Розробка технології виготовлення гальмівної колодки з композиційних полімерних матеріалів

Зміст

Введення

1. Характеристика виробу та аналіз умов експлуатації

2. Розробка складу фрикційного термостійкого матеріалу для виготовлення гальмівних накладок

2.1 Загальні відомості про фрикційних полімерних матеріалах (ПМ)

2.2 Вибір матриці для фрикційних ПМС підвищеної термоустойчивостью

2.3 Характеристика амідних сполучних АПИ і матеріалів на їх основі

2.4 Вибір і характеристика основного наповнювача для фрикційних ПМ

2.5 Розробка складу термостійкого ПМ на основі базальтового наповнювача

2.6 Отримання напівфабрикату ДБП-ФМ в лабораторних умовах і дослідження технологічних властивостей

Розробка технології отримання термостійкого фрикційного ПМ

3.1 Розробка технології одержання напівфабрикатів фрикційного ПМ

3.2 Технологічна схема і технологія отримання ДБВФІ

4. Розробка технології пресування фрикційних накладок

4.1 Обгрунтування вибору методу формування

4.2 Розробка технології пресування

4.3 Розрахунок часу технологічної операції пресування

Висновки

5. Розробка бізнес-плану з виробництва фрикційної накладки для дискових гальм автомобіля

6. Аналіз технології виробництва та умов праці

Висновок

Список використаної літератури

Введення

Розвиток техніки, зростання швидкостей всіх видів транспорту, зміна мас і габаритів багатьох машин пов'язані з різким збільшенням потужності, що поглинається гальмівними та фрикційними пристроями, переданої зчіпними муфтами і т.д. У зв'язку з цим до фрикційних матеріалів пред'являються все більш високі вимоги щодо: термостійкості в умовах тривалого навантаження, стабільного коефіцієнта тертя, а також зносостійкості.

Застосування фрикційних полімерних матеріалів дозволяє в багатьох випадках підвищити терміни служби машин і механізмів і, як наслідок цього, збільшити міжремонтні терміни і знизити витрати на ремонтні роботи, значно знизити трудомісткість виготовлення вузлів і деталей тертя завдяки більш високій ефективності переробки пластмас у вироби в порівнянні з механічною обробкою металів.

Використання полімерних матеріалів дає можливість зменшити масу і габаритні розміри машин. Розширення сфери застосування полімерних матеріалів у вузлах тертя дозволяє спростити конструкцію вузлів тертя, підвищити надійність та довговічність їх роботи, а також вивільнити велику кількість кольорових металів і легованих сталей.

Для теплонавантаженому виробів і конструкцій (до яких відносяться такі деталі як автомобільні гальмівні колодки) традиційні типи полімерних матеріалів не придатні, тому що вони як правило втрачають деформаційну стійкість при температурах вище 200 ° С.

Однак, відомо, що для теплонавантаженому деталей і конструкцій, працездатних при температурах вище 300 ° С, найбільш придатні полімерні матеріали на основі сітчастих жескоцепних імідних матриць - імідопласти.

Тому метою даного проекту є:

1. Розробка складу фрикційного полімерного матеріалу для гальмівних колодок автомобіля на основі термостійкий поліімідной матриці і фрикційного наповнювача

Розробка технології формування гальмівних колодок з даного матеріалу.

1. Характеристика виробу та умови експлуатації

Об'єктом виробництва є виріб: гальмівна колодка для дискових гальм автомобіля, ескіз якої представлений на малюнку 1.

Гальмівна колодка є виріб складаються з двох частин, це фрикційна накладка виготовлена ​​з полімерного композиційного матеріалу конструкційного призначення, яка запресовується в металеву пластину. Товщина такої накладки близько 6-7 мм, а її геометрична форма визначається умовами роботи гальмівної системи.

При роботі гальмівної системи, під дією тиску рідини в гідравлічному приводі поршні переміщують гальмівну колодку і притискають її до гальмівного диска. У результаті в гальмівній колодці виникають напруження стиску і зсуву при терті колодки про диск. Також, через неоднорідність матеріалу і нерівномірного нагрівання в умовах експлуатації в матеріалі виникають термічні напруги.

З часом експлуатації фрикційні накладки зношуються і надалі необхідно проводити їх заміну. Мінімально допустима товщина фрикційної накладки - 1,5 мм. / 1 /

Таблиця 1. Фізико-механічні показники фрикційної накладки армованої трикотажним наповнювачем

Фрикційні характеристики накладки

Фрикційні показники якості накладки визначаються «динамічним» коефіцієнтом тертя накладки по сталі або чавуну (матеріал контртіла тертя - гальмівного диска або барабана автомобіля) при сухому контакті і після намокання у воді.

Динамічний коефіцієнт тертя (m _c) накладки при сухому контакті з контртіла тертя з визначення обчислюється за величиною моменту тертя (М _т) при заданій силі (F) нормального тиску і швидкості ковзання після встановлення постійної температури на контакті.

де R - відстань середньої лінії площадки контакту від осі диска.

Цей показник можна встановити за допомогою машини тертя.

2. Розробка складу фрикційного термостійкого матеріалу для виготовлення гальмівних накладок

Як було показано при аналізі конструкції виробу, технічних вимог до виробу, умов експлуатації, та вимог до матеріалу вироби для його виготовлення, необхідний полімерний матеріал, який повинен поєднувати високі фрикційні властивості, термічні навантаження, тобто залишатися працездатним аж до 300 ° С протягом тривалого часу, сприймати досить високі механічні навантаження, бути технологічним, тобто для виготовлення виробів з нього не має пред'являтися особливих жорстких умов по технології формування. Крім того при отриманні та переробці матеріалу у виріб і при його експлуатації не має виділятися шкідливих для людини і навколишнього середовища речовин / 2 /.

2.1 Загальні відомості про фрикційних полімерних матеріалах (ПМ)

Фрикційні полімерні матеріали (ФПМ) - служать для передачі руху або зміни його відносної швидкості за рахунок сили тертя між ведучими і веденими ланками у фрикційних муфтах і передачах, в дискових, стрічкових і колодкових гальмах, гасителі коливань та ін Ці матеріали повинні характеризуватися максимальним коефіцієнтом тертя / 2 /.

Застосування даних матеріалів дає високий технічний і економічний ефект у результаті значного спрощення конструкцій пристроїв, підвищення надійності роботи вузлів тертя і збільшення терміну служби машин, знижує витрати на ремонт, збільшує терміни між ремонтами, дозволяє економити значну кількість металів. Крім того, звільняються виробничі площі, велика кількість металорізальних верстатів, поліпшуються умови праці.

Широке застосування ФПМ обумовлено їх достатньо хорошими експлуатаційними властивостями (висока і стабільне значення коефіцієнта тертя в інтервалі експлуатаційних тисків, швидкостей і температур, задовільна зносостійкість), доступною вартістю і простотою виготовлення. Недоліком виробів з ФПМ є їх відносно невисока теплостійкість, яка визначається термостійкістю полімерної матриці. Це обмежує застосування фрикційних виробів в умовах тертя, коли температура досягає 400 ° С, а тиск 6 МПа. / 3 /

Основна вимога до матеріалів такого роду - висока зносостійкість, яка залежить від поєднання у цьому матеріалі певних фізико-хімічних, фізико-механічних, теплофізичних та трібометріческіх властивостей, а також від особливостей навантаження та кінематики вузлів тертя.

Термопласти в якості матеріалів для гальмівних пристроїв застосування не знайшли, головним чином внаслідок недостатньої фрикційної теплостійкості.

У стосовно фрикційних термореактивних матеріалів справа йде інакше. Тут в якості одного з видів олігомерного сполучного використовуються резольной фенолформальдегідні і рідше - амідоальдегідние смоли.

Відомо, що найкращою теплостійкістю володіють матеріали на основі гетероциклічних полімерів - полиимидов / 4 /.

В даний час триботехнические матеріалознавство розвивається прискореними темпами. Проблема створення і застосування нових полімерних матеріалів, призначених для вузлів тертя, набуває вельми актуальне значення для підвищення якості, надійності та довговічності машин і агрегатів і значного зниження витрат, пов'язаних з їх ремонтом.

2.2 Вибір матриці для фрикційних ПМ з підвищеною термостійкістю

Епоксидно-новолачние фрикційні реактопласти (ФРП) відрізняються від інших фрикційних ПМ технологічністю, універсальністю і порівняно низькою вартістю. По механізму фрикційного дії епоксидно-новолачние ФРП поділяються на дві групи.

У матеріалах першої групи підвищення коефіцієнта тертя досягається головним чином за рахунок вибору сполучного зі збільшеною молекулярної масою міжвузлових фрагмента просторової сітки.

