汽车自动变速器纸基摩擦片生产工艺研究

2014-05-30马卫平

企业技术开发·中旬刊 2014年9期

马卫平

摘要：湿式离合器制动器纸基摩擦材料纸基摩擦材料的出现是摩擦材料领域的一个变革，由于其特有的性能，提高了主机的性能，使主机体积变小，传递扭矩能力提高。在国外，纸基摩擦材料已广泛应用于各种湿式离合器、制动器上，特别是在汽车自动变速器上大量使用。文章从纸基摩擦材料的产业化生产工艺流程和工艺装备进行研究，通过小批量试制和批量生产，研究总结了一套完整的产业化生产工艺过程和工艺标准。

关键词：纸基摩擦片；汽车自动变速器；生产工艺

中图分类号：TH117.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0001-02

1 概述

湿式离合器、制动器使用的摩擦片分为主动片（钢片）、从动片（各种材质摩擦片）成对使用，一般是装很多片。从动摩擦片是内花键，装在花键轴上，纸基摩擦片的简图。

纸基摩擦片是将纸基摩擦材料按产品要求冲裁成环形，然后将纸基材料粘接在钢背两面，钢背须先按图纸要求加工好，粘接好纸基材料后，进行固化保证粘接强度、最后进行油槽加工、表面磨削等续加工，以保证摩擦片平面度，其生产过程。

2 钢背的制造及表面处理

钢背是为了保证纸基片的强度作为骨架，同时，钢背的渐开线内花键将摩擦片工作时摩擦力矩传递到花键轴上输出扭矩。钢背的厚度根据传递扭矩的大小厚度一般在1.5～6 mm，钢背从制造工艺上分析，要保证其平面度、等厚差在合理范围内，同时，不允许有翅曲变形现象产生，为保证粘接强度，钢背表面不允许有油污。为保证钢背质量，经过大量的试验比较，采用如图3所示的工艺路线是合理的。

2.1 热压定形

在上述工艺路线中，采用热压定形工序。此道工序类似退火处理，与退火不同的是，在保温时增加加压过程，压力为2～5 MPa，定形处理的作用是消除材料内部的残余应力，防止后续加工时产生变形，进一步细化内部晶粒，增强材料和塑性和可加工性。为防止材料在高温下氧化脱碳，影响钢背质量，加热过程须有保护气氛。为满足上述要求，选择中南大学粉末冶金院研制的铜基摩擦材料生产用的钟罩式烧结炉，这种烧结炉具有氨分解保护装置、液压加工装置、自动温控装置，经反复生产试制，经检测分析，经过热压定形工序后的钢背质量明显比没有经过定形处理的钢背质量好，并且完全消除了后续加工过程中的翅曲变形。热压变形工序的工艺曲线。

2.2 钢背表面处理

纸基摩擦片工作时与对偶片接合产生摩擦扭矩，因此，需保证纸基材料与钢背面有足够的粘接强度，要保证粘结强度，一方面是采用合理的粘接工艺和粘结剂，另一方面是对钢背表面进行合理的工艺处理，在钢背表面处理工艺上，设计了三种工艺方案，采用了同样的粘接剂和粘接工艺，并制定了一种简单而实用的粘接强度的检测方法。

要求：刮削面以外的粘接面不得翘起、剥落。

检测方法：将粘接固化后的摩擦片用刮刀沿经向均布分布刮削宽10 mm的四条经向槽，槽梁刚与纸基材料厚度相等，观察刮削面以外的粘接面是否翘起、剥落。

采用的三种表面处理工艺：一是钢背表面喷砂，二是表面镀锌处理，三是表面清洗与电解除油，对于三种表面处理粘结工艺效果进行对比，见表1。

从上述记录中可以得出结论，采用成本较低的电解除油工序粘接强度高。进一步分析可以证明，要保证良好的粘接效果，钢背表面工艺处理的关键是钢背表面平整度要好，表面要洁净。经过反复试制，如图6所示钢背表面处理工艺是保证粘结强度的合理方法。

3 粘接与固化

3.1 粘接

粘接是采用粘接剂将钢背和纸基摩擦材料贴合成一个整体。保证摩擦材料与钢背之间有足够剪切强度。为了保证粘接后的剪切强度，关键是要选好粘结剂，通过查阅相关资料，选用上海化工厂生产的专门粘结金属与非金属的204胶，采用前节讲述方法进行粘接强度试验，发现204胶与钢背粘接性差，容易整体剥落，且204胶由于稠度大，不容易在粘合面涂抹均匀，造成粘结质量差。由于没有成功的经验可以借鉴，经过多方寻找合作单位，最先与杭州化工研究所合作，针对纸基摩擦材料的特性，专门试制了一种摩擦材料专用粘结剂，经过双方合作，对粘接工艺进行了大量的试验，同时反复对国外样品进行分析，总结出了合理的粘结工艺，称之为二次粘结方法。

