СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И ИНСТРУМЕНТ (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОГО УЗЛА
METHOD (VERSIONS) AND TOOL (VERSIONS) FOR MANUFACTURE OF BRAKE UNIT

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА К РОДСТВЕННОЙ ЗАЯВКЕ
Настоящая заявка подана в пользу предварительной заявки США, регистрационный номер 61/540,858, поданной 29 сентября 2011 года, содержание которой включено здесь в качестве ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область изобретения
В целом изобретение относится к инструментальным средствам, используемым для формования тормозных узлов автомобилей и к способам формования тормозных узлов.
2. Уровень техники
Автомобильное транспортное средство обычно включает тормозной узел, содержащий накладку из фрикционного материала, прикрепленную к колодке для прижатия к диску тормоза и остановки автомобиля. Пример такого тормозного узла раскрыт в патентной заявке США No.2005/0082124 на имя Кулиса и др. Фрикционный материал тормозного узла должен обеспечивать приемлемый коэффициент трения, износостойкость, теплоизоляцию и низкую вибрацию. Фрикционный материал предпочтительно формируется из неасбестовых материалов, таких как минералы, органические частицы, керамика, арамид и смолы. Фрикционный материал прессуется под давлением на колодку и отверждается. Примеры приемлемых фрикционных материалов и способы крепления фрикционного материала к колодке раскрыты в патенте США No.5.413.194 на имя Кулиса и др.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте воплощения изобретения обеспечивается улучшенный инструмент для производства тормозного узла, включающего фрикционный материал, запрессованный, по меньшей мере, в одно отверстие тормозной колодки. Инструмент включает приемную плиту, которая выполнена из металла. Приемная плита имеет приемную поверхность в качестве опоры тормозной колодки. Приемная плита имеет, по меньшей мере, один штырь, отходящий поперечно от приемной поверхности и проходящий через одно из отверстий колодки и для передачи тепла фрикционному материалу, когда фрикционный материал нагнетается в отверстия.
Другой вариант воплощения изобретения обеспечивает способ производства тормозного узла, включающего фрикционный материал, запрессованный в колодку. Способ включает создание колодки, имеющей переднюю поверхность и противоположную заднюю поверхность и, по меньшей мере, одно отверстие, проходящее от передней поверхности до задней поверхности, где каждое из отверстий имеет определенный диаметр. Способ также включает обеспечение приемной плиты, имеющей приемную поверхность и, по меньшей мере, один штырь, отходящий поперечно от приемной поверхности. Способ также включает выравнивание отверстий колодки со штырями приемной плиты, причем каждый из штырей имеет диаметр штыря меньше диаметра выравненного отверстия. Способ дополнительно включает размещение фрикционного материала по передней поверхности колодки, нагрев фрикционного материала и приемной плиты и нагнетание фрикционного материала через отверстия колодки вдоль штырей.
Приемная плита со штырями передает дополнительное тепло фрикционному материалу, по сравнению с приемной плитой известного уровня техники без штырей. Штыри обеспечивают значительное количество тепла для внутренней или центральной части фрикционного материала. Во время процесса формования температура в центральной части фрикционного материала увеличивается быстрее, и эта температура выше, чем она была бы, если бы приемная плита не имела штырей. Быстрое нагревание и более высокая температура повышают степень отверждения фрикционного материала и уменьшают или устраняют стремление фрикционного материала к отслоению от колодки или к внутреннему расслоению. Улучшенное отверждение, обеспечиваемое приемной плитой со штырями, также уменьшает или устраняет пузырение фрикционного материала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества настоящего изобретения будут оценены и лучше поняты при чтении следующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фигура 1 - перспективный вид приемной плиты согласно одному варианту воплощения изобретения;
