PL82172B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Abex Corporation, Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób wytwarzania elementów ciernych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elementów ciernych do pojazdów, zwlaszcza kolejowych klocków hamulcowych, samochodowych okladzin szczek hamulcowych itp.Znana kompozycja substancji stosowana do produkcji ciernych kolejowych klocków hamulcowych, zawierajaca czasteczki zeliwa w ilosci 12—30% wagowych, czasteczki grafitu w ilosci 20—55% wagowych, wlókna azbestu w ilosci 8—17% wagowych, termoutwardzalna zywice fenolowo-formaldehydowa w ilosci 14—24% wagowych i do 30% wagowych róznorodnych ciernych modyfikatorów takich jak, baryt, tlenek glinowy, koks itp. Stosunkowo duza ilosc wlókien azbestowych 35—50% wagowych jest takze charakterystyczna dla samochodowych okladzin szczek hamulcowych. Dla wytworzenia tego produktu stosuje sie zwykla technike odlewania cisnieniowego, w której jednorodna mieszanine zlozona z wyzej wymienionych skladników uklada sie do wneki matrycy i poddaje sie wstepnemu utwardzeniu w ciagu kilku godzin w wysokiej temperaturze i pod bardzo duzym cisnieniem. Czynnosc ta jest potrzebna zarówno dla zageszczenia mieszaniny jak i dla czesciowego utwardzenia zywicy termoutwardzalnej. Nastepnie czesciowo utwardzony i uformowany pólprodukt w postaci wkladki poddaje sie koncowej obróbce w temperaturze 350°C lub wyzszej w ciagu 10 godzin lub dluzej.Sugerowano, ze wysokie koszty produkcji elementów ciernych wytwarzanych za pomoca odlewania pod cisnieniem i w wysokiej temperaturze mozna ograniczyc, dzieki prasowaniu tak zwanej suchej mieszaniny zasadniczo bez rozpuszczalnika. Dzieki pierwszemu prasowaniu doprowadza sie zasadniczo sucha mieszanine do jej koncowej gestosci w temperaturze pokojowej, natomiast obróbka cieplna zywicy moze byc nastepnie usunieta z formy bez koniecznosci stosowania wysokich cisnien. W teorii zasada ta powinna byc prawidlowa, lecz w praktyce nie zawsze uzyskuje sie zwarty produkt o koncowym ciezarze nasypowym, a nawet zdarza sie rozszczepianie warstw pomimo faktu, ze srodek wiazacy jest lepki, co wyjasniono ponizej. Byloby wskazane prasowanie suchej ciernej mieszaniny, która zawiera stosunkowo duza ilosc azbestu, w sposób zabezpieczajacy przed rozwarstwieniem do koncowej gestosci. Mozna to zrealizowac przez wykonanie kanalów dla gwaltownie wydobywajacego sie podczas prasowania powietrza zawartego w mieszaninie, w taki sposób, ze powtórne prasowanie mozna przeprowadzic bez zatykania tych kanalów.Wedlug wynalazku suche mieszaniny cierne pozbawione rozpuszczalnika mocno spulchnione i o bardzo malej gestosci prasuje sie do osiagniecia przez nie koncowej gestosci w temperaturze pokojowej jednym2 82 172 gwaltownym ruchem tlocznika, a nastepnie utwardza sie ja poza matryca bez stosowania podwyzszonego cisnienia pod warunkiem, ze jedna ze scianek matrycy jest zaopatrzona w kanaly prowadzace do otaczajacej atmosfery oraz, ie kanaly te sa skutecznie oslaniane.Wynalazek zostal blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia prase w nieco schematycznym przekroju wraz z elementami oslaniajacymi, fig. 1A - tlocznik w wido¬ ku perspektywicznym, fig. 1B- tlocznik w rzucie z dolu i fig. 2- kolejowy klocek hamulcowy w przekroju.Okolo 10 lat prowadzono prace nad