二次粘结法是将粘结工艺过程分两次进行，其工艺路线。

二次粘结法改变了传统粘接一次粘接贴合的方法。首先将表面处理好的钢背表浸入稀释后的粘接剂溶液中，形成很薄的一层胶膜，这层胶膜与钢背的粘接强度好，通过反复用粗砂纸擦试，胶膜也不会出现大面积剥落，同时，也由于这层胶膜均匀附着在金属表面上，一方面可以起到防锈作用，另一方面可提高钢背的处理质量，致密的胶膜起到一定的装饰作用，因为胶膜的颜色可以覆盖金属的光泽，防止金属表面生锈。

钢背浸粘接剂后，必须经过低温烘干进一步使胶膜的附着力和强度增加，烘干采用的方法是声电热烘箱内在60 ℃～80 ℃温度下保温2 h后随炉冷却，经烘干后的钢背，在钢背表面形成一层致密、色泽均匀的很薄的一层胶膜，并且只要密封防尘存放，三个月内不影响料接质量，这有助于大批量生产。因为传统粘接工艺钢背涂胶后须马上与纸基材料贴合。

将浸胶烘干的钢背第二次涂粘接剂，同时纸基材料贴合面上涂粘接剂，然后将摩擦材料与钢背贴合在一起，成为一个整体，进入下道工序。

3.2 固化

经过二次粘按法贴合好的摩擦片，必须经过固化束保证粘接后的剪切强度。

固化就是将贴合好的摩擦片在一定压力和温度下，使粘结剂产生固化反应，增强粘接后的剪切力。在固化工艺上，设计了两种工艺办法，一是烘箱固化，二是平板硫化机固化。

①烘箱固化是将贴合好的摩擦片每50片左有叠放在一起，通过专用类且夹紧，放入烘箱内在150 ℃下保温2 h后随炉冷却。通过粘结强度试验发现，烘箱固化的产品粘接强度不够稳定，主要是由于通过夹具夹紧时，摩擦片受力不够均匀，且摩擦贴合面因受热不均匀，造成粘接质量可靠性差，同一夹具内的摩擦片有的粘接强度高，有的差。

②平板硫化机固化是将贴合好的摩擦片放在平板硫化机上、下加热垫板之间，使电热垫板温度控制180℃，压力调整为

2 kg/cm2，固化时间控制在1.5～2 min之间，为保证摩擦片的厚度一致，可采用等高垫块来控制摩擦片的厚度，这样固化后的摩擦片厚度控制在同一尺寸，误差可0.05～0.08 mm之间，这有利摩擦片的后续加工，通过检验，平板硫化机固化后的粘接强度好，产品质量稳定可靠。

通过两种固化工艺的比较得出，采用平板硫化机可以保证粘接后剪切强度，摩擦片厚度一致，等厚差小，生产效率高。

4 平面磨削与油槽加工

4.1 磨削

湿式离合器和制动器中纸基摩擦片与对偶片平面接触，通过摩擦力矩传递扭矩，对摩擦片而言，除了要保证摩擦磨损性能之外，对平面度、平行度要求高，同时，厚度尺寸精度也较高，这样才能保持多片摩擦片装配后有足够的间隙以及良好的工作状态。

要保证平面度、平行度及尺寸公差的要求，摩擦片两端面就必须采用磨削工序来保证。在磨削工序上，采用普通平面磨床干磨，磨床须加装专用的吸尘装置。

采用平面磨床干磨能满足摩擦片平面度、平行度及厚度尺寸精度的要求，但存在除尘不够彻底，工作环境恶劣，有时摩擦片表面有烧伤斑点的缺陷。

为了解决干磨存在的环境污染问题，尝试采用加冷却液的湿磨法，湿磨法关键是选择好中性水基冷却液，采用专用清洗液，然后在烘箱内在80 ℃温度下烘干。

通过湿磨法对干磨法对比，湿磨法有明显的优势，干磨法主要是污染大，摩擦片表面吸附一层磨屑狄尘很难清除干净，表面质量不够细腻，而湿磨法能消除灰尘污染的影响，摩擦片表面干净，且外观质量比干麽法好。

4.2 油槽加工

摩擦片油槽对工作时的摩擦磨损性能及工作性能很大影响，无油槽的摩擦片摩擦系数减小，磨擦离合时脱开时间增长，摩擦片油槽的形状以及尺寸对摩擦系数以及工作可靠性产生很大影响。因此，摩擦片设计选用合理的油槽形状及尺寸也是关键。