Фигура 2 - поперечный разрез приемной плиты фигуры 1 по линии 2-2, а также вид колодки, фрикционного материала и упорной плиты пресса согласно одному варианту воплощения изобретения;
Фигура 2А - увеличенный вид сбоку в поперечном разрезе окруженной области фигуры 2, показывающей штырь приемной плиты;
Фигура 2В - альтернативный вариант воплощения штыря фигуры 2А;
Фигура 2С - другой альтернативный вариант воплощения штыря фигуры 2А;
Фигура 3 - поперечный разрез приемной плиты, колодки и фрикционного материала согласно другому варианту воплощения изобретения;
Фигура 4 - перспективный вид приемной плиты согласно другому варианту воплощения изобретения;
Фигура 5 - поперечный разрез приемной плиты фигуры 4, колодки, фрикционного материала и упорной плиты пресса согласно еще одному варианту воплощения изобретения;
Фигура 6 - поперечный разрез приемной плиты фигуры 4, колодки, фрикционного материала и упорной плиты пресса согласно еще одному варианту воплощения изобретения;
Фигура 7 - вид сверху колодки согласно одному варианту воплощения изобретения; и
Фигура 8 - вид сверху фрикционного материала, расположенного на колодке фигуры 7 согласно одному варианту воплощения изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Один вариант воплощения изобретения обеспечивает инструмент, называемый приемной плитой 20 и используемый для формования тормозного узла 22, включающего фрикционный материал 24, прессованный на колодку 26. Примеры улучшенной приемной плиты 20 показаны на фигурах 1-7 и пример тормозного узла 22, произведенного благодаря использованию приемной плиты 20, показан на фигуре 8. Другой вариант воплощения изобретения обеспечивает способ формования тормозного узла 22 путем использования улучшенной приемной плиты 20. Приемная плита 20 включает, по меньшей мере, один штырь 28, но, как правило, множество штырей 28, проходящих через отверстия 30 колодки 26. Во время процесса формования штыри 28 приемной плиты 20 выравниваются с отверстиями 30 колодки 26, и фрикционный материал 24 нагревается и нагнетается через отверстия 30 колодки 26. Поток нагретого фрикционного материала 24 течет на приемную плиту 20, и штыри 28 входят во фрикционный материал 24. Штыри 28 обеспечивают дополнительное тепло центральной части 32 фрикционного материала и повышают степень отверждения.
На фигурах 1-6 показана приемная плита 20, содержащая множество штырей 28 согласно предпочтительным вариантам воплощения. Приемная плита 20 может быть изготовлена из металла, такого как сталь. Для изготовления приемной плиты 20 могут использоваться различные другие металлы, однако металл должен иметь теплопроводность, по меньшей мере, 14 Вт/(м·К) для передачи тепла фрикционному материалу 24 на стадии прессования. Альтернативно, приемная плита 20 может быть изготовлена из неметаллического материала, имеющего меньшую теплопроводность, чем металл, например из керамического материала, углеродного материала или из материала органического типа.
r
r
Как показано на фигурах 1, 2, 5 и 6, приемная плита 20 имеет приемную поверхность 34 и противоположную поверхность сжатия 36. Приемная поверхность 34 и поверхность сжатия 36, в основном, параллельны друг другу и проходят непрерывно между приемными наружными поверхностями 38 и окружены ими. Приемная плита 20 имеет толщину приемной плиты t от поверхности сжатия 36 до приемной поверхности 34. Толщина t приемной плиты может регулироваться в зависимости от типа фрикционного материала 24 и желательной степени отверждения на стадии прессования.
Штыри 28 приемной плиты 20 отделены друг от друга приемной поверхностью 34 и проходят поперечно от приемной поверхности 34. Штыри 28 расположены в предопределенных положениях в зависимости от местоположения отверстий 30 колодки 26 с тем, чтобы на стадии формирования штыри 28 были бы выравнены с отверстиями 30 колодки 26. Штыри 28 обеспечивают дополнительное тепло фрикционному материалу 24, в дополнение к теплу, обеспечиваемому приемной поверхностью 34 приемной плиты 20.
