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汽车刹车片课程设计材料成型说明书 汽车刹车片课程设计 第一节 汽车刹车片制品图、质量标准、用途 1.1汽车刹车片制品图 1.2汽车刹车片质量标准 1.3汽车刹车片用途 第二节 原料配方 2.1原料的选择与份数 第三节 成型设备 3.1高速混合机 3.2辊压机 3.3热处理箱 3.4磨床 3.5烧蚀机 3.6盘片式六层热压机 第四节 成型工艺条件 4.1工艺流程 4.2工艺参数 第五节 质量控制 5.1常见问题 5.2主要原因 汽车刹车片成型设计 1 材料成型说明书 第六节 质量检验 6.1冲击强度及定速摩擦实验 6.2 CHASE实验 6.3惯性台架实验 第七节 安全与环保 第八节 第九节 第十节 参考文献 成型工艺卡 生产线平面布置图 汽车刹车片成型设计 2 材料成型说明书 第一节 汽车刹车片制品图、质量标准、用途 汽车制动器从类型上可以分为两种，即盘式制动器和鼓式制动器。本文主要是针对盘式制动器中刹车片的研究。对盘式制动器而言，刹车片是至关重要的一个零部件，除此之外，还有制动盘和制动钳等部件。制动盘与刹车片之间只有微小的间隙，当摩擦块受到压力作用推向制动盘，就会产生摩擦动力，实现制动。如图 1.1所示，可以帮助理解盘式制动器的工作原理：制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动，分泵固定在制动器的底板上固定不动，制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。 1.1汽车刹车片制品图 汽车刹车片成型设计 3 材料成型说明书 1.2汽车刹车片质量标准 1.2.1外观质量 衬片表面加工与否由供需双方商定。衬片不允许有龟裂、起泡、 凹凸不平、翘曲、扭曲等影响使用的缺陷。 1.2.2尺寸公差 衬片的基本尺寸由需方确定，其宽度和厚度的尺寸公差应符合表1的规定。注：需方有特殊要求时，可不采用此公差，由供需双方商定。 表1 尺寸公差 Tolerance (mm) 汽车刹车片成型设计 4 材料成型说明书 1.2.3摩擦性能 衬片摩擦系数及其允许偏差和磨损率，应符合表2表5的规定。 试验后试片、凸起等影响使用的缺陷，试片对圆盘摩擦面不得有明显划伤。 表2 1类摩擦性能 chart 3 friction properties of type 1 表3 2类摩擦性能 chart 4, friction properties of type 2 表4 3类摩擦性能 chart 5, friction properties of type 3 汽车刹车片成型设计 5 材料成型说明书 表5 4类摩擦性能 chart 6, friction properties of type 4 1.3汽车刹车片用途 利用刹车片与刹车碟及轮胎与地面的摩擦，将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能，将车子停下来。 第二节 原料配方 用于汽车盘式制动片的配方： 配方1：丁腈改性酚醛树脂10，泡沫铁粉12，石墨14，焦炭5，棕刚玉0.3，重质碳酸钙粉10，氧化镁7，腰果壳油摩擦粉4.7，硫酸钡8，丁腈汽车刹车片成型设计 6 材料成型说明书 胶粉3，蛭石粉5，芳纶1，钢纤维20。 