汽車自動(dòng)變速器紙基摩擦片生產(chǎn)工藝研究

馬衛(wèi)平

摘 要：濕式離合器制動(dòng)器紙基摩擦材料紙基摩擦材料的出現(xiàn)是摩擦材料領(lǐng)域的一個(gè)變革，由于其特有的性能，提高了主機(jī)的性能，使主機(jī)體積變小，傳遞扭矩能力提高。在國(guó)外，紙基摩擦材料已廣泛應(yīng)用于各種濕式離合器、制動(dòng)器上，特別是在汽車自動(dòng)變速器上大量使用。文章從紙基摩擦材料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝流程和工藝裝備進(jìn)行研究，通過小批量試制和批量生產(chǎn)，研究總結(jié)了一套完整的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝過程和工藝標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：紙基摩擦片；汽車自動(dòng)變速器；生產(chǎn)工藝

中圖分類號(hào)：TH117.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）26-0001-02

1 概 述

濕式離合器、制動(dòng)器使用的摩擦片分為主動(dòng)片（鋼片）、從動(dòng)片（各種材質(zhì)摩擦片）成對(duì)使用，一般是裝很多片。從動(dòng)摩擦片是內(nèi)花鍵，裝在花鍵軸上，紙基摩擦片的簡(jiǎn)圖。

紙基摩擦片是將紙基摩擦材料按產(chǎn)品要求沖裁成環(huán)形，然后將紙基材料粘接在鋼背兩面，鋼背須先按圖紙要求加工好，粘接好紙基材料后，進(jìn)行固化保證粘接強(qiáng)度、最后進(jìn)行油槽加工、表面磨削等續(xù)加工，以保證摩擦片平面度，其生產(chǎn)過程。

2 鋼背的制造及表面處理

鋼背是為了保證紙基片的強(qiáng)度作為骨架，同時(shí)，鋼背的漸開線內(nèi)花鍵將摩擦片工作時(shí)摩擦力矩傳遞到花鍵軸上輸出扭矩。鋼背的厚度根據(jù)傳遞扭矩的大小厚度一般在1.5～6 mm，鋼背從制造工藝上分析，要保證其平面度、等厚差在合理范圍內(nèi)，同時(shí)，不允許有翅曲變形現(xiàn)象產(chǎn)生，為保證粘接強(qiáng)度，鋼背表面不允許有油污。為保證鋼背質(zhì)量，經(jīng)過大量的試驗(yàn)比較，采用如圖3所示的工藝路線是合理的。

2.1 熱壓定形

在上述工藝路線中，采用熱壓定形工序。此道工序類似退火處理，與退火不同的是，在保溫時(shí)增加加壓過程，壓力為2～5 MPa，定形處理的作用是消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，防止后續(xù)加工時(shí)產(chǎn)生變形，進(jìn)一步細(xì)化內(nèi)部晶粒，增強(qiáng)材料和塑性和可加工性。為防止材料在高溫下氧化脫碳，影響鋼背質(zhì)量，加熱過程須有保護(hù)氣氛。為滿足上述要求，選擇中南大學(xué)粉末冶金院研制的銅基摩擦材料生產(chǎn)用的鐘罩式燒結(jié)爐，這種燒結(jié)爐具有氨分解保護(hù)裝置、液壓加工裝置、自動(dòng)溫控裝置，經(jīng)反復(fù)生產(chǎn)試制，經(jīng)檢測(cè)分析，經(jīng)過熱壓定形工序后的鋼背質(zhì)量明顯比沒有經(jīng)過定形處理的鋼背質(zhì)量好，并且完全消除了后續(xù)加工過程中的翅曲變形。熱壓變形工序的工藝曲線。

2.2 鋼背表面處理

紙基摩擦片工作時(shí)與對(duì)偶片接合產(chǎn)生摩擦扭矩，因此，需保證紙基材料與鋼背面有足夠的粘接強(qiáng)度，要保證粘結(jié)強(qiáng)度，一方面是采用合理的粘接工藝和粘結(jié)劑，另一方面是對(duì)鋼背表面進(jìn)行合理的工藝處理，在鋼背表面處理工藝上，設(shè)計(jì)了三種工藝方案，采用了同樣的粘接劑和粘接工藝，并制定了一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的粘接強(qiáng)度的檢測(cè)方法。

要求：刮削面以外的粘接面不得翹起、剝落。

檢測(cè)方法：將粘接固化后的摩擦片用刮刀沿經(jīng)向均布分布刮削寬10 mm的四條經(jīng)向槽，槽梁剛與紙基材料厚度相等，觀察刮削面以外的粘接面是否翹起、剝落。

