RU2428599C1 - Friction item - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: friction item consists of metal frame with holes and of friction element moulded-on to it. The friction element is made of polymer friction composite and is equipped with lugs arranged inside holes. Hardness of composite in lugs is less, than in a working part of the friction element. ^ EFFECT: reduced probability of lugs and item proper fracture under changing thermal loads during friction item operation; increased strength of lugs to impact mechanic effect.

Description

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим армирующий металлический каркас, например колодкам дисковых тормозов автомобилей, фрикционным изделиям для различных машин и оборудования и т.д.The claimed invention relates to mechanical engineering, namely to friction products containing a reinforcing metal frame, for example, brake disc pads for cars, friction products for various machines and equipment, etc.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, слой которого, примыкающий к каркасу, дополнительно армирован просечно-вытяжным металлическим листом, зафиксированным на каркасе (см. патент РФ №2005619, МПК В29D 9/00, 1994). Существенные признаки аналога «металлический каркас, приформованный к нему фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a friction product containing a metal frame and a polymer composite friction element formed on it, the layer of which adjacent to the frame is additionally reinforced with expanded metal sheet fixed on the frame (see RF patent No. 20055619, IPC B29D 9/00 , 1994). The essential features of the analogue "metal frame, a friction element molded to it" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является сложность изготовления изделия, обусловленная необходимостью фиксации дополнительного армирующего просечно-вытяжного листа (например, болтовым соединением, сваркой и др.), а также, в ряде случаев, и невозможностью изготовления изделия (например, для имеющих небольшие размеры и толщину колодок дисковых тормозов малолитражных легковых автомобилей).The disadvantage of the analogue is the complexity of manufacturing the product, due to the need to fix an additional reinforcing expanded metal sheet (for example, bolting, welding, etc.), as well as, in some cases, the inability to manufacture the product (for example, for disc pads with small sizes and thickness passenger car brakes).

Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов соответствует глубине отверстий (см. М.М.Бородулин и др. Асбестовые технические изделия. Каталог-справочник. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1984, сс.74, 75, 79). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с отверстиями, приформованный к нему выполненный из полимерного фрикционного композита фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.Another analogue of the claimed invention is a friction product containing a reinforcing metal frame with holes and a polymer composite friction element formed on it, provided with protrusions corresponding to the holes in the frame and placed inside the holes, while the height of the protrusions corresponds to the depth of the holes (see M.M. Borodulin and other Asbestos technical products. Directory-directory. M: TSNIITENeftekhim, 1984, pp. 74, 75, 79). The essential features of the prototype "metal frame with holes, molded to it made of a polymer friction composite friction element provided with protrusions placed inside the holes" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является недостаточная прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к характерным для фрикционных узлов усилиям, сдвигающим фрикционный элемент относительно каркаса в условиях переменных термических нагрузок (последовательных нагревов и охлаждений изделия). Прочность фрикционного изделия по аналогу к этим усилиям (деформациям) сдвига обусловлена адгезией материала фрикционного элемента к поверхности металлического каркаса, а также прочностью «на срез» выступов фрикционного элемента. При этом прочность «на срез» зависит не только от прочности фрикционного материала. В результате того, что выступы фрикционного элемента находятся в отверстиях каркаса без зазора (в результате приформовки), а их высота соответствует глубине отверстий, отсутствует возможность компенсации напряжений, возникающих в условиях переменных термических нагрузок из-за разницы коэффициентов теплового расширения металла каркаса и полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент, причем возможность компенсации отсутствует как со стороны выступов из полимерного композита, которые окружены металлом по всей высоте, так и со стороны отверстий в каркасе, поскольку стенки отверстий контактируют с выступами из полимерного композита по всей глубине. В результате, в условиях переменных тепловых нагрузок возможно растрескивание выступов, выкрашивание из них материала и т.п., что приводит к снижению прочности выступов «на срез» и делает опасной дальнейшую эксплуатацию изделия.The disadvantage of the analogue is the insufficient strength of the connection between the frame and the friction element to the forces characteristic of friction units, which shift the friction element relative to the frame under conditions of variable thermal loads (sequential heating and cooling of the product). The strength of the friction product by analogy to these shear forces (deformations) is due to the adhesion of the material of the friction element to the surface of the metal frame, as well as the "shear" strength of the protrusions of the friction element. Moreover, the "shear" strength depends not only on the strength of the friction material. Due to the fact that the protrusions of the friction element are in the holes of the frame without a gap (as a result of shaping), and their height corresponds to the depth of the holes, there is no possibility of compensating for stresses arising under conditions of variable thermal loads due to the difference in the thermal expansion coefficients of the metal of the frame and the polymer composite of which the friction element is made, and the possibility of compensation is absent both from the side of the protrusions of the polymer composite, which are surrounded by metal over the entire height e, and from the holes in the chassis, as wall apertures contact the protrusions of the polymeric composition throughout the depth. As a result, under conditions of variable thermal loads, cracking of the protrusions, chipping of material from them, etc., is possible, which leads to a decrease in the strength of the protrusions “on a cut” and makes further operation of the product dangerous.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий каркаса, при этом плотность полимерного фрикционного композита в выступах меньше, чем плотность остальных частей фрикционного элемента (см. патент РФ №2265759, МПК⁷ F16D 69/02. 2005). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a friction product containing a reinforcing metal frame with holes and a friction element molded to it, provided with protrusions located inside the holes of the frame, while the density of the polymer friction composite in the protrusions is less than the density of the remaining parts of the friction element (see RF patent No. 2265759, IPC ⁷ F16D 69/02. 2005). The essential features of the prototype "a metal frame with holes and a friction element molded thereto provided with protrusions placed inside the holes" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа является повышенная возможность попадания влаги и других веществ в более рыхлый (более пористый) композит, из которого выполнены выступы, размещенные в отверстиях каркаса, что в дальнейшем может при нагреваниях и охлаждениях (замерзаниях) влаги и других веществ вызвать разрушение выступов и, соответственно, самого изделия.The disadvantage of the prototype is the increased possibility of moisture and other substances entering the friable (more porous) composite, from which the protrusions are placed in the holes of the frame, which can subsequently cause heating of the protrusions during heating and cooling (freezing) of moisture and other substances and, accordingly , the product itself.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение возможности разрушения выступов и самого изделия в условиях переменных термических нагрузок в процессе эксплуатации фрикционного изделия. Другим техническим результатом, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости выступов и, соответственно, изделия в целом к ударным механическим воздействиям за счет снижения хрупкости материала выступов.The problem to which the invention is directed is to reduce the possibility of destruction of the protrusions and the product itself under conditions of variable thermal loads during operation of the friction product. Another technical result, the receipt of which can be provided by the claimed invention, is to increase the resistance of the protrusions and, accordingly, the product as a whole to mechanical shock by reducing the fragility of the material of the protrusions.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий, фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, твердость которого в выступах меньше, чем в рабочей части фрикционного элемента.To achieve the specified technical result in a friction product containing a metal frame with holes and a friction element molded thereto, provided with protrusions placed inside the holes, the friction element is made of a polymer friction composite, the hardness of which in the protrusions is less than in the working part of the friction element.

