СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ТВЕРДЫМИ ВСТАВКАМИ И ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
MANUFACTURING METHOD OF RAILROAD TRANSPORT MEANS BRAKE SHOE WITH FIRM INSERTS, AND MOULDING TOOL USED FOR METHOD REALISATION

Заявляемая группа изобретений относится к способам изготовления фрикционных изделий с твердыми вставками для различных видов транспорта, в частности тормозных колодок железнодорожного транспорта. Указанные фрикционные изделия изготавливаются из полимерного фрикционного материала (композиции) и содержат металлический каркас.
Основными стадиями изготовления фрикционных изделий являются:
- приготовление полимерной композиции;
- брикетирование полимерной композиции;
- формование и термическая обработка фрикционных 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).
Наиболее близким аналогом заявляемого является способ изготовления тормозной колодки железнодорожного транспортного средства с твердой вставкой, описанный в патенте РФ №2309072, F16D 65/04. 2007 г.
Способ включает следующие этапы:
- изготовление (отливку) чугунной вставки;
- изготовление (штамповку) 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.
При этом твердая вставка в рабочей части колодки может иметь в вертикальном сечении по длине вставки трапецеидальную, прямоугольную или другую форму, а по ширине вставки может иметь форму, аналогичную форме композиционного фрикционного элемента, но с меньшими размерами из-за оставления зазоров при формовании с целью исключения повреждения пресс-формы.
Существенные признаки известного способа «изготовление вставки», «изготовление металлического каркаса», «сборка вставки с каркасом», «изготовление полимерной композиции» и «укладка в пресс-форму каркаса с вставкой и навески распушенной полимерной композиции» являются общими с существенными признаками заявляемого способа.
Способ по наиболее близкому аналогу позволяет изготавливать фрикционные изделия (железнодорожные колодки) с твердой вставкой, имеющие стабильный коэффициент трения, надежные в эксплуатации и оказывающие положительное воздействие на поверхность качения колеса. Однако колодки, изготовленные известным способом, оказывают очищающее и восстанавливающее воздействие на поверхность катания колеса после некоторого периода эксплуатации, за который происходит износ фрикционного слоя, закрывающего твердую вставку, и лишь затем торможение происходит с твердой вставкой. Существующим способом можно изготавливать колодку с твердой вставкой, находящейся в одной плоскости с рабочей поверхностью композиционного элемента, однако при этом требуется полная обработка всей рабочей поверхности фрикционного элемента колодки, что является нерациональным использованием дорогостоящей фрикционной композиции.
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). В настоящее время применяют пресс-формы открытого и закрытого типа. Основные элементы пресс-формы обработаны до высокой степени чистоты. Возможно хромирование основных элементов пресс-форм. Это увеличивает износостойкость пресс-формы и обеспечивает хорошую поверхность изготавливаемых изделий.
Существенные признаки известной пресс-формы «матрица», «верхний и нижний пуансоны» являются общими с существенными признаками заявляемой пресс-формы.
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 расположением рабочих поверхностей твердых вставок в одной плоскости с рабочей поверхностью фрикционного материала фрикционного элемента колодки, что позволит с самого начала эксплуатации колодки обеспечить эффективную ее работу, а также до минимума сократить количество отходов дорогостоящего фрикционного материала, образующихся при механической обработке рабочей поверхности колодки.
Поставленную задачу решает способ изготовления фрикционного изделия с твердыми вставками, который включает несколько этапов. Предварительно путем смешения компонентов изготавливают полимерную фрикционную композицию. Изготавливают металлический каркас и размещают на нем твердые вставки. Затем в пресс-форму загружают металлический каркас с твердыми вставками, необходимую навеску полимерной композиции и проводят горячее формование под давлением. В ходе горячего формования из полимерной композиции образуется полимерный фрикционный материал, из которого при этом формируется фрикционный элемент колодки, а на рабочей поверхности колодки в зоне расположения рабочих поверхностей твердых вставок формируются технологические выступы. Геометрические размеры технологических выступов больше соответствующих размеров твердых вставок. Затем проводят механическую обработку колодки. При механической обработке удаляют шлифованием, фрезерованием или другим способом технологические выступы и обеспечивают тем самым расположение в одной плоскости рабочих поверхностей твердых вставок и фрикционного материала фрикционного элемента колодки. Перед горячим формованием возможно брикетирование полимерной композиции при одновременном совмещении ее с металлическим каркасом и твердыми вставками. По окончании горячего формования с целью улучшения и стабилизации фрикционно-износных свойств колодки можно провести ее термическую обработку.
