Способ изготовления фрикционного изделия Российский патент 2023 года по МПК B22F7/04 F16D69/04 

Изобретение относится к изготовлению фрикционных изделий. В частности к способам нанесения и спекания слоя фрикционного материала со стальной несущей основой пуансонами, с маслосъемными пазами.

Известен способ изготовления фрикционных дисков, включающий в себя холодное прессование порошковой шихты в матрице заданной формы с одновременным формованием канавок и пазов за счет использования пуансона, с контактной поверхностью, выполненной по форме этого рельефа. Припекание фрикционной накладки осуществляется к стальной несущей основе, покрытой слоем электролитической меди толщиной 10-20 мкм, под давлением при температуре 735-750°С [RU 2114719].

Недостатком данного способа является отсутствие информации о соотношении глубины маслосъемных пазов и толщины слоя фрикционного материала. Из практики порошковой металлургии известно, что при прессовании изделий, имеющих переходы по высоте, возможно наличие областей различной плотности, что приводит к образованию трещин [Кипарисов С.С, Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1991. - 432 с.]. Уменьшение данного эффекта возможно за счет уменьшения высоты перехода, для фрикционного материала, уменьшением глубины канавки. Известно, глубина маслосъемных пазов на поверхности фрикционного материала определяет ресурс работы изделия [Борисов С.Г. и др. Муфты сцепления тракторов, М: Машиностроение, 1972].

В качестве прототипа выбран способ изготовления фрикционного изделия, включающий нанесение, предварительное припекание свободнонасыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу и спекание заготовки в виде диска. До спекания припеченный слой фрикционного материала доуплотняют путем прессования диска с усилием до 2,5 т/см2 посредством штампового инструмента с нанесенным формообразующим профилем маслосъемных канавок и пазов [RU 2 709 886]. Недостатком данного способа является отсутствие информации о влиянии отношения толщины свободно насыпанного слоя фрикционного материала на поверхности стальной основы, к глубине формообразующих маслосъемных канавок и пазов на поверхности штампового инструмента. Отсутствует информация о влиянии гранулометрического состава добавок порошков в составе фрикционного материала на его уплотняемость. Отсутствуют данные о влиянии давления доуплотнения фрикционного материала на деформацию стальной основы, что вызвано переуплотнением материала под маслосъемными канавками и пазами. Деформация стальной основы проявляется в форме элипса, вызывая изменение параметров шлицевого соединения, что делает невозможным сборку фрикционного диска на ответную деталь, а также заклинивание в процессе работы.

Технической задачей изобретения является минимизация деформации стальной основы фрикционного диска; снижение количества бракованных изделий; повышение ресурса работы фрикционного диска.

Поставленная задача достигается в способе изготовления фрикционного изделия, включающий нанесение свободно насыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу, предварительное припекание и доуплотнение путем прессования штамповым инструментом с нанесенным формообразующим профилем маслосъемных канавок и пазов, при том что доуплотнение слоя фрикционного материала осуществляется с формированием на нем маслосъемных канавок и пазов, глубина которых в 5,0-5,5 раз меньше толщины свободно насыпанного слоя.

Опытным путем установлено, что при соотношении толщины маслосъемных канавок и пазов к толщине свободно насыпанного слоя меньше чем в 5,0 раз, слой фрикционного материала рыхлый, имеет высокую пористость, увеличивается износ материала. В случае если больше чем в 5,5 раз, происходит переуплотнение слоя фрикционного материала, повышающего вероятность формирования элипской формы стальной основы фрикционного диска.

Частным случаем способа является способ в котором доуплотнение осуществляют при давлении, составляющем 2,0 т/см при толщине стальной основы от 0,5 до 1,0 мм; 2,5 т/см² при толщине стальной основы от 1,0 до 2,0 мм; 3,0 т/см² при толщине стальной основы от 2,0 до 4,0 мм.

В случае давления меньше указанного доуплотнения для вышеприведенных толщин стальной основы фрикционного диска отмечается формирования рыхлого, пористого слоя фрикционного материала. В случае большего давления, происходит изменение формы стальной основы за счет пластической деформации, обусловленной переуплотнением слоя фрикционного материала под маслосъемными канавками и пазами.

Изобретение поясняется примером способа изготовления фрикционного изделия. Исходные порошковый материалы (массовая доля %): медь (основа) - 86, олово - 6, кокс литейный - 8 смешивают в смесителе в течение 50-60 минут. С помощью специальной технологической оснастки, методом свободной насыпки, формируют слой фрикционного материала на основе из стали 65Г толщиной 3,0 мм, покрытой слоем гальванической меди толщиной 6-15 мкм. Затем осуществляется его предварительное припекание при 800°С в течение 15 мин в среде защитно-восстановительной атмосферы эндогаза. Операции формования фрикционного слоя и припекания повторяют для второй стороны фрикционного диска. Заготовку фрикционного диска с припеченным фрикционным слоем доуплотняли на прессе с усилием до 3,0 т/см², при этом глубина маслосъемных канавок равна 0,25 мм, а толщина свободно насыпанного слоя фрикционного материала 1,25 мм. Последующее спекание осуществляли при температуре 800°С в течение 180 минут с приложением давления 0,2-0,5 кг/см² в среде эндогаза.

Осуществленный способ позволил минимизировать деформацию стальной основы, исключив получение дефектных изделий. При нанесении фрикционного слоя на диск основы методом прототипа наблюдалась радиальная деформация по одной из осей до 1-2 мм при наружном диаметре 250-350 мм. По предложенному способу деформация уменьшалась до 0,3-0,5 мм при тех же габаритах. Таким образом, минимизация деформации сохраняет габариты изделия в пределах допуска, что исключает брак по данному признаку.

Получение формообразующего профиля маслосъемных канавок и пазов по предложенному способу, образует менее пористый и более плотный рабочий слой фрикционного материала, что повышает ресурс работы фрикционного диска.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения фрикционных изделий. На стальную несущую основу наносят и предварительно припекают свободно насыпанный слой фрикционного материала, доуплотняют путем прессования посредством штампового инструмента с нанесенным формообразующим профилем для формирования маслосъемных канавок и пазов глубиной в 5,0-5,5 раз меньше толщины свободно насыпанного слоя. Обеспечивается минимизация деформации стальной основы фрикционного диска, снижение количества бракованных изделий и повышение ресурса работы фрикционного диска. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ изготовления фрикционного изделия, включающий нанесение свободно насыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу, предварительное припекание и доуплотнение путем прессования штамповым инструментом с нанесенным формообразующим профилем маслосъемных канавок и пазов, отличающийся тем, что доуплотнение слоя фрикционного материала осуществляют с формированием на нем маслосъемных канавок и пазов, глубина которых в 5,0-5,5 раз меньше толщины свободно насыпанного слоя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление доуплотнения свободно насыпанного слоя фрикционного материала составляет 2,0 т/см² при толщине стальной основы от 0,5 до 1,0 мм, 2,5 т/см² при толщине стальной основы от 1,0 до 2,0 мм и 3,0 т/см² при толщине стальной основы от 2,0 до 4,0 мм.