FR2735713A1 - Procede de mise en forme d'un materiau de friction - Google Patents

Procede de mise en forme d'un materiau de friction Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction. Elle se rapporte à un procédé qui comprend l'introduction d'une matière de base d'un matériau de friction constituée d'un mélange d'un matériau fibreux de base, d'un liant et de diverses charges, dans un moule (3), la compression de la matière de base du matériau de friction avec un organe (5) en forme de tige, et le moulage par compression de la matière de base du matériau de friction. De préférence, la matière de base du matériau de friction est comprimée par l'organe (5) en forme de tige jusqu'à ce que son volume soit compris entre 50 et 60% du volume de la matière de base du matériau de friction introduite initialement. Application à la fabrication des patins de frein.

Description

La présente invention concerne un procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction utilisé par exemple comme patin de friction de frein à disque destiné à être utilisé dans une automobile.
Par exemple, un patin de friction pour frein à disque destiné à être utilisé dans une automobile est fabriqué dans des étapes comprenant l'introduction d'une matière de base constituant un matériau de friction qui est formée d'un mélange d'un matériau fibreux de base formé par exemple à partir de fibres métalliques, minérales ou organiques, d'un liant formé d'une poudre de résine thermodurcissable, et de diverses charges, par exemple d'un agent d'ajustement de friction et d'un lubrifiant, dans un moule, l'estampage de la matière de base du matériau de friction à température ambiante, la mise en forme préalable de la matière de base du matériau de friction estampée, le transfert de l'ébauche ainsi formée à un moule de thermoformage auquel est fixée une plaque de support, et le chauffage du moule de thermoformage sous pression (l'opération étant appelée dans la suite "thermoformage").
Dans les procédés précités de fabrication, la matière de base du matériau de friction introduite dans le moule est nivelée avant la formation de l'ébauche. Par exemple, la demande publiée de brevet japonais Hei-2(1990)-51 719 décrit un procédé de formation d'un patin de friction pour frein à disque à deux couches. Plus précisément, le patin de friction de frein à disque possède une couche de revêtement de frein formée d'un matériau semi-métallique, et une couche d'isolation thermique formée d'un matériau ayant des propriétés élevées d'isolation thermique et possédant un bossage en saillie destiné à être raccordé à un trou en queue d'aronde formé dans une plaque de support.Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes l'introduction d'un matériau destiné à être utilisé comme couche d'isolation thermique dans un moule, la formation du bossage par estampage de la couche d'isolation thermique par abaissement d'une tige d'estampage du bossage, le nivelage de la partie supérieure de la couche d'isolation thermique, l'introduction d'une poudre et d'un matériau granulaire, tel qu'un matériau semi-métallique, sur la partie supérieure plate de la couche d'isolation thermique, puis le nivelage de la partie supérieure du matériau semi-métallique, et la compression du matériau semi-métallique et de la couche d'isolation thermique par abaissement d'un vérin de pression dans le moule.En outre, la demande publiée de brevet japonais Hei-3(1991)-6 878 décrit un appareil d'aplatissement destiné à être utilisé de préférence dans l'opération précitée d'aplatissement.
Comme la surface de la matière de base du matériau de friction est nivelée dans l'opération d'aplatissement, l'épaisseur de la matière de base du matériau de friction dans le moule devient régulière. La distribution de pression du vérin de pression devient aussi régulière si bien que les propriétés de moulage de la matière de base du matériau de friction augmentent.
La matière de base du matériau de friction est constituée d'un mélange d'un matériau fibreux de base, d'un liant et de diverses charges, et ces matériaux sont solides.
Lorsque la matière de base du matériau de friction est introduite dans le moule, une grande quantité d'air est piégée sous forme mélangée à cette matière de base. Une partie de l'air s'échappe par les cavités existant entre la paroi interne du moule et la matière de base du matériau de friction associée à l'opération de compression. Cependant, la plus grande partie de l'air reste encore dans l'ébauche.
Si l'ébauche contenant l'air résiduel subit un formage thermique, l'air résiduel se dilate si bien que des trous se forment dans le moulage résultant. Finalement, des fissures ou des parties bombées se forment dans le moulage, c'est-àdire dans un patin de friction de frein à disque.