р
p
p
p
p
p
Как лучше всего видно на фигуре 2А, штыри 28 приемной плиты 20 каждый имеет боковую поверхность 40, проходящую поперечно или вверх по оси А штыря от приемной поверхности 34 до поверхности теплопередачи 42. Боковая поверхность 40 и поверхность теплопередачи 42 штырей 28 передают тепло фрикционному материалу 24. Поверхности теплопередачи 42 штырей 28 отходят от приемной поверхности 34. Каждой штырь 28 имеет высоту h от приемной поверхности 34 до поверхности теплопередачи 42. Высота h штыря может регулироваться в зависимости от типа и количества фрикционного материала 24 и желательной степени отверждения. Согласно одному примерному варианту воплощения высота h штыря лежит в диапазоне от 0,040 до 0,160 дюйма. Как лучше всего видно на фигурах 2А и 2В, каждый штырь 28 имеет диаметр D, проходящий параллельно приемной поверхности 34. Диаметр D штыря может изменяться по высоте штыря, как показано на фигуре 2В.
p
Приемная поверхность 34 и штыри 28 приемной плиты 20 могут иметь различную конфигурацию. Однако в каждом варианте воплощения диаметры D штырей должны соответствовать отверстиям 30 колодки 26 так, чтобы на стадии формования фрикционный материал 24 мог бы течь вокруг штырей 28. В варианте воплощения фигур 1-3 приемная поверхность 34 приемной плиты 20 являются плоской, боковая поверхность 40 каждого штыря 28 проходят перпендикулярно приемной поверхности 34, и поверхность теплопередачи 42 каждого штыря 28 проходят параллельно приемной поверхности 34. Боковая поверхность 40 каждого штыря 28 альтернативно может проходить под углом к приемной поверхности 34. В варианте воплощения фигуры 2В боковая поверхность 40 штыря 28 сходит на конус от приемной поверхности 34 до поверхности теплопередачи 42, а поверхность теплопередачи 42 является круглой.
p
p
В варианте воплощения фигуры 2В диаметр D штыря вдоль поверхности теплопередачи 42 меньше диаметра D штыря вдоль приемной поверхности 34. В другом альтернативном варианте воплощения, показанном на фигуре 2С, штырь 28 имеет коническую форму так, что боковая поверхность 40 штыря 28 сходит на конус от приемной поверхности 34 до поверхности теплопередачи 42, и поверхность теплопередачи 42 является острой точкой.
r
r
r
В одном предпочтительном варианте воплощения, показанном на фигурах 4-6, приемная поверхность 34 приемной плиты 20 имеет бурт 44, окружающий вдавленную поверхность 46, также называемую вдавливанием или углублением. В этом варианте воплощения штыри 28 расположены в углублении проходят поперечно или вверх от вдавленной поверхности 46. Как показано на фигуре 5, толщина t приемной плиты по бурту 44 больше толщины t приемной плиты вдоль вдавленной поверхности 46. Толщина t приемной плиты уменьшается по направлению от бурта 44 к основанию вдавленной поверхности 46.
r
r
p
В вариантах воплощения фигур 5 и 6 толщина t приемной плиты от поверхности сжатия 36 до поверхности теплопередачи 42 штыря 28, обозначенной как первая толщина приемной плиты, равна толщине t приемной плиты от поверхности сжатия 36 до бурта 44, обозначенной как вторая толщина приемной плиты. В этом варианте воплощения высота h штыря равна расстоянию d между вдавленной поверхностью 46 у основания штыря 28 и буртом 44. На фигурах 5 и 6 показаны боковые поверхности 40 штырей 28, проходящих перпендикулярно приемной поверхности 34, причем поверхности теплопередачи 42 штырей 28 являются плоскими параллельными бурту 44. Однако штыри 28 могут иметь альтернативную конфигурацию. В варианте осуществления фигур 5 и 6 выступ 44 и, по меньшей мере, один из штифтов 28 входит в зацепление и поддерживает колодку 26 во время литья под давлением.
Еще один вариант воплощения изобретения включает способ формования тормозного узла 22, используя улучшенную приемную плиту 20. Способ включает обеспечение колодки 26, используемой для формования тормозного узла 22. Колодка 26, как правило, изготавливается из металла, такого как сталь, удовлетворяющей требованиям автомобильной промышленности, предъявляемым к тормозным узлам транспортных средств. Для изготовления колодки 26 могут использоваться различные другие металлы. Альтернативно, колодка 26 может быть изготовлена из неметаллического материала, имеющего меньшую теплопроводность, чем металл, например из керамического материала, углеродного материала или из материала органического типа. Согласно одному варианту воплощения колодка 26 формируется из материала, имеющего меньшую теплопроводность, чем приемная плита 20. Например, приемная плита 20 может быть изготовлена из металла, такого как сталь, а колодка 26 может быть изготовлена из неметаллического материала, такого как керамический материал, углеродный материал или материал органического типа.
