Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемое изобретение 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 заявляемого изобретения 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 B29D 9/00, 1994). Существенные признаки аналога «металлический каркас, приформованный к нему фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

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).

Другим аналогом заявляемого изобретения 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, с.74, 75, 79). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с отверстиями, приформованный к нему выполненный из полимерного фрикционного композита фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога 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 охлаждений изделия), в случае выполнения фрикционного элемента из достаточно пористых композитов. Прочность фрикционного изделия по аналогу 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 от прочности фрикционного материала. В условиях переменных тепловых нагрузок из-за недостаточной прочности выступов возможно растрескивание выступов, выкрашивание из них материала и т.п., что приводит к снижению прочности выступов «на срез» и делает опасной дальнейшую эксплуатацию изделия.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий каркаса, при этом плотность полимерного фрикционного композита в выступах меньше, чем плотность остальных частей фрикционного элемента (см. патент РФ №2265759, МПК⁷ F16D 69/02, 2005). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является повышенная возможность попадания влаги и других веществ в более рыхлый (более пористый) композит, из которого выполнены выступы, размещенные в отверстиях каркаса, что в дальнейшем может при нагреваниях и охлаждениях (замерзаниях) влаги и других веществ вызвать разрушение выступов и, соответственно, самого изделия.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение возможности разрушения выступов и самого изделия в условиях переменных термических нагрузок в процессе эксплуатации фрикционного изделия. Другим техническим результатом, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости выступов и, соответственно, изделия в целом к ударным механическим воздействиям в случае выполнения фрикционного элемента из пористого полимерного композита.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, размещенными внутри отверстий, фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, твердость которого в выступах больше, чем в рабочей части фрикционного элемента.

Существенные признаки заявляемого изобретения «фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита, твердость которого в выступах больше, чем в рабочей части 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 может быть равна или меньше глубины 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 большей твердостью, чем в рабочей (изнашиваемой в процессе нормальной эксплуатации) части фрикционного элемента. Большая твердость композита может быть во всех выступах или в некоторых из них, при этом рецептура композита выступов и рабочей части фрикционного элемента различная. Однако возможно использование композитов с одинаковым рецептурным составом (например, с разной степенью отверждения или с разной пористостью). Возможно также повышение твердости выступов за счет их дополнительного уплотнения и т.д.

Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля ВАЗ, содержащая плоский металлический каркас с отверстиями. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе. Элемент выполнен из полимерного фрикционного композита. Рецептурный состав композита выступов и рабочей части фрикционного элемента различны, например, за счет использования другой полимерной матрицы или наполнителей. Возможно дополнительное уплотнение композита в выступах для снижения его пористости по сравнению с композитом рабочей части колодки. Твердость по Бринеллю композита выступов составляет 22÷24 НВ, твердость композита рабочей части фрикционного элемента (накладки) составляет 18÷20 НВ.

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами. Например, в пресс-форму помещают основную формовочную полимерную композицию, дополнительную формовочную полимерную композицию и металлический каркас. В результате в пресс-форме размещаются два слоя полимерной композиции разного состава, при этом толщина слоя, контактирующего с металлическим каркасом, должна быть достаточной для формирования выступов. Далее осуществляют формование и изготовление колодки известными методами, при этом выступы фрикционного элемента образуются в процессе формования за счет выдавливания в отверстия каркаса дополнительной полимерной композиции. Рецептурный состав композиций подбирается таким образом, чтобы при температуре и давлении формования и последующей обработке композиции образовывались композиты с разной твердостью.

Выполнение выступов более твердыми, чем рабочая часть фрикционного элемента, позволяет изготавливать выступы более прочными, более устойчивыми к деформациям, возникающим в результате термических и механических эксплуатационных воздействий на изделие. В результате снижается возможность попадания влаги и других веществ в композит выступов, снижается возможность растрескивания и выкрашивания выступов и, как следствие, повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента. Выполнение выступов более твердыми позволяет им за счет их большей прочности сопротивляться внутренним напряжениям в выступе. Соответственно, снижается возможность трещинообразования и разрушения поверхности и тела выступа, то есть повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к нагрузкам в процессе эксплуатации.