L'opération précitée d'aplatissement est simplement destinée à niveler la surface supérieure de la matière de base du matériau de friction. Grâce à cette opération d'aplatissement, l'adhérence entre les deux matériaux contenus dans le patin de friction à deux couches de frein à disque, comme décrit dans la demande publiée de brevet japonais Hei-2(1990)-51 719, et l'adhérence d'une surface de contact entre la matière de base du matériau de friction et le vérin de pression sont meilleures. Cependant, il est impossible d'éliminer l'air qui reste encore dans la matière de base du matériau de friction lors de l'opération d'aplatissement.
Compte tenu de l'effet de friction et de la résistance mécanique du patin de friction de frein à disque, il est souhaitable que le matériau fibreux de base, le liant et les diverses charges s'associent, et plus spécifiquement que les fibres soient intimement imbriquées, et elles doivent être rendues solidaires lorsque les charges pénètrent profondément dans le matériau fibreux de base, en plus de l'obtention d'une distribution uniforme du matériau fibreux de base, du liant et des charges dans le moulage. La matière de base du matériau de friction est préparée par formulation de quantités prédéterminées des matériaux solides, c'est-àdire du matériau fibreux de base, du liant et des charges, et par simple malaxage. En conséquence, les matériaux présentent des défauts locaux d'uniformité et sont moins bien associés.
Cependant, il est impossible d'associer les matériaux tout en réalisant une matière de base homogène du matériau de friction de façon plus importante par utilisation de l'opération précitée d'aplatissement.
La présente invention a pour objet la réalisation d'un matériau de friction ayant un excellent effet de friction et une excellente résistance mécanique et empêchant la formation de fissures et de parties bombées dans un moulage lorsque le matériau de friction est formé thermiquement.
L'objet précité est atteint grâce à un procédé de formage préalable d'un matériau de friction, comprenant les étapes suivantes : l'introduction d'une matière de base d'un matériau de friction constituée d'un mélange d'un matériau fibreux de base, d'un liant et de diverses charges, dans un moule, la compression de la matière de base du matériau fibreux avec un organe en forme de tige, et le moulage par compression de la matière de base du matériau de friction.
Du fait de la compression de la matière de base du matériau de friction avec l'organe en forme de tige dans l'opération de mise en forme préalable, l'air piégé dans la matière de base du matériau de friction s'échappe, si bien que des fissures et des parties bombées ne peuvent pas être formées dans un moulage lorsque la matière de base du matériau de friction subit le formage thermique.
La compression de la matière de base du matériau de friction augmente aussi l'homogénéité du matériau, c'est-àdire du matériau fibreux de base, du liant et des charges, par rapport à leur état au moment de la préparation. Comme ces matériaux sont imbriqués, ils s'associent mieux et donnent un meilleur effet de friction et une meilleure résistance mécanique de moulage par thermoformage.
Ces résultats avantageux sont encore plus efficaces surtout par compression de la matière de base du matériau de friction, de bas en haut du moule, et par compression de la matière de base du matériau de friction jusqu'à ce que son volume soit compris entre 50 et 60 W du volume de la matière de base du matériau de friction introduite initialement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une représentation schématique utile pour la description du procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction selon l'invention, illustrant l'introduction d'une matière de base du matériau de friction
la figure 2 est une représentation schématique utile pour la description du procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction selon la présente invention, représentant la compression de la matière de base du matériau de friction (au début de l'opération de compression)
la figure 3 est une représentation schématique utile pour la description du procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction selon l'invention, représentant la compression de la matière de base du matériau de friction (à la fin de l'opération de compression) ; et
la figure 4 est une représentation schématique utile pour la description du procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction selon la présente invention, représentant un état comprimé de la matière de base du matériau de friction à la suite de l'opération de compression.
On se réfère maintenant aux dessins annexés pour la description détaillée d'un procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction selon la présente invention.
Les figures 1 à 4 sont des représentations schématiques placées dans l'ordre chronologique de mise en oeuvre d'un procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction, permettant la description du procédé de mise en forme du matériau de friction selon la présente invention.
Comme l'indique la figure 1, une quantité prédéterminée d'une matière de base 2 d'un matériau de friction est d'abord introduite dans un moule 3 par une unité 11 d'introduction du matériau.
