RU2445526C1

RU2445526C1 - Friction article

Info

Publication number: RU2445526C1
Application number: RU2010149569/11A
Authority: RU
Inventors: Михаил Захарович Левит (RU); Михаил Захарович Левит; Евгений Григорьевич Пивень (RU); Евгений Григорьевич Пивень
Original assignee: Открытое акционерное общество "Термостойкие изделия и инженерные разработки" (ОАО "ТИИР")
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-03-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed article comprises polymer composite friction element secured on metal carcass by means of adhesive layer. Carcass surface is preprocessed by metal sand at shot blast unit and coated with a layer of adhesive polymer composition. Application of metal sand with silicon content of 12-22% and particle size of 0.3-0.8 mm increases roughness of carcass surface.

EFFECT: ruling out polymer composite friction element in operation peeling off.

Description

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом и эксплуатирующимся во фрикционных узлах автотракторной техники, различных машин и оборудования (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей, тракторов и др.).The claimed invention relates to mechanical engineering, namely to friction products containing a polymer composite friction element, combined with a metal frame and operated in friction units of automotive vehicles, various machines and equipment (disc and drum brake pads of cars, tractors, etc.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, содержащий демпфирующий слой, контактирующий с металлическим каркасом (см. Искусство тишины. Журнал «За рулем», №4, апрель 2005 г., с.179). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a friction product comprising a metal frame and a polymer composite friction element containing a damping layer in contact with the metal frame (see The Art of Silence. Journal “Behind the Wheel”, No. 4, April 2005, p. 179). The essential features of the analogue "metal frame, polymer composite friction element" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является повышенная возможность отслоения композиционного фрикционного элемента от металлического каркаса в процессе эксплуатации изделия из-за отсутствия специального адгезионного слоя на поверхности металлического каркаса, контактирующей с композиционным фрикционным элементом.The disadvantage of the analogue is the increased possibility of delamination of the composite friction element from the metal frame during operation of the product due to the lack of a special adhesive layer on the surface of the metal frame in contact with the composite friction element.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие (колодка дискового тормоза), содержащее полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе, при этом поверхность каркаса, контактирующая с фрикционным элементом, выполнена шероховатой, причем рельеф шероховатостей поверхности образован непересекающимися линиями впадин и выступов, чередующихся в направлении продольной оси колодки (см. патент РФ №2086444, МПК⁶В61Н 7/02, 1997). Существенные признаки аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе, поверхность каркаса, контактирующая с фрикционным элементом, выполнена шероховатой» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a friction product (disk brake shoe) containing a polymer composite friction element fixed on a metal frame, while the surface of the frame in contact with the friction element is roughened, and the surface roughness relief is formed by disjoint lines of depressions and protrusions alternating in the direction the longitudinal axis of the pads (see RF patent No. 2086444, IPC ⁶ BH 7/02, 1997). The essential features of the analogue "polymer composite friction element fixed on a metal frame, the surface of the frame in contact with the friction element is roughened" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является возможность отслоения композиционного фрикционного элемента от каркаса при эксплуатации изделия в условиях воздействия на изделие переменных термических и механических нагрузок, а также воздействия воды и химических противогололедных реагентов из-за недостаточной очистки и неоптимальной шероховатости поверхности каркаса в результате абразивной обработки крупнозернистыми абразивными инструментами.The disadvantage of the analogue is the possibility of detaching the composite friction element from the frame during operation of the product under conditions of exposure to variable thermal and mechanical loads on the product, as well as exposure to water and chemical anti-icing reagents due to insufficient cleaning and suboptimal surface roughness of the frame as a result of abrasive treatment with coarse-grained abrasive tools.