奥迪轿车盘式制动器制动块国产化研究.docx

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1、奥迪轿车盘式制动器制动块国产化研究摘要：本文研究并解决了奥迪轿车盘式制动器的制动块国产化中的两项关键技术。首先结合地区资源上风，开发成功性能优于国外摩阻材料的碳纤维无石棉复合摩阻材料，另外开发了制动块背板的精冲工艺。本研究成果为实现奥迪轿车盘式制动器制动块的国产化打好了根底。关键词：盘式制动器制动块碳纤维复合摩阻材料背板精冲1前言盘式制动器是汽车制动系中的重要执行部件，目前已广泛应用于轿车中。该类制动器的摩擦副中的制动元件是由摩擦块刹车片与金属背板所组成的制动块，而摩擦块那么由摩阻材料制成。半个多世纪以来，汽车制动器的摩阻材料一直沿用石棉基摩阻材料。由于石棉摩阻材料的使用寿命低，易出现“热衰退

2、现象1，十分是石棉粉尘污染环境，危害人类安康。因此，近20年来世界各国都对石棉摩阻材料的消费与使用加以限制，并开场研制与使用新一代复合纤维增强摩阻材料来制作汽车制动器的摩擦块。鉴于此种开展趋势，我们结合吉林省较丰富的碳纤维资源上风，针对奥迪轿车盘式制动器的制动块的国产化中的关键技术进展了研究开发。2碳纤维复合材料汽车制动器摩擦块的研制所研制的碳纤维复合材料摩阻材料系由增强纤维、粘接剂和摩擦性能调节剂填料组成的多元体系。采用正交优化设计方法，确定材料组分的最正确优化配方，使摩阻材料具有良好的综合性能，之后经过混料、热压成形、热处理等工序，压制成盘式制动器的摩擦块。2.1材料配方确实定2.1.1材

3、料的选择1增强纤维的选择由于碳纤维具有优异的综合性能：重量轻，比强度、比模量较高分别是金属的5倍和7倍，导热性能好，耐磨性好，耐高温性能好在小于400时性能很稳定2。因此，选定吉林省资源丰富的碳纤维作为所研制的摩阻材料的增强纤维。2粘结剂的选择粘结剂的作用是将多个组分结合成一个整体，来传递载荷并使载荷平衡。通常都使用酚醛树脂作粘接剂，由于酚醛树脂在耐热性、成型加工性和经济性等方面都具有一定的优点。但是未经改性的酚醛树脂硬度较高、脆性大，其极限耐热温度约为250，超过300时分解相当严重，使抗拉强度及抗冲击性能降低，进而使产品易形成制动噪声及打滑现象。同时由于其弹性模量较高，使产品与摩擦对偶贴合

4、性不好，轻易产生严重的部分过热，造成热裂现象。因此，在实际应用中均采用改性的酚醛树脂。根据我们多年研究石棉和半金属摩阻材料的经历，选用丁腈橡胶改性的酚醛树脂FH-908作粘结剂。该粘结剂具有耐高温、耐疲惫性能好，耐湿热老化，耐大气老化，耐介质性好等优点。3摩擦性能调节剂参加各种摩擦性能调节剂填料的作用是用以解决在各种情况下摩阻材料的摩擦系数稳定且耐磨，能改善热衰退性等。选择填料应遵循如下原那么：填料的硬度不应大于偶对面的硬度；熔点应低于偶对材料的交融温度。实际采用的填料成分如下：1金属粉末：它主要用以改善导热性，减少磨损并保持高温摩擦系数的稳定。我们选择的金属粉末有铜粉粒度3080目，HT20

5、0铸铁粉粒度4060目。2固体光滑剂：它能进步摩擦系数的稳定性，减少噪声等。本研究中采用石墨和碳黑作固体光滑剂。3摩擦剂：固体光滑剂虽能减少材料磨损，使摩阻材料工作稳定，但却降低了摩擦系数。故为了进步摩擦系数还需参加摩擦剂。本研究中采用Al2O3、SiO2及铬矿粉作为摩擦剂3。2.1.2摩阻材料配方确实定在研制经过中，摩阻材料配方确实定分两步进展：第一步提出初步配方；第二步进展优化设计。最后确定公道配方。1初步配方通过查阅国内外有关资料，并结合我们研制半金属制动衬片的经历3，提出碳纤维复合摩阻材料的原始配方。采用L934正交表，即四因素三程度正交表进展挑选、考核。经过两轮的调整、测试，作为研究