La matière de base 2 du matériau de friction n'est pas limitée à une substance particulière. Comme dans le cas d'une matière de base classique de matériau de friction, la matière de base 2 est préparée par formulation de quantités prédéterminées d'un matériau fibreux de base, d'un liant et de diverses charges, et par agitation afin qu'ils se mélangent de manière homogène. Dans l'exemple décrit dans la suite, on utilise aussi des substances courantes comme matières de base d'un matériau de friction comme matériau précité.
Par exemple, des fibres métalliques d'acier, de cuivre ou de laiton, des fibres de carbone, des fibres de verre, des fibres minérales telles que des fibres céramiques constituées de titanate de potassium, et des fibres organiques telles que des fibres d'aramide et des fibres acryliques résistant à 11 inflammation sont citées comme matériaux fibreux de base. Ces matériaux sont utilisés individuellement ou peuvent être combinés.
Le liant est une poudre constituée d'une résine thermodurcissable, par exemple une poudre d'une résine telle qu'une résine phénolique, époxyde ou mélamine.
Par exemple, un agent minéral d'ajustement de friction formé de particules d'un oxyde métallique, tel que l'alumine, la silice ou la zircone, un agent organique d'ajustement de friction constitué de poussière de caoutchouc ou d'acajou, un lubrifiant constitué de graphite ou de bisulfure de molybdène, une poudre métallique, par exemple de cuivre ou de laiton, des matériaux destinés essentiellement à accroître la résistance mécanique du produit, tels que le sulfate de baryum et le carbonate de calcium, des matériaux essentiellement destinés à réduire le bruit, tels que la "Vermiculite" et le mica, et un matériau incombustible, tel que le trichlorure d'antimoine, peuvent être cités comme charges.
Le moule 3 a sa partie inférieure qui est ouverte, et le fond est fermé par une plaque inférieure 4 indépendante du moule 3.
Comme représenté sur les figures 2 et 3, des organes 5 en forme de tiges sont introduits dans le moule 3 pardessus après que la matière de base 2 du matériau de friction a été introduite dans le moule. Cette matière de base 2 est ensuite comprimée.
Les organes 5 sont des tiges métalliques dont les bouts sont usinés par exemple à une forme hémisphérique ayant un diamètre de 3 à 4 mm. Comme représenté sur les dessins, les organes 5 sont fixés à un robot 6 de déplacement vertical des organes 5 de manière qu 'ils soient séparés par des espaces de dimension prédéterminée, par exemple avec un pas de 15 mm les uns des autres.
La matière de base 2 du matériau de friction est comprimée depuis sa partie profonde, vers la surface, c'est à-dire de la plaque inférieure 4 du moule 3 vers la partie supérieure du moule 3. A cet effet, les organes 5 sont descendus de manière que leurs extrémités arrivent à proximité de la plaque inférieure 4 du moule 3. Ensuite, le robot 6 est déplacé afin qu'il se déplace au-dessus de toute la surface de la plaque inférieure 4, parallèlement à celle-ci, alors que les organes 5 sont déplacés verticalement avec une même course. Le robot 6 est alors déplacé afin qu'il se déplace au-dessus de toute la surface de la plaque inférieure 4, parallèlement à celle-ci, alors que les organes 5 sont déplacés verticalement avec une plus petite course.En conséquence, le déplacement horizontal des organes 5 sur toute la surface de la plaque inférieure 4, alors que la course de manoeuvre des organes à tige est progressivement réduite, permet une compression de la matière de base 2 du matériau de friction de sa partie la plus profonde vers la surface. Le nombre de compressions de la matière de base du matériau de friction à chaque course n'est pas particulièrement limité. Cependant, la compression est réalisée au moins cinq à sept fois.
La manoeuvre des organes 5 est assurée par une unité de commande (non représentée) qui est raccordée au robot 6.
Ce robot 6 rend possible l'établissement d'un diagramme de compression de diverses manières et l'utilisation de divers types de matières de base de matériau de friction par changement de la vitesse de commande verticale des organes 5 à tige (c'est-à-dire la force de compression), du nombre de compressions de la matière de base du matériau de friction, de l'amplitude de la course, ou de la vitesse de déplacement horizontal des organes à tige correspondant à la nature de la matière de base 2 du matériau de friction et d'un produit moulé.
A la suite de l'opération de compression, l'air piégé par mélange dans la matière de base 2 s'échappe, et les matériaux formant la matière de base 2 sont rendus homogènes. En outre, les matériaux sont intimement imbriqués.