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе с помощью адгезионного слоя, при этом поверхность каркаса со стороны фрикционного элемента, покрытая адгезионным слоем, выполнена шероховатой в результате обработки (очистки) чугунной или стальной дробью с высоким содержанием углерода (см. ТИИР: наука и практика. Журнал «Автомобиль и сервис», №8, август 2010 г., с. 40÷41). Существенные признаки прототипа «полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе с помощью адгезионного слоя, поверхность каркаса со стороны фрикционного элемента, покрытая адгезионным слоем, выполнена шероховатой» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a friction product containing a polymer composite friction element fixed on a metal frame using an adhesive layer, while the surface of the frame on the friction element side, coated with an adhesive layer, is roughened by processing (cleaning) cast iron or steel shot with a high content carbon (see TIIR: science and practice. Magazine “Car and Service”, No. 8, August 2010, pp. 40–41). The essential features of the prototype "polymer composite friction element fixed on a metal frame with an adhesive layer, the surface of the frame on the side of the friction element coated with an adhesive layer is roughened" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа является возможность отслоения композиционного фрикционного элемента от каркаса изделия в условиях воздействия на изделие переменных термических и механических нагрузок, а также воздействия воды и химических противогололедных реагентов из-за наличия на поверхности каркаса, обработанной (очищенной) чугунной или углеродистой стальной дробью, вкраплений мельчайших частичек чугуна или углеродистой стали. В результате каркас приобретает способность к обильной поверхностной коррозии и не обеспечивает при эксплуатации необходимой адгезионной стойкости, следствием чего и являются недопустимые отслоения фрикционного элемента от каркаса.The disadvantage of the prototype is the ability to detach the composite friction element from the frame of the product under conditions of exposure to the product of variable thermal and mechanical loads, as well as exposure to water and chemical anti-icing reagents due to the presence of minute impregnations on the surface of the frame treated (cleaned) with cast iron or carbon steel shot particles of cast iron or carbon steel. As a result, the frame acquires the ability to abundant surface corrosion and does not provide the necessary adhesive resistance during operation, which results in unacceptable delamination of the friction element from the frame.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия путем снижения возможности отслоения полимерного композиционного фрикционного элемента от металлического каркаса при эксплуатации изделия.The problem to which the invention is directed, is to improve the operational characteristics of the product by reducing the possibility of delamination of the polymer composite friction element from the metal frame during operation of the product.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе с помощью адгезионного слоя, поверхность каркаса, покрытая адгезионным слоем, выполнена шероховатой в результате обработки (очистки) стальным песком с содержанием кремния 12÷22% и размером частиц песка 0,3÷0,8 мм, при этом высота неровностей профиля рельефа шероховатой поверхности выбрана из соотношения: R_z=0,01÷0,1d, где R_z - высота неровностей профиля рельефа шероховатой поверхности, d - размер частиц песка.To achieve the specified technical result in a friction product containing a polymer composite friction element fixed on a metal frame using an adhesive layer, the surface of the frame coated with an adhesive layer is roughened by treatment (cleaning) with steel sand with a silicon content of 12 ÷ 22% and size sand particles 0.3 ÷ 0.8 mm, the height of the roughness of a rough surface topography is selected from the relation: R _z = 0,01 ÷ 0,1d, where R _z - profile height of the relief asperities scabrous surface, d - sand particle size.

