Uprawniony z patentu: Abex Corporation New York. Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób wytwarzania elementów ciernych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elementów ciernych, takich jak klocki hamulcowe do hamulców kolejowych, wykladziny cierne do hamulców samochodowych itp.Znana jest masa przeznaczona do wytwarzania klocków do hamulców kolejowych o niskim wspól¬ czynniku tarcia, w której sklad wchodza czastecz¬ ki zeliwa w ilosci 12—3(M wagowo, grafit w ilosci 20—55% wagowo, wlókno azbestowe w ilosci S—17*/e wagowo oraz jako spoiwo zywica termo¬ utwardzalna fenolowo-formaldehydowa w ilosci 14—24f/o wagowo, jak równiez rozmaite modyfika¬ tory wlasciwosci ciernych, takie jak baryty, tlenek glinu, koks i wiele innych. Stosunkowo duza za¬ wartosc azbestu wystepujaca w tej masie powo¬ duje, ze ma ona niski wspólczynnik tarcia i mozna jednoczesnie wspomniec, ze stosunkowo duza za¬ wartosc azbestu jest równiez charakterystyczna dla okladzin w hamulcach samochodowych.Do formowania ksztaltek z tej masy stosuje sie znana metode prasowania, przy której po zmie¬ szaniu skladników na jednorodna mase wypelnia sie ta masa wneke formy i poddaje sie ja w wy¬ sokiej temperaturze i pod znanym cisnieniem, wstep¬ nemu utwardzaniu trwajacemu kilka godzin. Pod¬ czas tego procesu nastepuje zageszczenie miesza¬ niny oraz czesciowe utwardzenie zywicy termo¬ utwardzalnej stanowiacej spoiwo. Nastepnie czescio¬ wo utwardzony, uformowany wyrób jest poddawa¬ ny ostatecznemu utwardzaniu przez dlugotrwale wygrzewanie w temperaturze rzedu 180°C lub wyzszej, które to wygrzewanie trwa 10 i wiecej godzin.Dla unikniecia niedogodnosci tego sposobu po- 5 legajacej na koniecznosci jednoczesnego stosowania wysokich temperatur i duzych cisnien przez dluz¬ szy czas proponowano, aby najpierw sprasowac mase wolna calkowicie od rozpuszczalnika do jej ostatecznej gestosci w temperaturze pokojowej, a 10 nastepnie wyjmowac uformowany wyrób z formy i dalsze utwardzanie prowadzic poza forma bez stosowania wysokich cisnien. Ten sposób moze byc jednak realizowany tylko w okreslonych warun¬ kach, poniewaz doswiadczenia wykazaly, ze jesli 15 zawartosc azbestu przekracza 5a/o wagowo to sucha mieszanina ma niepozadana tendencje do rozwar¬ stwiania sie po wyjeciu z formy i poddaniu jej dzialaniu wysokich temperatur utwardzania ko¬ niecznych dla doprowadzenia zywicy termoutwar- 20 dzalnej do stanu calkowicie twardego.Celem niniejszego wynalazku jest wyeliminowa¬ nie wspomnianych wad dotychczas znanych spo¬ sobów wytwarzania ksztaltek ciernych i umozU- wienie formowania ksztaltek z masy o duzej za- 25 wartosci azbestu bez koniecznosci jednoczesnego stosowania duzych cisnien i wysokich temperatur przez dlugi okres czasu. Dalszym celem wynalazku jest skrócenie do minimum czasu przebywania ksztaltki w formie, a tym samym zwiekszenie 30 szybkosci rotacji form w procesie produkcyjnym. 815753 81575 4 Dla osiagniecia tych celów postawiono sobie za zadanie opracowac sposób wytwarzania elemen¬ tów ciernych, który umozliwilby sprasowanie masy do jej ostatecznej gestosci przy temperaturze po¬ kojowej, a nastepnie jej utwardzenie poza forma, przy czym sposób ten nie powinien wplywac nie¬ korzystnie na wlasciwosci strukturalne gotowego wyrobu.Okazalo sie nieoczekiwanie, ze suche masy prze¬ znaczone do wytwarzania elementów ciernych, po¬ zbawione rozpuszczalnika moga byc sprasowywane do ich ostatecznej gestosci w temperaturze poko¬ jowej, a nastepnie utwandzane poza forma pod warunkiem,, ze mas^zawierajace azbest, przed ich ostatecznym sprasowaniem, zostana poddane dzia¬ laniu* stalego, niewielkiego cisnienia przez czas wystarczajacy dla usuniecia zawartego w masie powi^trtea:;*^ nastepnie pp uplywie tego czasu, cis¬ nienia pedzie natychmiast zwiekszone stopniowo az do wielkosci potrzebnej do uzyskania ostatecznej gestosci.Dzieki temu stwierdzeniu okazalo sie mozliwe rozwiazanie postawionego zadania przez opracowa¬ nie sposobu wedlug wynalazku polegajacego