一種芯板具有整體硬度和高花鍵精度的銅基摩擦片制作方法與流程

本發明涉及的是一種芯板具有整體硬度和高花鍵精度的銅基摩擦片制作方法，用于高負荷重載車輛傳動箱摩擦片的制造，屬于銅基摩擦片制造技術領域。

背景技術：

摩擦片是各種機械設備中重要的零件之一，它們利用摩擦力進行工作，摩擦片要可靠地工作，必須具有足夠高且穩定的摩擦系數，耐磨性、耐熱性、和傳遞扭矩的能力。在許多重負荷非公路車輛傳動變速箱中，要求摩擦材料具有高熱負荷，采用銅基高碳配方濕式銅基摩擦片作為傳動的部件，由于負荷大，使用工況條件惡劣，摩擦片芯板花鍵承受沖擊力大，常出現摩擦片芯板撕裂情況，為了解決這類問題，一般通過增加摩擦片芯板厚度解決，但這又不利于傳動箱小型化和輕量化。

目前高碳銅基摩擦片采用壓燒工藝，工藝流程為芯板加工(包括花鍵)---摩擦層配料混料---壓制坯料---加壓燒結---后續平面、油槽加工。壓燒工藝使摩擦層與鋼芯板結合強度增加，但由于高碳銅基摩擦片的燒結工序是在750℃～830℃高溫下進行，生產出的摩擦片芯板是處于退火狀態，導致芯板材料強度較低，承受高負荷和疲勞沖擊能力差，而且，傳統摩擦片制造工藝是燒結前芯板加工好花鍵，產品經高溫熱加工，產生橢圓變形，造成芯板花鍵精度大幅下降，以至于摩擦片工作時與配對轂的嚙合程度變差，且受力不均，在高負荷下極易造成摩擦片芯板的斷裂。

在中國專利zl200710157157.5中公開了一種制造方法，該方法雖然能解決銅基摩擦片的芯板強度和加工精度問題，但其采用了ysml樹脂膠浸漬和摩擦層與鋼芯板采用樹脂粘接，存在耐高溫性差等問題，不適合在高負荷工況中使用。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種芯板材料的強度高、芯板花鍵精度高，抗疲勞斷裂能力強，摩擦片的摩擦磨損性能及熱負荷性能好，完全能滿足重負荷工況摩擦片輕量化要求的芯板具有整體硬度和高花鍵精度的銅基摩擦片制作方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成，一種芯板具有整體硬度和高花鍵精度的銅基摩擦片制作方法，所述的銅基摩擦片制作方法包括如下步驟：

a）摩擦層配料：其配方組成為55-70％的cu，2-7％的sn，0-4％的pb，4-8％的zn，15-20％的c，2-6％的石英粉，上述組份的配料以重量百分之一百為準；

b）混料并壓型：上述配方在v形混料機中混料，壓制成摩擦片的所需坯料，密度控制在4.6-4.8g/cm³；

c）在不加工花鍵的情況下與芯板燒結：將摩擦片的坯料加工到所需尺寸，將其與芯板固定好置于鐘罩爐中加壓燒結，使芯板與摩擦片的坯料合金化粘接牢固，得到所需摩擦片毛坯；

d）表面磨加工：對完成燒結的摩擦片毛坯摩擦層表面進行磨加工，控制好摩擦片的等厚度尺寸在0.05mm以內；

e）摩擦片整體強化處理：在井式熱處理爐中對摩擦片毛坯加熱至840～860℃，進行脫碳保護；保溫40-60分鐘，將產品取出后置于循環冷卻淬火油中，將該摩擦片芯板硬度控制在hrc47-52，或將摩擦片單片平放在熱處理棍棒爐中，加熱溫度860～870℃，通過控制25～30分鐘時間，甲烷氣氛保護，摩擦片從棍棒爐出來后快速將產品垂直放入真空淬火油中冷卻，淬火硬度控制在hrc46～51；