problemem, jak wytworzyc elementy cierne z zasadniczo suchej mieszaniny zawierajacej termoutwardzalna zywice jako srodek wiazacy w zasadniczo suchym stanie, bez jednoczesnego stosowania wysokich temperatur i cisnien do utwardzenia zywicy. Stosowanie temperatury i cisnienia prze? dlugi okres czasu bylo normalnie praktykowane. Problem postanowiono rozwiazac przez wywolanie w mieszaninie ciernej zawierajacej zywiczny srodek wiazacy, tak intensywnej wewnetrznej pracy wewnatrz komory mieszalnika, ze wewnetrzne tarcie powoduje stopienie zywicy i doprowadzenie jej do stanu plastycznego, kleistego, ale dosc daleko od stanu utwardzonego i nietopliwego. Powstala mieszanina jest nadal zasadniczo wolna od rozpuszczalnika lub cieczy nosnej, ale zawiera dosc miekka zywice tak, ze odmierzona ilosc mieszaniny i wprowadzona do wneki matrycy mozna bylo prasowac doprowadzajac do koncowej gestosci, wymaganej dla elementu ciernego, utrzymujac jego jednolitosc i gestosc po wyjeciu z wneki matrycy, pomimo nie utwardzenia srodka wiazacego. Otrzymany material cierny przenosi sie do pieca i pozostawia sie go w podwyzszonej temperaturze dostatecznie dlugo, aby przemienic termoutwardzalna zywice z miekkiego stanu „B" w stan termoutwardzony, nierozpuszczony „C". Wówczas sucha mieszanke prasuje sie bez doprowadzenia ciepla, a uzyskany prasowany material poddaje sie utwardzeniu bez podwyzszania cisnienia, z wyjatkiem takich przypadków, gdy jest to potrzebne dla unikniecia spaczenia. Jednakze, jak zaznaczono powyzej, zdarzaja sie przypadki rozwarstwiania lub wykruszania powodujac powstawanie wybrakowanych produktów oraz zmniejsza¬ jac wydajnosc eprodukcji.Istnieje kilka czynników ograniczajacych, które limituja mozliwe rozwiazanie. Po pierwsze nalezy oddzielic problem stosowania podwyzszonego cisnienia i temperatury jako równoczesnego czynnika sluzacego utwardzaniu srodka wiazacego zywice przy produkcji elementów ciernych uwzgledniajac nastepstwo tych czynników,Tym niemniej uzyskujac produkt o takich samych zasadniczych wlasnosciach takich jak, wspólczynnik tarcia, odpornosc na scieranie, udamosc itp., jak produkt wytworzony przy jednoczesnym zastosowaniu podwyzszone¬ go cisnienia i temperatury wedlug znanego sposobu. Po drugie powyzsze kryteria usprawiedliwione sa wydajnos¬ cia produkcji lub nieco inaczej mówiac, gdy okresli sie, ie element cierny majacy te same wlasnosci, co wyprodukowany znanym sposobem, moze zostac wytworzony za pomoca pierwszego prasowania do koncowej gestosci bez doprowadzania ciepla, a nastepnie utwardzony do koncowej twardosci bez stosowania podwyzszo¬ nego cisnienia z wyjatkiem przypadków, gdy jest to potrzebne dla unikniecia spaczenia, wówczas kazdy sposób zwiekszenia wydajnosci produkcji usprawiedliwia nizsze koszty dla odbiorcy lub wyzsza cene za zmodyfikowany produkt o lepszych wlasnosciach. Po trzecie taka procedura musi uwzgledniac mieszanke o odmiennej gestosci, która zawiera znaczna ilosc azbestu i przyjmuje do 80% powietrza. Mieszanina o takim charakterze jest przykladowo przedstawiona ponizej w tablicy 1. Jest to mieszanina sluzaca do wytwarzania kolejowych klocków hamulcowych z zalecana zawartoscia skladników.Sposób wedlug wynalazku spelnia te ograniczajace kryteria, które opisano szczególowo ponizej. Najpierw zostanie omówiona korzystna kompozycja stosowana