專利名稱：一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剎車片領(lǐng)域，尤其涉及ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片及其制備方法。
背景技術(shù)：
剎車片是通過摩擦把動能轉(zhuǎn)化為熱能來實現(xiàn)制動，并及時把熱能釋放到環(huán)境中去的裝置，廣泛用于運動機床和機動車輛。它的性能好壞直接關(guān)系到機床和機動車輛能否安全可靠的運行。但是現(xiàn)有技術(shù)普通的剎車片在高溫下摩擦系數(shù)變化較大、熱磨損大，所以可靠性能較低，且使用壽命較短，而現(xiàn)有技術(shù)如果需要改善剎車片的以上性能一般都是通過研制新型的材料配方、改善摩擦材料性能來實現(xiàn)，這種通過改善材料性能來提高剎車片性能的方法研發(fā)成本較高且研發(fā)需要投入的時間也較長，所以不太適合一般的剎車片制備企業(yè)。 而仿生是未來新材料設(shè)計與制造潛在的最有效途徑，生物體結(jié)構(gòu)經(jīng)過20億年物競天擇的優(yōu)化，幾乎完美無缺。通過對貝殼、樹葉、魚等生物體的結(jié)構(gòu)和靜態(tài)學(xué)、動力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，生物體所具有的耐磨、抗擠壓、抗裂紋等功能與其強化單元體的形狀、特征尺寸、分布規(guī)律和數(shù)量有著密切的關(guān)系，而現(xiàn)有技術(shù)并沒有將仿生學(xué)用于剎車片的記載。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種模仿生物表面軟硬結(jié)合結(jié)構(gòu)的剎車片及其制備方法，使得制備出來的剎車片在高溫下摩擦系數(shù)變化小、熱磨損小、可靠性高較高、使用壽命較長。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，它包括剎車片基板，所述剎車片基板的一面上設(shè)有仿生強化骨架，且所述仿生強化骨架的間隙中設(shè)置有壓實的耐磨材料構(gòu)成摩擦面。所述的仿生強化骨架的結(jié)構(gòu)形狀為多點狀、網(wǎng)狀、植物葉脈狀或魚鱗狀。所述仿生強化骨架與耐磨材料的體積比為1:3 8。所述多點狀的仿生強化骨架的每四個點組成ー個正方形，且所述正方形的對角線長度為a ;所述網(wǎng)狀的仿生強化骨架的相鄰兩條左偏斜線之間的距離與相鄰兩條右偏斜線之間的距離均為b，且所述左偏斜線與右偏斜線之間的角度為β ;所述植物葉脈狀的仿生強化骨架的相鄰兩條側(cè)脈之間的距離為c ;所述魚鱗狀的仿生強化骨架的相鄰兩片魚鱗尖端的距離為d ;所述a、b、c、d均為2 6cm,所述β為60 120°。所述剎車片基板為冷軋鋼板制成，所述仿生強化骨架為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐磨鋼或金屬陶瓷制成，所述耐磨材料為無石棉半金屬或酚醛樹脂制成。ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的制備方法，它包括以下步驟
(1)制造仿生強化骨架；
(2)將仿生強化骨架焊接或鑲嵌在剎車片基板上；
(3)對剎車片基板和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理；(4)在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理。所述對剎車片基底和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理包括以下步驟，
(1)對剎車片基板及仿生強化骨架表面毛化處理或者在剎車片基板以及仿生強化骨架表面加工ー些高度為O. 5^5mm的凹槽或者凸起；
(2)堿洗然后酸洗；
(3)涂膠干燥。所述的在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理包括以下步驟，
(1)將混合均勻的耐磨材料填充到仿生強化骨架間隙中；
(2)將整個剎車片放入模具里，在壓カ為2(T25MPa、溫度為15(Tl70°C的熱壓機上壓制 成型；
(3)從熱壓機內(nèi)取出剎車片，然后放入溫度為18(T20(TC的烘箱中固化處理61小吋。采用以上結(jié)構(gòu)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點將仿生耦合技術(shù)與剎車片相結(jié)合，在剎車片基板表面設(shè)置ー層仿生強化骨架且在仿生強化骨架的間隙中填充耐磨材料，這樣生產(chǎn)出來的剎車片摩擦系數(shù)變化小、熱磨損小、工作可靠性高且使用壽命大大提高，在相同的使用條件下，本發(fā)明具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片表現(xiàn)出了良好的制動、抗磨損性能，其平均使用壽命是普通剎車制動片的三倍以上，并且本發(fā)明所采用的方法不涉及新材料，所以需要投入的研發(fā)資金與研發(fā)時間就相對較少，適合大部分剎車片制備企業(yè)，可以廣泛推廣。
