Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов - Дипломная работа

Развитие техники, возрастание скоростей всех видов транспорта, изменение масс и габаритов многих машин связаны с резким увеличением мощности, поглощаемой тормозными и фрикционными устройствами, передаваемой сцепными муфтами и т.д. Применение фрикционных полимерных материалов позволяет во многих случаях повысить сроки службы машин и механизмов и, как следствие этого, увеличить межремонтные сроки и снизить затраты на ремонтные работы, значительно снизить трудоемкость изготовления узлов и деталей трения благодаря более высокой эффективности переработки пластмасс в изделия по сравнению с механической обработкой металлов. Расширение сферы применения полимерных материалов в узлах трения позволяет упростить конструкцию узлов трения, повысить надежность и долговечность их работы, а также высвободить большое количество цветных металлов и легированных сталей. Для теплонагруженных изделий и конструкций (к которым относятся такие детали как автомобильные тормозные колодки) традиционные типы полимерных материалов не пригодны, так как они как правило утрачивают деформационную устойчивость при температурах выше 200°С. Тормозная колодка представляет собой изделие состоящие из двух частей, это фрикционная накладка изготовленная из полимерного композиционного материала конструкционного назначения, которая запрессовывается в металлическую пластину.Как было показано при анализе конструкции изделия, технических требований к изделию, условий эксплуатации, и требований к материалу изделия для его изготовления, необходим полимерный материал, который должен сочетать высокие фрикционные свойства, термические нагрузки, т.е. оставаться работоспособным вплоть до 300°С в течении длительного времени, воспринимать достаточно высокие механические нагрузки, быть технологичным, т.е. для изготовления изделия из него не должно предъявляться особых жестких условий по технологии формования. Применение данных материалов дает высокий технический и экономический эффект в результате значительного упрощения конструкций устройств, повышения надежности работы узлов трения и увеличения срока службы машин, снижает затраты на ремонт, увеличивает сроки между ремонтами, позволяет экономить значительное количество металлов. Основное требование к материалам такого рода - высокая износостойкость, которая зависит от сочетания в данном материале определенных физико-химических, физико-механических, теплофизических и трибометрических свойств, а также от особенностей нагружения и кинематики узлов трения. В материалах первой группы повышение коэффициента трения достигается главным образом за счет выбора связующего с увеличенной молекулярной массой межузлового фрагмента пространственной сетки. Однако, переработка композиций на основе АПИ-2 литьевым и, даже прямым прессованием осложнена тем, что реакция отверждения по концевым циклическим звеньям при температурах плавления олигоимида не развивается, а резкое повышение вязкости олигоимида при температурах отверждения приводит к тому, что невозможно выделить стадию вязкотекучего состояния связующего, и следовательно оформить изделие.Дискретные БВ, полученные с помощью «дуплекс - процесса», а также с использованием индукционных высокочастотных установок с раздувом воздухом при нормальной и повышенной температурах, сильно отличаются по всем параметрам от волокон, изготовленных непрерывным способом (см. табл. Исходя из конфигурации изделия и условий его формования полуфабрикат ФПМ должен представлять собой дозирующийся прессматериал (типа ФСВ): гранулы игольчатого типа, в которых волокнистый наполнитель конечной длинны (размер от 5 до 20 мм) покрытый оболочкой связующего, содержащего все остальные компоненты материала. Для получения ДВБ-ФИ используют наполнитель в виде нитей, жгутов, лент, тканей, в зависимости от сочетания требований по эксплуатационным свойствам материала в изделии и производительности процесса в целом. Для оценки пригодности выбранных типов связующего и наполнителя и для обработки технологии получения и прессования термоустойчивого фрикционного ПМ в лабораторных условиях был получен прессматериал, содержащий имидное связующее АПИ-3, базальтовые волокна в качестве основного наполнителя и углеродные волокна для увеличения теплопроводности материала. Пропитку интенсифицируют вакуумированием межволоконного пространства наполнителя (вакуумная пропитка), увеличением давления над свободной поверхностью связующего (пневматическая пропитка), возбуждением в связующем акустического давления (пропитка с наложением механических колебаний), наложением на связующие центробежных сил (центробежная пропитка) и другими способами /12/.Переход - это законченная часть ТО, характеризуемая единством инструмента и обрабатываемой поверхности. Рабочий переход - характеризуется изменением состояния предмета труда. Вспомогательный переход - подготавливает рабочий переход и не связан непосредственно с изменением состояния предмета труда.