przy produkcji kolejowych klocków hamulcowych.Fachowcy w tej dziedzinie techniki moga latwo dostosowac te kompozycje do produkcji samochodowych okladzin szczek hamulcowych lub nawet okladzin sprzegiel, wykonywanych z podobnej suchej mieszaniny, w którym to przypadku stosuje sie wieksza ilosc azbestu oraz wióry mosiezne, a nie kawalki zeliwa/Dokladny sklad i sposób dozowania prasowanej mieszaniny wedlug wynalazku zmieniaja siew zaleznosci od przeznaczenia uwzgledniajac fakt zastosowania wykonanego elementu ciernego w postaci samochodowej okladziny szczek hamulcowych, kolejowego klocka hamulcowego, tarczy sprzegla itp. Tak wiec zaleznie od zastosowania elementów ciernych, ich charakterystyki tarcia i zuzycia zmieniaja sie w szerokim zakresie. Wlasnosci tarcia i zuzycia okresla sie przez zmiane skladników tworzacych mieszanine poddawana prasowaniu. Ale w kazdym przypadku rozwiazanie wedlug wynalazku charakteryzuje zawartosc azbestu w ilosci co najmniej 5% wagowych i czynnika wiazacego w postaci zywicy termoutwardzalnej. Dokladne wlasnosci zywicy nie sa istotne, poniewaz moze byc ona modyfikowana róznymi sposobami dla osiagniecia odpowiedniej twardosci, ale korzystnie stosuje sie zywice nowolakowa lub dwustopniowo termoutwardzalna zywice fenolowo-formaldehydowa, chociaz mozna stosowac takze jednoetapowo termoutwardzalna zywice fenolowo-formaldehydowa, lub tez mieszanke obu tych zywic. W przypadku kolejowego klocka hamulcowego stosuje sie zywice o skladzie podanym w tablicy 1.82172 3 T a b I i ca 1 Skladnik Udzial Korzystny udzial % wagowy % wagowy Zywica formaldehydowa (Novolak) Czastki zeliwa ( +120 mesh) Czastki grafitu (-60, +325 mesh) Wlókna azbestowe Modyfikatory tarcia (baryty, tlenek glinu, 95% -325 mesh, koks -20 mesh 14-24 12-30 20-55 8-17 0-30 Zywica nowolakowa tezeje pod wplywem temperatury i dodatku heksametyleno-czteroaminy dalej zwanej heks osiagajac stan termoutwardzalny. Suche skladniki podane w przykladzie w tablicy 1 miesza sie dokladnie, a nastepnie odmierzona ilosc mieszaniny 10, wedlug fig. 1, umieszcza sie na górnej czesci stalowej obsady 12, której ksztalt dostosowany jest do ksztaltu uchwytu 13, tworzacego dolna sciane matrycy 15. Jako pomocnicze wiazanie sluzace do polaczenia ciernej mieszaniny 10 z sasiednia powierzchnia obsady 12 stosuje sie wiazanie aktywowane pod wplywem temperatury, chociaz zazwyczaj polaczenie to uzyskuje sie dzieki otworom 12A w obsadzie 12, w które wtlacza sie mieszanine podczas operacji prasowania. Po wlozeniu odmierzonej ilosci mieszaniny ciernej na obsadzie 12 wewnatrz matrycy stempel lub tlocznik 20 stanowi takze czlon ograniczajacy wneke matrycy, i prasuje sucha mieszanine 10, az do momentu osiagniecia przez nia ksztaltu wymaganego klocka hamulcowego 30, jak pokazano na fig. 2. Stosowane konce cisnienia rzedu okolo 3,5 ton/cm2, które zmniejsza sie natychmiast po osiagnieciu go, powodujac sprasowanie mieszaniny do koncowej gestosci, która wynosi okolo 85% teoretycznej gestosci, a czasami dochodzi do 90%. Nastepnie tlocznik cofa sie, a jednolity zestaw wedlug fig. 2 wyjmuje sie z wneki matrycy. Tworzy on kolejowy klocek hamulcowy 30 skladajacy sie z obsady 12 oraz z zageszczonego ciernego ciala 10A. Nalezy zaznaczyc, ze ksztalty pokazane na fig. 2 nie ograniczaja zakresu wynalazku.Zestalony zestaw wedlug fig. 