Il est souhaitable de comprimer la matière de base 2 du matériau de friction jusqu'à ce que son volume soit réduit à une valeur comprise entre 50 et 60 W de celui de la matière de base 2 du matériau de friction introduite initialement. Si le volume de la matière de base du matériau de friction n'est pas réduit à cette valeur, l'échappement d'air piégé qui est mélangé dans la matière de base 2 et l'imbrication du matériau ne sont pas suffisants. En conséquence, l'effet de l'invention n'est pas obtenu. D'autre part, si la matière de base 2 du matériau de friction est comprimée en deçà du niveau précité, aucun effet supplémentaire n'est obtenu et le coût est simplement augmenté.
La surface de la matière de base 2 du matériau de friction est nivelée dans une certaine mesure par l'action de compression (figure 3). La matière de base du matériau de friction peut être soumise à une opération d'aplatissement analogue à l'opération classique de manière que la surface soit régularisée, le cas échéant.
Comme l'indique la figure 4, après la fin de l'opération de compression, les organes 5 sont retirés du moule 3. Lorsqu'une plaque 7 d'arrêt est placée sur le moule 3, la plaque inférieure 4 est comprimée vers le haut contre la plaque d'arrêt 7 par un vérin 8 si bien que la matière de base 2 du matériau de friction est comprimée. L'opération de mise en forme préalable est alors terminée.
A ce moment, la plus grande partie de l'air piégé par mélange dans la matière de base 2 s'est échappée à la suite de l'opération de compression. Cependant, il reste une quantité considérable d'air dans la matière de base 2 du matériau de friction et il est donc souhaitable de comprimer la matière de base 2 du matériau de friction avec le cylindre 8 plusieurs fois afin que l'air résiduel éventuel soit évacué.
Une série d'opérations précitées de mise en forme préalable est réalisée à température ambiante.
La matière de base 2 du matériau de friction ainsi mise en forme préalablement est retirée du moule 3 et subit alors un formage thermique par mise en oeuvre des procédés classiques. Un produit final est ainsi réalisé.
Le produit final obtenu ne présente ni fissures ni parties bombées résultant de la dilatation de l'air, au cours de l'opération de thermoformage, car l'air piégé par mélange dans la matière de base du matériau de friction s'est échappé lors de la compression de cette matière de base par les organes à tige pendant l'opération de mise en forme préalable. Les matières solides formant la matière de base du matériau de friction, c'est-à-dire la matière fibreuse de base, le liant et diverses charges, sont plus homogènes que lorsqu'elles ont été préparées. En outre, les matériaux sont imbriqués et sont intimement associés. En conséquence, le produit final a un excellent effet de friction et une excellente résistance mécanique.
Comme décrit précédemment, selon l'invention, l'air piégé dans la matière de base du matériau de friction s'échappe par compression de cette matière de base par les organes en forme de tige au cours de l'opération de mise en forme préalable. Ainsi, un moulage ne présente pas de fissures ou de parties bombées lorsqu'il subit un formage thermique. Le rendement en produit obtenu est donc accru.
En outre, à la suite de l'opération de compression, le matériau fibreux de base, le liant et diverses charges formant la matière de base du matériau de friction sont plus homogènes que lorsqu'ils ont été préparés. L'imbrication de ces matériaux assure une plus grande solidarisation du matériau. En conséquence, l'effet de friction et la résistance mécanique d'un moulage à la suite du thermoformage donnent des produits de haute qualité.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS
1. Procédé de mise en forme préalable d'un matériau de friction, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes
l'introduction d'une matière de base d'un matériau de friction constituée d'un mélange d'un matériau fibreux de base, d'un liant et de diverses charges, dans un moule (3),
la compression de la matière de base du matériau de friction avec un organe (5) en forme de tige, et
le moulage par compression de la matière de base du matériau de friction.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de base du matériau de friction est comprimée de la partie inférieure vers la partie supérieure du moule (3) à l'aide de l'organe (5) en forme de tige.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière de base du matériau de friction est comprimée par l'organe (5) en forme de tige jusqu'à ce que son volume soit compris entre 50 et 60 W du volume de la matière de base du matériau de friction introduite initialement.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 155 (M - 589) 20 May 1987 (1987-05-20) *

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