f）摩擦片疊裝回火處理：將處理好摩擦片置于鐘罩式加壓爐中，進行裝爐回火處理；

g）帶摩擦層芯板花鍵加工和機加工油槽：首先將完成整體熱處理的摩擦片進行內、外圓加工和二平面加工，對摩擦片芯板進行花鍵齒加工；其次，在加工完花鍵后再機加工油槽；

h）摩擦片齒部噴丸處理：提高齒根部壓應力至600mpa以上，對摩擦片的粉層進行保護，旋轉摩擦片，對摩擦片芯板齒部用合金鋼丸進行強力噴丸處理，合金丸徑粒徑0.012～0.02mm，噴丸壓縮空氣壓力5～7kg/cm²，時間4-8min，覆蓋率達100%；

i）摩擦層表面精磨，制成成品。

作為優選：所述的步驟f）：考慮插齒加工，將摩擦片毛坯芯板硬度控制在hrc30-38；

所述的步驟g）：齒形加工時采用疊裝，并需在加工花鍵部位用金屬墊片進行填充，壓緊，為了控制花建加工尺寸精度較好，控制產品裝夾數量10片以下。

本發明具有如下技術效果：

一是傳統銅基粉末冶金摩擦片要經過750-820℃燒結實現摩擦層與鋼芯板的合金結合,燒結后摩擦片芯板是退火態，硬度低，強度差；本發明所述工藝生產的銅基摩擦片芯板具有整體硬度hrc30--38，芯板抗拉強度提高45.7%，屈服強度提高133.2%，芯板強度提高；并保持銅基摩擦片摩擦層和芯板冶金結合優點。

二是傳統工藝芯板經過750-820℃燒結，芯板花鍵尺寸精度大幅降低；本發明采用熱加工工序后進行摩擦片花鍵尺寸加工，花鍵精度可達機加工水平，可克服傳統工藝精度較差的缺點。

三是對摩擦片齒部進行強力噴丸處理，提升芯板齒根部壓應力達600mpa以上，大幅提高了摩擦片芯板抗疲勞開裂能力，而常規工藝銅基摩擦片芯板齒根部壓應力小于50mpa。

四是采用本發明工藝生產的摩擦片，大幅提升了銅基摩擦片芯板抗疲勞斷裂的能力，在摩擦片動態強度試驗中，比傳統方法生產的摩擦片其抗疲勞斷裂時間提高6倍以上，摩擦性能與常規工藝生產保持不變，且性能優良。

因此采用該方法制造的濕式銅基粉末冶金摩擦片芯板具有整體硬度、齒形花鍵精度高、抗疲勞斷裂能力強的優點。

附圖說明

圖1是本發明所述一種銅基摩擦片的結構示意圖。

圖2是本發明所述銅基摩擦片在井式熱處理爐裝料示意圖。

圖3是本發明所述銅基摩擦片在鐘罩爐回火平整處理裝爐示意圖。

圖4是本發明所述銅基摩擦片噴丸摩擦層保護和處理示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖及實施例對本發明作詳細的介紹：本發明所述的一種芯板具有整體硬度和高花鍵精度的銅基摩擦片制作方法，所述的銅基摩擦片制作方法包括如下步驟：

a）摩擦層配料：其配方組成為55-70％的cu，2-7％的sn，0-4％的pb，4-8％的zn，15-20％的c，2-6％的石英粉，上述組份的配料以重量百分之一百為準；

b）混料并壓型：上述配方在v形混料機中混料，壓制成摩擦片的所需坯料，密度控制在4.6-4.8g/cm³；

c）在不加工花鍵的情況下與芯板燒結：將摩擦片的坯料加工到所需尺寸，將其與芯板固定好置于鐘罩爐中加壓燒結，使芯板與摩擦片的坯料合金化粘接牢固，得到所需摩擦片毛坯；

d）表面磨加工：對完成燒結的摩擦片毛坯摩擦層表面進行磨加工，控制好摩擦片的等厚度尺寸在0.05mm以內；

e）摩擦片整體強化處理：在井式熱處理爐中對摩擦片毛坯加熱至840～860℃，進行脫碳保護；保溫40-60分鐘，將產品取出后置于循環冷卻淬火油中，將該摩擦片芯板硬度控制在hrc47-52，或將摩擦片單片平放在熱處理棍棒爐中，加熱溫度860～870℃，通過控制25～30分鐘時間，甲烷氣氛保護，摩擦片從棍棒爐出來后快速將產品垂直放入真空淬火油中冷卻，淬火硬度控制在hrc46～51；