配方2：丁腈改性酚醛树脂8，泡沫铁粉7，合成石墨11，铬铁矿粉2，二硫化锑5，铜粉5，氧化铝2，焦炭6，棕刚玉0.2，腰果壳油摩擦粉4，锆英石4，硫酸钡10，硫化粉末丁腈3，蛭石粉12，二硫化钼2，硫磺1，硅灰棉5，芳纶0.7，钢纤维13。 配方3：纯酚醛树脂9，纯铜粉6，活性焦炭6，铸铁粉14，锡粉3，钾长石粉5，硫酸钡20，石墨9，钢纤维28。 配方4：丁腈改性酚醛树脂8，纯铜粉4，活性焦炭4，铬铁矿3，氧化铝0.5，硫化亚铁1.5，泡沫铁粉6，铅粉3，锡粉3，钾长石粉3，硫酸钡16，石墨8，二硫化钼3，芳纶2，钢纤维35。 配方5：腰果壳油改性酚醛树脂7，铬铁矿粉8，棕刚玉0.4，沉淀铁粉4，铅锌矿粉3.6，炭黑2，石墨13，冰晶石粉5，重质碳酸钙3.5，焦炭粉14，铁红2，硫酸钡24，硫磺0.5，钢纤维13。 配方6：胶料粉32，腰果壳油摩擦粉5，棕刚玉0.2，铬铁矿粉3，还原铁粉10，石墨12，冰晶石粉9，炭黑0.5，硬质酸锌0.5，铜纤维3，钢纤维25。 配方7：胶料粉34，钾长石粉7，轮胎粉5，鳞片石墨4，冰晶石粉9，铬铁矿粉4，炭黑1，硬酯酸锌0.5，棕刚玉0.25，石棉35。配方8：(低温压制工艺专用）腰果壳油改性树脂18，钾长石粉5，轮胎粉3，硫磺1，石墨6，冰晶石粉7，铬铁矿粉2，炭黑0.5，棕刚玉0.25，硫酸钡20，石棉37。 第三节 成型设备 汽车刹车片成型设计 7 材料成型说明书 3.1高速混合机 高速混合机是使用极为广泛的塑料混合设备，适用于固态混合和固液混合，更适用于配置粉料。该机主要有附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室和一个装在混合室内底部的高速转动叶轮所组成。叶轮根据不同可有13组，分别装置在一转轴的不同高度上。每组叶轮的数目通常有两个。叶轮的转速一般有快慢两档，两者之速比为2:1.快速约为860r/min，但视具体情况不同也可以有变化。混合室内有可以垂直调整高度的挡板，挡板的使用时物体运动呈流化状，更有利于分散均匀。高速混合机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时，由于离心力的作用，物料被抛向混合室内壁，并沿壁面上升，又由于重力的作用而落回到叶轮中心，接着又被抛起。这样，快速运动着的粒子间相互碰撞、摩擦，使得团块破碎，物料温度相应升高，同时迅速地进行着交叉混合，这些作用促进了组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。高速混合机的混合效率较高，所用时间远比捏合机短，通常一次混合时间只需810min。 3.2辊压机 辊压机生产多孔材料的最大特点是它可以制造大面积厚度薄、孔隙度及孔径分布非常均匀的板、带状材料，而且还具有较高的生产率。粉末轧制多孔材料的这一特点与轧制粉末工艺本身的特点有密切关系。因为粉末轧汽车刹车片成型设计 8 材料成型说明书 制法是借助两旋转轧辊形成的狭小滑动变形区将金属粉末压制成形的，所以只要调整好两轧辊间的缝隙，就能很容易地获得各种不同厚度的多孔材料，并且孔隙度和孔径分布也比较均匀。采用粉末轧制法生产多孔薄带时，其厚度的最低极限只取决于生带坯能否从两轧辊中引出，并确保具有足够的机械强度，以使其进入烧结炉前不致损坏。辊压成型多孔材料与常规粉末冶金多孔材料一样，它不仅具有金属材料的优良性能，如强度大、耐高温、抗热震、一定的导热、导电性能；并且它还可能在很宽的范围内对材料的孔隙度、孔径和孔径分布加以控制，从而使多孔材料具有一般金属材料所没有的一系列宝贵性能和用途。