na tym, ze mase przeznaczona do wytwarzania ele¬ mentów ciernych, skladajaca sie ze spoiwa w pos¬ taci zywicy termoutwardzalnej oraz wypelniaczy, w sklad których wchodzi azbest w ilosci co naj¬ mniej 5°/o wagowo, wprowadza sie do wneki formy odpowiadajacej ksztaltem danemu elementowi cier¬ nemu i w pierwszym etapie mase znajdujaca sie w tej formie poddaje sie wstepnie dzialaniu stalego cisnienia, którego wielkosc stanowi ulamek wielkos¬ ci cisnienia koncowego, przez okres czasu wystar¬ czajacy dla usuniecia z masy zasadniczo wszyst¬ kiego zawartego w niej powietrza, a nastepnie w drugim etapie zwieksza sie stopniowo cisnienie dzialajace na mase do wartosci ostatecznej cisnie¬ nia zaleznej od wymaganej gestosci masy i wresz¬ cie w kolejnym etapie wyjmuje sie uformowany przedmiot z formy i poddaje sie utwardzaniu przez okres czasu i w temperaturze zaleznych od rodza¬ ju uzytej zywicy termoutwardzalnej.Przebieg krzywej cisnienia w funkcji czasu w pierwszym etapie jest równolegly do osi czasu, a w drugim etapie krzywa ta ma postac para¬ boli. Przez caly czas dzialania podwyzszonego cis¬ nienia, zarówno pierwszym jak i w drugim eta¬ pie temperatura masy nie ulega podwyzszeniu i jest zasadniczo równa temperaturze otoczenia.Dzieki zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku zostaje znacznie skrócony czas prasowania, a po¬ nadto eliminuje sie koniecznosc stosowania kosz¬ townych matryc podgrzewanych oraz skraca sie znacznie czas rotacji tych ostatnich, co w sumie daje znaczne obnizenie kosztów procesu produk¬ cyjnego bez jakiegokolwiek niekorzystnego wply¬ wu na wlasciwosci gotowego wyrobu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony pogla¬ dowo na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyklad matrycy do wytwarzania elementów cier¬ nych sposobem wedlug wynalazku w przekroju poprzecznym, fig. 2 — wykonany tym sposobem klocek hamulcowy w pólwidoku i pólprzekroju, a fig. 3 — wykres ilustrujacy zmiany cisnienia w funkcji czasu charakterystyczne dla sposobu wedlug wynalazku.Sklad jakosciowy i ilosciowy mieszaniny prze¬ znaczonej do prasowania zmienia sie zaleznie od 5 tego, czy dany element cierny ma stanowic okla¬ dzine klocków hamulcowych, hamulca samochodo¬ wego, sprzegla lub innego mechanizmu. Równiez odpornosc na zuzycie moze sie zmieniac w szero¬ kich granicach, zaleznie od przeznaczenia i jest regulowana przez odpowiedni dobór skladników mieszaniny. Sposób wedlug wynalazku znajduje zastosowanie we wszystkich przypadkach, gdy za¬ wartosc azbestu wynosi co najmniej 5°/o wagowo lub wiecej.W przypadku kolejowych klocków hamulcowych mozna przykladowo przytoczyc nastepujacy sklad.Przyklad Skladnik Zywica fenolowo-for- maldehydowa (nowo- lakowa) Czastki zeliwa (ziar¬ nistosc odpowiadajaca nr 120 sita) Grafit (o ziarnistosci od¬ powiadajacej nr sita od 60 do 325) Wlókno azbestowe (klasa 4K) Modyfikatory wlas¬ nosci ciernych (tlenek baru lub aluminium o ziarnistosci odpo¬ wiadajacej w 95°/o nr sita 325, koks o ziar¬ nistosci odpowiadaja¬ cej nr sita 20) Graniczne zawartosci % wagowo 14^24 12—30 20—55 8—17 0—30 Najkorzyst¬ niejsza zawartosc % wagowo 24 15,5 21 8,8 , 29 Zywica fenolowo-formaldehydowa jest zywica termoutwardzalna, do której jako przyspieszacz stosuje sie szescio- lub czterometyloamine, a w tym przypadku te pierwsza. Suche skladniki wedlug przykladu 1 zostaja zmieszane jednorodnie, a od¬ mierzona ilosc mieszaniny 10 umieszczona zostaje na stalowej podkladce 12, której zewnetrzny zarys jest dopasowany do wewnetrznego ksztaltu dna 13 formy lub matrycy 15. Na powierzchnie wkladki 12 przylegajaca do mieszaniny 10 mozna naniesc warstwe kleju termoutwardzalnego w celu lepsze¬ go zwiazania masy z podkladka. Polaczenie masy z podkladka moze byc równiez dokonane za po¬ moca otworów 12A, w które masa zostaje wtloczo¬ na podczas procesu prasowania.Gdy odmierzona ilosc masy zostanie umiesz¬ czona na podkladce 12 opartej we wnece formy stempel lub tlok 20 prasy sprasowuje sucha mie¬ szanine 10. Operacja ta przebiega zgodnie z krzy¬ wa ABC pokazana na fig. 3, która to krzywa od¬ nosi sie do mieszaniny o najkorzystniejszym skla¬ dzie podanym w przykladzie.Tak wiec poczatkowo nacisk wywierany przez tlok prasy, w celu zageszczenia masy w tempera¬ turze otoczenia, wynosi okolo 157,5 KG/cm2 i trwa 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 81575 6 okolo 20 sekund. To dzialanie nacisku poczatko¬ wego ilustruje poziomy odcinek AB krzywej. Na¬ cisk ten stanowi zaledwie ulamek cisnienia osta¬ tecznego. Nastepnie cisnienie jest stopniowo zwie¬ kszane wzdluz odcinka BC krzywej az do cisnie¬ nia maksymalnego, wynoszacego okolo 1890 kG/cm2, przez okres okolo 50 sekund, co powoduje spra¬ sowanie mieszaniny do jej ostatecznej gestosci sta¬ nowiacej okolo 90% gestosci teoretycznej. Korzyst¬ nie, choc niekoniecznie, cisnienie 1890 kG/cm2 moze byc utrzymywane na tej samej wysokosci przez dodatkowe 15 sekund, jak to pokazano linia prze¬ rywana na fig. 3.Teraz stempel zostaje uniesiony i gotowy zestaw pokazany na fig. 2, skladajacy sie z podkladki 12 i zageszczonego bloku ciernego 10A, które razem tworza klocek hamulcowy 30. Nalezy zwrócic uwa¬ ge, ze forma elementów nie ogranicza sie do ksztaltu pokazanego na fig. 2.Polaczony zespól pokazany na fig. 2, zostaje na¬ stepnie przeniesiony do pieca grzewczego, gdzie jest wygrzewany przez okolo dziesiec godzin w temperaturze podwyzszanej stopniowo od 150 do okolo 230°C. Nastepnie ta górna temperatura jest utrzymywana przez okres dalszych szesciu godzin w celu calkowitego utwardzenia zywicy fenolo- wo-formaldehydowej stanowiacej spoiwo. Spoiwo zywiczne w przykladzie stanowi zywica nowola- kowa zawierajaca 6°/o przyspieszacza w postaci szesciometyloaminy. Jednakze mozna równiez za¬ stosowac jako spoiwo zywice fenolowo-formalde- hydowa utwardzana termicznie jednostopniowo, zamiast zywicy nowolakowej lub w polaczeniu z nia. W pewnych przypadkach spoiwo moze rów¬ niez zawierac zywice fenolowo-formaldehydowa mo¬ dyfikowana olejem lub innymi modyfikatorami, ta¬ kimi jak dajacy sie wulkanizowac kauczuk syn¬ tetyczny. W kazdym jednak przypadku podstawo¬ wym skladnikiem spoiwa jest znana termoutwar¬ dzalna zywica fenolowo-formaldehydowa, stoso¬ wana dotychczas przy produkcji elementów cier¬ nych.Niezaleznie od skladu suchej mieszaniny pod¬ dawanej prasowaniu oraz niezaleznie od tego czy przyklad zostanie zmieniony aby dostosowac go do wymagan okladzin hamulców samochodowych przez zwiekszenie zawartosci azbestu do 50—60% wagowo, stosowane naciski odpowiadaja ogólnie krzywej ABC z fig. 3 pod tym wzgledem, ze po¬ czatkowo ma miejsce okres przetrzymywania pod stalym naciskiem odpowiadajacy poziomemu od¬ cinkowi krzywej AB a nastepnie, bezposrednio po tym, stopniowy wzrost nacisków wzdluz rosnace¬ go odcinka krzywej BC. Tak wiec przy skladach masy innych niz w przykladzie, odcinek stalego cisnienia AB moze sie rozpoczynac na osi cisnie- 5 nia powyzej lub ponizej wartosci wskazanych na fig. 3, zaleznie od zawartosci azbestu, która glów¬ nie decyduje o ilosci zatrzymanego w masie po¬ wietrza. Równiez punkt B krzywej moze byc mniej lub bardziej przesuniety wzdluz osi odcie¬ tych, to jest wzdluz osi czasu, wprost proporcjo¬ nalnie do zawartosci azbestu. Innymi slowy, gdy gestosc masy sie zmniejsza, to jest gdy zawiera ona wiecej azbestu a tym samym wiecej zatrzy¬ manego powietrza, to wspólrzedne odcinka AB krzywej wzrastaja w tym znaczeniu, ze wzrasta wielkosc nacisku poczatkowego lub czasu jego trwania, badz tez wzrastaja obie te wartosci jed¬ noczesnie.Stopien nachylenia krzywej ABC na odcinku BC zalezy w rzeczywistosci od zdolnosci produkcyjnej zastosowanej prasy, co mozna wyrazic w ten spo¬ sób, ze przyrost cisnienia dP na jednostke czasu dt na odcinku BC moze byc wyrazony równaniem liniowym lub wykladniczym, nie ma to jednak zasadniczego znaczenia, poniewaz istotne jest moz¬ liwie jak najszybsze uzyskanie cisnienia ostatecz¬ nego w granicach dopuszczalnych kosztów. PL PL