结构，V形压边压棱11与摩擦层12外侧的间距为10mm，V形压边压棱11的棱角为90°，棱边长度为2mm；上压边圈4和下压边圈5的外径均为480mm、内径均为310.5mm，压边圈内棱边有0.5mm的弧形倒角。装配后冲头6、反冲头8和压边圈之间的冲裁间隙均为0.5mm。
一种摩擦片精冲成形方法，步骤包括：
步骤1：将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；具体地，通过剪板机制备直径为400mm、厚度为7mm的30CrMnSiA圆形芯板；配制用于烧结在芯板上的摩擦层材料，其成分包括树脂粘接剂、摩擦性能调节剂和石棉增强短纤维，利用球磨机将摩擦层材料的各个组分混合后研磨20min，随后将摩擦材料混合均匀；将圆形芯板和混合均匀的摩擦层材料转移至真空热压烧结炉中，共同加热到400-500°C；施加150MPa压力4h，使摩擦层材料在高温、高压的环境下烧结在圆形芯板两侧表面，再随真空烧结炉冷却至室温后取出；
步骤2：对烧结后的摩擦层进行修整，将带摩擦层的芯板热压整平，获得平直均匀的带摩擦层芯板，所得摩擦层厚度为2mm、内径为320mm、外径为370mm；
步骤3：将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构的液压垫对芯板的摩擦层直接施加柔性压力，设定液压垫压力为20MPa；具体地，将带摩擦层的芯板转移至压边圈上，施加150MPa的压边力对其进行固定，压边时摩擦层恰好嵌入环槽内并抵在液压垫上，液压垫受压后将柔性压力施加在摩擦层上；
步骤4：精冲出摩擦片的齿形；将冲头和反冲头预加压100MPa的压力后，以1mm/s的速率同步运行，使芯板发生剪切变形，冲出摩擦片的完整齿形；
步骤5：切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品。
经检测，本实施例中所制得的摩擦片齿形表面残余压应力≥270MPa，齿形断面流线连续致密，表面粗糙度≤1.6μm，且摩擦片的摩擦层完好无损。
采用工业CT成像技术对实施例1至实施例3中制得的摩擦片的摩擦层分别进行内部缺陷检测，结果显示摩擦层内部均无明显裂纹
采用高精度三维扫描仪对实施例1至实施例3中制得的摩擦片的摩擦层分别进行尺寸精度测量，结果显示各摩擦层变形程度均不超过1%。
采用万能力学试验机对实施例1至实施例3中制得的摩擦层的摩擦片分别进行界面剪切强度测试（拉伸剪切强度测试），测试方法为：将试验区域的摩擦层分为两个界面区域，相向拉伸两个界面区域（即正向拉伸和反向拉伸），记录载荷-位移曲线，用载荷最大值除以界面贴合面积，即为剪切强度。测试结果为：摩擦层和摩擦片芯板界面结合的剪切强度均不低于摩擦层本体强度的1/3。

Claims (8)

1.一种精冲成形装置，包括上模（1）和下模（9），配合设置在上模（1）与下模（9）之间有导向机构，以及配合设置在上模（1）与下模（9）之间的冲头（6）、反冲头（8），在冲头（6）外围设置有上压边圈（4），在反冲头（8）外围设置有下压边圈（5），其特征在于：在上压边圈（4）和下压边圈（5）上分别设置有缓冲机构，且在精冲过程中，通过缓冲机构的缓冲层（10）对芯板（2）的摩擦层（12）施加柔性压力。
2.根据权利要求1所述的精冲成形装置，其特征在于：缓冲机构包括设置在上压边圈（4）底部和下压边圈（5）顶部的环槽，以及设置在环槽内的缓冲层（10），精冲过程中，缓冲层（10）直接作用在芯板（2）的摩擦层（12）表面，且初始状态下的缓冲层（10）厚度与摩擦层（12）厚度之和大于环槽深度。
3.根据权利要求2所述的精冲成形装置，其特征在于：环槽深度比摩擦层（12）厚度大5-10mm。
4.根据权利要求1所述的精冲成形装置，其特征在于：缓冲机构包括设置在上压边圈（4）和下压边圈（5）上的液压活塞（21），液压活塞（21）端面设置有缓冲层（10），精冲过程中，缓冲层（10）直接作用在芯板（2）的摩擦层（12）表面。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的精冲成形装置，其特征在于：缓冲机构内侧的压边为平面压边，缓冲机构外侧的压边为V形压边或者V形压边与平面压边相结合的结构。
6.根据权利要求5所述的精冲成形装置，其特征在于：V形压边的压棱（11）棱角为90°，V形压边的压棱（11）与摩擦层（12）外侧的间距为5-10mm。
7.根据权利要求6所述的精冲成形装置，其特征在于：缓冲层（10）为弹性材料层或者柔性材料层。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述精冲成形装置的摩擦片精冲成形方法，其特征在于，
步骤包括：
步骤1：将制备好的摩擦材料粉料烧结在芯板两侧面，得到带摩擦层的芯板；
步骤2：对烧结后的摩擦层进行修整，将带摩擦层的芯板热压整平；
步骤3：将带摩擦层的芯板用精冲成形装置的压边圈固定，采用压边圈对芯板施加刚性压边力，采用缓冲机构对芯板的摩擦层直接施加柔性压力；
步骤4：精冲出摩擦片的齿形；
步骤5：切除摩擦层外侧的压边痕迹，得到带摩擦层的摩擦片成品。
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