f）摩擦片疊裝回火處理：將處理好摩擦片置于鐘罩式加壓爐中，進行裝爐回火處理，考慮插齒加工，將摩擦片毛坯芯板硬度控制在hrc30-38；

g）帶摩擦層芯板花鍵加工和機加工油槽：首先將完成整體熱處理的摩擦片進行內、外圓加工和二平面加工，對摩擦片芯板進行花鍵齒加工，齒形加工時采用疊裝，并需在加工花鍵部位用金屬墊片進行填充，壓緊，為了控制花建加工尺寸精度較好，控制產品裝夾數量10片以下；其次，在加工完花鍵后再機加工油槽；

h）摩擦片齒部噴丸處理：提高齒根部壓應力至600mpa以上，對摩擦片的粉層進行保護，旋轉摩擦片，對摩擦片芯板齒部用合金鋼丸進行強力噴丸處理，合金丸徑粒徑0.012～0.02mm，噴丸壓縮空氣壓力5～7kg/cm²，時間4-8min，覆蓋率達100%；

i）摩擦層表面精磨，制成成品，見圖1所示。

實施例：

一種銅基摩擦片由鋼芯板和二面摩擦層經高溫燒結而成一體，材料配方按常規銅基摩擦材料混料方法、壓制摩擦層坯料進行，摩擦層與鋼芯板在鐘罩爐中通過750-820℃高溫合金化實現連接，本發明與現有工藝不同是：

1.摩擦片芯板在燒制摩擦層時不加工花鍵；

2.對完成燒結的摩擦片進行整體熱處理，由于整體熱處理溫度較高，摩擦材料層配方采用耐溫較好的高碳配方銅基摩擦材料配方，使摩擦材料成份在后續整體熱處理中不會因低融點成份析出，造成性能偏差，其配方組成為cu55-70％，sn2-7％，pb0-4％，zn4-8％c15-20％，石英粉2-6％，上述組份的配料以重量的百分比；

其整體熱處理過程為：

a)對完成燒結的摩擦片毛坯摩擦層表面進行磨加工，控制好摩擦片的等厚度尺寸在0.05mm以內.

b)采用如圖2裝爐方式,在井式熱處理爐中對該摩擦片坯料進行加熱至840～860℃，進行脫碳保護。保溫40分鐘至60分鐘，將產品取出置循環冷卻淬火油中，將該摩擦片芯板硬度控制在hrc47-52。或將摩擦片單片平放在熱處理棍棒爐中，加熱溫度860～870℃，通過時間控制25～30分鐘，甲烷氣氛保護，摩擦片從棍棒爐出來后快速將產品垂直放入真空淬火油中冷卻，淬火硬度控制在hrc46～51。

c)將處理好摩擦片置于鐘罩式加壓爐中，如圖3形式進行裝爐回火處理，考慮插齒加工，將摩擦片毛坯芯板硬度控制在hrc30-38，并將摩擦片的平面度控制在圖紙要求范圍。

3.帶摩擦層摩擦片花鍵齒形加工，將完成整體熱處理的摩擦片進行內、外圓加工和二平面加工，對摩擦片芯板進行花鍵齒加工，齒形加工時采用疊裝，并需在加工花鍵部位用金屬墊片進行填充，壓緊，為了控制花建加工尺寸精度較好，控制產品裝夾數量10片以下。

4.摩擦片齒部噴丸處理，提高齒根部壓應力至600mpa以上，對摩擦片的粉層采用如圖4結構進行保護，旋轉摩擦片，對摩擦片芯板齒部用合金鋼丸進行強力噴丸處理，合金丸徑粒徑0.012～0.02mm，噴丸壓縮空氣壓力5～７ｋｇ/ｃｍ２，時間４～8ｍｉｎ，覆蓋率達100%。