b
b
Пример колодки 26 показан на фигуре 8. Колодка 26 имеет переднюю поверхность 48 и противоположною заднюю поверхность 50, при этом передняя поверхность 48 и задняя поверхность 50, в основном, параллельны друг другу, как показано на фигурах 2, 3, 5 и 6. Передняя поверхность 48 и задняя поверхность 50 проходят непрерывно между наружными поверхностями пластины 52 и окружены ими. Колодка 26 имеет толщину t колодки, на расстоянии от задней поверхности 50 до передней поверхности 48. В одном варианте воплощения толщина колодки t лежит в пределах от 0,215 до 0,230 дюйма.
о
о
Как показано на фигурах 2, 3 и 5-7, колодка 26 имеет, по меньшей мере, одно отверстие 30, но предпочтительно множество отверстий 30, каждое из которых проходит непрерывно от передней поверхности 48 до задней поверхности 50. Каждое отверстие 30 колодки 26 представлено внутренней стенкой 54, проходящей вокруг оси А отверстия. Внутренняя стенка 54, в основном, имеет цилиндрическую форму с диаметром отверстия D, как лучше всего видно на фигурах 2А и 2В. Колодка 26 может также включать пару монтажных частей 56, отходящих наружу от внешних поверхностей пластины 52, как показано на фигуре 8, для установки колодки 26 в транспортном средстве.
s
s
В одном варианте осуществления, показанном на фигурах 5 и 6, колодка 26 включает опорные штыри 29, проходящие поперечно от задней поверхности 50 до упора в приемную плиту 20. Каждый опорный штырь 29 имеет внешнюю поверхность 58, проходящую вверх от задней поверхности 50 до опорной поверхности 60, при этом опорный штырь имеет высоту h. В процессе формирования опорная поверхность 60 входит в контакт с приемной поверхностью 34 приемной плиты 20. В этом варианте осуществления высота h опорного штыря равна расстоянию d между вдавленной поверхностью 46 и буртом 44 приемной плиты 20.
о
p
о
Способ также включает обеспечение приемной плиты 20 содержащей штыри 28, проходящие поперечно от приемной поверхности 34. Стадии обеспечения колодки 26 и приемной плиты 20 включают обеспечение, по меньшей мере, одного штыря 28 имеющего диаметр штыря меньше диаметра D одного из отверстий колодки 26. Предпочтительно, приемная плита 20 имеет множество штырей 28 и разработана так, чтобы один штырь 28 мог бы быть выравнен с каждым отверстием 30 колодки 26, при этом диаметр D каждого штыря 28 меньше диаметра D выравненного отверстия 30.
В вариантах осуществления фигур 5 и 6, где колодка 26 включает опорные штыри 29; приемная плита 20, в основном, включает бурт 44 и вдавленную поверхность 46, чтобы создать канал 62 между задней поверхностью 50 колодки 26 и приемной поверхностью 34 приемной плиты 20.
Способ также включает подготовку или обеспечение фрикционного материала 24. Фрикционный материал 24 может быть любым типом материала, используемого для формования тормозных накладок автомобилей, такого как свободная смесь частиц или предкомпактная форма.
Фрикционный материал 24, как правило, состоит из смеси нескольких компонентов, таких как минералы, органические частицы, керамика, арамид, смолы, скорлупа орехов кешью, резина, металлические частицы и связующее. Фрикционный материал 24 предпочтительно не включают асбеста. Примеры фрикционных материалов 24, которые могут использоваться для формования тормозного узла 22, раскрыты в патенте США No. 5 413194 на имя Кулиса и др.
В одном варианте воплощения фрикционный материал 24 включают различные компоненты 64, 66, такие как холодный компакт, включающий два или несколько различных компонентов 64, 66. Например, фрикционный материал 24 может включать первый состав 64 в виде нижнего или защитного слоя и второй состав 66 в виде обычного фрикционного материала, показанного на фигурах 3 и 6.
