PL202282B1 - Sposób wytwarzania kształtki wiązanej żywicą - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania wi azanej zywic a kszta ltki, w szczególno sci ok ladziny ciernej do hamul- ców i sprz egie l, przy czym tworzywo zywiczne prasowane jest i termicznie utwardzane w jednym, jedynym zabiegu, znamienny tym, ze podczas trwania tego jedynego zabiegu sterowane s a: nacisk i temperatura i ze w tym jedynym zabiegu zintegrowana jest termiczna obróbka powierzchniowa. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania kształtki wiązanej żywicą, w szczególności wytwarzania okładziny ciernej hamulca lub sprzęgła, przy czym żywiczne tłoczywo zostaje prasowane i termicznie utwardzane.

Wynalazek znajduje zastosowanie do wytwarzania dowolnych, wiązanych żywicą kształtek i to zarówno kształtek jako oddzielnych części, jak też kształtek połączonych z innymi częściami funkcjonalnymi. Głównym obszarem zastosowania wynalazku jest wytwarzanie okładzin ciernych dla hamulców i sprzęgieł i to, w razie potrzeby, z jednoczesnym związaniem z przynależną płytką nośną, z wprowadzeniem podkładu lub bez. Innym obszarem zastosowania jest przykładowo wytwarzanie szczotek węglowych do silników elektrycznych.

W przypadku tł oczyw ż ywicznych chodzi o mieszanki proszkowe, które prasowane są pod wysokim ciśnieniem i często przy jednoczesnym podgrzewaniu. Jednoczesne ogrzewanie służy temu, żeby żywice roztopić oraz, w zależności od wysokości temperatury, doprowadzić do ich usieciowienia. Proces prasowania określa się również jako proces kształtowania. Z amorficznego tłoczywa powstaje przez prasowanie produkt, który jest ukształtowany niemal w swojej ostatecznej postaci. Produktowi temu brakuje jeszcze tylko jego wymaganej wytrzymałości. Tę wytwarza się poprzez utwardzanie, tzn. przez doprowadzenie ciepła pod wysoką temperaturą, przy czym następuje usieciowienie, zastosowanych jako materiał wiążący, żywic fenolowych.

Dotychczas stosuje się powszechnie zabieg jednoczesnego termicznego utwardzania wielu pojedynczych części. Oznacza to, że prasowane kształtki podlegały międzyskładowaniu, przy czym ochładzały się do poziomu temperatury otoczenia. Jeżeli prasowanie odbywało się z doprowadzeniem ciepła, to występuje w tym przypadku szczególnie wysoka jego strata. W konsekwencji istnieje potrzeba ponownego nagrzania wyprasek w piecu hartowniczym.

Wielokrotne procesy nagrzewania są czaso- i energochłonne. Z tego powodu podstawowym założeniem wynalazku jest: przyspieszenie wytwarzania kształtek i kształtowanie ich w energetycznie korzystniejszych warunkach. Zadanie to rozwiązano poprzez określony na wstępie wynalazek w taki sposób, że prasowanie i utwardzanie kształtki wykonywane jest w jednym, jedynym zabiegu wytwórczym, przy czym nacisk i temperatura podlegają sterowaniu. Pomiędzy oboma zabiegami wytwórczymi nie występuje więc zjawisko chłodzenia, nie występuje więc potrzeba przeprowadzenia dodatkowego zabiegu ogrzewania. Oszczędności energii i czasu są znaczące. Dodatkowe oszczędności energii i czasu wynikają z tego, że oba zabiegi technologiczne się nakładają, to znaczy, że podczas kształtowania części następuje jednoczesne utwardzanie.

Ze względu na to, że nie występuje już konieczność międzyskładowania, zmniejsza się zapotrzebowanie na powierzchnię i zmniejsza się nakład pracy. Nadto obniżony zostaje zasób środków bieżących produkcji. Podczas kształtowania części można pracować z wyraźnie zmniejszonymi siłami nacisku. Wpływa to pozytywnie na trwałość narzędzi, nawet wtedy, gdy stali narzędziowej stawiane są mniejsze wymagania.

Ostatecznie uzyskuje się zmniejszenie środków eksploatacyjnych. Wymagana jest jedynie, dająca się nagrzewać prasa kształtująca, w której obrabiane przedmioty pozostają aż do czasu uzyskania ostatecznego kształtu. Nie ma potrzeby używania pieców hartowniczych.