У ФРП другої групи використовують жорстке теплостійке сполучне. Тертя таких матеріалів відбувається в стеклообразном стані. Значення коефіцієнта тертя регулюють підбором складу сполучного, режимів його затвердіння, видом і кількістю наповнювачів, загальний вміст яких може досягати 90% від обсягу ФРП.

У якості сполучні в ФПМ з каучуків застосовують бутадієновий (СЕБ, СКБСР, СКД), бутадієн - нітрильних (СКН-26 м), бутадіенметілвініл-піридинові, стирольні, метілстірольние та інші синтетичні каучуки. Широко застосовують фенолформальдегідні смоли.

ФПМ на основі чистих фенольних смол мають підвищену крихкість і порівняно низький коефіцієнт тертя. З метою усунення цих недоліків використовують модифіковані смоли, модифікаторами яких служать каніфоль, лляне масло та інші продукти.

Фрикційні вироби на каучуковому сполучному відрізняються досить високими коефіцієнтом тертя і зносостійкістю при температурах до 200-250 ° С. При більш високих температурах, наприклад, у важко навантажених вузлах тертя каучукові ФПМ мають недостатню зносостійкість і внаслідок цього низький рівень коефіцієнта тертя і підвищену інтенсивність зношування.

Смоли надають виробам більш високу теплостійкість. Недоліком виробів на смоляний сполучному є порівняно низький і недостатньо стабільний при збільшенні температури коефіцієнт тертя, а також підвищена в порівнянні з каучуковими матеріалами крихкість.

Застосування комбінованого пов'язує (поєднавши каучук і смолу) дозволяє в деякій мірі поєднати позитивні якості каучуку та смоли в одному виробі. Сполучені між собою за допомогою сполучного частки і волокна при наступній термічній обробці (вулканізація, бакелізація) утворюють монолітний матеріал. Процес вулканізації каучуку в основному здійснюється за допомогою сірки (9-12 мас. Часткою%). Отверждение резольних смол здійснюється нагріванням, новолачних - також нагріванням у присутності затверджувача (гексаметилентетраміну).

Одним з факторів, часто обмежують можливості застосування фрикційних полімерних матеріалів є їхня низька теплостійкість.

Для теплонавантаженому конструкцій традиційні полімерні композиційні матеріали (ПКМ) не придатні, тому що втрачають деформаційну стійкість вже при температурах вище 200 ° С / 2 /.

Відомо, що ПКМ з полиимидов зберігають працездатність в інтервалі температур від 196 ° С до 400 ° С. Жорсткість макромолекул і висока полярність їх ланок в поєднанні з високою концентрацією циклів зумовили неплавкого і нерозчинність більшості високомолекулярних лінійних полиимидов. Температура їх розм'якшення (390-430 ° С) наближається до температури деструкції (420-460 ° С), а в'язкість розм'якшеного полиимида досягає 10 ⁸ -10 ⁹ Па с. / 5 /

Нерозчинність і неплавким полиимидов створює нездоланні труднощі при спробах виготовити наповнений пластик і виріб з нього традиційними методами і на типовому обладнанні. Порошок полиимидов запропоновано змішувати з порошкам наповнювачів і переробляти методом спікання в заготовки простих форм при температурах 400-450 ° С і тисках 100-150 МПа з наступною механічною обробкою у вироби.

Щоб добитися розчинності полімеру на стадії наповнення та плавкості напівфабрикату в період формоутворення виробів були синтезовані різного типу форполимера і олігомери. У яких після закінчення формоутворення вироби завершується перехід в високомолекулярний лінійний або сітчастий полиимид. Однак, форполимера (поліамідокіслоти, поліамідоефіри) і олігомери (олігоаміодокіслоти, олігоіміди) розчиняються лише в висококиплячих амідних розчинниках.

Щоб зменшити або зовсім виключити застосування висококиплячих розчинників на стадії наповнення і забезпечити необхідний ступінь наповнення за один цикл просочення, була запропонована технологія РМ R (полімеризація мономерних реагентів на поверхні наповнювача). Її особливість полягає в тому, що наповнювач суміщають з розчином суміші вихідних компонентів майбутнього полиимида. Якщо в якості розчинників використовувати нижчі Сирт, то температура їх випаровування збігається з температурою стадії процесу освіти полиимида. При більш високій температурі, создаваетой під час формування виробу, закінчується хімічна реакція утворення сітчастого полиимида. / 6 /.

2.3 Характеристика імідних сполучних АПИ і матеріалів на їх основі

В даний час відомо, що найкращою теплостійкістю володіють матеріали на основі гетероциклічних полімерів - полиимидов. На їх основі розроблені марки полімерних матеріалів. У Росії склади такого типу відомі під марками СП (НИИПМ) і АПИ-2 (МАТИ).

Склади АПИ-2 представляють собою суміш трьох імідообразующіх мономерів. При їх взаємодії утворюється олігоімід, що містить p - зв'язки в кінцевих ланках. Такі олігоіміди переходять в сітчастий полиимид (отверждаются) по реакції піролітичної полімеризації. У складі АПИ-2 (зарубіжні аналоги PMR-11, 15, LARC-160) видалення розчинника, освіта олігоіміда, його перетворення в сітчастий полиимид проходить в суворій послідовності, не перекриваючи один одного. Олігомерних форма сполучного в наповненому напівфабрикаті забезпечує достатню плинність на стадії формування. В'язкість олігоіміда АПИ-2 при 250-290 ° С складає ^»10 Червень Па × с, йде при 340-360 °. Пластики на основі АПИ-2 характеризуються високим рівнем фізико-механічних властивостей у широкому діапазоні температур експлуатації.

Однак, переробка композицій на основі АПИ-2 литним і, навіть прямим пресуванням ускладнена тим, що реакція твердіння по кінцевим циклічним ланкам при температурах плавлення олігоіміда не розвивається, а різке підвищення в'язкості олігоіміда при температурах затвердіння призводить до того, що неможливо виділити стадію в'язко- текучого стану сполучного, і отже оформити виріб. Тому, умови формування композицій на основі АПИ-2 не відповідають тим вимогам, які пред'являються до композиційних матеріалів, якi формуються у вироби прямим або литним пресуванням. Для заповнення форм прямим пресуванням матеріал повинен мати в'язкість порядку 10 ⁷ Па × с, при цьому тривалість в'язко-текучого стану отверждающейся матеріалу повинна бути в межах 1-3 хв. Отверждение повинно закінчуватися за 2-4 хвилини витримки матеріалу у формі і температура форми не змінювалася.

Оскільки, технологічні параметри композиційних матеріалів на основі АПИ-2 не відповідають цим вимогам, то необхідно знайти компоненти, присутність яких у складі поліімідного композиційного матеріалу, не погіршуючи його тепло-і термостійкість, додало б то поєднання технологічних властивостей, яке дозволило б використовувати стосовно імідопластам традиційні схеми переробки реактопластів на існуючій технологічній оснастці і обладнанні.

Домогтися зниження в'язкості складу і тим самим поліпшити технологічні властивості КМ можна за допомогою активного розріджувача, знижує в'язкість, але не погіршує якість виробів.

Імідное сполучна АПИ в процесі виготовлення КМ, а потім і виробів з них, переходить з суміші імідообразующіх мономерів у аміносоль ефірокіслоти, далі в олігоамідокіслоту, олігоімід і на заключній стадії в сітчастий полиимид. Перші три реакції закінчуються в період виготовлення КМ (тобто поєднання з наповнювачем і підготовки до формованию), остання проходить в період формування виробів. Стадія виготовлення КМ на основі сполучного АПИ-2 є надзвичайно тривалою, тому що її доводиться проводити за ступінчастому режиму. Це обумовлено тим, що одночасно з утворенням олігоамідокіслоти, а потім олігоіміда при безперервному підвищенні молекулярної маси й в'язкості, необхідно максимально повно видалити розчинник, щоб знизити пористість майбутніх виробів.

Оскільки за допомогою активного компонента можна значно покращувати технологічні властивості традиційних сполучних не знижуючи експлуатаційних властивостей, ми використовуємо цей принцип і по відношенню до складу АПИ. Активний компонент повинен у цьому випадку відповідати таким вимогам:

поєднуватися з імідообразующімі мономерами, не вступаючи з ними в хімічну взаємодію; їх суміш повинна являти собою низковязкую стабільну рідина.

На стадії утворення олігоіміда виступати в ролі розчинника, знижуючи в'язкість складу. Це має призвести до пригнічення процесу міжмолекулярної взаємодії сусідніх олігомерних молекул, а, отже, до утворення більш досконалої структури олігоіміда.

Напівфабрикат, що містить активний компонент, в процесі зберігання повинен бути сухим, не липким, легко дозироваться.