о
р
После обеспечения колодки 26, приемной плиты 20 и фрикционного материала 24, способ переходит на стадию прессования фрикционного материала 24 на колодку 26, чтобы сформировать тормозной узел 22. Процесс формования начинается с выравнивания задней поверхности 50 колодки 26 и приемной поверхности 34 приемной плиты 20 параллельно друг другу и выравнивания оси А каждого отверстия 30 колодки 26 с осью штыри А одного из штырей 28 приемной плиты 20. Способ затем включает стадию размещения задней поверхности 50 колодки 26 на приемной поверхности 34 приемной плиты 20 и установку через определенные интервалы каждого штыря 28 приемной плиты 20 относительно смежной внутренней стенки 54 отверстия 30 колодки 26. Штырь 28 приемной плиты 20 и внутренняя стенка 54 колодки 26 имеют пространство 68 между ними, как показано на фигурах 2, 3, 5 и 6. Если колодка 26 имеет опорные штыри 29, опорная поверхность 60 входит в контакт с приемной поверхностью 34 приемной плиты 20. Например, в вариантах осуществления фигур 5 и 6, способ включает размещение задней поверхности 50 колодки 26 на бурте 44 и, по меньшей мере, одного штыря 28 приемной плиты 20, чтобы создать канал 62 между задней поверхностью 50 колодки 26 и вдавленной поверхностью 46 приемной плиты 20.
После того как колодка 26 и приемная плита 20 выравнены по отношению друг к другу, переходят к стадии размещения приемной плиты 20 и колодки 26 в полость установки для формования между двумя противостоящими упорными плитами 70 пресса. Упорные плиты 70 пресса, в основном, параллельны друг другу, как показано на фигуре 2. Способ также включает подогрев пресса до предопределенной температуры, что может быть сделано до или после того, как колодка 26 и приемная плита 20 помещены в установку для формования.
m
m
m
b
r
p
После подогрева установки, способ включает нагнетание или иным образом размещение фрикционного материала 24 в установке для формования и на переднюю часть поверхности 48 колодки 26, как показано на фигуре 5. Фрикционный материал 24 имеет толщину t материала между противоположными сторонами этого фрикционного материала 24. До приложения давления к фрикционному материалу 24 указанный материал 24, в основном, имеет толщину t, равную 0,440-0,470 дюйма. Толщина t материала может изменяться в зависимости от толщины t колодки, толщины t приемной плиты, высоты h штыря, типа фрикционного материала 24 и желательной степени отверждения.
Далее, способ включает нагревание фрикционного материала 24 и приемной плиты 20 и нагнетание фрикционного материала 24 через отверстия 30 колодки 26. В одном варианте осуществления стадия нагнетания включает использование упорной плиты 70 установки формования, чтобы применить изостатическую силу сжатия или изостатическое давление к фрикционному материалу 24 или приемной плите 20. В основном, сила или давление одновременно прилагаются и к фрикционному материалу 24, и к приемной плите 20. Нагретый фрикционный материал 24 течет вдоль внутренних стенок 54 отверстий 30 колодки 26 вдоль штырей 28 приемной плиты 20 и вдоль приемной поверхности 34 приемной плиты 20. Если приемная плита 20 включает бурт 44 и вдавленную поверхность 46, как показано на фигурах 5 и 6, то фрикционный материал 24 также течет через каналы 62 вдоль задней поверхности 50 колодки 26 и вдоль вдавленной поверхности 46 приемной плиты 20.