2 przenosi sie do pieca do obróbki termicznej, gdzie prazy sie go w ciagu okolo 10 godzin podwyzszajac stopniowo temperature z okolo 150°C-230°C. Dla zapewnienia jednolitosci stosuje sie niewielkie cisnienie rzedu 0,14 atm. Górna temperature utrzymuje sie wstepnie w ciagu dodatkowych 6 godzin i w wyniku czego zostaje utwardzony srodek wiazacy w postaci zywicy fenylowo-formaldehydowej.Fenolowym srodkiem wiazacym w przykladzie w tablicy 1 jest zywica nowolakowa, zawierajaca okolo 6% przyspieszacza takiego jak heks, sluzacego do przyspieszenia utwardzenia. Jednakze mozna stosowac takze jednostopniowo utwardzona zywice fenolowo-formaldehydowa Tub tez kombinacje tej zywicy z zywica nowola¬ kowa. W kazdym przypadku glównym i zasadniczym skladnikiem srodka wiazacego jest znana utwardzona zywica fenylowo-formaldehydowa.Wedlug wynalazku operacje szybkiego i powtarzanego prasowania mozliwe sa dzieki wycieciu szczelin w jednej ze scianek matrycy, które umozliwiaja wyplyw powietrza zawartego w spulchnionej, suchej mieszaninie znajdujacej sie pod naciskiem. Korzystnie droge ujscia powietrza wykonuje sie w postaci szczelin lub rowków, wedlug fig. 1Af w bocznych i koncowych sciankach tlocznika 20, które przebiegaja dalej przez dolna czolowa scianke tlocznika, jak pokazano na fig. 1B. W konsekwencji powietrze zawarte w mieszaninie moze przedostawac sie do otaczajacej atmosfery. Aby przejscie powietrza odbywalo sie bez przeszkód pomiedzy prasowana mieszanina i dolna scianka tlocznika umieszcza sie kombinacje elementów oslaniajacych. W sklad tych elementów wchodzi perforowana metalowa plytka 34, usytuowana w najwyzszym miejscu wneki matrycy, która styka sie z zakrzywiona dolna scianka tlocznika 20. Plytka 34 zaopatrzona jest w stosunkowo duze otwory 34A.Nastepnym elementem oslaniajacym jest takze metalowa plytka 35, umieszczona pomiedzy plytka 34 i arkuszem 36 papieru, który kladzie sie na górze suchej mieszaniny 10. Metalowa plytka 35 ma mniejsze otwory 35A niz otwory 34A, a papierowy arkusz 36 jest oczywiscie porowaty. Obydwie plytki metalowe mozna przymocowac do dolnej powierzchni tlocznika. Arkusz papieru majacy samoistne bardzo male otwory, przez które moze przeplywac powietrze, zapobiega zatykaniu otworów w lezacej wyzej metalowej plytce 35 przez cierna mieszanine 10, ale oczywiscie umozliwia przejscie powietrza przez nie. Papierem stosowanym do4 82 172 wykonania arkusza 36 korzystnie jest papier pakowy. Posrednia metalowa plytka 35 zabezpiecza otwory w najwyzszej plytce 34 przed zatkaniem ich przez kawalki papieru. Plytka 34 ma stosunkowo wieksze otwory dostosowane do przepuszczania postepujacej fali sprezonego powietrza wydobywajacego sie z mieszaniny 10.Zestalony pólprodukt w postaci wkladki wyjmuje sie z matrycy po wycofaniu tlocznika i przenosi sie do pieca poddajac go obróbce cieplnej, jak opisano powyzej. Zazwyczaj arkusz papieru przywiera do zestalonego ciala 10A, wyjetego z matrycy, ale nie odgrywa to istotnej roli, poniewaz zostaje on spalony podczas obróbki cieplnej. Górna temperature utrzymuje sie w ciagu szesciu godzin, dzieki czemu calkowicie utwardza sie srodek wiazacy w postaci zywicy fenolowo-formaldehydowej. Fenolowym srodkiem wiazacym w przykladzie na tablicy 1 jest zywica nowolakowa, zawierajaca okolo 6% przyspieszacza, np. heksa, dla zwiekszenia predkosci