Существенные признаки заявляемого изобретения «поверхность каркаса выполнена шероховатой в результате обработки стальным песком с содержанием кремния 12÷22% и размером частиц песка 0,3÷0,8 мм, при этом высота неровностей профиля рельефа шероховатой поверхности выбрана из соотношения: R_z=0,01÷0,1d, где R_z - высота неровностей профиля рельефа шероховатой поверхности, d - размер частиц песка» являются отличительными от признаков прототипа.Salient features of the claimed invention "the surface of the frame is rough as a result of processing with steel sand with a silicon content of 12 ÷ 22% and a particle size of sand of 0.3 ÷ 0.8 mm, while the height of the roughness of the relief profile of the rough surface is selected from the ratio: R _z = 0 , 01 ÷ 0,1d, where R _z is the height of the roughness of the relief profile of the rough surface, d is the size of the sand particles "are distinctive from the features of the prototype.

Фрикционное изделие содержит металлический (стальной) каркас, совмещенный (например, путем приформовывания или приклеивания) с полимерным композиционным фрикционным элементом. В качестве полимерной основы (матрицы) композита могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки или их смеси. В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы (минеральные волокна, стальные волокна, полиарамидные волокна и др., а также их смеси). Также в состав наполнителей могут входить различные дисперсные материалы (технический углерод, барит и др., а также их смеси). Поверхность металлического каркаса со стороны композиционного фрикционного элемента покрыта адгезионным слоем (клеевым слоем). В качестве материала адгезионного слоя могут использоваться различные клеи, например, на основе смол, каучуков и др. При этом поверхность каркаса со стороны фрикционного элемента выполнена шероховатой. Для обеспечения необходимой шероховатости поверхности каркаса эта поверхность очищена (обработана) струей остроугольных частиц (зерен) стального песка, царапающих поверхность. При этом продукты разрушения частиц песка шаржируют поверхность каркаса. В качестве стального песка может быть использован металлический песок из низкоуглеродистой стали с содержанием кремния 14÷20% (добавка ферросилиция).The friction product contains a metal (steel) frame, combined (for example, by molding or gluing) with a polymer composite friction element. Cured resins, vulcanized rubbers or mixtures thereof can be used as the polymer base (matrix) of the composite. Fibrous materials (mineral fibers, steel fibers, polyaramide fibers, etc., as well as mixtures thereof) can be used as fillers. Also, the composition of the fillers may include various dispersed materials (carbon black, barite, etc., as well as mixtures thereof). The surface of the metal frame from the side of the composite friction element is coated with an adhesive layer (adhesive layer). Various adhesives can be used as the material of the adhesive layer, for example, based on resins, rubbers, etc. Moreover, the surface of the frame on the friction element side is made rough. To ensure the necessary roughness of the carcass surface, this surface is cleaned (processed) by a stream of acute-angled particles (grains) of steel sand that scratch the surface. The products of the destruction of sand particles sharpen the surface of the frame. As steel sand, metal sand made of low-carbon steel with a silicon content of 14–20% (ferrosilicon additive) can be used.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например приформовыванием к металлическому каркасу формовочной смеси. При этом поверхность металлического каркаса, к которой приформовывается полимерный фрикционный элемент, предварительно обрабатывается на дробеметной установке металлическим песком, а затем покрывается слоем адгезионной полимерной композиции.The inventive product can be manufactured by known methods, for example, molding to a metal frame of the molding mixture. At the same time, the surface of the metal frame to which the polymer friction element is molded is pretreated at the shot blasting machine with metal sand, and then coated with a layer of adhesive polymer composition.

Конкретным примером заявляемого изделия является полимерное композиционное фрикционное изделие, содержащее плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза легковых автомобилей) и фрикционный элемент из полимерного композита. Металлический каркас со стороны фрикционного элемента обработан стальным песком из стального высококремнистого полуфабриката с содержанием кремния 14÷20% и размером частиц 0,5 мм. Содержание углерода в полуфабрикате не более 0,5%. Скорость песчаной струи 40÷80 м/сек.A specific example of the claimed product is a polymer composite friction product containing a flat metal frame (disc brake pad for cars) and a friction element made of a polymer composite. The metal frame on the friction element side is treated with steel sand from a high-silicon steel semi-finished product with a silicon content of 14–20% and a particle size of 0.5 mm. The carbon content in the semi-finished product is not more than 0.5%. Sand stream speed 40 ÷ 80 m / s.

Использование высококремнистого металлического песка увеличивает шероховатость поверхности каркаса и снижает чистоту на 2-3 класса, при этом существенно возрастает коррозийная стойкость поверхности как за счет ее шаржирования мельчайшими частичками песка, образующимися при раскалывании песчинок во время обработки, так и за счет царапания поверхности частицами песка, снимающего небольшие слои металла вместе с дефектами поверхности. В результате повышается адгезия адгезионного слоя к металлическому каркасу, а также повышается адгезионная стойкость адгезионного слоя в условиях эксплуатации изделия, особенно в условиях воздействия воды и химических противогололедных реагентов.The use of high-silicon metal sand increases the surface roughness of the carcass and reduces the cleanliness by 2–3 classes, while the corrosion resistance of the surface increases significantly due to its sharpening with the smallest particles of sand formed when the grains of sand break during processing, and due to scratching the surface with sand particles, removing small layers of metal along with surface defects. As a result, the adhesion of the adhesive layer to the metal frame is increased, and the adhesion resistance of the adhesive layer is also increased under the conditions of use of the product, especially under conditions of exposure to water and chemical deicing reagents.

Claims

Friction product containing a polymer composite friction element fixed on a metal frame using an adhesive layer, characterized in that the surface of the frame coated with an adhesive layer is roughened as a result of processing (cleaning) with steel sand with a silicon content of 12 ÷ 22% and a particle size of 0 , 3 ÷ 0.8 mm, while the height of the roughness of the profile of the relief of the rough surface is selected from the relation: R _z = 0.01 ÷ 0.1d, where R _z is the height of the roughness of the profile of the relief of the rough surface, d is the size of the sand particles.