實施例一：

按cu63％，sn6％，pb2％，zn6％，c18％，石英粉5％，銅基摩擦材料高碳配方在v形混料機中混料，壓制成摩擦片所需坯料，密度控制在4.6～4.8g/cm³，將摩擦片芯板加工到所需尺寸（不帶花鍵），芯板材料選用３０ｃｒｍｎｓｉａ，并鍍鎳鍍銅，將摩擦層坯料與芯板固定好置鐘罩爐中加壓燒結，使芯板與摩擦層合金化粘接牢固，得到所需摩擦片毛坯，將摩擦片毛坯表面進行機加工，控制好摩擦片等厚度在0.05mm以內。將摩擦片疊裝（如圖2），在井式爐進行整體熱處理，加熱溫度850～860℃，保溫時間40分鐘，甲烷氣氛保護，保溫結束調出產品進入油池進行冷卻淬硬，淬火硬度控制在hrc47～52，將淬硬產品疊裝在鐘罩爐中進行回火平整處理，溫度540±５℃，保溫3小時，硬度控制在hrc32～38，摩擦片平面度控制在0.2mm以內。加工好內外圓尺寸和平面尺寸，在插齒機上疊裝，在插齒部位間隙用鋼條墊實壓緊進行插齒，漸開線花鍵m值變動小于0.2mm；對花鍵齒齒根部進行噴丸處理，采用專用工裝進行摩擦層保護，進行噴丸處理（如圖4），處理工藝為：合金丸徑0.012mm，噴丸壓縮空氣壓力６～７ｋｇ/ｃｍ２，時間４ｍｉｎ，覆蓋率達100%。按此工藝生產銅基摩擦片，摩擦片芯板抗拉強度達１００５～1017ｍｐａ，屈服強度達９１１～１０４４ｍｐａ；齒根部殘余應力-６０２～-６３６ｍｐａ。摩擦片的動態強度壽命按q/at201.071—2007摩擦片動態強度試驗方法進行考核，達６小時１５分鐘至６小時３０分。摩擦材料性能為：動摩擦系數０.０６５—０.０７０，靜摩擦系數０.１３９—０.１４２，能量負荷許用值為３５０００。

實施例二：

按cu69％，sn4％，zn7％，c16％，石英粉4％，銅基摩擦材料高碳配方在v形混料機中混料，壓制成摩擦片所需坯料，密度控制在4.7～4.9g/cm³，將摩擦片芯板加工到所需尺寸，芯板材料選用３０ｃｒｍｎｓｉａ，并鍍鎳鍍銅，將摩擦層坯料與芯板固定好置鐘罩爐中加壓燒結，使芯板與摩擦層合金化粘接牢固，得到所需摩擦片毛坯，將摩擦片毛坯表面進行機加工，控制好摩擦片等厚度在0.05mm以內。將摩擦片平放在熱處理棍棒爐，進行整體熱處理，加熱溫度860～870℃，通過時間25分鐘，甲烷氣氛保護，摩擦片從棍棒爐出來后快速將產品垂直放入真空淬火油中冷卻，淬火硬度控制在hrc４６～５０，將淬硬產品疊裝在鐘罩爐中進行回火平整處理，溫度545±5℃，保溫3小時，硬度控制在hrc30～35，摩擦片平面度控制在0.2mm以內。加工好內外圓尺寸和平面尺寸，在插齒機上疊裝，在插齒部位間隙用鋼條墊實壓緊進行插齒，漸開線花鍵m值變動小于0.2mm；對花鍵齒齒根部進行噴丸處理，采用專用工裝進行摩擦層保護，進行噴丸處理（如圖4），處理工藝為：合金丸徑0.012mm，噴丸壓縮空氣壓力5～6ｋｇ/ｃｍ^２，時間8ｍｉｎ，覆蓋率達100%。按此工藝生產銅基摩擦片，摩擦片芯板抗拉強度達１０１４～1053ｍｐａ，屈服強度達９２０～９４２ｍｐａ；齒根部殘余應力-５９０～-６１５ｍｐａ。摩擦片的動態強度壽命按q/at201.071—2007摩擦片動態強度試驗方法進行考核，達５小時４０分鐘至６小時１０分。摩擦材料性能為：動摩擦系數0.069—0.074，靜摩擦系數0.129—0.133，能量負荷許用值達38000。