半金属盘式制动片噪声分析

关键字:半金属配方 噪声分析

简述:制动噪音是制动衬片 的一个重要指标,也是质量控制中的一个棘手问题。而减少噪音、防止对偶件损伤,目前已经成为我国摩阻材料行业的一个极为突出的问题,当前国内半金属制品普遍存在这一问题,有时开始使用没有噪音,但到了一定公里数,例如1-2万公里后就有噪音,有的配用国产制动盘有噪音、而配用进口盘却无噪音了,也有的相反之。

对于制动噪音而言,可以认为是制动系统发生共振引起的,而摩擦振动可认为是噪音源。产生制动噪声的原因是多种多样的,(它已成为一个复杂的系统工程)。在我们从事摩阻材料研制过程中,不单考虑到材料的本身固有特性对其噪音的影响,还要考虑到与材料配合的对偶件的相关特性。一般认为制动时由于摩擦振动周波数发生变化而引起制动噪音。(高频制动尖叫声频率在1-15KHZ,低频制动噪音频率在200-500HZ)其中摩擦振动与摩擦材料的硬度、表面处理、压缩弹性率、抗拉强度、气孔率、粘弹性、摩擦系数→温度关系曲线、摩擦系数→速度关系曲线等参数有关。

本文重点叙述有关噪声与制动材料结构,配方设计及工艺处理方面有关因素,作一简单论述力求能在实际生产过程使产品尽可能少的产生噪声,以最大限度地满足客户使用需求。

一. 产品的综合摩擦性能与制品产生噪声的相关因素:

1. 一个好的摩擦制品并非是摩擦系数越高越好,对于轿车用盘式制动片而言,根据笔者多年实际生产经验表明,产品的摩擦系数控制在0.4以下为好,最佳范围应在μ=0.35~0.38之间,一般半金属盘式制品在此范围内使用时很少发生制动噪声,而当产品的摩擦系数大于0.4时发生噪声的可能性要大1-2倍。一般而言,产品的摩擦系数是否稳定,制动过程中是否平稳都与是否产生大的噪声有着密切关联。具体的说:产品在使用过程中接触比压的增加,瞬间温度突然升高接触表面出现局部凸起点“粘着”与“分离”引起摩擦特性发生变化,比压增大、磨损加剧,对偶相互位置发生改变,出现振动产生噪声。因此:瞬时摩擦系数的稳定、传动力矩的恒定是确保不产生制动噪声的先决条件。这就要求制动产品的摩擦系数对速度可比,对温度及压力的可比性均要稳定。在产品制动过程瞬时摩擦系数变化率越少越好。

动摩擦系数μ动/静摩擦系数μ静;μ瞬时最小/μ瞬时最大的比值接近1为最好。这种制动产品安装在车上一般是很少产生噪声。

2. 产品整体硬度不能过大。其中产品本身树脂含量,表面处理,增摩剂的多少,加料量的多少(密度)都与硬度有关,适当调整这些配比,优化其结构会得到满意的结果。这里应该指出的是:我们提倡产品硬度适中。不能说整体弹性越大,硬度越低越好,例如:多含量橡胶制品本身弹性很好硬度也低,但实际制动时往往噪声反之很大,这正如前所说那样,材料弹性过大,力矩传动不平稳有抖动,反会引起更大噪声,但树脂的橡胶改性对减少产品制动噪声是有效的,这主要是它的碳化膜不硬脆。

3. 增摩剂的超细化会使噪声减到最小,摩擦制品中往往加入本身固有较大摩擦系数的物质,例如:长石粉、铬矿粉、白刚玉、三氧化二铝等物质。这些物质本身的莫氏硬度较高(一般大于5-8)这些物资常作为增摩剂加入到制品中,但实践证明这些增摩剂的超细化在防止制品产生噪音方面的因素是至关重要的。例如:在制品中加入等量的200目的增摩剂就会产生噪声,改用325目就会没有噪声,如果把同样的增摩剂超细化到1500目以上,用量多加3%百分点而不会发生制动噪声。这是说明增摩剂的超细化更有实际应用意义。

4. 产品热固化时间长的产品比固化时间短的产品易产生噪声,这主要是因为固化时间长了其结构发生变化,整体硬度有所增大之故。

5. 加料量的多少也会引起噪声的大小不同,这可能与本身制品的密度和固有频率有关。

6. 钢纤维的质量也会影响制动噪声,一般含碳量偏高的钢纤维或经热处理温度过高的钢纤维都会引起制动噪声。因此在我们选择纤维、填料及增减摩擦调节剂时应尽量选择本身固有莫氏硬度较低或适中的材料应用,例如:耐热性好、强度高的芳纶(KEVLAR)它本身不仅耐磨且不损伤对偶,加入少量芳纶就可减少制动噪声的发生,但陶瓷纤维虽然高温摩擦系数稳定,但陶瓷纤维本身的莫氏硬度较高(6以上)往往在制品中使用陶纤会增大噪声的发生率。为了减少噪声的发生机率我们常常提倡使用那些莫氏硬度较低或适中的物料作增强填加料。例如:硫酸钡、硅藻土、冰晶粉、辉矿粉、铜粉、铝粉、铁粉、石墨、云母、蛭石粉及橡胶类、丁晴粉等,力求制品的整体硬度不高,有利于减少制动噪声(见减少噪声配方结构参考表)