采用的三種表面處理工藝：一是鋼背表面噴砂，二是表面鍍鋅處理，三是表面清洗與電解除油，對(duì)于三種表面處理粘結(jié)工藝效果進(jìn)行對(duì)比，見表1。

從上述記錄中可以得出結(jié)論，采用成本較低的電解除油工序粘接強(qiáng)度高。進(jìn)一步分析可以證明，要保證良好的粘接效果，鋼背表面工藝處理的關(guān)鍵是鋼背表面平整度要好，表面要潔凈。經(jīng)過反復(fù)試制，如圖6所示鋼背表面處理工藝是保證粘結(jié)強(qiáng)度的合理方法。

3 粘接與固化

3.1 粘 接

粘接是采用粘接劑將鋼背和紙基摩擦材料貼合成一個(gè)整體。保證摩擦材料與鋼背之間有足夠剪切強(qiáng)度。為了保證粘接后的剪切強(qiáng)度，關(guān)鍵是要選好粘結(jié)劑，通過查閱相關(guān)資料，選用上?；S生產(chǎn)的專門粘結(jié)金屬與非金屬的204膠，采用前節(jié)講述方法進(jìn)行粘接強(qiáng)度試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)204膠與鋼背粘接性差，容易整體剝落，且204膠由于稠度大，不容易在粘合面涂抹均勻，造成粘結(jié)質(zhì)量差。由于沒有成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，經(jīng)過多方尋找合作單位，最先與杭州化工研究所合作，針對(duì)紙基摩擦材料的特性，專門試制了一種摩擦材料專用粘結(jié)劑，經(jīng)過雙方合作，對(duì)粘接工藝進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，同時(shí)反復(fù)對(duì)國(guó)外樣品進(jìn)行分析，總結(jié)出了合理的粘結(jié)工藝，稱之為二次粘結(jié)方法。

二次粘結(jié)法是將粘結(jié)工藝過程分兩次進(jìn)行，其工藝路線。

二次粘結(jié)法改變了傳統(tǒng)粘接一次粘接貼合的方法。首先將表面處理好的鋼背表浸入稀釋后的粘接劑溶液中，形成很薄的一層膠膜，這層膠膜與鋼背的粘接強(qiáng)度好，通過反復(fù)用粗砂紙擦試，膠膜也不會(huì)出現(xiàn)大面積剝落，同時(shí)，也由于這層膠膜均勻附著在金屬表面上，一方面可以起到防銹作用，另一方面可提高鋼背的處理質(zhì)量，致密的膠膜起到一定的裝飾作用，因?yàn)槟z膜的顏色可以覆蓋金屬的光澤，防止金屬表面生銹。

鋼背浸粘接劑后，必須經(jīng)過低溫烘干進(jìn)一步使膠膜的附著力和強(qiáng)度增加，烘干采用的方法是聲電熱烘箱內(nèi)在60 ℃～80 ℃溫度下保溫2 h后隨爐冷卻，經(jīng)烘干后的鋼背，在鋼背表面形成一層致密、色澤均勻的很薄的一層膠膜，并且只要密封防塵存放，三個(gè)月內(nèi)不影響料接質(zhì)量，這有助于大批量生產(chǎn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)粘接工藝鋼背涂膠后須馬上與紙基材料貼合。

將浸膠烘干的鋼背第二次涂粘接劑，同時(shí)紙基材料貼合面上涂粘接劑，然后將摩擦材料與鋼背貼合在一起，成為一個(gè)整體，進(jìn)入下道工序。

3.2 固 化

經(jīng)過二次粘按法貼合好的摩擦片，必須經(jīng)過固化束保證粘接后的剪切強(qiáng)度。

固化就是將貼合好的摩擦片在一定壓力和溫度下，使粘結(jié)劑產(chǎn)生固化反應(yīng)，增強(qiáng)粘接后的剪切力。在固化工藝上，設(shè)計(jì)了兩種工藝辦法，一是烘箱固化，二是平板硫化機(jī)固化。

①烘箱固化是將貼合好的摩擦片每50片左有疊放在一起，通過專用類且夾緊，放入烘箱內(nèi)在150 ℃下保溫2 h后隨爐冷卻。通過粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，烘箱固化的產(chǎn)品粘接強(qiáng)度不夠穩(wěn)定，主要是由于通過夾具夾緊時(shí)，摩擦片受力不夠均勻，且摩擦貼合面因受熱不均勻，造成粘接質(zhì)量可靠性差，同一夾具內(nèi)的摩擦片有的粘接強(qiáng)度高，有的差。

