СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ТВЕРДЫМИ ВСТАВКАМИ, ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ БРИКЕТА ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ТОРМОЗНАЯ КОЛОДКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ТВЕРДЫМИ ВСТАВКАМИ Российский патент 2024 года по МПК B61H7/02 B30B15/02 

Заявляемое изобретение относится к способам изготовления фрикционных изделий с твердыми вставками для различных видов транспорта, в частности тормозных колодок железнодорожного транспорта.

Известны основные стадии изготовления полимерной фрикционной матрицы железнодорожной колодки железнодорожного транспорта:

- приготовление полимерной композиции;

- брикетирование полимерной композиции;

- формование и термическая обработка фрикционных брикетированных изделий;

- механическая обработка фрикционных изделий.

(Н.П. Шанин, М.М. Бородулин, Ю.Я. Колбовский. Производство асбестовых технических изделий. Л., Химия, 1983 г., с.40-61, 91-152).

Известны способы изготовления тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с твердой вставкой включающие следующие этапы:

- изготовление (отливка) чугунной вставки или спекание металлокерамических вставок;

- изготовление (штамповка) металлического каркаса;

- сборка вставки с каркасом и ее приваривание к каркасу;

- укладка в пресс-форму каркаса с приваренной вставкой и навески распушенной полимерной композиции;

- формование колодки в пресс-форме под давлением с последующей вулканизацией.

(Патенты РФ на изобретение №2309072).

Недостаток данного способа изготовления заключается в том, твердые вставки должны фиксироваться на каркасе сваркой или механическим путем. Это дополнительные затраты. В местах сварки образуются соединения, обладающие высокой хрупкостью.

Известен способ, в котором твердые вставки на фрикционной части, выполнены из чугуна. Вставки закрепляют фрикционным композиционным элементом в процессе прессования колодки в пресс-форме за счет высоких адгезионных и когезионных свойств фрикционного композиционного элемента.

(Авторское свидетельство СССР №159186 ( МПК в61h, 1963 г.).

Колодка тормозная для железнодорожного подвижного состава преимущественно композиционная содержит пару твердых вставок на фрикционной части. С целью увеличения эффективности взаимодействия колодки с ободом колеса, пара твердых вставок симметрично расположена относительно горизонтальной оси колодки и перекрывает ее фрикционную часть по всей ширине. Вставки удерживаются за счет сил трения, возникающих между ними и фрикционным материалом колодки. В описании к авторскому свидетельству на изобретение изображена колодка тормозная, содержащая в тыльной ее части металлический каркас.

Недостаток данного способа крепления твердых вставок заключается в том, что он не обеспечивает требуемой надежности при эксплуатации, так как при длительных и экстренных торможениях, происходит интенсивная передача тепла из зоны трения на поверхность твердых вставок, учитывая, что вставки имеют более высокую теплопроводность, вследствие чего температура композиционного материала на поверхностях, контактирующих с твердыми вставками, резко возрастает и происходит выгорание и расплавление органических материалов, включая связующее, входящих в состав композиционной колодки, в связи с чем, крепление вставок ослабевает, и они перестают выполнять свое назначение и могут выпасть из колодки. Такое положение достигается, в основном, тем, что вставки выполнены большими по массе и размерам, и как следствие имеют минимальную площадь контакта с полимерной матрицей, кроме того вставки перекрывает ее фрикционную часть по всей ширине, т.е. по торцам вставки она ничем не удерживается, что значительной снижает надежность крепления.

Известен способ изготовления колодок, в которых композиционный материал предварительно формуют (брикетируют) под давлением 130 МПа в течение 10 секунд. В процессе брикетирования смесь засыпается в пустое гнездо пресс-формы соответствующей конструкции, после чего закладывают металлический каркас и металлическую вставку, пресс-форму закрывают и подают давление. Готовые брикеты направляют на формование и вулканизацию в обогреваемых пресс-формах. Формирование и одновременно вулканизацию осуществляют при температуре 200°С ±5 в течение 25 мин +1 мин/мм толщины композиционного фрикционного элемента. Патент РФ на изобретение № 2463185. Данной техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостаток данного способа заключается в том, при установке металлической вставки в смесь композиционного материала вставки при последующем брикетировании смещаются со своего места, т.е, нарушается положение вставок относительно центра колодки, если количество вставок больше двух, когда они располагаются во фрикционных частях, не контролируемое смещение вставок приводит к неравномерному износу фрикционных частей колодки.