На стадії формування активний компонент повинен знижувати в'язкість розплаву олігоіміда, покращуючи текучість при формуванні, при цьому, бажано, щоб він виконував і функцію ініціатора реакції затвердіння АПИ, знижуючи температуру цього процесу.

На стадії імідізаціі і наступного затвердіння олігоіміда активний компонент не повинен віддалятися з системи.

Присутність додаткового компонента не повинно знижувати теплостійкості і експлуатаційних властивостей на його основі.

З перерахованих вимог випливає, що на початковій стадії активний компонент повинен бути низькомолекулярної рідиною, а на наступних стадіях повинен придбати досить велику молекулярну масу, в уникнення випаровування. Серед хімічних сполук, які могли б задовольнити поставленим вимогам рекомендується фуріловий спирт.

Фуріловий спирт може служити розчинником на стадії суміщення сполучного з наповнювачем. Хімічні перетворення фурілового спирту в олігомер, потім у лінійний полімер і, нарешті, в сітчастий полімер, можна поєднати зі стадіями хімічних перетворень складу АПИ.

Ведення полімеру - розріджувача доцільно здійснювати на початковій стадії синтезу полиимида АПИ. Для забезпечення суміщення компонентів на молекувярном рівні доцільно застосовувати розчинник у вигляді мономеру, з якого в подальшому утворюється лінійний полімер.

Для системи полиимид-фуранових полімер на початковій стадії необхідно використовувати розчин імдообразующіх мономерів: кислі ефіри ароматичної тетракарбоновой і ненасиченої ціклоаліфатіческой кислот і ароматичного діамін в співвідношенні 1: 2: 2 в фуріловом спирті. Для синхронізації умов освіти олігоіміда і фуранового полімеру в початковий склад необхідно вводити малеїнову кислоту як каталізатора реакції поліконденсації фурілового спирту. Фуранові полімер, виконуючи функцію розріджувача олігоіміда, знижує в'язкість матеріалу, полегшуючи заповнення форм, а, оскільки піролітичної руйнування p - зв'язків фуранового циклу починається при більш низькій температурі, ніж ендікового циклу, то фуранові полімер ініціює та прискорює затвердіння олігоіміда, беручи участь в утворенні сітчастого полімеру . Процес затвердіння олігоіміда у присутності фуранового полімеру проходить у дві стадії: розділення суміші полімерів, виділення в самостійну фазу фуранового полімеру з одночасним розривом подвійних зв'язків фуранового циклу, далі відбувається реакція полімеризації олігоіміда по межі розділу фаз, що ініціюється радикалами, що утворився в фуранові полімері.

Склад АПИ, в якому в якості розчинника використаний фуріловий спирт носить назву АПИ-3. Присутність у складі сполучного фуранового полімеру збільшує час в'язко-текучого стану при одночасному зниженні температур твердіння олігоіміда до 300 ° С, скорочується і тривалість затвердіння. Ефективна енергія активації початку процесу твердіння знижується з 93,2 кДж / моль до 53,0 кДж / моль оскільки фуранові полімер приймає участь у реакції полімеризації олігоіміда. При цьому, на межі поділу фаз утворюється, по видимому, сітчастий фуранові полімер.

Тиск формування має такий же вплив на поведінку олігоімідов і КМ на їх основі, як і у випадку фенопластов.

В'язкість наповнених олігоімідов АПИ-2 і АПИ-3 при температурах плавлення аналогічна в'язкості фенольних прес-порошків (10 ⁶ -10 ⁷ Па с). Присутність наповнювача скорочує час в'язко-текучого стану в порівнянні з ненаповненими олігоімідамі. У разі КМ на основі АПИ-2 час в'язко-текучого стану при 320-340 ° С скорочується до нуля. Це змушує формувати вироби у дві стадії: при 290 ° С - проводити формоутворення, а при 340 ° С - закаліть їх. КМ на основі АПИ-3 формуються в одну стадію при температурі затвердіння вироби.

Рекомендується пресувати КМ на основі АПИ-3 при 300 ° С і тиску 10-20 МПа залежно від застосовуваного наповнювача. Час подачі тиску та затвердіння залежить від застосовуваного наповнювача. Вуглецевий наповнювач скорочує час в'язко-текучого стану в КМ на основі АПИ-3 з 9 хв. до 4 хв. при 300 ° С, але не впливає на тривалість реакції затвердіння. У присутності базальтового і скляного наповнювача час в'язко-текучого стану також скорочується при 300 ° С у порівнянні з ненаповнені АПИ-3, а при 270 ° С, навпаки, збільшується. Але сповільнюється стадія затвердіння. Розрихленість напівфабрикату і мала теплопровідність наповнювача утрудняє його прогрівання на початковій стадії затвердіння, підвищуючи на цій стадії ефективну енергію активації. Чим вище теплопровідність наповнювача і ступінь асиметрії його часток, тим більшою мірою енепгія активації початкового періоду затвердіння наближається до значення енергії активації пов'язує. Тривалий період в'язко-текучого стану всіх КМ на основі АПИ-3 при 270 ° С можна використовувати для попередньої пластикації при литтєвого пресування. Час в'язко-текучого стану імідопластов при 300 ° С (3-4 хв.) Менше ніж при 270 ° С, але достатньо для попереднього підігріву в полі СВЧ, таблетованого матеріалу, призначеного для прямого пресування, що може скоротити тривалість перебування матеріалу у формі обладнанні . Для підвищення теплостійкості доцільно проводити додаткову термообробку виробів поза формуючої оснастки при 350 ° С.

Експлуатаційні властивості виробів на основі АПИ-3

Присутність фуранового полімеру в складі отвержденного полиимида не знижує температуру початку термодеструкції і не збільшує втрати маси в процесі деструкції полімеру, навіть при прогріві до 600 ⁰ С. На основі АПИ-3 були створені композиційні матеріали з підвищеним рівнем робочих температур з різними наповнювачами: рубані вуглецеві, базальтові, скляні волокна, порошкоподібний Термоантрацит.

Розроблені КМ на основі АПИ-3 не змінюють своїх властивостей протягом тривалого часу (не менше 12 міс.).

При отриманні антифрикційного самозмащувального матеріалу (АСП) з використанням сполучного АПИ-3 була використана технологічна схема виготовлення пресспорошков на основі порошкоподібних наповнювачів і розчину сполучного, склад і кількість наповнювача були залишені такими ж, як і в АСП АТМ-2: суміш порошкоподібної термоантраціта та природного графіту в співвідношенні 9:1, вміст наповнювача становило 50-55% мас. Пресспорошок на основі АПИ-3 (марка ІГП) готували шляхом змішування сполучного АПИ-3 і наповнювача в змішувачі лопатевого типу до отримання однорідного складу з наступною його термообробкою для перекладу сполучного в олігоімідную форму. Після термообробки (сушіння) масу подрібнювали в кульовому млині до розмірів гранул з d _ср = 0, 15-0,25 мм.

Вивчення технологічних властивостей розробленого на основі АПИ-3 ІГП показало, що він придатний для переробки у вироби прямим пресуванням.

В'язкість матеріалів і умови твердіння дозволяють проводити процес пресування також, як і фенопластов, в одну стадію, що не вдавалося реалізувати при використанні сполучного АПИ-2. Матеріали на основі АПИ-3 при температурі затвердіння 300 ⁰ С, яку можна вважати за оптимальну, зберігають в'язко-текучий стан протягом часу, достатнього для прогріву матеріалу по всьому об'єму вироби і створення тиску формування. При порівнянні властивостей імідопластов на основі АПИ-3 і АПИ-2 можна бачити, що використання фурілового спирту як модифікуючий активного компонента в складі імідообразующіх мономерів не знижує механічні властивості стандартних зразків як при 20 ⁰ С, так і при підвищених температурах. Показники міцності імідопластов на основі АПИ-2 і АПИ-3 аналогічні показниками властивостей фенольного прессматериала ВПМУ-1 при 20 ⁰ С. На відміну від ВПМУ-1, імідопласти АПИ значно більше теплостойки: навіть при 350 ⁰ С вони зберігають 81-82% вихідної міцності при вигині, 62% - ударної в'язкості. Показники властивостей ВПМУ-1 вже при 200 ⁰ С знижуються на 50%.

Замінивши у складі АСП АТМ-2 термопластичних матрицю на АПИ-3 вдалося підвищити теплостійкість АСП з +90 ⁰ С до 350 ⁰ С. Механічні, крім міцності при вигині, і триботехнические властивості матеріалу ІГП в порівнянні з АТМ-2 при цьому не погіршуються.