②平板硫化機(jī)固化是將貼合好的摩擦片放在平板硫化機(jī)上、下加熱墊板之間，使電熱墊板溫度控制180℃，壓力調(diào)整為

2 kg/cm2，固化時(shí)間控制在1.5～2 min之間，為保證摩擦片的厚度一致，可采用等高墊塊來(lái)控制摩擦片的厚度，這樣固化后的摩擦片厚度控制在同一尺寸，誤差可0.05～0.08 mm之間，這有利摩擦片的后續(xù)加工，通過檢驗(yàn)，平板硫化機(jī)固化后的粘接強(qiáng)度好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

通過兩種固化工藝的比較得出，采用平板硫化機(jī)可以保證粘接后剪切強(qiáng)度，摩擦片厚度一致，等厚差小，生產(chǎn)效率高。

4 平面磨削與油槽加工

4.1 磨 削

濕式離合器和制動(dòng)器中紙基摩擦片與對(duì)偶片平面接觸，通過摩擦力矩傳遞扭矩，對(duì)摩擦片而言，除了要保證摩擦磨損性能之外，對(duì)平面度、平行度要求高，同時(shí)，厚度尺寸精度也較高，這樣才能保持多片摩擦片裝配后有足夠的間隙以及良好的工作狀態(tài)。

要保證平面度、平行度及尺寸公差的要求，摩擦片兩端面就必須采用磨削工序來(lái)保證。在磨削工序上，采用普通平面磨床干磨，磨床須加裝專用的吸塵裝置。

采用平面磨床干磨能滿足摩擦片平面度、平行度及厚度尺寸精度的要求，但存在除塵不夠徹底，工作環(huán)境惡劣，有時(shí)摩擦片表面有燒傷斑點(diǎn)的缺陷。

為了解決干磨存在的環(huán)境污染問題，嘗試采用加冷卻液的濕磨法，濕磨法關(guān)鍵是選擇好中性水基冷卻液，采用專用清洗液，然后在烘箱內(nèi)在80 ℃溫度下烘干。

通過濕磨法對(duì)干磨法對(duì)比，濕磨法有明顯的優(yōu)勢(shì)，干磨法主要是污染大，摩擦片表面吸附一層磨屑狄塵很難清除干凈，表面質(zhì)量不夠細(xì)膩，而濕磨法能消除灰塵污染的影響，摩擦片表面干凈，且外觀質(zhì)量比干麼法好。

4.2 油槽加工

摩擦片油槽對(duì)工作時(shí)的摩擦磨損性能及工作性能很大影響，無(wú)油槽的摩擦片摩擦系數(shù)減小，磨擦離合時(shí)脫開時(shí)間增長(zhǎng)，摩擦片油槽的形狀以及尺寸對(duì)摩擦系數(shù)以及工作可靠性產(chǎn)生很大影響。因此，摩擦片設(shè)計(jì)選用合理的油槽形狀及尺寸也是關(guān)鍵。

通過試用證明，這種制油槽機(jī)試用效果比較好。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)紙基摩擦片生產(chǎn)工藝過程的總結(jié)、分析，可以得出如下結(jié)論：

①紙基摩擦片生產(chǎn)首先要選擇好合適的粘結(jié)劑，采取合理的固化工藝一方面可以保證粘接強(qiáng)度，另一方面可以提高其外觀質(zhì)量。

②紙基摩擦片鋼背的制作和表現(xiàn)處理工藝是保證粘接強(qiáng)度的關(guān)鍵，鋼背表面處理的重點(diǎn)是除油除脂，只有徹底清除鋼背表面油脂，才能有效地粘接。

③紙基摩擦片的磨削是保證其表面質(zhì)量、平面度、平面度及尺寸的關(guān)鍵工序。在磨削工藝上，試驗(yàn)證明濕磨法在保證內(nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，還有助于提高外觀質(zhì)量。

④摩擦片表面油槽對(duì)摩擦性能很大的影響，同時(shí)對(duì)分離機(jī)結(jié)合時(shí)間有影響，因此決不能忽視對(duì)油槽加工工藝。采取圓臺(tái)磨床進(jìn)行改裝的專用制油槽機(jī)，可以使油槽輪廓清晰、深度一致，間距誤差小。

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