摩擦材料和金属粉末相比，比重较轻，热稳定性差，组成成分复杂。但由于摩擦材料成分中也包含有金属成分，在许多性能上相似，可以参照。辊压机包括混料、送料机构、辊压成形机构、下料机构、切断机构、卷带装置、加热装置、润滑装置、电器系统等几个组成。按配方将具有一定湿度的粘性的材料投入到辊压机料箱内，混料电机旋转带动犁刀开始混料，启动送料绞笼电机，绞笼将料箱内的材料均匀输送到料箱出料口内，凸辊压轮和凹辊压轮相对转动，这两个不同转速的压轮在摩擦力与正压力的作用下，将料箱出料口内的材料辊压成具有一定密度和尺寸的衬片，在下料刀板的作用下，衬片顺着托板通入切断机构，最后进入床身尾部手动卷带装置将衬片卷起来；当衬片卷到一定的尺寸时，用脚踏开关控制切断机构将衬片切断。切断后将剩余部分卷起，抽出卷好的衬片放在托盘上，然后将成卷的衬片放入烘箱内硫化，硫化好的根据w型号、规格和奥球不同，裁剪成长短不同的中心距可以调节衬片的厚度，交换不同宽度辊压轮可以调节衬片的宽度。根据金属粉末辊压成型原理，针对摩擦材料粉末的特性，辊轧成型时需要满足一下几个条件：由于粉末原料属于干式颗粒，因此需选用大辊径压辊。用两个压辊，一个为固定不动的定压辊，另一个为可移动的动压辊，这样可以在一定范围内调整两个压辊之间的辊缝尺寸来完成产品的厚度调整。动辊驱动部分需和动辊一起做评议，实现这个动作要手动可调。成型时压辊与送料出口之间密封要严，防止物料损失。压辊在满足使用强度的基础上，尽可能减轻重量，以便于更换。辊压成型属于连续生产，生产率元高于常规工艺。以轻轿车鼓式片为例：常规成型工艺30片/min，辊压成型工艺80片/min，约高2.6倍。 汽车刹车片成型设计 9 材料成型说明书 3.3热处理箱。 将辊压加工出来的毛坯件放到热处理箱中进行固化，不同的配方有不同的加热时间曲线、保温时间等，使毛坯中各成分达到最佳组合，从而满足制动时所需的各种参数要求。 3.4磨床 利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。磨床能加工硬度较高的材料，也能加工脆性材料，能作高精度和表面粗糙度很小的莫笑，也能进行高效率的磨削。利用磨床可根据厂家对成品的要求，安排磨削、开槽、钻孔等工序。 3.5烧蚀机，用烧蚀机对表面烧蚀处理，可以使制动衬片具有热稳定性。解决制动过程中易产生振动、刹车噪音的问题，使刹车片的厨师表面炭化，摩擦力均匀，制动平稳、舒适、无噪音。 这种压机每模的数量为12到16片由于生产效率较高，可以保证产品满足的要求，用于轻轿车的盘式片生产。 第四节 成型工艺条件 4.1 工艺流程 汽车刹车片成型设计 10 材料成型说明书 混料：是将生产汽车刹车片所需要的原材料按照一定的比例混合在一起，并经过打碎和搅匀的过程。混料工序对于刹车片的质量稳定性至关重要，因此，在混料的过程中，必须做到使不同的原材料粉末均匀的混合，要严格把握好混料的时间与加入不同原材料的顺序。 钢背准备：包括喷砂、预热和喷胶过程。 压制：是为了改变模具中已经混合均匀的原料的密度和性能，使其形成符合产品质量特性的毛坯件。在压制的过程中，有两个关键的工序是合模与排气。在合模的过程中，要合理控制压力和速度，尤其是凸模与物料发生接触之前，为了减少压制周期，同时防止模具内的物料变质，需要采取低压快速的方式，在凸模与物料衔接之后，需要把速度减缓，并提升压力。 