ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, а именно, к фрикционным изделиям, содержащим армирующий металлический каркас, например, колодкам дисковых тормозов автомобилей, фрикционным изделиям для различных машин и оборудования и т.д.
Аналогом заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, слой которого, примыкающий к каркасу, дополнительно армирован просечно-вытяжным металлическим листом, зафиксированным на каркасе (см. патент РФ №2005619, МПК В 29 D 9/00, 1994). Существенные признаки аналога «металлический каркас, приформованный к нему фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком аналога является сложность изготовления изделия, обусловленная необходимостью фиксации дополнительного армирующего просечно-вытяжного листа (например, болтовым соединением, сваркой и др.), а также, в ряде случаев, и невозможностью изготовления изделия (например, для имеющих небольшие размеры и толщину колодок дисковых тормозов малолитражных легковых автомобилей).
Прототипом заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов соответствует глубине отверстий (см. М.М.Бородулин и др. Асбестовые технические изделия. Каталог-справочник. М., ЦНИИТЭНефтехим, 1984, сс.74, 75, 79). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с отверстиями, приформованный к нему выполненный из полимерного фрикционного композита фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов соответствует глубине отверстий» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа является недостаточная прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к характерным для фрикционных узлов усилиям, сдвигающим фрикционный элемент относительно каркаса в условиях переменных термических нагрузок (последовательных нагревов и охлаждении изделия). Прочность фрикционного изделия по прототипу к этим усилиям (деформациям) сдвига обусловлена адгезией материала фрикционного элемента к поверхности металлического каркаса, а также прочностью «на срез» выступов фрикционного элемента. При этом прочность «на срез» зависит не только от прочности фрикционного материала. В результате того, что выступы фрикционного элемента находятся в отверстиях каркаса без зазора (в результате приформовки), а их высота соответствует глубине отверстий, отсутствует возможность компенсации напряжений, возникающих в условиях переменных термических нагрузок из-за разницы коэффициентов теплового расширения металла каркаса и полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент, причем возможность компенсации отсутствует как со стороны выступов из полимерного композита, которые окружены металлом по всей высоте, так и со стороны отверстий в каркасе, поскольку стенки отверстий контактируют с выступами из полимерного композита по всей глубине. В результате, в условиях переменных тепловых нагрузок возможно растрескивание выступов, выкрашивание из них материала и т.п., что приводит к снижению прочности выступов «на срез» и делает опасной дальнейшую эксплуатацию изделия.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение прочности соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в условиях переменных термических нагрузок в процессе эксплуатации фрикционного изделия. Другим техническим результатом, получение которого может обеспечить заявляемая полезная модель, является снижение массы фрикционного элемента и изделия в целом, что снижает себестоимость изделия и упрощение технологии изготовления изделия.
Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов рвна глубине отверстий, а фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита,
плотность которого в выступах меньше, чем в остальных частях фрикционного элемента. Существенные признаки заявляемого изобретения «фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, плотность которого в выступах меньше, чем в остальных частях фрикционного элемента» являются отличительными от признаков прототипа.
Фрикционное изделие содержит металлический каркас, который может быть плоским или криволинейным (например, в виде части цилиндрической обечайки или более сложной формы). В каркасе выполнены отверстия (одно или несколько). Отверстия могут быть круглой, овальной, прямоугольной или другой формы. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими по своему месторасположению отверстиям в каркасе. Количество выступов может равняться количеству отверстий в каркасе или быть меньшим. Форма выступов может повторять форму отверстий или отличаться от нее, при этом высота выступов равна глубине отверстий. Фрикционный элемент может изготавливаться, например, из полимерного композиционного фрикционного композита, содержащего полимерную матрицу и дисперсные, в том числе волокнистые наполнители. В выступах композит выполнен с меньшей плотностью (более «рыхлым»), чем в остальном фрикционном элементе. Меньшая плотность композита может быть во всех выступах или в некоторых из них, при этом, как правило, рецептура композита выступов и самого элемента одинаковая. Однако возможно использование композитов с разным рецептурным составом.
На фиг. представлено сечение части фрикционного изделия по конкретному примеру.
Конкретным примером заявляемой полезной модели является колодка дискового тормоза автомобиля ВАЗ-2107, содержащая плоский металлический каркас 1 с отверстиями 2, 3. Каркас содержит четыре отверстия, толщина Н каркаса ~5 мм, глубина L отверстий соответственно ~5 мм. К каркасу приформован фрикционный элемент 4, снабженный выступами 5, соответствующими отверстиям в каркасе. Элемент выполнен из полимерного фрикционного композита ТИИР-109-08-8. Рецептурный состав композита выступов и фрикционного элемента одинаков. Плотность композита выступов составляет 90% от плотности композита фрикционного элемента (накладки).
Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами. Например, в пресс-форму помещают полимерную композицию и металлический каркас. Далее осуществляют формование и изготовление колодки известными методами, при этом выступы фрикционного элемента образуются в процессе формования за счет выдавливания в отверстия каркаса полимерной композиции. Рецептурный состав композиции подбирается таким образом, чтобы при температуре и давлении формования композиция не переходила в текучее состояние (или переходила, но в состояние с низкой текучестью). В результате удельное давление формования в отверстиях каркаса будет меньше, чем в остальных частях элемента, что обеспечивает меньшую плотность композита. В случае, если состав композита выступов отличается от состава композита элемента (это применяется в случае, когда текучесть композиции основной части фрикционного элемента достаточно высокая), то в пресс-форме размещают два слоя полимерной композиции разного состава, при этом толщина слоя, контактирующего с металлическим каркасом, должна быть достаточной для формирования выступов.
Выполнение выступов менее плотными, чем остальные части фрикционного элемента, повышает возможность компенсации деформаций, повышает возможность компенсации деформаций, возникающих в металлическом каркасе в результате термических деформаций металлического каркаса. В результате снижается воздействие каркаса на выступы, что снижает возможность растрескивания и выкрашивания выступов и, как следствие, повышает прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам. Выполнение выступов менее плотными позволяет за счет появления возможности для теплового расширения материала выступа снижать внутренние напряжения в выступе и, соответственно, снижается возможность трещинообразования и разрушения поверхности и тела выступа, то есть также повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в процессе эксплуатации.