Таким чином для виготовлення фрикційних накладок найбільш раціонально використовувати складу АПИ-3 так, як цей склад має меншу в порівнянні з АПИ-2 в'язкість, формуються в одну стадію при температурі затвердіння вироби і не знижує механічні властивості стандартних зразків як при 20 ⁰ С, так і при підвищених температурах. / 6 /.

2.4 Вибір і характеристика основного наповнювача для фрикційних ПМ

Найбільш поширеним армуючим компонентом для ФПМ раніше було азбестове волокно. Маючи високу міцність (до 3 ГПа), воно забезпечує високі механічні властивості і теплостійкість. При температурі 400 ° С міцність азбестового волокна знижується лише на 20%, повне руйнування настає при 700 ... 800 ° С. Фрикційні вироби в гальмах і муфтах зчеплення працюють в умовах знакозмінних теплових навантажень (періодичні нагріви та охолодження). Армування азбестом у цьому випадку підвищує стійкість виробів до розтріскування. Азбест має здатність очищати поверхні тертя від забруднень, що забезпечує високі значення коефіцієнта тертя (до 0,8).

Через шкідливих впливів на навколишнє середовище та здоров'я людини застосування азбесту в багатьох вузлах тертя заборонено рішенням ЮНЕСКО. Це створило дуже серйозну науково-технічну проблему заміни азбесту у фрикційних матеріалах іншими екологічно чистими матеріалами.

Як армуючі компонентів, поряд з азбестом, використовують мінеральну (жужільну) вату. Мінеральна вата не руйнується при температурі до 700 º С, але у зв'язку з крихкістю і наявністю в складі твердих включень («корольків»), що ушкоджують поверхню фрикційного контртіла, має обмежене застосування. Як армуючі компонентів застосовують також скляні, базальтові, вуглецеві та інші волокна / 7 /.

Використання базальтових волокон (БВ) для армування з підвищеним коефіцієнтом тертя ФПМ є одним з альтернативних шляхів вирішення проблеми створення безазбестових виробів фрикційного призначення. Порівняльні випробування показали, що полімерні композиції, що містять базальтоволокнисті наповнювачі, по зносостійкості знаходяться на рівні композитів, армованих азбестом, а за коефіцієнтом тертя перевершують їх. Так як БВ володіють у порівнянні з азбестовим істотною перевагою по жаростойксті та жароміцності, то армування ними замість армування азбестом дозволяє композиту працювати в більш високому температурному інтервалі, що поліпшує експлуатаційні характеристики.

Крім вищесказаного базальт є екологічно чистим і не виділяє шкідливих речовин, в тому числі і при підвищених температурах.

Вітчизняними вченими розроблені базальтові волокна, одержувані з розплавів базальтових гірських порід, і технологія виробництва виробів з них. Основними перевагами цих перспективних матеріалів є: 1) перевага над широко використовуваних інших видами за температуростойкости, теплозвукоізоляційних властивостями, вібростійкості, довговічності;

2) екологічна безпека, негорючість, вибухобезпечність;

3) хімічна інертність (не виділяє й не утворює токсичних речовин у повітряному і хімічно активних середовищах);

4) невисока вартість виробів з них у порівнянні з вартістю виробів зі скляних волокон;

необмеженість сировинних запасів базальту (від 25 до 38% площі, займаної на Землі усіма магматичними породами).

З таблиць представлених нижче видно що, статистичні параметри розподілу пружно - міцнісних та деформаційних характеристик базальтових волокон знаходяться в тих же межах, що і для вуглецевих, що володіють завідомо однорідним хімічним складом та отриманих безперервним способом

_{Таблиця 2.3.} Механічні властивості БВ

Дискретні БВ, отримані за допомогою «дуплекс - процесу», а також з використанням індукційних високочастотних установок з роздуванням повітрям при нормальній і підвищеній температурах, сильно відрізняються за всіма параметрами від волокон, виготовлених безперервним способом (див. табл. 2.3.): Їх міцність в 2,1 - 5,3 рази поступається міцності ровінгу, а модуль пружності - в 1,2 - 2,7 рази.

Табл 2.4. Механічні властивості вуглецевих волокон ПКН - 5000 (круглий перетин)

Для порівняння були також досліджені вуглецеві волокна типу ПКН - 5000 круглого поперечного перерізу, відібрані з трьох партій по одній котушці від партії (табл. 2.4.). / 8 /

Таким чином базальтовий волокнистий наповнювач обраний як основного наповнювача в фрикційному полімерному матеріалі, тому що забезпечує необхідні фрикційні й міцнісні властивості виробу і не виділяє шкідливих для людини і навколишнього середовища на відміну від азбестового наповнювача.

2.5 Вибір складу термостійкого фрикційного ПМ

Як було показано вище для отримання термостійкого фрикційного ПМ доцільно використовувати в якості сполучника імідний складу АПИ-3, а в якості основного наповнювача, що забезпечує фрикційні показники і несучу здатність базальтовий волокнистий наповнювач.

Для забезпечення швидкого відведення тепла, що виділяється при терті до складу матеріалу необхідно ввести компоненти з високою теплопровідністю. В якості таких компонентів можна використовувати вуглецевий, графіт, мідний порошок, латуннию стружку / 2 /.

Таблиця 2.5. Склади для фрикційних ПМ

Виходячи з конфігурації вироби та умов його формування напівфабрикат ФПМ повинен являти собою дозуючий прессматериала (типу ФСВ): гранули голчастого типу, в яких волокнистий наповнювач кінцевої довжини (розмір від 5 до 20 мм) покритий оболонкою сполучного, що містить всі інші компоненти матеріалу. Таким чином сполучні представляє собою суспензію. Для того щоб ця суспензія була стійкою її компоненти повинні бути мелкодісперснимі. Виходячи з цього ми вибираємо склад № 3 який містить мідний порошок і графіт. Гранули прессматериала не повинні злипатися при зберіганні.

Для забезпечення оптимальних умов пресування фрикційної накладки прессматериала - дозується базальтоволокніт на основі імідного сполучного АПИ - 3 (ДБП-ФМ) повинен відповідати таким вимогам:

Прессматериала ДБП-ФМ повинен зберігати свої властивості, тобто мати термін зберігання не менше 1 року. / 6 /.

Напівфабрикати такого типу традиційно отримують шляхом поєднання довгомірного волокнистого наповнювача зі зв'язуючим по розчиненої технології, використовуючи метод занурення. Така технологія реалізується на просочувальних установках, які дозволяють забезпечити задану ступінь наповнення. Далі необхідно видалити розчинник і низькомолекулярні продукти з єднального, забезпечити задану довжину гранул і зберегти механічні властивості наповнювача. / 9 /.

Для отримання ДВБ-ФМ використовують наповнювач у вигляді ниток, джгутів, стрічок, тканин, в залежності від поєднання вимог за експлуатаційними властивостями матеріалу у виробі і продуктивності процесу в цілому.

2.6 Отримання прессматериала ДБП-ФМ в лабораторних умовах і дослідження технологічних властивостей

Для оцінки придатності обраних типів пов'язує і наповнювача і для обробки технології отримання і пресування термостійкого фрикційного ПМ у лабораторних умовах було отримано прессматериала, що містить імідное сполучна АПИ-3, базальтові волокна як основного наповнювача та вуглецеві волокна для збільшення теплопровідності матеріалу.

Склад матеріалу:

- Сполучна АПИ-3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30% об.

- Базальтовий наповнювач ... ... ... ... ... ... 50% об.

- Вуглецевий наповнювач ... ... ... ... ... ... .20% об.

Матеріал отримали таким чином:

Відрізали базальтову тканина розміром 400 * 400 мм, улагоджені на поліетіленновую (ПЕ) плівку, завдали з скляній ємності розраховану кількість імідного сполучного АПИ-3.

Далі накрили ПЕ плівкою і рівномірно з легким натиском розподілили сполучна шпателем по всій площі тканини. Для забезпечення просочення наповнювача тканину зі сполучною витримали між плівками у вільному стані не менше двох годин. Просочену тканину перенесли на гратчастий піддон, попередньо видаливши поліетиленові плівки та завантажували в термошафу для проведення процесу синтезу олігоіміда на поверхні наповнювача.

Режим термообробки напівфабрикату визначався з умов освіти олігоіміда із суміші імідообразующіх мономерів АПИ-3 / /:

- Нагрівання від 20 ° С до 180 ° С зі швидкістю 4-6 ° С в / хв.

- Витримка при 180 ° С протягом 1-ї години.

- Вільне охолодження поза термошафи.

Жорсткий лист просоченої тканини розрізали ножицями на відрізки розмірами 15 * 1,5 мм. Для отримання напівфабрикату готового до формованию змішали просочений базальтовий і вуглецевий наповнювач виходячи із заданого співвідношення. Помістили їх в скляну ємність і перемішали до стану статистичного змішання.