Nie ma również potrzeby używania ram napinających do składowania wyprasek po ich ukształtowaniu i przed wprowadzeniem ich do pieców hartowniczych. Również tu zmniejszają się nakłady pracy. Ramy napinające są do tej pory potrzebne dla ustabilizowania kształtu wyprasek przed i podczas zabiegu hartowania, a to dlatego, że wypraski nie posiadają wystarczającej stabilności własnej. Również gazy, powstające i ulatniające się z wyprasek, mogą doprowadzić do zniszczenia produktu. Ze względu na to, że wg wynalazku nie ma potrzeby operowania wypraskami po ich ukształtowaniu, odpowiednie, służące tym operacjom środki stają się zbędne. W przypadku produktów, charakteryzujących się określoną porowatością, często się zdarza, że końcowa ich ściśliwość posiada decydujące znaczenie. Ta właściwość produktu nastawiana jest przez sam proces prasowania i hartowania. Wynalazek oferuje możliwość bardzo dokładnego wysterowania czasów prasowania, sił prasowania oraz temperatur prasowania i to w sposób, pozwalający na uzyskanie bardzo wąskich granic ściśliwości. Wynalazek umożliwia sterowanie miejscowe (In Situ) dla utrzymania ciasnych granic tolerancji produktu. Procesy prasowania mogą być sterowane w zależności od wielkości sił oraz/lub w zależności od wielkości drogi prasowania. Umożliwia to dopasowanie procesu do różnych założeń i do różnych warunków ruchowych.

PL 202 282 B1

W szczególnym przypadku produkcji okł adzin hamulcowych wymagana jest ponadto obróbka powierzchniowa, mianowicie silnego nagrzania powierzchni ciernej, żeby uzyskać jej karbonizację. Dopiero okładzina cierna w stanie karbonizacji wykazuje swoje pełne oddziaływanie trące. Poprzez tak zwane przypiekanie (Scorchen) uzyskuje się gwarancję, że okładzina cierna od samego początku wykazuje w pełni swoje działanie. Utwardzane okładziny cierne podlegają z reguły międzyskładowaniu, zanim poddane zostaną nagrzaniu powierzchniowemu dla uzyskania efektu przypieczenia.

W dalszym rozwoju wynalazku istnieje, w odróż nieniu od powyż szego, moż liwość zintegrowania obróbki powierzchniowej w jednym zabiegu obróbczym. I w tym przypadku odpadają dodatkowe zabiegi obróbcze oraz dalsze, dodatkowe nagrzewanie. Znaczenie ma tutaj również to, że przypiekanie może być wykonane jednocześnie z termicznym utwardzaniem. Oznacza to, że czas trwania obróbki od momentu rozpoczęcia prasowania aż do zakończenia obróbki powierzchniowej jest ekstremalnie krótki.

Szczególną cechą procesu jest, że do zabiegu utwardzania i do celów termicznej obróbki powierzchniowej wykorzystywany jest prąd elektryczny, przepuszczany przez tłoczywo. Ciepło nie jest zatem doprowadzane z zewnątrz, lecz wytwarzane we wnętrzu tłoczywa.. Korzysta się tu z tej okoliczności, że tłoczywo posiada zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, przez co nagrzewa się podczas jego przepływu. Dalej proponuje się, żeby generować jednoczesny przepływ prądów przez tłoczywo oraz/lub kolejno po sobie następujące przepływy, jeden równolegle do powierzchni wypraski lub w pobliżu tej powierzchni, drugi - skrośnie. Przepływający przez tłoczywo prąd elektryczny służy utwardzaniu wytłoczkl a prąd równoległy do powierzchni powoduje przypiekanie. Jeśli przedmiotem obróbki jest okładzina cierna z płytką nośną, wtedy przypiekanie ogranicza do powierzchni ciernej. Jeżeli nie przewidziano płytki nośnej, wtedy obie powierzchnie okładziny są przypiekane. Jak już zauważono, jednoczesne utwardzanie i przypiekanie wykazuje się szczególnymi zaletami. Oba zabiegi mogą się czasowo, w mniejszym lub większym stopniu, na siebie nakładać.