utwardzania. Jednakze z równie dobrym skutkiem mozna stosowac jednoetapowo ogrzewana utwardzalna zywice fenolowo-formaldehydowa lub zywice te w polaczeniu z zywica nowolakowa.Z powyzszych rozwazan wynika, ze wedlug wynalazku formujaca matryca, do której wklada sie sucha, spulchniona mieszanine cierna w czasie zamkniecia wneki matrycy, otoczona jest sciankami 15 matrycy oraz uzupelniajacym tlocznikiem 20. Ksztalt formujacej matrycy w polaczeniu ze skokiem tlocznika pozwala na prasowanie suchej mieszaniny, tak aby jej ksztalt odpowiadal geometrii wymaganego elementu ciernego. Jedna ze scianek matrycy zaopatrzona jest w wiele kanalów 32 prowadzacych z wneki matrycy do otaczajacej atmosfery. Konce tych otworów w miejscu wyJot u do wneki matrycy przykryte sa perforowana plytka umozliwiajac wyplyw powietrza zamknietego w mieszance podczas jej prasowania. Nastepnie sprasowany pólprodukt o koncowej gestosci poddaje sie obróbce cieplnej dla utwardzenia zywicznego srodka wiazacego.Wielkosc sil sciskajacych zastosowanych przy prasowaniu suchej mieszanki nalezy odpowiednio dobierac uwzgledniajac tu, ze dla kolejowego klocka hamulcowego gestosc spulchnionej, suchej mieszaniny przed prasowaniem wynosi tylko 0,35—0,40 g/cm3, a po prasowaniu 1,90-2,20 g/cm3 przy zastosowaniu nacisku rzedu 3,1-3,5 ton/cm2. Dla samochodowych okladzin szczek hamulcowych poczatkowa gestosc wynosi okolo 0,24-0,29 g/cm2, a koncowa -1,90-2,20 g/cm3 przy zastosowaniu nacisku 3,0-3,75 ton/cm2. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elementów ciernych do pojazdów, wykonywanych z mieszaniny zlozonej z wypel¬ niaczy zawierajacych co najmniej okolo 5% wagowych wlókien azbestowych i termoutwardzalnej zywicy, znamienny tym, ze stosuje sie matryce, której wneka otoczona jest scianka matrycy i tlocznikiem, o ksztalcie odpowiadajacym w zasadzie ksztaltowi elementu ciernego, a w co najmniej jednej sciance matrycy wykonane sa w duzej ilosci kanaly prowadzace z wneki matrycy do otaczajacej atmosfery, przy czym kanaly te maja z góry okreslony duzy przekrój, a konce kanalów, których wyloty znajduja sie we wnece matrycy, pokrywa sie perforowanymi elementami oslaniajacymi, majacymi otwory /o ustalonym z góry przekroju mniejszym w porównaniu z przekrojami kanalów, zas do wneki matrycy wprowadza sie dobrana ilosc mieszaniny i nastepnie prasuje sie ja tlocznikiem doprowadzajac do koncowej gestosci, przez co pozwala sie na ujscie powietrza zawartego w mieszaninie podczas prasowania tlocznikiem, a elementy oslaniajace uniemozliwiaja zatykanie kanalów przez mieszanine i w koncu zageszczona wkladke wyjmuje sie z wneki matrycy i poddaje sie obróbce termicznej doprowadzajac do*utwardzenia srodka wiazacego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze jako elementy oslaniajace stosuje sie arkusz papieru oraz perforowana plytke metalowa umieszczone pomiedzy mieszanina i plytka z kanalami.

3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze stosuje sie tlocznik zaopatrzony w kanaly.

4. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny t y m, ze stosuje sie mieszanine wprowadzana do wneki matrycy o gestosci 0,24—0,40 g/cm3 i nacisk na tlocznik 3,1-3,5 ton/cm2, przy czym otrzymuje sie wkladke wyjeta z wneki matrycy o gestosci 0,9—2,2 g/cm3.82 172 \J5AY : : :/ J • • • \ ~M FIGI *<^ iv FIG 2 PL PL