Существенные признаки заявляемого изобретения «фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, твердость которого в выступах меньше, чем в рабочей части фрикционного элемента» являются отличительными от признаков прототипа.The essential features of the claimed invention "the friction element is made of a polymer friction composite, the hardness of which in the protrusions is less than in the working part of the friction element" are distinctive from the features of the prototype.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас, который может быть плоским или криволинейным (например, в виде части цилиндрической обечайки или более сложной формы). В каркасе выполнены отверстия (одно или несколько). Отверстия могут быть круглой, овальной, прямоугольной или другой формы. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими по своему месторасположению отверстиям в каркасе. Количество выступов может равняться количеству отверстий в каркасе или быть меньшим. Форма выступов может повторять форму отверстий или отличаться от нее, при этом высота выступов равна или меньше глубины отверстий. Фрикционный элемент может изготавливаться, например, из полимерного композиционного фрикционного композита, содержащего полимерную матрицу и дисперсные, в том числе волокнистые наполнители. В выступах композит выполнен с меньшей твердостью, чем в рабочей (изнашиваемой в процессе нормальной эксплуатации) части фрикционного элемента. Меньшая твердость композита может быть во всех выступах или в некоторых из них, при этом рецептура композита выступов и рабочей части фрикционного элемента различная. Однако возможно использование композитов с одинаковым рецептурным составом (например, с разной степенью отверждения).The friction product contains a metal frame, which can be flat or curved (for example, in the form of a part of a cylindrical shell or more complex shape). Holes are made in the frame (one or more). The holes can be round, oval, rectangular or other shape. A friction element is molded to the frame, provided with protrusions corresponding in their location to the holes in the frame. The number of protrusions may be equal to the number of holes in the frame or be less. The shape of the protrusions may repeat the shape of the holes or differ from it, while the height of the protrusions is equal to or less than the depth of the holes. The friction element can be made, for example, from a polymer composite friction composite containing a polymer matrix and dispersed, including fibrous, fillers. In the protrusions, the composite is made with a lower hardness than in the working (wearing out during normal operation) part of the friction element. Lower hardness of the composite can be in all protrusions or in some of them, while the formulation of the composite protrusions and the working part of the friction element is different. However, it is possible to use composites with the same formulation (for example, with varying degrees of cure).

Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля БЕЛАЗ, содержащая плоский металлический каркас с отверстиями. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе. Элемент выполнен из полимерного фрикционного композита. Рецептурный состав композита выступов и рабочей части фрикционного элемента отличается содержанием полимерной матрицы, содержание которой выше в композите, из которого выполнены выступы. Возможно также, что полимерная матрица композита выступов выполнена на основе каучукового связующего, а полимерная матрица композита рабочей части фрикционного элемента - на основе смоляного связующего. Твердость по Бринеллю композита выступов составляет 7÷20 НВ, твердость композита рабочей части фрикционного элемента (накладки) составляет 35÷45 НВ.A specific example of the claimed invention is a disc brake pad of a BELAZ automobile, comprising a flat metal frame with holes. A friction element is molded to the frame, provided with protrusions corresponding to holes in the frame. The element is made of a polymer friction composite. The recipe composition of the composite of the protrusions and the working part of the friction element is characterized by the content of the polymer matrix, the content of which is higher in the composite of which the protrusions are made. It is also possible that the polymer matrix of the protrusion composite is made on the basis of a rubber binder, and the polymer matrix of the composite of the working part of the friction element is based on a resin binder. The Brinell hardness of the protrusion composite is 7 ÷ 20 HB, the hardness of the composite of the working part of the friction element (lining) is 35 ÷ 45 HB.

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами. Например, в пресс-форму помещают основную формовочную полимерную композицию, дополнительную формовочную полимерную композицию и металлический каркас. В результате в пресс-форме размещаются два слоя полимерной композиции разного состава, при этом толщина слоя, контактирующего с металлическим каркасом, должна быть достаточной для формирования выступов. Далее осуществляют формование и изготовление колодки известными методами, при этом выступы фрикционного элемента образуются в процессе формования за счет выдавливания в отверстия каркаса дополнительной полимерной композиции. Рецептурный состав композиций подбирается таким образом, чтобы при температуре и давлении формования и последующей обработки композиции образовывались композиты с разной твердостью.The inventive friction product can be manufactured by known methods. For example, a main molding polymer composition, an additional molding polymer composition, and a metal frame are placed in the mold. As a result, two layers of the polymer composition of different compositions are placed in the mold, while the thickness of the layer in contact with the metal frame must be sufficient to form the protrusions. Next, molding and manufacturing of the block is carried out by known methods, while the protrusions of the friction element are formed during molding by extruding an additional polymer composition into the openings of the frame. The recipe composition is selected so that, at a temperature and pressure of molding and subsequent processing of the composition, composites with different hardness are formed.

Выполнение выступов менее твердыми, чем рабочая часть фрикционного элемента, позволяет изготавливать выступы более плотными и менее хрупкими, более способными к компенсации деформаций, возникающих в результате термических и механических эксплуатационных воздействий на изделие. В результате снижается возможность попадания влаги и других веществ в композит выступов, снижается возможность растрескивания и выкрашивания выступов и, как следствие, повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента. Выполнение выступов менее твердыми позволяет за счет их большей пластичности снижать внутренние напряжения в выступе и, соответственно, снижается возможность трещинообразования и разрушения поверхности и тела выступа, то есть также повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к нагрузкам в процессе эксплуатации.The implementation of the protrusions less solid than the working part of the friction element, allows to make the protrusions more dense and less brittle, more capable of compensating for deformations resulting from thermal and mechanical operational influences on the product. As a result, the possibility of moisture and other substances getting into the composite of the protrusions is reduced, the possibility of cracking and chipping of the protrusions is reduced, and, as a result, the bond strength of the frame and the friction element is increased. The implementation of the protrusions less solid allows them to reduce internal stresses in the protrusion due to their greater ductility and, accordingly, the possibility of cracking and fracture of the surface and body of the protrusion is reduced, that is, the strength of the connection between the frame and the friction element to the loads during operation is also increased.

Claims (1)

Фрикционное изделие, содержащее металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий, при этом фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, отличающееся тем, что твердость композита в выступах меньше, чем в рабочей части фрикционного элемента. A friction product containing a metal frame with holes and a friction element formed thereon provided with protrusions located inside the holes, the friction element being made of a polymer friction composite, characterized in that the hardness of the composite in the protrusions is less than in the working part of the friction element.