Oba prądy charakteryzują się, w zależności od potrzeb, różnymi natężeniami. Na stronie okładziny przewidzianej do przypiekania używa się przede wszystkim matrycę z szeregiem elektrod, które na przemian są przeciwimiennej biegunowości. Część tych elektrod współpracuje przy tym zarówno z przeciwległym wspornikiem narz ędziowym prasy, jak też z pozostałą częścią elektrod.

Podczas procesu prasowania i podczas utwardzania powstają w tłoczywie gazy reakcji. Dlatego w dalszym rozwoju wynalazku proponuje się cią g ł e lub przerywane odgazowanie tł oczywa. Zamknię te (w formie) powietrze zostaje przy tym również wydalone.

Odgazowanie tłoczywa może nastąpić w kierunku prasowania lub poprzecznie do tego kierunku. Dlatego cechuje się szczególnymi walorami odgazowanie w kierunku promieniowym, gdyż boczne powierzchnie wypraski są mniej gładkie i mniej mocne, niż powierzchnie przylegające do stempla i do płyty mocującej wypychacza stempla. Korzystne jest mocowanie wypraski pomiędzy stemplem a płytą mocującą wypychacza stempla, zaś wkładkę profilową formy, która podczas tłoczenia oraz początkowo również przy utwardzaniu tworzy ramkę napinającą, odciągać od wypraski w górę lub w dół. Powoduje to odsłanianie powierzchni promieniowych wypraski. Takie postępowanie przydatne jest szczególnie w procesie utwardzania z wykorzystaniem prądu elektrycznego, gdyż stempel i płyta mocująca wypychacza stempla są, przy odciągniętej wkładce profilowej, względem siebie odizolowane i pozostają elektrycznie połączone tylko za poś rednictwem wypraski. Dla uzyskania dalszych oszczędności energetycznych proponuje się ten zabieg przeprowadzać z zastosowaniem izolacji cieplnej.

Istotne znaczenie ma tutaj to, że poprzez dopasowane i zoptymalizowane sterowanie nacisku i temperatury uzyskuje si ę moż liwość doprowadzenia do zintegrowanej obróbki cieplnej w jednym, jedynym zabiegu wytwórczym.

P r z y k ł a d

Narzędzie do tłoczenia napełnia się w przyjęty sposób tłoczywem. Następnie opuszcza się płytę mocującą wypychacza stempla na wkładkę profilową narzędzia. Pomiędzy wkładką profilową a płytą mocującą wypychacza stempla wytworzona zostaje siła, co z kolei prowadzi do wytworzenia siły profilującej w zespole narzędziowym, składającym się ze stempla, płyty mocującej wypychacza stempla i wkładki profilowej. Przebieg procesu formowania zamyka się w sekundowym obszarze czasowym. Po tym można zwolnić siłę zamykającą. Jednocześnie minimalizowana jest siła profilująca do poziomu potrzebnego do przeciwdziałania zniekształceniu wypraski pod wpływem wewnętrznego ciśnienia gazów, zawartych w tłoczywie i do nastawienia właściwości wynikających ze ściśliwości wypraski. Siła ta określana jest jako siła sprężająca.

PL 202 282 B1

Synchronicznie z zanikiem sił opuszczana jest wkładka profilowa. Wypraska może teraz pozbyć się gazu poprzez swoje promieniowe obszary.

Ze względu na to, że wiązane żywicą tłoczywo może pod wpływem siły sprężającej, w określonych zakresach temperatur, zostać nieodwracalnie zagęszczone, potrzeba, żeby siłę sprężającą utrzymywać tylko w obrębie ustalanego zakresu drogi prasowania. Musi ona być zredukowana do określonego poziomu, który, uprzednio nastawiony, pozwoli tylko na dopuszczalne zagęszczenie. Jeśli droga prasowania podczas zabiegu sprężania zostanie ograniczona i osiągnięty został akceptowany wymiar skurczu, wtedy, w wyniku blokady, przeciwdziała się dalszym zmianom.

Jeżeli wkładka profilowa została opuszczona, wtedy pomiędzy stroną cierną zamocowanej wytłoczki i płytą mocującą wypychacza stempla przyłożyć można elektryczne napięcie. W tym celu izolowana jest płyta mocująca wypychacza stempla w stosunku do korpusu maszyny. Przepływający przez wytłoczkę prąd ogrzewają równomiernie od wewnątrz.