Потім пессматеріал завантажили в пресформ і провели пресування на лабороторного ручному пресі.

Режим пресування:

- Завантаження напівфабрикату в пресформи при Т = 20 ° С.

- Устанавка пресформи під прес розігрітий до Т = 300 ° С.

- Створення тиску 20 до g / c м ² (за барометром преса).

- Витримка протягом 25 хвилин.

- Зняття пресформи і вільне охолодження.

- Розбирання прессфоми і виїмка зразка.

Отримувані зразки мали вигляд таблеток з радіусом R = 1,25 і товщиною 6 мм.

Відпрацювання режиму пресування проводили переважно по тиску пресування (Р _пр). Для вибору температурновременних показників використовувалися рекоменда-ціі/11 /. Технологічні властивості оцінювали пластометріческім методом (метод ротаційної вискозіметріі) на приладі пластомеров «Полімер Р-1».

3. Розробка технології одержання термоустойчевого фрикційного ПМ

3.1 Розробка технології одержання ДВБ-ФМ

Для отримання прессматериала ДВБ-ФМ використовується імідное сполучна мономерного типу АПИ-3, і базальтова нитка РБК-600. Сполучні представляє собою прозору рідину червоно-коричневого кольору; це 60%-ний розчин імідообразующіх мономерів і в фуріловом спирті (табл. 3.1).

Таблиця 3.1. Характеристика розчину сполучного АПИ-3 / 20 /

Коефіцієнт рефракції 60%-ного розчину АПИ-3 при 20 ^о С складає 1,522-1,526; поверхневий натяг - 32,5 дин / см ^2. Кут змочування сполучною при 20 ^о С вуглецевого волокна становить 25 ^0; скляного - 12-16 ^0; базальтового - 10-12 ^0.

В якості наповнювача використовується базальтова нитка РБК-600. Ступінь наповнення в пресматеріали визначається з урахуванням кількості летючих продуктів у сполучному і виходячи із заданої ступеня наповнення матеріалу після затвердіння, яка дорівнює 60% мас.

Так як сполучні рідке з легко регульованої в'язкістю, то для отримання прессматериала ДБП-ФМ можна рекомендувати метод занурення, який здійснюється на просочувальних установках.

У процесі просочення зануренням волокнистий наповнювач у вигляді ниток змотують з бобін і по тракту установки для просочення направляють у ванну зі сполучною (рис. 3.1). На виході з просочувальної ванни виробляють віджимання надлишку сполучного і направляють в сушильну камеру, де відбувається видалення розчинника і предотвержденіе пов'язує. З камери безперервний матеріал подається на автоматичні ножиці де ріжеться на гранули заданої довжини та зсипається в тару / 9 /.

Закономірності проникнення зв'язуючого в межволоконное простір наповнювача представлені на рис. 3.2.

Нитка діаметром 2R знаходиться у ванні зі сполучною на глибині Н. Сполучні проникає в межволоконное простір нитки через бічну поверхню, крізь щілини шириною d, утворені паралельно укладеними елементарними волокнами.

Рух сполучного в процесі просочення волокнистого наповнювача добре описується законом Дарсі:

V _ф = - (К / h) × (dp _n / dR),

де: V _ф - швидкість фільтрації;

К - коефіцієнт проникності;

dp _n / dR - градієнт тиску по радіусу джгута.

У відповідності з теорією гідравлічного радіуса, формула, що зв'язує К з характеристиками просочується наповнювача виглядає наступним чином:

К = АП ³ / (bf (1-П ^2)),

де: а = sin ² a - фактор орієнтації каналів пір по відношенню до напрямку потоку пов'язує (для хаотично розподілених волокон а = 0,75);

b - фактор форми каналів (для каналів між прямолінійними циліндрами b = 3);

f - питома поверхня волокон (відношення одиниці поверхні волокна до площі його поперечного перерізу).

Тиск просочення Р _n складається з декількох складових:

Р _n = 2 s сos q / d + r Gн + Р _атм - Р _пов,

тобто капілярного тиску, гідростатичного і атмосферного.

Повітря, що знаходиться в межволоконное просторі, чинить опір руху пов'язує. Під дією питомої капілярної сили

D F ₂ = s sin q

відбувається зближення елементарних волокон, а отже, зменшення d і зниження швидкості просочення.

Просочення інтенсифікують вакуумуванням межволоконное простору наповнювача (вакуумна просочення), збільшенням тиску над вільною поверхнею сполучного (пневматична просочення), порушенням сполучному акустичного тиску (просочення з накладенням механічних коливань), накладенням на сполучні відцентрових сил (відцентрова просочення) та іншими способами / 12 / .

При виході з просочувальної ванни крім того сполучного, яке проникає в межволоконное простір, поверхня волокнистого наповнювача захоплює ще деяка кількість сполучного, загальна товщина сполучного d може бути визначена за такими формулою:

d = 1,32 RC (h V / s) ^{2 / 3}

для джгута радіуса R, що простягається зі швидкістю V через ванну зі сполучною, з об'ємною концентрацією С і в'язкістю h.

Для просочується нитки, виходить з ванни під кутом нахилу до горизонту a,

Необхідний зміст сполучного в пресматеріали забезпечується віджиманням, який здійснюється роликами, ножами або еластичними губками / 12/.В даному випадку процес просочення волокнистого наповнювача суміщений з термообробкою і різкою готового прессматериала.

Оскільки сполучні представляють собою розчини 40-60%-ної концентрації, а швидкості просочення досить високі, доводиться за короткий час з видаляти значна кількість розчинника. При висоті сушильних камер від 2,5 до 4 метрів і 2-4 проходах препрегів через камеру зі швидкістю 1,0-10 м / хв час сушки складає від 0,5 до 15 хвилин. У таких умовах звичайна конвективна сушка виявляється малоефективною, оскільки видалення розчинника йде тільки з поверхні, а що утворилася плівка сполучного перешкоджає виходу розчинника. Для інтенсифікації процесу застосовують інфрачервону сушку препрегів з примусовим відсмоктуванням пари розчинника. При інфрачервоної сушці відбувається прогрівання препреги по всьому об'єму, причому, найбільш інтенсивно поглинає тепло волокнистий наповнювач. Тому потік тепла йде зсередини до зовнішньої поверхні препреги і тверда плівка на цій поверхні майже не утворюється / 10 /.

Енергія випромінюючих елементів сушильної камери Q витрачається на нагрівання препреги і випаровування розчинника, нагрів стінок камери, тому що волокнистий наповнювач і метал, з якого зроблені стінки сушильної камери, непрозорі для інфрачервоного випромінювання. Повітря - практично прозорий для інфрачервоних променів і тому нагрівається конвективно тільки від стінок камери.

При розрахунку тепла Q, споживаного для сушіння препрегів, задаються температурою випромінювачів Т, температурою нагріву стрічки препреги (повітря) Т _л, температурою стінки сушильної камери Т _к. Повинна бути відома номінальна потужність нагрівальної камери, витрата повітря, маса погонного метра препреги, вміст у препреги пов'язує і його концентрація, швидкість просочення V. Визначають площу поверхні випромінюючих плит F _1, поверхні стрічки препреги F ₂ і внутрішньої порожнини сушильної камери F _3.

Продуктивність установки G _пр визначається за формулою:

G _пр = m _п 60, (г / год),

де: m _п - маса погонного метра препрегів;

V _п - швидкість просочування.

Кількість испаряемого розчинника G _р

G _р = G _пр З _св З _кр / 100,

де: З _св - масовий вміст зв'язуючого,%;

З _кр - концентрація розчинника,%.

Сумарна кількість тепла Q _å, що йде на нагрівання стрічки Q _1, сухого залишку сполучного Q _2, нагрівання і випаровування розчинника Q ₃ та відповідно дорівнює

Q _å = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄

або

Q _å = С ^/ _л m _л D Т _л + С ^/ _св m _св D Т _св + С ^/ _р m _р D t _р + q _р m _р,

де: С ^/ _л, С ^/ _св, С ^/ _р - питомі теплоємності матеріалу наповнювача, пов'язує і розчинника відповідно;

m _л, m _св, m _р - їх масовий вміст в препрегів;

D Т _л, D Т _св - різниця між температурою сушки і початковою температурою;

D t _р - різниця між температурою кипіння розчинника і початковою температурою;

q - питома теплота пароутворення розчинника при температурі кипіння і нормальному тиску.

Визначають витрата повітря, що запобігає утворення всередині сушильної камери вибухонебезпечного середовища

V = m _p / (ГДК НВП),

де: ГДК - гранично допустима концентрація розчинника;

НВП - нижня межа вибухонебезпечності.