减少噪声配方结构参考表

配方结构

产品密度

产品硬度

摩擦系数(μ

磨损率(V), 10-7cm3/N·m

1. 树脂含量(8-12%)(双改为佳,例丁晴改性及腰果油改性)

2. 纤维含量(30-40%)(以纤维优化混杂为佳)

3. 增摩剂(超细1500目以上,用软质增摩剂代替硬质增摩剂)

1.9-2.4

HRM

40-70

0.35~0.38

350

1. 配套产品0.5以下

2. 维修产品1.2以下

常用稳定摩擦系数减少噪声的填料:

铜粉、锌粉、铝粉、氧化锌、还原铁粉、硅藻土、人造石墨、膨胀石墨、云母粉、焦炭粉、蛭石粉、硫化铜、A型铁黑、大粒石墨、硫酸钡、辉矿粉、冰晶粉、芳纶、晶须类

 

二. 改进摩擦制品工艺提高制作精度是减少制品噪声的重要环节:

1. 盘式制动片在生产过程中钢背(底板)本身的平行度翘曲度、垂直度及制动片本身制造精度相关公差,都会影响产品的使用效果。多年的生产实践表明产品的平行度及垂直度超标,制动时均会产生抖动和噪声。在生产过程中压机、工装、模具等本身的制作精度会直接影响产品制造精度。例如:多层模压制产品就比单层模压制的平行度误差大甚至直接影响产品的使用效果产生制动噪声。

2. 产品的外型结构及尺寸形貌有时也会使产品发生制动噪声,在长期的产品使用过程中我们发现有的盘式片在不改变配方及材料结构的前提下,仅在尺寸或外观形貌上加以改进,例如对制动片双边开对称倒角,产品中间开排屑槽就会使发生噪声的机率降到最低(由原来的10%降至1%)例如九十年代我们生产红旗(奥迪100型)轿车盘式片就遇到这一问题,也是通过开倒角及排屑槽来解决制动噪声这一难题的。这从机理上讲是开了倒角和槽以后整个制动系统的固有振动频率改变了(更平衡或更合理了)变得更协调了,因此噪声也就减少了。

三. 注意制动产品附件的质量、材料对噪声的影响:

防震垫的好坏会直接影响制动噪声的级别。严格的讲用复合材料制成的防震垫(例美国3M公司的高温防震垫)其效果更佳。同时也应注意报警线(特别是报警卡簧)安装位置的正确与否,钢板是否涂有防热防震漆等,均会影响制品的噪声大小。

四. 引起制动噪声的相关因素:

如前所述,制动噪声的发生不单是因为制动片本身的材料结构问题,它与整个制动系统甚至整车的固有频率(动静系统平衡)刚度、强度及安装精度(制动分泵的间隙及行程)等多种因素有关,特别是摩擦对偶件(盘与鼓)的匹配,都是十分重要的制动材料与盘鼓的匹配,往往需要在带有惯性轮台架上做1:1测试选配,并把如前各种因素考虑进去并对材料结构及配方作合理的优化筛选才能够理想的解决制动噪声这一难题。

制动噪声是一个系统的并与多种因素紧密相联的大课题,要想很好的解决这一难题,尚需我们不断再加努力深入细致的把制动系统的结构(包括刚度、强度、材质、表面形貌)研究的更深入更透彻才行。而单单就半金属结构的摩擦制动片而言,要想把它做成无噪声、综合性能指标尽善尽美,那也是很难的课题,就我国目前的生产与使用状况而言与国外较先进国家相比尚存较大的差距

1. 是我国目前的摩擦材料品种还较单一、质量层次(由于受市场价格约束)还很低。

2. 是我国多功能复合应用摩擦材料还很少。

3. 我国增摩剂的超细化普及率尚很差,应用也不普遍。

4. 摩阻材料噪声问题的专业研究队伍还极少、科技成果、科技人才满足不了实际市场的需求。

5. 摩阻材料的应用及理论指导尚存在误区,产品生产与国外技术引进存有一定的盲目性等等。见于上述原因,笔者认为我国的半金属盘式制动片的噪声及使用效果与国外较先进企业比,差距尚很大,但我们有信心有能力让明天和未来做的更好

2014-09-27 14:04:37

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