Dla jednoczesnego utwardzenia i przypieczenia za pomocą elektrycznego prądu stosuje się, na tej stronie wypraski, która podlegać ma obróbce, matrycę elektrodową z przemienną biegunowością. Część prądu płynie do drugiej strony narzędzia i powoduje utwardzanie wytłoczki. Inna część prądu przepływa pomiędzy sąsiadującymi ze sobą elektrodami i powoduje przypieczenie przynależnej do matrycy powierzchni wypraski.

Cała instalacja wyposażona jest w urządzenia, pozwalające na określenie grubości wypraski, rejestrowanie wielkości drogi prasowania podczas procesu i pozwalające na miejscowe sterowanie (In Situ) procesem.

Czujniki temperatury, stykające się z produktem umieszczone są w stemplu i płycie mocującej wypychacza stempla. Temperatura podczas zabiegu sprężania mierzona jest za pomocą stykającego się z wypraską czujnika, w poprzecznej osi kształtu wypraski. Uchwycenie temperatury służy również sterowaniu miejscowemu (In Situ) procesu. Względnie duża siła kształtowania może pochodzić z układu hydraulicznego, którego ciśnienie przenoszone jest na stempel. Niska siła sprężająca musi być dokładnie mierzona i utrzymywana na określonym poziomie. Z tego powodu wyposażono płytę mocującą wypychacza stempla w odpowiednie czujniki. Informacje pochodzące z pomiarów siły służą również miejscowemu sterowaniu (In Situ) procesu. Gazy, które powstają w wyniku procesu, odsysane są przez urządzenie wyciągowe, otaczające wypraskę. Odprowadzenie to następuje w ten sposób, że wychwytywane jest obce powietrze, którego w otoczeniu wypraski winno być niewiele. Wypraska nie powinna się w wyniku kontaktu z obcym powietrzem ochłodzić. W razie potrzeby doprowadzane jest uzdatniane powietrze.

Czas formowania może być mniejszy niż jedna sekunda. Temperatura formowania wynosi od 20°C do 230°C. Temperatura sprężania podczas utwardzania może dochodzić do 800°C.

Siła formowania wynosi od 5 kN do 250 kN i więcej, gdy tymczasem siła sprężania wynosi od 0,5 kN do 7 kN i więcej.

Obie mogą być zmieniane podczas obróbki. Czas trwania sprężania może być mniejszy niż 5 sekund.

Opisany sposób wytwarzania daje się zrealizować za pomocą instalacji o niewielkich wymiarach gabarytowych., przykładowo za pomocą instalacji, która zbudowana jest z przemieszczalnych, kompaktowych części składowych. Nie ma przy tym różnicy pomiędzy tłoczeniem na zimno a tłoczeniem na gorąco. Ze względu na to, że unika się spowodowanych gazowaniem wad wyrobów (pęcherze, rysy, ew. obluzowanie krawędzi), możliwe jest utrzymanie udziału produkcji odpadowej na niewielkim, ograniczonym poziomie.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wiązanej żywicą kształtki, w szczególności okładziny ciernej do hamulców i sprzęgieł, przy czym tworzywo żywiczne prasowane jest i termicznie utwardzane w jednym, jedynym zabiegu, znamienny tym, że podczas trwania tego jedynego zabiegu sterowane są: nacisk i temperatura i ż e w tym jedynym zabiegu zintegrowana jest termiczna obróbka powierzchniowa.
2. 2. Sposób wytwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że dla termicznego utwardzania i dla termicznej obróbki powierzchniowej generuje się przepływ prądu elektrycznego przez tłoczywo.

   PL 202 282 B1
3. 3. Sposób wytwarzania według zastrz. 2, znamienny tym, że jednocześnie lub kolejno po sobie generowany jest przepływ prądów, które z jednej strony płyną poprzez tworzywo, zaś z drugiej strony przepływają blisko przewidzianej do obróbki powierzchni i równolegle do niej.
4. 4. Sposób wytwarzania według zastrz. 3, znamienny tym, że prądy posiadają różne natężenia.
5. 5. Sposób wytwarzania według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że tłoczywo odgazowywane jest podczas zabiegu w sposób ciągły lub sposób przerywany.
6. 6. Sposób wytwarzania według zastrz. 5, znamienny tym, że odgazowanie tłoczywa następuje w kierunku prasowania oraz/lub w kierunku poprzecznym do kierunku prasowania.
7. 7. Sposób wytwarzania według zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że zabieg przeprowadzany jest z zastosowaniem izolacji termicznej.