Для осуществления заявляемого способа используют специальную пресс-форму. Пресс-форма для изготовления фрикционного изделия с твердыми вставками содержит матрицу, верхний и нижний пуансоны. При этом пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выемками, размещенными в зонах расположения рабочих поверхностей твердых вставок. С выемками может быть выполнен как верхний, так и нижний пуансоны. Размеры каждой выемки пресс-формы больше размеров соответствующей вставки по длине и ширине.
Существенные признаки заявляемого способа «формование в пресс-форме с выемками, расположенными в пуансоне, формирующем рабочую поверхность колодки», «формование с образованием на рабочей поверхности колодки в зонах расположения рабочих поверхностей твердых вставок технологических выступов из полимерного фрикционного материала», «механическая обработка рабочей поверхности колодки с удалением технологических выступов» и «обеспечение расположения в одной плоскости рабочих поверхностей твердых вставок и фрикционного полимерного материала» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.
Существенные признаки заявляемой пресс-формы «пуансон, формирующий рабочую поверхность колодки, снабжен выемками для каждой из вставок» и «размеры каждой из вставок больше размеров соответствующей вставки» являются отличительными от существенных признаков наиболее близкого аналога.
На фиг.1 представлена тормозная колодка железнодорожного транспортного средства с одной твердой вставкой, расположенной в центральной части колодки, где:
1 - полимерный фрикционный элемент,
2 - металлический каркас,
3 - твердая вставка,
4 - технологический выступ.
Разрез А-А показан на колодке, не прошедшей механическую обработку, а разрез Б-Б - на колодке после механической обработки.
На фиг.2 представлена пресс-форма для изготовления тормозных колодок железнодорожного транспортного средства с твердыми вставками, где:
1 - верхний пуансон,
2 - матрица,
3 - нижний пуансон,
4 - выемка в нижнем пуансоне в зоне расположения твердой вставки.
На фиг.3 представлена пресс-форма для изготовления тормозных колодок железнодорожного транспортного средства с твердыми вставками, где:
1 - верхний пуансон,
2 - матрица,
3 - нижний пуансон
4 - выемка в верхнем пуансоне в зоне расположения твердых вставок.
Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Изготавливают полимерную композицию путем смешения компонентов в смесителе закрытого типа. Полимерная композиция содержит в качестве связующего синтетический каучук, фенольную смолу или их комбинации, волокнистый армирующий наполнитель и порошковые наполнители, придающие необходимые эксплуатационные свойства колодке. В пресс-форму с верхним пуансоном, выполненным с выемкой в центральной части, помещают металлический каркас с укрепленной на нем твердой вставкой и полимерную композицию. Металлический каркас представляет собой стальную проволочную рамку, совмещенную с тыльником из перфорированной жести. Твердая вставка изготовлена из специального чугуна. Горячее формование проводят в пресс-форме под давлением. По окончании формования колодку подвергают термообработке в печах и механической обработке шлифованием для удаления образовавшегося на рабочей поверхности в центральной части колодки технологического выступа, в результате чего рабочая поверхность твердой вставки оказывается в одной плоскости с рабочей поверхностью фрикционного материала фрикционного элемента колодки.
Пример 2.
Изготовление колодки ведут аналогично примеру 1, но формование ведут в пресс-форме с нижним пуансоном, выполненным с выемкой в центральной части.
Пример 3.
Изготовление колодки ведут аналогично примеру 1, но твердая вставка выполнена из фрикционного металлокерамического материала.
Пример 4.
Изготовление колодки ведут аналогично примеру 1, но верхний пуансон пресс-формы выполнен с двумя выемками для двух вставок.
Заявляемый способ и пресс-форма для его осуществления позволяют изготавливать тормозные колодки железнодорожных транспортных средств с твердыми вставками, обеспечивающими эффективную их работу с самого начала эксплуатации. При заявляемом способе значительно сокращается количество отходов дорогостоящих материалов, необходимых для изготовления колодок, и исключается возможность повреждения поверхности пресс-форм.