Известные пресс-формы состоят из двух основных деталей: матрицы и пуансона. (В.М.Владимиров. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений, М., Высшая школа, 1974 г., с.320-322). При изготовлении изделий сложного профиля пресс-формы снабжают специальными вкладышами и пазами, в которые перед началом прессования укладывают арматуру (там же, с.328-331).

Наиболее близким аналогом заявляемой пресс-формы для изготовления фрикционного изделия является пресс-форма для горячего формования, основными элементами которой являются матрица, верхний и нижний пуансон (Н.П. Шанин, М.М.Бородулин, Ю.Я. Колбовский. Производство асбестовых технических изделий, Л., Химия, 1983 г., с.96-97).

Однако известные пресс-формы не используются для изготовления изделий с твердой вставкой, расположенной непосредственно на его рабочей поверхности, из-за возможного повреждения твердой вставкой поверхности дорогостоящих пресс-форм.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является возможность изготовления тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с высоко точностью позиционирования твердых вставок расположенных на различных фрикционных участках тормозной колодки.

Технический результат заключается в снижение трудо- и энергозатрат и в упрощении изготовления тормозной колодки, имеющей на различных фрикционных участках твердые вставки, повышения точности позиционирования твердых вставок относительно центральной части.

Технический результат достигается способом изготовления тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с твердыми вставками, путем холодного формирования брикета полимерной композиции и последующего горячего формования колодки в пресс-форме под давлением из полимерного фрикционного материала при одновременном совмещении его с металлическим каркасом и твердыми вставками, при этом холодное прессование брикета из полимерной массы проводят пуансоном снабженным выступами, для формирования в брикете впадин для размещения в них твердых вставок, горячее прессование ведут в пресс-форме пуансоном, формирующим рабочую поверхность колодки, с расположенными твердыми вставками, во фрикционной части тормозной колодки.

Технический результат также достигается пресс-формой для формирования брикета полимерной композиции тормозной колодки железнодорожного транспортного средства, содержащая матрицу, верхний и нижний пуансоны, при этом пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выступами для формирования в полимерной матрице впадин для каждой из вставок, размещенных в во фрикционной части тормозной колодки, причем размеры каждой из впадин больше размеров соответствующей вставки.

Технический результат также достигается тормозной колодкой для железнодорожного транспорта с твердыми вставками, изготовленной способом путем холодного формирования брикета полимерной композиции и последующего горячего формования колодки в пресс-форме под давлением из полимерного фрикционного материала при одновременном совмещении его с металлическим каркасом и твердыми вставками, при этом холодное прессование брикета из полимерной массы проводят пуансоном снабженным выступами, для формирования в брикете впадин для размещения в них твердых вставок, горячее прессование ведут в пресс-форме пуансоном, формирующим рабочую поверхность колодки, с расположенными твердыми вставками, во фрикционной части тормозной колодки, при чем пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выступами для формирования в полимерной матрице впадин для каждой из вставок, размещенных в во фрикционной части тормозной колодки, причем размеры каждой из впадин больше размеров соответствующей вставки.

Снижение трудо- и энергозатрат достигается предлагаемым способом, за счет того, что исключается трудоемкая операция приваривания твердых вставок к корпусу, требующая специального оборудования и высококлассных специалистов и специальных помещений.

Упрощение изготовления тормозной колодки, имеющей на различных фрикционных участках твердые вставки и повышения точности позиционирования твердых вставок относительно центральной части достигается за счет использования пуансона, на рабочей поверхности которого, неподвижно закреплены выступы для формирования впадин в полимерной композиции. Вставки легко вставляются в сформированные пространства. В процессе горячего прессования, за счет усадки полимерной матрицы, вставки крепко фиксируются в матрице.

Способ изготовления фрикционного изделия с твердыми вставками включает несколько этапов. Предварительно, путем смешения компонентов, изготавливают полимерную фрикционную композицию. Изготавливают металлический каркас, пуансон на котором закрепляют твердые выступы и пуансон для горячего прессования. Затем в пресс-форму загружают металлический каркас, необходимую навеску полимерной композиции и проводят холодное прессование пуансоном, на котором закреплены твердые выступы. В ходе холодного прессования из полимерной композиции формируется брикет со впадинами. Геометрические размеры впадин больше соответствующих размеров твердых вставок. Затем во впадины вставляются твердые вставки. Брикет с твердыми вставками помещают в пресс-форму для горячего прессования под давлением. В ходе горячего формования из полимерной композиции образуется полимерный фрикционный материал, с твердыми вставками. При необходимости проводят механическую обработку колодки. Расположение в одной плоскости рабочих поверхностей твердых вставок и фрикционного материала фрикционного элемента колодки происходит в процессе горячего прессования автоматически. По окончании горячего формования с целью улучшения и стабилизации фрикционно-износных свойств колодки допускается проведение термической обработки.