m
m
m
m
Способ включает вставку штырей 28 во фрикционный материал 24, прилагая усилие к фрикционному материалу 24 и/или к приемной плите 20. Штыри 28 проходят к центральной части 32 фрикционного материала 24, которая является частью фрикционного материала 24, не подвергающейся воздействию окружающей среды или других компонентов. Штыри 28, в основном, проходят через часть фрикционного материала 24, но могут пройти через весь фрикционный материал 24. Когда к фрикционному материалу 24 приложено давление, фрикционный материал 24 имеет большую толщину t материала у отверстий 30 колодки 26, как показано на фигуре 2. В примерном варианте воплощения материальная толщина t фрикционного материала 24 вдоль отверстий 30 и штырей 28 после приложения давления или силы к фрикционному материалу 24, составляет величину от 0,660 до 0,690 дюйма. В одном предпочтительном варианте воплощения штыри 28 проходят, по меньшей мере, на 5%, предпочтительно, по меньшей мере, 8% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 25% толщины t фрикционного материала 24, на основе t толщины материала у отверстий 30 колодки 26 после приложения давления или силы к фрикционному материалу 24. Во время процесса формования нагретый фрикционный материал 24 полностью окружает и заключает в себя штыри 28 приемной плиты 20. Если между приемной плитой 20 и колодкой 26 имеется канал 62, фрикционный материал 24 также покрывает часть задней поверхности 50 колодки 26.
Если фрикционный материал 24 включает множество компонентов 64, 66, таких как первый состав 64 и второй состав 66, первый состав 64 расположен на передней поверхности 48 колодки 26 и второй состав 66 расположены на первом составе 64. Альтернативно, первый состав 64 и второй состав 66 вводятся в установку для формования и располагаются на передней поверхности 48 вместе на предварительно уплотненной заготовке. Во время процесса формования, когда фрикционный материал 24 подвергается нагреву и сжатию, первый состав 64 проходит через отверстия 30 и сопровождается вторым составом 66, как показано на фигурах 3 и 6. Первый состав 64 или нижний слой, в основном, легко протекает через отверстия 30 колодки 26, в то время как большая часть второго состава 66 остается лежать вдоль передней поверхности 48 колодки 26.
Стадии нагревания и нагнетания включают приложение достаточного тепла и давления для формирования фрикционного материала 24 на колодку 26 и, по меньшей мере, частичное отверждение фрикционного материала 24. Время формирования и температура изменяются в зависимости от типа фрикционного материала 24. На стадии нагревания тепло передается от приемной плиты 20 фрикционному материалу 24, что помогает отверждению фрикционного материала 24. Фрикционный материал 24, в основном, прессуется под давлением в желательную форму, такую как тормозная накладка, показанная на фигуре 8.
Штыри 28 передают дополнительную тепло от приемной плиты 20 фрикционному материалу 24 по сравнению с приемной плитой без штырей известного уровня техники. Штыри 28, в частности, обеспечивают передачу значительного количества тепла к внутренней или центральной части 32 фрикционного материала 24. Во время процесса формования температура во внутренней или центральной части 32 фрикционного материала 24 повышается быстрее и доходит до величины выше, чем она была бы, если бы приемная плита 20 не имела штырей 28. Более быстрый нагрев центральной части 32 фрикционного материала 24 позволяют быстро удалить любые газы, произведенные во время процесса отверждения, и повышает степень уплотнения фрикционного материала 24 вдоль отверстий 30 колодки 26. Более быстрый нагрев и большее количество тепла также повышают степень отверждения фрикционного материала 24 и уменьшают или устраняют тенденцию фрикционного материала 24 к расслоению. Улучшенное отверждение, обеспечиваемое приемной плитой 20 со штырями 28, также уменьшает или устраняет пузырение фрикционного материала 24. В вариантах воплощения, в котором фрикционный материал состоит из смеси двух или более компонентов 64, 66, например, в вариантах воплощения фигур 3 и 6, быстрый нагрев обеспечивает лучшие реологические свойства смеси.
Процесс формования включает стадию удаления цельноформованного фрикционного материала 24 и колодки 26 из установки для формования. В некоторых случаях отверждение цельноформованного фрикционного материала 24 и колодки 26 заканчивается в вулканизационной печи. Пример готового продукта тормозного узла 22, включающего накладку фрикционного материала 24, цельноформованного на колодке 26, показан на фигуре 8. Тормозной узел 22 может использоваться во многих тормозных системах транспортных средствах, например в суппорте тормоза.
Очевидно, что в свете вышеупомянутого описания могут быть осуществлены различные модификации и изменения настоящего изобретения, не выходя из духа и объема изобретения в рамках приложенной формулы изобретения. Кроме того, цифровые позиции в формуле изобретения приведены только для удобства и ни в коем случае не должны рассматриваться как ограничение.