合模操作完成之后，需要排除模具里面的气体如空气、水蒸气等，排气的目的是为了防止物料硬化，同时能够减少固化的时间。 固化又称热处理，固化速度与物料的性质、预热、压制温度和压力等因素有密切的联系。在固化时，对固化的条件要求是非常严格的，这样做是为了防止半制品裂缝、尺寸收缩等现象的发生。 后续加工：后续加工包含外形加工和表面处理。外形加工是为了满足客户的个性化要求，包括开槽、磨平面、倒角和钻孔；表面处理是保证刹车片质量中比较重要的工序，它可以保持刹车片的热稳定性，另外对刹车片进行喷漆或高压静电喷涂还能起到防锈和美观的效果。 汽车刹车片成型设计 11 材料成型说明书 装配过程：包括附件的安装和制品检验，如装配报警器，利用照相机进行光学检查，对压缩率、密度进行质量检测，最后是目视检查。 包装：是刹车片生产的最后一道工序，主要是产品的生产日期与批次的打印，然后包装入库。 4.2工艺参数 刹车片榫头式多片热压模刹车片包括前刹车片、后刹车片和手动刹车片,其模具结构都类同。图2为刹车片榫头式多层热压模结构。模具由外边模21、中边模19、前后衬板20、左右衬板8组合而成,用六角螺钉锁紧成整体。左右、用榫头定位,组合成一方框,此方框放置在下模座14上,用多个5mm弹簧托起,方框和下模座14间导向定位由导销、螺母和导套完成。盖板和磁蜿挡板22把磁辘线圈封起来,起安全保护作用。 工作过程:模具加料腔加料后,固定在油压机滑块上的上压模2随着油压机滑块下行进行压制。一处于底层的模板和制件一起掉在下托板上,一次掉一组。然后把下托板拉出模外,取下制件。模具就这样上面加料,下面拉件实现了连续生产,约1.5min恤取一次制件。压制时,模具的温度要求达到180190,有三处加热: (1)模具周围在盖板和磁扼采用挡板22之间放有工频加热的磁辘线圈进行加热。 (2)油压机的滑块和底座上有专用的上下板垫,垫板上设置有10一12个加热孔。 (3)上压模固定板3上设置有4个加热孔,用以保证模具需要的温度,同时在盖板6上设置有存放温度计的孔,以便进行温度监测。 本模具主要零件的技术要求: (1)模板承受较大压应力,当零件脱出型腔时,拱形部分变形很大,是易损件。用45钢制成,淬火到5053HRC,表面镀硬铬。模板精度要求高,其中的大圆弧尺寸,采用线切割加工较方便。 (2)前后衬板20和左右衬板一8是榫式模具的墙板,模板要在衬板中运动,为了相互不拉伤,所以全部衬板都要热处理到5860HRC,表面磨削后研磨得很光再镀硬铬。衬板和模板间的装配间隙要求为0.060.08mm。 汽车刹车片成型设计 12 材料成型说明书 (3)中边模19、侧边模18和外边模1组成榫式模具的箱形结构,用45钢制成。通过受力分析可算出满足模具的强度和刚度条件的壁厚。模具采用桦式结构比过去的n字形铸钢结构加工方便,省去了制造木模的费用,缩短了制造周期。 (4)上压模和下托模分别与模板的内外圆弧相吻合,且需要淬火到4345HRC 第五节 质量控制 混料常见的质量问题是来料不良、混料检验不良、称料不准确和其他问题。 钢背准备常见的质量问题是胶面不均、滴胶、烧糊、钢背来料不良、钢背生锈、胶水来料不良及胶面有沙52。 汽车刹车片成型设计 13 材料成型说明书 压制工序常见的质量问题是：压制掉片、压制外观不良、压制平行度超差、压制厚度超差、压制不全或未压制、压制裂缝、钢背面压痕、钢背划伤等。 固化常见的质量问题是：固化掉片、脱胶、固化外观不良、固化时间超差、固化温度超差。 