圖I為發(fā)明ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的剖視圖。圖2為發(fā)明ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片仿生結(jié)構(gòu)為多點狀的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為發(fā)明ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片仿生結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為發(fā)明ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片仿生結(jié)構(gòu)為植物的葉脈狀的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為發(fā)明ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片仿生結(jié)構(gòu)為魚鱗狀的部分結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示1、剎車片基板；2、仿生強化骨架；3、耐磨材料。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明做進ー步描述，但是本發(fā)明不僅限于以下具體實施方式
。如圖所示ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，它包括剎車片基板1，所述剎車片基板I的一面上設(shè)有仿生強化骨架2，且所述仿生強化骨架2的間隙中設(shè)置有壓實的耐磨材料3構(gòu)成摩擦面。所述剎車片基板I的另一面為安裝面。圖I中地下一面為剎車片基板1，上面一層實際上是仿生強化骨架2與耐磨材料3組成的整體。所述耐磨材料3可以使粉狀的，也可以是糊狀的。所述的仿生強化骨架2的結(jié)構(gòu)形狀為多點狀、網(wǎng)狀、植物的葉脈狀或魚鱗狀。所述仿生強化骨架2與耐磨材料3的體積比為1:3 8。如圖2所示所述多點狀的仿生強化骨架的每四個點組成ー個正方形，且所述正方形的對角線長度為a ;如圖3所示所述網(wǎng)狀的仿生強化骨架的相鄰兩條左偏斜線之間的距離與相鄰兩條右偏斜線之間的距離均為b，且所述左偏斜線與右偏斜線之間的角度為β ;如圖4所示所述植物葉脈狀的仿生強化骨架的相鄰兩條側(cè)脈之間的距離為c ;如圖5所示所述魚鱗狀的仿生強化骨架的相鄰兩片魚鱗尖端的距離為d ;所述a、b、C、d均為2 6cm，所述β為60 120。。所述剎車片基板I為冷軋鋼板制成，所述仿生強化骨架2是由碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐磨鋼或金屬陶瓷制成，所述耐磨材料3為剎車片通用的無石棉半金屬或酚醛樹脂。上述材料都是市售的。ー種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的制備方法，它包括以下步驟，
(1)根據(jù)仿生耦合遠離設(shè)計并制造仿生強化骨架；(2)將仿生強化骨架焊接或鑲嵌在剎車片基板上；
(3)對剎車片基板和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理；
(4)在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理。所述鑲嵌在剎車片基板上是指在剎車片基板上設(shè)有多個供仿生強化骨架嵌入的凹槽，然后將整個仿生強化骨架嵌入到這些凹槽中。所述對剎車片基底和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理包括以下步驟，
(1)對剎車片基板及仿生強化骨架表面毛化處理或者在剎車片基板以及仿生強化骨架表面加工ー些高度為O. 5^5mm的凹槽或者凸起；
(2)堿洗然后酸洗；
(3)涂膠干燥。所述的在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理包括以下步驟，
(1)將混合均勻的耐磨材料填充到仿生強化骨架間隙中；
(2)將整個剎車片放入模具里，在壓カ為2(T25MPa、溫度為15(Tl70°C的熱壓機上壓制成型；