Тепло, що йде на нагрівання повітря:

Q _в = С _в V _в (t ₁ - t _2),

де: С _у - об'ємна теплоємність повітря;

t ₁ і t ₂ - початкова і кінцева температури повітря.

Тепло, що передається випромінюванням препреги від інфрачервоних нагрівачів Q _і і стінок сушильної камери Q _ск

Q _å = Q _і + Q _ск.

У загальному вигляді тепло Q _{і (ск)}

Q _{і (ск)} = e _і С ₀ [(Т ₁ / 100) ⁴ - (Т ₂ / 100) ^4] F _1,

де: e _і - наведений коефіцієнт чорноти

де: e _1, F _1, e _2, F ₂ - коефіцієнт чорноти і площі нагрівальних поверхонь;

Т _1, Т ₂ - температура нагрівається і випромінюваної поверхонь. / 9 /.

Таким чином, при розробці технології одержання прессматериала ДБП-ФМ методом занурення необхідно враховувати концентрацію і в'язкість розчину сполучного, природу і текстуру наповнювача, смачивающую здатність і поверхневий натяг сполучного, швидкість дифузії та фільтрації. При термообробці сполучного АПИ-3 відбувається не видалення розчинника, а перша стадія хімічної реакції синтезу олігоіміда, тобто освіта олігоімідоефіра, що супроводжується виділенням низькомолекулярних летких продуктів реакції. Ступінь синтезу визначає властивості прессматериала / 15,16,20 /. Технологічний процес просочення базальтової нитки сполучною АПИ-3 будується за традиційною технологічною схемою реалізації процесу на просочувальних установках, при цьому весь процес можна розділити на дві основні частини: просочення наповнювача в просочувальної ванні і термообробка просоченого наповнювача в сушильній камері.

Швидкість руху наповнювача, тобто продуктивність процесу, буде визначатися швидкістю найповільнішого фізичного або хімічного процесу, що відбувається при отриманні прессматериала, і конструктивними можливостями сушильної камери (кількістю зон та їх розмірами). Режим термообробки визначається кінетикою реакції синтезу олігоамідоефіра на поверхні наповнювача, в даному випадку на поверхні базальтової нитки РКБ-600.

Час, необхідний на проходження процесів фільтрації, змочування і дифузії при суміщенні сполучного АПИ-3 з базальтової нитки РБК-600, оцінюється відповідно до рекомендацій / 9,10 / і, з урахуванням високої смачивающей здібності сполучного АПИ-3, є значно меншим, ніж час витрачається на проходження процесу синтезу. Тому, швидкість руху наповнювача в просочуюча установці розраховується виходячи з умов синтезу олігоамідоефіра, тобто необхідності витримки матеріалу при 60 ⁰ С протягом 20 хвилин. В існуючих просочувальних установках використовують сушильні камери, які мають висоту від 2,5 до 4-х метрів з довжиною шляху проходження матеріалу від 5 до 32 метрів (що забезпечується кількістю проходів по висоті сушильної камери). Для організації процесу отримання прессматериала на основі АПИ-3 доцільно вибрати сушильні камери заввишки 4 м з трьома проходами матеріалу по висоті камери. При цьому швидкість руху наповнювача буде:

V _движ = L (м) / t (хв) = 4 м × 3 рази / 20 хв = 1,2 м / хв.

Внаслідок того, що для проведення синтезу олігоамідоефіра на поверхні наповнювача потрібно нагрівання і витримка при одній температурі (180 ⁰ С), то сушильна камера просочувальної установки буде мати тільки одну температурну зону (рис. 3.1).

При організації процесу слід врахувати механічні властивості наповнювача базальтової нитки РБК-600. Базальтові волокна легко распушают по поверхні від зіткнення з різними елементами установки. Тому кількість зіткнень сухого базальтового наповнювача з колійними роликами повинна бути мінімальною. У даному випадку передбачається лише один контакт на вході в просочувальних ванну. Після того як на базальтове волокно нанесено сполучна, тобто волокно захищено, кількість контактів не регламентується. Жорсткість базальтових волокон обмежує допустимий радіус вигину волокон без руйнації, який можна орієнтовно оцінити відповідно до формули:

s _{р, в} = Е _{р, в} × d _в / d _виг

Відповідно до цієї залежністю для базальтових волокон у нитки РКБ-600 допустимий мінімальний радіус вигину становить 0,3 мм. Діаметри колійних роликів просочувальних машин як правило значно перевершують дане значення. Тому цей фактор не буде враховуватися при організації технологічного процесу.

Просочувальна ванна повинна бути оснащена підігрівом, з потужністю нагрівальних елементів, забезпечують нагрів сполучного до температури 55 ± 5 ⁰ С (тобто до оптимального значення в'язкості, без використання додаткових розчинників). У цьому випадку в сушильну камеру буде потрапляти вже підігрітий до температури термообробки матеріал, що скорочує загальний час циклу.

Якщо просочувальна ванна не забезпечена нагрівальними елементами і просочення повинна проводитися при температурі навколишнього середовища, то сполучна необхідно розбавити до необхідного рівня в'язкості (17-19 сек). В якості розчинника можливе використання ацетону, який при термообробці в сушильній камері повністю видаляється і не впливає на механізм і напрямок синтезу олігоамідоефіра. У цьому випадку загальний час перебування матеріалу в сушильній камері кілька збільшиться через необхідність прогріву матеріалу до 60 ⁰ С зі швидкістю не більше 5 ⁰ С / хв., При цьому кілька зменшитися швидкість руху наповнювача в просочувальної установці.

Таким чином, для отримання прессматериала ДБП-ФМ можна використовувати стандартні просочувальні установки:

просочувальна ванна повинна мати обігрів до 55 ± 5 ⁰ С;

сушильна камера заввишки 4 м, має одну зону нагріву (60 ^0), забезпечує три проходи матеріалу; забезпечена інфрачервоними нагрівачами;

швидкість руху - 1.2 м / хв;

шляхові ролики - стандартні.

3.2 Технологічна блок схема та отримання ДБП-ФМ

Блок схема.

1. Зберігання вихідних матеріалів.

2. Контроль якості вихідних матеріалів.

3. Отримання прессматериала ДБП-ФМ.

4. Контроль якості ДБП-ФМ.

5. Зберігання препреги ДБП-ФМ.

Зберігання вихідних матеріалів.

Операція здійснюється в складських приміщеннях згідно

ГОСТ 12. 1. 005-76:

температура повітря 18-20 ⁰ С;

відносна вологість не вище 60%;

не допускається порушення цілісності упаковки матеріалів.

3.2.1 Контроль якості сполучного

Виробляється на відповідність паспортним даним або вимог технічних умов. Контроль сполучного проводять за допомогою ареометра та віскозиметра.

Параметри, що контролюються при перевірці:

щільність при 20 ⁰ С - 1,189 р. / м ^3, при 60 ⁰ С - 1,163 р. / м ^3;

в'язкість при 20 -165 сек, при 60 ⁰ С - 22 сек.

Термін зберігання не повинен перевищувати 4 місяці.

Контроль якості наповнювача

Для перевірки якості базальтової нитки відбирають пробу від кожної партії з будь-якою котушки і контролюють на обрив волокна, відсутність механічних пошкоджень, товщину, ширину матеріалу відповідно до ТУ 06-І81-85.

При отриманні незадовільних результатів проводять повторний контроль, результати якого поширюються на всю партію.

Отримання прессматерала ДБП-ФМ

Отримання ДБП-ФМ полягає в просочуванні з підсушила базальтового наповнювача (базальтової нитки РКБ-600 сполучною АПИ-3. Просочення РКБ-600 можна здійснювати на просочувальної машині УПСТ-300. Максимальна швидкість просочення становить 1,2 м / хв, продуктивність - 20 кг / год. Машина має зонну сушильну камеру, просочувальна камера дозволяє підігрівати сполучна для зниження в'язкості.

Перед запуском установки необхідно переконатися у справності всіх вузлів і механізмів, протягнути наповнювач по протяжному трак, встановити натяг 3 ± 0,2 Н, необхідну температури в сушильній камері і швидкість протягання нитки.

Режими просочення і сушіння призначатись за умови необхідності витримки препреги під час сушіння протягом 20 хвилин при 60 ⁰ С. Для просочення нитки РКБ-600 температура сушки складає 60 ⁰ С, швидкість руху 1,2 м / хв.

Рівень сполучного у ванні підтримується на 20-25 мм вище лакують валків. Контроль в'язкості сполучного у ванні здійснюється один раз на три години і в разі її збільшення додається ацетон у ванну просочувальної машини. Виходить з сушильної камери препреги подається на автоматичні ножиці, де ріжеться на задані відрізки і зсипається в пакувальну тару.