后续加工过程的常见问题如下：掉片、外观不良、打磨厚度超差、打磨开槽超差、 打磨倒角尺寸超差、喷砂喷坏摩擦材料、喷砂吹砂不干净、烧失量不合格、喷粉厚度不良。 装配过程和包装的常见质量问题是：防音片外观、防音片间隙、防音片弯折间隙大、铆接尺寸不良、喷码不清晰、喷码信息不完整、喷码位置不良、钻孔尺寸不良、卡簧扭矩、卡簧安装位置异常、卡簧与防音片间隙、移印圆点不良、报警器间隙大、报警器胶水少、报警器破损、报警器拉拔力异常、产品缺角、钢背缺陷、摩擦材料杂质、摩擦材料表面疏松、掉片及其他一些特殊原因。 刹车片存在质量问题主要有以下几个方面原因： 生产企业使用低价劣质原材料，致使产品出现摩擦系数低的现象。部分企业急功近利，为了降低成本，使用低劣原材料，造成产品热衰退严重和恢复性不好。这样的刹车片在低速平地刹车效果较好，制动平稳，但在高速陡坡长距离刹车时，极易造成刹车失灵。 产品配方不合理，采用了耐高温差的固化剂，产品出现摩擦系数迅速降低的现象；新材料的使用没有经过严格的试验认证就投入生产。剎车片的配方通常包括十几种成分，要改变其某方面的性能，企业需要做大量的试验。而要增加或是减少耐磨材料，更是需要进行多次试验及后调整，否则很可能会出现摩擦系数增加的同时磨损率成负数的高温膨胀现象与随着温度升高摩擦系数急剧下降的现象。部分企业为了追求利润，在没有充分认证的情况下更改配方，造成产品高温摩擦系数急剧降低或者降温阶段摩擦系数达不到标准要 质量检验过程不严格，甚至没经过检查。存在个别企业为了减少工序，节约成本，对其生产的刹车片检测方面不够重视，检测设备也只成了摆设，厂家对自己产品质量认识不够，造成质量问题。 汽车刹车片成型设计 14 材料成型说明书 对自己产品质量认识不够，未能给出适当的指定摩擦系数。指定摩擦系数是要经过反复摩擦系数试验，各种温度段试验，最后确定一个既合理又稳定的质量指标，来作为刹车片的最终指定摩擦系数。刹车片生产企业产品的指定摩擦系数存在标高的情况。在试验和检测结果中有的没有一个温度段能达到指定摩擦系数要求。指定摩擦系数容易给不了解此产品的用户造成假象，以为厂家指定摩擦系数标得越高，那么产品的摩擦性能就越好，其真实性需要用实验数据来支撑，才能给用户提供满意的产品。 第六节 质量检验 6.1冲击强度及定速摩擦试验 通常采用冲击强度评价摩擦材料在高速冲击状态下的韧性或抵抗断裂能力,以判断产品的质量8. 定速摩擦试验机主要用于测定试样的衰退和恢复摩擦系数以及磨损率,以便控制产品质量. 6.2CHASE(卡斯)试验 CHASE摩擦材料试验机被美国汽车工程师协会(SAE)指定为制动衬片质量控制测试规范(SAE·J-661)的测试设备9. 6.3惯性台架试验 刹车材料能否得到实际应用,必须经过台架试验和道路试验来进行检验10, 11. 第七节 安全与环保 在国外市场，无石棉、少金属的环保型摩擦材料已经开始向市场推广；欧美一些国家已经就限制摩擦材料中有害重金属组分及铜的含量进行立法。在可以预见的将来，摩擦材料中重金属组分的含量将会成为摩擦材料出口欧美的一项贸易限制。因此，作为国内刹车片企业，在科技研发的同时，需要注重环保，减少摩擦材料中有害重金属组分及铜的使用，提升国产摩擦材料的国际市场竞争力。我国汽车刹车片行业面临着环保化和高性能化两大转型，环保型高性能刹车片除要满足高温衰退小、磨损率低、摩擦系数稳定等要求汽车刹车片成型设计 15 材料成型说明书 外，还应具有振动小、噪声低、落灰少等环保人性化的性能特点，这些都为摩擦材料配方技术、原材料处理技术、混料制备技术、热压成型技术、热处理技术及后续处理技术等提出了更高的要求。 