Содержание

Введение

1. Характеристика изделия и анализ условий эксплуатации

2. Разработка состава фрикционного термоустойчивого материала для изготовления тормозных накладок

2.1 Общие сведения о фрикционных полимерных материалах (ПМ)

2.2 Выбор матрицы для фрикционных ПМС повышенной термоустойчивостью

2.3 Характеристика амидных связующих АПИ и материалов на их основе

2.4 Выбор и характеристика основного наполнителя для фрикционных ПМ

2.5 Разработка состава термоустойчивого ПМ на основе базальтового наполнителя

2.6 Получение полуфабриката ДБВ-ФИ в лабораторных условиях и исследование технологических свойств

3. Разработка технологии получения термоустойчивого фрикционного ПМ

3.1 Разработка технологии получения полуфабрикатов фрикционного ПМ

3.2 Технологическая схема и технология получения ДБВФИ

4. Разработка технологии прессования фрикционных накладок

4.1 Обоснование выбора метода формования

4.2 Разработка технологии прессования

4.3 Расчет времени технологической операции прессования

Выводы

5. Разработка бизнес-плана по производству фрикционной накладки для дисковых тормозов автомобиля

6. Анализ технологии производства и условий труда

Заключение

Список использованной литературы

Развитие техники, возрастание скоростей всех видов транспорта, изменение масс и габаритов многих машин связаны с резким увеличением мощности, поглощаемой тормозными и фрикционными устройствами, передаваемой сцепными муфтами и т.д. В связи с этим к фрикционным материалам предъявляются все более высокие требования относительно: термоустойчивости в условиях длительного нагружения, стабильного коэффициента трения, а также износостойкости.

Применение фрикционных полимерных материалов позволяет во многих случаях повысить сроки службы машин и механизмов и, как следствие этого, увеличить межремонтные сроки и снизить затраты на ремонтные работы, значительно снизить трудоемкость изготовления узлов и деталей трения благодаря более высокой эффективности переработки пластмасс в изделия по сравнению с механической обработкой металлов.

Использование полимерных материалов дает возможность уменьшить массу и габаритные размеры машин. Расширение сферы применения полимерных материалов в узлах трения позволяет упростить конструкцию узлов трения, повысить надежность и долговечность их работы, а также высвободить большое количество цветных металлов и легированных сталей.

Для теплонагруженных изделий и конструкций (к которым относятся такие детали как автомобильные тормозные колодки) традиционные типы полимерных материалов не пригодны, так как они как правило утрачивают деформационную устойчивость при температурах выше 200°С.

Однако, известно, что для теплонагруженных деталей и конструкций, работоспособных при температурах выше 300 °С, наиболее пригодны полимерные материалы на основе сетчатых жескоцепных имидных матриц - имидопласты.

Поэтому целью данного проекта является: 1. Разработка состава фрикционного полимерного материала для тормозных колодок автомобиля на основе термоустойчивой полиимидной матрицы и фрикционного наполнителя

2. Разработка технологии формования тормозных колодок из данного материала.

1. Характеристика изделия и условия эксплуатации

Объектом производства является изделие: тормозная колодка для дисковых тормозов автомобиля, эскиз которой представлен на рисунке 1.

Тормозная колодка представляет собой изделие состоящие из двух частей, это фрикционная накладка изготовленная из полимерного композиционного материала конструкционного назначения, которая запрессовывается в металлическую пластину. Толщина такой накладки порядка 6-7 мм, а ее геометрическая форма определяется условиями работы тормозной системы.

При работе тормозной системы, под действием давления жидкости в гидравлическом приводе поршни перемещают тормозную колодку и прижимают ее к тормозному диску. В результате в тормозной колодке возникают напряжения сжатия и сдвига при трении колодки о диск. Также, изза неоднородности материала и неравномерного нагрева в условиях эксплуатации в материале возникают термические напряжения.

Со временем эксплуатации фрикционные накладки изнашиваются и в дальнейшем необходимо производить их замену. Минимально допустимая толщина фрикционной накладки - 1,5 мм./1/

Таблица 1. Физико-механические показатели фрикционной накладки армированной трикотажным наполнителем

Плотность, г/см3 1,9

Предел прочности при сдвиге в направлении трения, МПА 30,0±6,9

Предел прочности при сжатии в направлении перпердикулярном плоскости фрикционной накладки, МПА 180,5±25,0

Предел прочности при растяжении в направлении трения, МПА 5,7±0,4

Относительное разрывное удлинение при растяжении в направлении трения, % 2,5±0,3

Разрушающее напряжение при изгибе, МПА 58,4±4,0

Фрикционные показатели качества накладки определяются «динамическим» коэффициентом трения накладки по стали или чугуну (материал контртела трения - тормозного диска или барабана автомобиля) при сухом контакте и после намокания в воде.

Динамический коэффициент трения (mc) накладки при сухом контакте с контртелом трения по определению вычисляется по величине момента трения (Мт) при заданной силе (F) нормального давления и скорости скольжения после установления постоянной температуры на контакте.

где R - расстояние средней линии площадки контакта от оси диска.

Этот показатель можно установить с помощью машины трения.

Условия эксплуатации изделия: Скорость трения до 20 м/с. Максимальная нагрузка на поверхности до 6 МПА. Кратковременная температура при торможении (Ткр) = 500°С. Длительная температура при торможении (Тдл)= 350°С. Технические требования к качеству изделия: 1. Коэффициент трения 0.38-0.45. 2. Износ в пределах 0.12-0.28 см3 на КВТ в час. 3. Фрикционная теплостойкость Ткр до 500 °С и Ткр до 350 °С. 4. Соответствие европейским требованиям по экологии.