Контроль якості

Контрольовані параметри: прессматериала повинен бути не липким і містити сполучного 30 ± 3% розмір гранул 15 -20 мм.

Липкість визначається відшаровуванням целофанової плівки, яке має відбуватися без прилипання, характерного липкого розшаровування.

Візуально прессматериала контролюється на відсутність непросочених ділянок і односторонній просочення.

Зміст сполучного визначається зважуванням по різниці мас отмеренного відрізка препреги і сухий вуглецевої стрічки.

Зміст сполучного визначається за формулою:

С = М _п - М _{н ·} 100, (%)

М _н

де: С - вміст зв'язуючого,% мас;

М _п - маса препреги після сушіння, м;

М _н - маса непросоченого наповнювача, м.

Зберігання прессматериала

Зберігання герметично упакованого в плівковий мішок прессматериала може здійснюватися протягом 12 місяців при температурі не вище 20 ⁰ С і відносній вологості 50-60%.

4. Розробка технології виготовлення фрикційних гальмівних колодок.

4.1 Обгрунтування вибору методу

Вибір методу формування вироби з ПМ визначається конфігурацією і розмірами вироби, технічними вимогами до нього, типом і технологічними властивостями полімерного матеріалу, можливостями існуючого обладнання та його доступністю, технічним оснащенням виробництва та економічною доцільністю виробництва.

Виробництво гальмівних колодок для гальмівних систем автомобілів можна віднести до категорії крупносерійних виробництв, тому що потреба в масштабах держави та галузі висока. У рік планується виготовлення 150000 шт. виробів даного типорозміру.

великосерійне виробництво;

виріб має конфігурацію пластини з розмірами 125 * 40 мм і товщиною 6 мм.

матеріал виробу - ізотропний, (матриця армована короткими волокнами).

в якості армуючих наповнювачів використано базальтове волокно.

напівфабрикати - прессматериала ДБП-ФМ.

формоутворення і термообробка вироби відбувається в одну стадію виробничого процесу;

виріб відповідальне, підвищені вимоги до якості матеріалу;

Стадія ущільнення пакету і фіксація форми повинна проводитися в оснащенні, до якої пред'являються особливі вимоги за матеріалом оснащення (підвищена температура формування 300 ^о С вимагає спеціальних марок сталі), за конструктивним рішенням оформляє порожнини оснащення, тому що формування гальмівної накладки здійснюється на поверхні металевої пластини гальмівної колодки. У даному випадку можна рекомендувати принцип полус'емних форм. Площина роз'єму у формі повинна збігатися з пласкостью вставного елемента. При цьому необхідно, щоб у процесі формування розподіл тиску було рівномірним по всій поверхні виробу.

Величина тиску формування в даному випадку обмежується властивостями армуючого наповнювача. З урахуванням вимог щодо нормальному розподілу тиску по площі виробу і обмежень по міцності і текстурі наповнювача придатними для стадії ущільнення та фіксації форми можуть бути наступні методи:

1. Термокомпрессіонное формування

Для реалізації термокомпрессіонного формування не потрібно складного дорогого устаткування. Тиск створюється за рахунок розширення в результаті нагрівання еластичних формуючих елементів. Однак для великосерійного виробництва цей метод не підходить тому що процес формування займає тривалий час і еластичні елементи не витримують багаторазового циклічного нагріву до 300 ^о С.

2. Пряме пресування

Метод прямого пресування здійснюється на досить складному пресовому обладнанні, але в Росії є досить великий парк різноманітного пресового обладнання (від простих пресів до автоматизованих пресових ліній), існують налагоджені пресові виробництва. Так, як виготовляється деталь має форму пластини, то тиск при прямому пресуванні буде розподіляться рівномірно, тому для даного вироби самим раціональним методом формування є метод прямого пресування.

Таким чином для виготовлення фрикційних накладок обрано метод

прямого пресування.

4.2 Розробка технології пресування

Структура технологічної операції

Технологічна операція - це закінчена частина технологічного процесу, виконувана на одному робочому місці.

Перехід - це закінчена частина ТО, яка характеризується єдністю інструмента й оброблюваної поверхні.

Робочий перехід - характеризується зміною стану предмета праці.

Допоміжний перехід - готує робочий перехід і не пов'язаний безпосередньо зі зміною стану предмета праці.

Хід - закінчена частина переходу, що характеризується постійністю дії.

Структура Т.О. «Пресування»

1. Очищення прес-форми стисненим повітрям	ВП
2. Мастило прес-форми	ВП
3. Встановлення знаків	ВП
4. Завантаження матеріалу в прес-форму	ВП
5. Змикання прес-форми	ВП
6. Нагрівання до температури формування	РП
7. Технологічна витримка в прес-формі під довленіем	РП
8. Охолодження і розкриття прес-форми	ВП
9. Витяг вироби	ВП

Графічно структуру ТО «Пресування» можна зобразити наступним чином:

1ВП 2ВП 3ВП 4ВП 5ВП 6РП 7РП 8ВП 9ВП

Час нагрівання матеріалу до відповідних температур розраховується за рівнянням нестаціонарної теплопровідності:

t _н = d ² Fо/4а,

де: Fо - критерій Фур'є;

а - коефіцієнт температуропровідності;

d - максимальна товщина виробу.

Для визначення значення критерію Фур'є використовується номограма / 21 / залежність критерію Фур'є від відносної температури q, яка розраховується:

q = (Т _ф - Т _{видавництва)} / (Т _ф - Т _м),

де: Т _ф - температури форми;

Т _вид - температура вироби;

Т _м - температура матеріалу.

Вибір режиму формування вироби проводиться шляхом аналізу даних по язкопружним і термомеханічним властивостям імідопластіков на основі АПИ-3, кінетиці газовиділення, кінетиці ущільнення пакета заготівель і ін, виходячи з вимог отримання вироби високої якості / 11 /.

Режим пресування:

завантаження прессматериала в прес-форму при Т = 20 ⁰ С;

установка пресформи під прес при Т = 300 ⁰ С

прогрів пресформи і підняття тиску до 10 МПа протягом 4 хвилин;

витримка при температурі 300 ⁰ С протягом 30 хвилин;

виїмка прес-форми й вільне охолодження;

Після охолодження до Т £ 100 З ° прес-форму розмикають і витягають виріб.

Вибір преса проводиться за номінальним зусиллю (N _ном). Необхідною умовою є:

N _ном > N _потр

N _потр = S × Р _форм,

де N _потр - споживана потужність;

S - площа вироби (355 см ²⁾

Р _форм - тиск формування (20 кгс / см ^2);

N _потр = 355 см ² × 20 кгс / см ² = 7100 кгс або 7,1 тс.

При роботі преса треба враховувати деякі втрати, тому необхідно мати невеликий запас потужності, який враховується коефіцієнтом втрат тиску при пресуванні (К). Звідси ефективна потужність (N _еф) розраховується як:

N _еф = К × N _потр

До вибираємо за рекомендаціями / 11 / в інтервалі 1,1-1,15. З урахуванням того, що пресується один виріб, при невисокому зусиллі формування, досить буде використовувати К = 1,1.

N _еф = 1,1 × 7,1 тс = 7,81 тс.

За довідковими даними знаходимо прес, що забезпечує необхідне зусилля пресування. З урахуванням габаритів оснащення вибираємо гідравлічний прес ДБ-2424 з наступними характеристиками:

- Номінальне зусилля	25 тс
- Хід повзунка	450 мм
- Найбільша відстань між столом і повзунком	710 мм
- Розміри столу:
довжина	560 мм
ширина	500 мм
- Швидкість повзунка:
холостий хід	200 мм / с
робочий хід	5 мм / с
поворотний хід	100 мм / с

Час нагрівання матеріалу до відповідних температур розраховується за рівнянням нестаціонарної теплопровідності:

t _н = d ² Fо/4а,

де: Fо - критерій Фур'є;

а - коефіцієнт температуропровідності;

d - максимальна товщина виробу.

Для визначення значення критерію Фур'є використовується номограма / 21 / залежність критерію Фур'є від відносної температури q, яка розраховується:

q = (Т _ф - Т _{видавництва)} / (Т _ф - Т _м),

де: Т _ф - температури форми;

Т _вид - температура вироби;

Т _м - температура матеріалу.