6、的初步配方。初步配方如下wt%：碳纤维1625粘接剂1117摩擦剂SiO2+Al2O3410金属粉末铸铁粉1928固体光滑剂石墨+碳黑1019固定成分102最后配方确定为了能用较少的试验次数获得优化配方，并理解影响摩擦磨损性能的主次因素，我们采用L1645即五因素四程度的正交表进展挑选、分析。同时采用MM-200摩擦磨损试验机进展磨损试验，分别推拿擦系数和体积磨损量来分析组分的优化程度及组分影响的主次顺序。还在D-MS试验机上进展了热衰退试验，根据试验结果，推拿擦系数分析组分的优化程度和组分影响的主次顺序。亦按体积磨损量分析了组分的优化程度及各因素影响磨损率的主次顺序。最后综合分析上述试验结果

7、，得出摩擦磨损性能良好的碳纤维复合摩阻材料的较佳配方范围是wt%：摩擦剂Z168碳纤维Z21619粘结剂Z31315金属粉末Z42225固体润油剂Z51013为了降低本钱并扩大应用范围，在上述试验的根底上，选用较廉价的预氧碳纤维长度为8mm进展试验研究。在多轮试验的根底上，确定了实际消费中的经济型配方。其成分范围是：Z1：8%10%；Z2：19%22%；Z3：15%17%；Z4：22%25%；Z5：13%16%。2.2碳纤维复合材料摩擦块的摩擦磨损性能2.2.1摩擦系数较高由于碳纤维比强度、比模量高，并且具有自光滑性能。在所设计的碳纤维含量为19%22%时，摩阻材料具有较高的摩擦系数，同时体积

8、磨损率也较低。2.2.2抗热衰退性能好碳纤维复合摩阻材料，在高温摩擦作用下，其抗犁切阻力增大，表现出在高温时摩擦系数较大，热分解层薄，能使摩擦磨损性能在很高温度时保持稳定，抗热衰退性能好。所研制的碳纤维复合材料摩擦块，经国家汽车质量监视检验中心检验，其技术性能指标符合国家标准GB57631986，其使用寿命是石棉摩阻材料的23倍3。3摩擦块背板精冲工艺奥迪轿车盘式制动器摩擦块背板的产品图如图1所示。按照英国卢卡斯格林Lucas.Girling公司的技术条件与群众公司供货标准TL-VW-110的要求，对背板的特征与技术要求见表1。align=center图1奥迪轿车盘式制动器摩擦块背板产品图/a

9、lignalign=center表1背板零件的特征与技术要求/align鉴于背板的制件精度要求较高，且用量大，故采用精冲工艺消费具有较显著的经济效益。3.1精冲工艺设计及计算根据背板的产品图样与技术要求，采用国产钢35GBT6991999材料，钢板厚度为t=50.2mm。该材料的主要力学性能为：抗拉强度b=530MPa，供货时退火状态硬度为197HB。冲裁力按下式计算W=1.2Lt1式中：W冲裁力，kN；L冲裁件内外轮廓周长，mm；板料的剪切强度，MPa；t板料厚度，mm。将相关值代入式1经计算得W=1250kN压边力按下式计算P2=KL12hb式中P2压边力，kN；K系数，取K=1.6；hV

10、形齿的高度，取h=0.8mm；b板料的抗拉强度，b=530MPa。经过计算得到强力齿圈的压边力及反压力：P2=200kN综合上述两项知冲裁力总吨位约为150t。按文献4确定冲裁的搭边值，其中工件间的搭边值b=8mm，外搭边值a=6mm。冲裁工艺安排如下：采用GB32751991的热轧钢板，剪床下料后进展酸洗处理，在Y26-630国产液压精冲压边机上采用复合模进展精冲。3.2精冲模的设计与制造要点为获得外表平整且外轮廓面平齐的背板冲压件，采用如图2所示的固定凸形式复合模。本模具选用JD00382系列精冲模架，以进步模具质量和缩短加工周期5。因冲裁板料较厚且为中等硬度钢板，模具的主要工作零件选用C

11、r12MoV钢制造，同时淬火硬度为6064HRC。冲裁工艺间隙取Z=1.0t%，即可收到较好断面质量。如图3所示，采用单面V形齿圈构造4，齿形内角=40o。align=center图2背板精冲复合模/alignalign=center图3V形压边齿圈/align4结论奥迪轿车盘式制动器制动块是一种科技含量较高，使用寿命较长的关键零部件。根据德国群众汽车公司的供货标准TL-VW-110：其摩擦块为无石棉摩阻材料；背板为中硬钢精冲件。目前国产奥迪轿车盘式制动器的制动块一直采用英国卢卡斯格林公司的进口件配套。本研究针对这一背景并在充分利用吉林省碳纤维资源丰富的条件下，自主研究开开碳纤维复合材料无石棉摩擦块与背板的精冲工艺，解决了该产品国产化中的两项关键技术问题，为实现奥迪轿车盘式制动器制动块的国产化奠定了根底。