ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2012 года по МПК F16D69/02 

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.).

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.

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.

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, МПК⁶ В61Н 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Изобретение относится к области фрикционных изделий, эксплуатирующихся во фрикционных узлах автотракторной техники, различных машин и оборудования. Фрикционное изделие содержит полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе с помощью адгезионного слоя. Поверхность каркаса предварительно обрабатывается на дробеметной установке металлическим песком, а затем покрывается слоем адгезионной полимерной композиции. Использование стального песка с содержанием кремния 12÷22% и размером частиц 0,3÷0,8 мм увеличивает шероховатость поверхности каркаса. Достигается снижение возможности отслоения полимерного композиционного фрикционного элемента от металлического каркаса при эксплуатации изделия.

Фрикционное изделие, содержащее полимерный композиционный фрикционный элемент, зафиксированный на металлическом каркасе с помощью адгезионного слоя, отличающееся тем, что поверхность каркаса, покрытая адгезионным слоем, выполнена шероховатой в результате обработки (очистки) стальным песком с содержанием кремния 12÷22% и размером частиц 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.