市场优势要靠技术优势来支撑，技术进步的灵魂在于创新。对于我国刹车片企业而言，要靠自主创新，才能跻身世界一流行列，全面满足主机配套和售后市场的不同需求。针对摩擦材料，目前国际上长期共存的有半金属、低金属、陶瓷、有机四大类。陶瓷刹车片作为摩擦材料中的一个新品种，具有无噪声、无落灰、不腐蚀轮毂、使用寿命长、环保等优点。目前中国主流刹车片企业已经具备了中高端陶瓷刹车片的自主研发与生产能力，但是成本过高的劣势使得陶瓷刹车片在中低端车型中应用较少。因此，利用技术手段寻找成本更加低廉的材料将对整个刹车片行业产生巨大的影响。 第八节 参考文献 新浪博客 中华人民共和国汽车刹车片国家标准2010-03-31 百度文库 汽车刹车片配2011-9-14 袁伟，鼓式制动器温升计算模型及其应用研究D，西安:长安大学硕士论文，2003:P65-72. 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Analysis on bench test data of automobile brake block materials (汽车刹车材料台架试验数据分析) J. Journal of CentralSouth Institute of Technology(中南工业大学学报),1999, (1): 59-63. 滕州汽车网 第九节 成型工艺卡 汽车刹车片成型设计 17 产品名称 原料配方 质材料成型说明书 丁腈改性酚醛树脂10，泡沫铁粉12，石量成型工艺卡 汽车刹车片 墨14，焦炭5，棕刚玉0.3，重质碳酸钙粉10，氧化镁7，腰果壳油摩擦粉4.7，硫酸钡8，丁腈胶粉3，蛭石粉5，芳纶1，钢纤维20。标准 GB5763-2008 工艺流程 工序 混料 混料一热压一热处理一外形加工一表面处理一打印包装操作规程 是将生产汽车刹车片所需要的原材料按照一定的比例混合在一起，并经过打碎和搅匀的过程。混料工序对于刹车片的质量稳定性至关重要，因此，在混料的过程中，必须做到使不同的原材料粉末均匀的混合，要严格把握好混料的时间与加入不同原材料的顺序。钢背准包括喷砂、预热和喷胶过程。备 压制是为了改变模具中已经混合均匀的原料的密度和性能，使其形成符合产品质量特性的毛坯件。在压制的过程中，有两个关键的工序是合模与排气。 在合模的过程中，要合理控制压力和速度，尤其是凸模与物料发生接触之前，为了减少压制周期，同时防止模具内的物料变质，需要采取低压快速的方式，在凸模与物料衔接之后，需要把速度减缓，并提升压力。 合模操作完成之后，需要排除模具里面的气体如空气、水蒸气等，排气的目的是为了防止物料硬化，同时能够减少固化的时间。 固化固化速度与物料的性质、预热、压制温度和压力等因素有密切处的联系。在固化时，对固化的条件要求是非常严格的，这样做是为了防止半制品裂缝、尺寸收缩等现象的发生。后 续加后续加工包含外形加工和表面处理。外形加工是为了满足客户工的个性化要求，包括开槽、磨平面、倒角和钻孔；表面处理是保证刹车片质量中比较重要的工序，它可以保持刹车片的热稳定性，另外对刹车片进行喷漆或高压静电喷涂还能起到防锈和美观的效果。装 配过包括附件的安装和制品检验，如装配报警器，利用照相机程进行光学检查，对压缩率、密度进行质量检测，最后是目视检查。汽车刹车片成型设计 18 包装生产日期与批次的打印材料成型说明书 第十节 生产线平面布置图 汽车刹车片成型设计 19