(3)從熱壓機內(nèi)取出剎車片，然后放入溫度為18(T20(TC的烘箱中固化處理61小吋。具體實施例一一種曲柄壓カ機剎車片，根據(jù)曲柄壓カ機的工作狀況及使用要求，選取植物葉脈狀仿生強化骨架，且植物葉脈狀仿生強化骨架的相鄰兩條側(cè)脈之間的距離為3mm，仿生強化骨架與填充的耐磨材料之間的體積比為1/8，仿生強化骨架的高度為3mm，剎車片基板材料選取冷軋鋼板，仿生強化骨架材質(zhì)選用碳素結(jié)構(gòu)鋼，仿生強化骨架采用焊接方式固定在剎車片基板上。剎車片基板和仿生強化骨架焊接固定好之后表面進行毛化處理，然后再用砂紙將表面打磨干凈，首先使用7%的NaOH溶液堿洗除油，接著使用70°C熱水沖洗，再使用20% H2SO4酸洗除氧化皮,然后使用70°C熱水沖洗,最后在200°C的環(huán)境下烘干并且涂膠干燥。計算耐磨材料質(zhì)量，把無石棉半金屬粉狀耐磨材料混勻再填充到仿生強化骨架的間隙中，并放入模具里在20MPa、溫度是160°C左右的熱壓機上壓制成型，所述的模具只是用來放置剎車片的，取出后在溫度是200°C烘箱中固化處理6小吋。
權(quán)利要求
1.一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，它包括剎車片基板(1)，其特征在于所述剎車片基板(I)的一面上設(shè)有仿生強化骨架(2)，且所述仿生強化骨架(2)的間隙中設(shè)置有壓實的耐磨材料(3)構(gòu)成摩擦面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，其特征在于所述的仿生強化骨架(2 )的結(jié)構(gòu)形狀為多點狀、網(wǎng)狀、植物葉脈狀或魚鱗狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，其特征在于所述仿生強化骨架(2)與耐磨材料(3)的體積比為1:3 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，其特征在于所述多點狀的仿生強化骨架的每四個點組成一個正方形，且所述正方形的對角線長度為a ;所述網(wǎng)狀的仿生強化骨架的相鄰兩條左偏斜線之間的距離與相鄰兩條右偏斜線之間的距離均為b，且所述左偏斜線與右偏斜線之間的角度為β ;所述植物葉脈狀的仿生強化骨架的相鄰兩條側(cè)脈之間的距離為c ;所述魚鱗狀的仿生強化骨架的相鄰兩片魚鱗尖端的距離為d ;所述a、b、c、d均為2 6cm,所述β為60 120。。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片，其特征在于所述剎車片基板(I)為冷軋鋼板制成，所述仿生強化骨架(2)為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐磨鋼或金屬陶瓷制成，所述耐磨材料(3)為無石棉半金屬或酚醛樹脂制成。
6.一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的制備方法，其特征在于它包括以下步驟， (1)制造仿生強化骨架； (2)將仿生強化骨架焊接或鑲嵌在剎車片基板上； (3)對剎車片基板和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理； (4)在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的制備方法，其特征在于所述對剎車片基底和仿生強化骨架的表面進行預(yù)處理包括以下步驟， (1)對剎車片基板及仿生強化骨架表面毛化處理或者在剎車片基板以及仿生強化骨架表面加工一些高度為O. 5^5mm的凹槽或者凸起； (2)堿洗然后酸洗； (3)涂膠干燥。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片的制備方法，其特征在于所述的在仿生強化骨架的間隙中填入耐磨材料并且壓實固化處理包括以下步驟， (1)將混合均勻的耐磨材料填充到仿生強化骨架間隙中； (2)將整個剎車片放入模具里，在壓力為2(T25MPa、溫度為15(Tl70°C的熱壓機上壓制成型； (3)從熱壓機內(nèi)取出剎車片，然后放入溫度為18(T20(TC的烘箱中固化處理61小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及剎車片領(lǐng)域，尤其涉及一種具有仿生結(jié)構(gòu)的剎車片及其制備方法，它包括剎車片基板(1)，所述剎車片基板(1)的一面上設(shè)有仿生強化骨架(2)，且所述仿生強化骨架(2)的間隙中設(shè)置有壓實的耐磨材料(3)構(gòu)成摩擦面，使用這種剎車片在高溫下摩擦系數(shù)變化小、熱磨損小、可靠性高較高、使用壽命較長。
文檔編號F16D69/04GK102853012SQ20121032255
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者賈志欣, 李繼強, 邱紅鈺, 王義強, 劉立君 申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院