Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов (стр. 7 из 10)
· крупносерийное производство;
· изделие имеет конфигурацию пластины с размерами 125*40 мм и толщиной 6 мм.
· материал изделия – изотропный, (матрица армированная короткими волокнами).
· в качестве армирующих наполнителей использовано базальтовое волокно.
· полуфабрикаты – прессматериал ДБВ-ФИ.
· формообразование и термообработка изделия происходит в одну стадию производственного процесса;
· изделие ответственное, повышенные требования к качеству материала;
Стадия уплотнения пакета и фиксация формы должна производиться в оснастке, к которой предъявляются особые требования по материалу оснастки (повышенная температура формования 300 оС требует специальных марок стали), по конструктивному решению оформляющей полости оснастки, т. к. формование тормозной накладки осуществляется на поверхности металлической пластины тормозной колодки. В данном случае можно рекомендовать принцип полусъемных форм. Плоскость разъема в форме должна совпадать с пласкостью вставного элемента. При этом необходимо, чтобы в процессе формования распределение давления было равномерным по всей поверхности изделия.
Величина давления формования в данном случае ограничивается свойствами армирующего наполнителя. С учетом требований по нормальному распределению давлений по площади изделия и ограничений по прочности и текстуре наполнителя пригодными для стадии уплотнения и фиксации формы могут быть следующие методы:
1. Термокомпрессионное формование
Для реализации термокомпрессионного формования не требуется сложного дорогого оборудования. Давление создается за счет расширения в результате нагрева эластичных формующих элементов. Однако для крупносерийного производства этот метод не подходит т. к. процесс формования занимает длительное время и эластичные элементы не выдерживают многократного циклического нагрева до 300 оС.
2. Прямое прессование
Метод прямого прессования осуществляется на достаточно сложном прессовом оборудовании, но в России имеется достаточно большой парк разнообразного прессового оборудования (от простых прессов до автоматизированных прессовых линий), существуют налаженные прессовые производства. Так, как изготовляемая деталь имеет форму пластины, то давление при прямом прессовании будет распределятся равномерно, поэтому для данного изделия самым рациональным методом формования является метод прямого прессования.
Таким образом для изготовления фрикционных накладок выбран метод
прямого прессования.
4.2 Разработка технологии прессования
Структура технологической операции
Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.
Переход – это законченная часть ТО, характеризуемая единством инструмента и обрабатываемой поверхности.
Рабочий переход – характеризуется изменением состояния предмета труда.
Вспомогательный переход – подготавливает рабочий переход и не связан непосредственно с изменением состояния предмета труда.
Ход – законченная часть перехода, характеризующаяся постоянством действия.
Структура Т.О. «Прессование»
| 1. Очистка пресс-формы сжатым воздухом | ВП |
| 2. Смазка пресс-формы | ВП |
| 3. Установление знаков | ВП |
| 4. Загрузка материала в пресс-форму | ВП |
| 5. Смыкание пресс-формы | ВП |
| 6. Нагрев до температуры формования | РП |
| 7. Технологическая выдержка в пресс-форме под довлением | РП |
| 8. Охлаждение и раскрытие пресс-формы | ВП |
| 9. Извлечение изделия | ВП |
Графически структуру ТО «Прессование» можно изобразить следующим образом:
1ВП 2ВП 3ВП 4ВП 5ВП 6РП 7РП 8ВП 9ВП
Время нагревания материала до соответствующих температур рассчитывается по уравнению нестационарной теплопроводности:
tн = d2 Fо/4а,
где: Fо – критерий Фурье;
а – коэффициент температуропроводности;
d – максимальная толщина изделия.
Для определения значения критерия Фурье используется номограмма /21/ зависимости критерия Фурье от относительной температуры q, которая рассчитывается:
q = (Тф – Тизд) / (Тф – Тм),
где: Тф – температуры формы;
Тизд – температура изделия;
Тм – температура материала.
Выбор режима формования изделия производится путем анализа данных по вязкоупругим и термомеханическим свойствам имидопластиков на основе АПИ-3, кинетике газовыделения, кинетике уплотнения пакета заготовок и др., исходя из требований получения изделия высокого качества /11/.