Для осуществления заявляемого способа используют специальную пресс-форму. Пресс-форма для изготовления фрикционного изделия с твердыми вставками содержит матрицу и два верхних пуансона. При этом пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выступами, размещенными в зонах расположения рабочих поверхностей твердых вставок. Размеры каждого выступа пресс-формы больше размеров соответствующих твердых вставок по длине и ширине.

Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером изготовления.

Изготавливают полимерную композицию путем смешения компонентов в смесителе закрытого типа. Полимерная композиция содержит в качестве связующего синтетический каучук, волокнистый армирующий наполнитель и порошковые наполнители, придающие необходимые эксплуатационные свойства колодке. В пресс-форму помещают металлический каркас и полимерную композицию. Верхним пуансоном, выполненным с укрепленными на нем твердыми выступами, проводят холодное прессование с получением полимерного брикета. При удалении пуансона, в образовавшиеся впадины в брикете, устанавливаются твердые вставки. Металлический каркас представляет собой стальную полосу из перфорированной жести. Твердые вставки изготавливаются из металлокерамического композиционного фрикционного сплава. Твердые вставки могут изготавливаться из различных видов чугунов или металлов или металлических сплавов. Горячее формование брикета проводят в пресс-форме под давлением при температуре более 200°С, пуансоном, формирующим рабочую поверхность колодки, в результате чего рабочая поверхность твердой вставки оказывается в одной плоскости с рабочей поверхностью фрикционного материала фрикционного элемента колодки. При необходимости, по окончании формования, колодку подвергают термообработке, и механической обработке.

Заявленная группа изобретений относится к способу изготовления тормозной колодки с твердыми вставками, пресс-форме для формирования брикета полимерной композиции тормозной колодки, тормозной колодке, в частности тормозной колодке железнодорожного транспорта. Тормозная колодка с твердыми вставками изготавливается способом холодного формирования брикета полимерной композиции и последующего горячего формования колодки в пресс-форме под давлением из полимерного фрикционного материала при одновременном совмещении его с металлическим каркасом и твердыми вставками, при этом холодное прессование брикета из полимерной массы проводят пуансоном снабженным выступами, для формирования в брикете впадин для размещения в них твердых вставок. Горячее прессование ведут в пресс-форме пуансоном, формирующим рабочую поверхность колодки с расположенными твердыми вставками, во фрикционной части тормозной колодки. Пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выступами для формирования в полимерной матрице впадин для каждой из вставок, размещенных во фрикционной части тормозной колодки, причем размеры каждой из впадин больше размеров соответствующей вставки. Технический результат - упрощение изготовления тормозной колодки, повышение точности позиционирования твердых вставок относительно центральной части тормозной колодки. 3 н.п. ф-лы.

1. Способ изготовления тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с твердыми вставками путем холодного формирования брикета полимерной композиции и последующего горячего формования колодки в пресс-форме под давлением из полимерного фрикционного материала при одновременном совмещении его с металлическим каркасом и твердыми вставками, отличающийся тем, что холодное прессование брикета из полимерной массы проводят пуансоном, снабженным выступами, для формирования в брикете впадин для размещения в них твердых вставок, горячее прессование ведут в пресс-форме пуансоном, формирующим рабочую поверхность колодки, с расположенными твердыми вставками, во фрикционной части тормозной колодки.

2. Пресс-форма для формирования брикета полимерной композиции тормозной колодки железнодорожного транспортного средства, содержащая матрицу, верхний и нижний пуансоны, отличающаяся тем, что пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выступами для формирования в полимерной матрице впадин для каждой из вставок, размещенных во фрикционной части тормозной колодки, причем размеры каждой из впадин больше размеров соответствующей вставки.

3. Тормозная колодка железнодорожного транспортного средства с твердыми вставками, изготовленная способом по п.1 в пресс-форме по п.2.