4.3 Розрахунок часу технологічної операції пресування

Час технологічної операції (в годинах) можна розрахувати за наступною формулою:

Т _ш.кул. = T _{o сн.} + T _НД + t _обсл + t _Л.М. + t _зак.; Де

Т _ш.кул - штучно-кулькуляціонное час певної (1-ою) операції;

t _ОНБ. - основний час ТО (20 хв.);

t _нд - допоміжний час ТО (6 хв);

t _обсл. - час витрачається на обслуговування (2 хв.);

t _{Л. Н} - час на особисті потреби обслуговуючого персоналу (1 хв.);

t _зак. - підготовчо-заключний час (2 хв.);

Т _ш.кул = 0.3 + 0.1 + 0.03 + 0.01 + 0.03 = 0.47 (н * год.)

Висновки

Таким чином, аналіз конструкції і технічних вимог до виробу - гальмівна автомобільна колодка - показав, що виріб характеризується простою конфігурацією і порівняно невеликими розмірами; особливі вимоги пред'являють матеріалу вироби який забезпечує високий і постійний коефіцієнт тертя в області робочих температур (до 300 ° С).

У результаті аналізу технічної літератури показана целессообразность і ефективність використання для виготовлення такого типу виробів з термостійких полімерних композиційних матеріалів на основі імідних сітчастих матриць типу PMR (вітчизняні аналоги АПИ), які забезпечують необхідний рівень рівень робочих температур при високих механічних показниках. Проведено обгрунтований вибір складу матеріалу для виготовлення виробу, в результаті якого найбільш підходящим можна вважати полімерний матеріал на основі імідной матриці АПИ-3 і армуючого наповнювача базальтової нитки РКБ-600, ступінь наповнення прессматериала ДБП-ФМ - 63% мас.

Розроблено модель та розглянуто технологічні особливості отримання прессматериала ДБП-ФМ методом занурення. Розроблено технологію виготовлення прессматериала ДБП-ФМ придатного для пресування вироби методом прямого пресування. Обгрунтовано вибір методу формування вироби і представлена ​​технологія методу пресування. Визначено особливі вимоги до формуючої оснащенні.

Відповідно до ЕСТД розроблено технологічний процес виготовлення прессматериала ДБП-ФМ.

5. Розробка бізнес-плану з виробництва гальмівної колодки для дискових гальм автомобіля

Проект: Розробка ТП виготовлення гальмівної колодки для дискових гальм автомобіля з ПКМ.

Ринок: Автомобільна промисловість

Особливості продукту, що випускається: Фрикційна накладка гальмівної колодки для дискових гальм автомобіля виготовляється з термостійкого полімерного композиційного матеріалу.

Фінансове резюме

Суть і ефективність проекту полягає в раціональній розробці ряду організаційних заходів та правильному вирішенні інженерних і економічних завдань, при виконанні яких буде забезпечена максимальна продуктивність, найкраща якість виробів, при мінімальних економічних та енергетичних витратах.

Розробка і виробництво гальмівної колодки для дискових гальм автомобіля окупить себе протягом 1 - 2 років.

Опис продукції

Випускає нами виріб є важливою деталлю гальмівної системи автомобіля. Цей виріб розроблено на базі аналогічних виробів, але з більш поліпшеного за технічними параметрами матеріалу. Цей матеріал істотно перевершує аналогічні матеріали за рахунок своєї термостійкості, а також високої надійності і довговічності. Конструкція пройшла комплекс фізико-механічних, термічних та інших випробувань за матеріалом конструкції і конструкції в цілому, як методом неруйнівного контролю, так і прямим випробуванням вироби і була схвалена для виробництва.

Для виготовлення гальмівної колодки необхідно наявність обладнання для термообробки і пресування, а також наявність просочувальної машини для одержання препреги.

Основні труднощі, що виникають при виготовленні гальмівної колодки для дискових гальм автомобіля - це високі вимоги до якості матеріалу, що переробляється і його особливі технологічні властивості. Для гарантії відповідності продукції заданим характеристикам кожен виріб проходить контроль

План маркетингу

Маркетинг - це функція управління розробкою, виробництвом і збутом продукції з метою отримання прибутку на основі комплексного врахування процесів, що відбуваються на ринку.

Цільова ринкова позиція

Цільові ринки: провівши маркетингові дослідження, було виявлено один основний сегмент - автомобілебудування. У зв'язку з широкою специфікацією можливе застосування і в інших галузях машинобудування.

У даний момент наша продукція є крупносерийной, у зв'язку з великим числом замовлень.

Конкуренція: у зв'язку з високим рівнем конкуренції наша продукція повинна мати ряд переваг в порівнянні з іншими аналогами.

Вибір цільової ринкової позиції

Наша позиція - сконцентрувати зусилля на тих напрямах, де ми можемо найбільшим чином реалізувати свої можливості.

Стратегія маркетингу

- Спеціалізація, тобто концентрація зусиль на вирішення проблем обраних груп замовників;

- Висунення концепції нового товару;

- Застосування новітніх, особливо гнучких технологій;

інтенсифікація НДР.

Цінова політика

Ціна виробу призначається так, щоб вона покривала всі витрати з його виробництва, розробки, випробувань, а також давала прибуток за докладені зусилля (як мінімум перекривала всі валові витрати), при цьому не перевищуючи ціни на вже існуючі розробки аналогічного призначення.

Організація збуту

На нашому виробництві організація збуту здійснюється таким чином, щоб якомога більше підвищити портфель замовлень, пропонуючи як можна більший перелік послуг. Проводиться виготовлення виробів за попередніми замовленнями. Кожний виріб має сертифікат відповідності.

Цільовий виробничий потенціал

Максимально можливий річний обсяг випуску - близько 1000 деталей на рік (збільшення річного обсягу можливо при збільшенні замовлень).

Ресурси витрачені на наше виробництво, великі. У них входять: енергоресурси, матеріальні, науково-дослідні та трудові ресурси.

Виробнича стратегія

Опис технологічного процесу виробництва: см пункт 4. даної роботи.

Якість та сертифікація виробництва

Контроль якості при виробництві гальмівної колодки: см підпункт 4.2. даної роботи.

Машини та обладнання

Виробниче обладнання: просочувальна машина, прес з електронагрівом, механізовані нажніци.

Допоміжне обладнання: токарний і фрезерний верстат для механічної обробки, обладнання для контролю якості виробу.

Матеріали

Основні: базальтова нитка, поліімідное сполучна марки

АПИ-3К;

Допоміжні: ацетон, плівка поліетиленова, мастило К-21, циклопентадієн, фуріловий спирт.

Виробничі площі і приміщення

Цех з виробництва препреги має площу 650 м ² і включає в себе:

склади - вихідних матеріалів, відходів, готової продукції;

ділянки - просочення, розкрою.

Цех з виробництва гальмівних колодок має площу 650 м ² і включає в себе: ділянки - складання пакету заготовок, пресування, термообробки, механообробки, прибудову для побутових і конторських потреб.

Випробувальна лабораторія має площу 35 м ^2, дослідницька лабораторія - 30 м ^2.

Земля і інфраструктура

Опис розташування підприємства: наш завод знаходиться в межах міста Москви і займає порівняно невелику територію.

Транспортна мережа: поблизу з територією заводу проходить шосе Ентузіастів. Поруч розташовані залізничні колії казанського напрямки. На території підприємства всі цехи і лабораторії мають асфальтовані під'їзди.

Система зв'язку: у заводу є прямий вихід на московську АТС, а також є внутрішня АТС.

Технічне обслуговування та поточний ремонт: безпосередній дрібний ремонт ведеться на місці в цеху. У разі великих неполадок ремонтується фахівцями або на місці, або у ремонтному цеху на території заводу.

Фінансовий план

Фінансовий план представлений в таблицях, зроблених на ПК за допомогою Excel і представлених нижче.

6. Аналіз технології виробництва та умов праці

При розробці даного розділу використовувалися рекомендації / 12,13 /.

Загальний аналіз та оцінка небезпечних факторів технологічного процесу

У розглянутому технологічному процесі здійснюється переробка у виріб термореактивного полімерного композиційного матеріалу.

Операції технологічного процесу, що формують небезпечні та шкідливі виробничі фактори (ОПФ і ВПФ) представлені нижче у таблиці 6.1.

Таблиця 6.1. Операції технологічного процесу, що формують ОПФ і ВПФ

З таблиці 6.1. видно, що шкідливі речовини виділяються в повітря при просочення наповнювача, сушці і термообробки препреги. Небезпека для працюючих створюють нагріті поверхні прес-форми. При несправності електропроводки обладнання виникає небезпека ураження електричним струмом. Від роботи механізмів і приводів виникає шум і вібрація.

Кількісна оцінка зазначених факторів наводиться в таблицях 6.2, 6.5, 6.6і 6.7. Умови праці, мікроклімат і освітленість представлені в таблицях 6.3 та 6.4.

Таблиця 6.2. Кількісна оцінка небезпечних і шкідливих виробничих факторів

0,5 мг / м ³

200 мг / м ³