Режим прессования:
* загрузка прессматериала в пресс-форму при Т= 20 0С;
* установка прессформы под пресс при Т= 300 0С
* прогрев прессформы и поднятие давления до 10 МПа в течение 4 минут;
* выдержка при температуре 300 0С в течение 30 минут;
* выемка пресс-формы и свободное охлаждение;
После охлаждения до Т£100 С° пресс-форму размыкают и извлекают изделие.
Выбор пресса производится по номинальному усилию (Nном). Необходимым условием является:
Nном> Nпотр
Nпотр = S × Рформ,
где Nпотр – потребляемая мощность;
S – площадь изделия (355 см2)
Рформ – давление формования (20 кгс/см2);
Nпотр= 355 см2 × 20 кгс/см2 = 7100 кгс или 7,1 тс.
При работе пресса надо учитывать некоторые потери, поэтому необходимо иметь небольшой запас мощности, который учитывается коэффициентом потерь давления при прессовании (К). Отсюда эффективная мощность (Nэфф) рассчитывается как:
Nэфф = К × Nпотр
К выбираем по рекомендациям /11/ в интервале 1,1–1,15. С учетом того, что прессуется одно изделие, при невысоком усилии формования, достаточно будет использовать К = 1,1.
Nэфф= 1,1 × 7,1 тс = 7,81 тс.
По справочным данным находим пресс, обеспечивающий необходимое усилие прессования. С учетом габаритов оснастки выбираем гидравлический пресс ДБ-2424 со следующими характеристиками:
| – Номинальное усилие | 25 тс |
| – Ход ползунка | 450 мм |
| – Наибольшее расстояние между столом и ползунком | 710 мм |
| – Размеры стола: | |
| длина | 560 мм |
| ширина | 500 мм |
| – Скорость ползунка: | |
| холостой ход | 200 мм/с |
| рабочий ход | 5 мм/с |
| возвратный ход | 100 мм/с |
Время нагревания материала до соответствующих температур рассчитывается по уравнению нестационарной теплопроводности:
tн = d2 Fо/4а,
где: Fо – критерий Фурье;
а – коэффициент температуропроводности;
d – максимальная толщина изделия.
Для определения значения критерия Фурье используется номограмма /21/ зависимости критерия Фурье от относительной температуры q, которая рассчитывается:
q = (Тф – Тизд) / (Тф – Тм),
где: Тф – температуры формы;
Тизд – температура изделия;
Тм – температура материала.
4.3 Расчет времени технологической операции прессования
Время технологической операции (в часах) можно рассчитать по следующей формуле:
Тш.кул.= toсн.+tвс.+ tобсл+ tл.н.+ tзак.; где
Тш.кул – штучно-кулькуляционное время определенной (1-ой) операции;
tонс. – основное время ТО (20 мин.);
tвс – вспомогательное время ТО (6 мин);
tобсл. – время затрачиваемое на обслуживание (2 мин.);
tл.н – время на личные надобности обслуживающего персонала (1 мин.);
tзак. – подготовительно-заключительное время (2 мин.);
Тш.кул= 0.3 +0.1 + 0.03 + 0.01 + 0.03 = 0.47 (н*час.)
Выводы
Таким образом, анализ конструкции и технических требований к изделию – тормозная автомобильная колодка – показал, что изделие характеризуется простой конфигурацией и сравнительно небольшими размерами; особые требования предявляются материалу изделия который обеспечивает высокий и постоянный коэффициент трения в области рабочих температур (до 300°С).
В результате анализа технической литературы показана целессообразность и эффективность использования для изготовления такого типа изделий из термоустойчивых полимерных композиционных материалов на основе имидных сетчатых матриц типа PMR (отечественные аналоги АПИ), которые обеспечивают необходимый уровень уровень рабочих температур при высоких механических показателях. Проведен обоснованный выбор состава материала для изготовления изделия, в результате которого наиболее подходящим можно считать полимерный материал на основе имидной матрицы АПИ-3 и армирующего наполнителя базальтовой нити РКБ-600, степень наполнения прессматериала ДБВ-ФИ – 63% масс.
Разработана модель и рассмотрены технологические особенности получения прессматериала ДБВ-ФИ методом окунания. Разработана технология изготовления прессматериала ДБВ-ФИ пригодного для прессования изделия методом прямого прессования. Обоснован выбор метода формования изделия и представлена технология метода прессования. Определены особые требования к формующей оснастке.
В соответствии с ЕСТД разработан технологический процесс изготовления прессматериала ДБВ-ФИ.