一种新型镶嵌式合成闸瓦及其制作方法 【技术领域】
本发明涉及列车用闸瓦领域， 尤其涉及一种新型镶嵌式合成闸瓦及其制作方法。背景技术 目前， 铁路是国家的重要基础设施、 国民经济的大动脉和大众化交通工具， 随着铁 路的多次大提速， 铁路货车向高速、 重载的方向发展， 在保证紧急制动距离的情况下， 轴重 的增加、 速度的提高以及牵引重量的增加均对制动装置和制动材料提出了更高的要求。其 中， 闸瓦作为列车制动时提供摩擦力、 进行能量转换的主要零部件， 要求应具有较高的机械 强度、 良好的耐热性和导热性、 稳定的摩擦性能、 较低的磨损以及降低对车轮的磨耗和热损 伤。
现有技术中所使用的闸瓦材料大致可分为铸铁闸瓦、 合成闸瓦和粉末冶金闸瓦三 类。但铸铁闸瓦摩擦系数低、 适用范围小， 制动力大， 噪音大， 瓦体沉重、 磨耗大寿命短等缺 点， 已不适应铁路高速、 重载发展需求。为了克服铸铁闸瓦所固有的性能缺陷， 上世纪 40 年
代后很多国家都开始了合成闸瓦的研究工作， 同铸铁闸瓦相比， 合成闸瓦具有摩擦系数可 调、 所需制动力小、 无火花、 质量小 ( 仅为铸铁闸瓦的 1/3)、 磨耗小寿命长 ( 一般为铸铁闸瓦 的 5 ～ 8 倍 ) 等优点。但现有技术中合成闸瓦的基体材料耐热性差， 有热衰退现象， 更为严 重的是导热性能差， 这样就会致使车轮材料的组织结构发生变化， 严重时会使得车轮踏面 产生热裂纹、 热龟裂、 热剥离等现象， 影响了闸瓦的使用。 发明内容
本发明实施例提供了一种新型镶嵌式合成闸瓦及其制作方法， 能够显著提高合成 闸瓦的导热性能， 降低合成闸瓦的热衰退， 保证合成闸瓦制动时具有稳定的摩擦性能 ； 同时 在制动过程中， 可有效传导车轮踏面与闸瓦摩擦体在制动过程中产生的摩擦热， 降低对车 轮的热损伤， 防止车轮热裂纹、 热龟裂、 热剥离产生。
本发明实施例提供了一种新型镶嵌式合成闸瓦的制作方法， 将高分子复合摩擦材 料和铸铁镶块结合在一起， 形成所述新型合成闸瓦， 具体包括 ：
将硬度、 摩擦性能与所述高分子复合摩擦材料相匹配的铸铁镶块焊接在钢背的两 端；
通过冷压成型将所述高分子复合摩擦材料与所述铸铁镶块压制成整体， 构成新型 合成闸瓦的摩擦面 ；
对冷压成型的新型合成闸瓦进行固化， 并对摩擦体内弧面进行打磨处理后， 获得 具有铸铁镶块的所述新型合成闸瓦。
所述高分子复合摩擦材料按照下述重量比的各组份通过密炼造粒而形成， 所述重 量比的各组份为 ：
5 ～ 7％的甲阶段酚醛树脂、 8 ～ 12％丁腈橡胶、 15 ～ 25％钢纤维、 6 ～ 12％氧化 镁、 5 ～ 8％石油焦炭、 20 ～ 35％矿物纤维、 2 ～ 5％石墨、 0.1 ～ 0.4％六次甲基四胺、 0.1 ～0.5％硫磺、 0.05 ～ 0.1％二硫化四甲基秋兰姆、 0.5 ～ 2％碳黑和 1 ～ 1.5％钾长石。
所述密炼造粒的过程具体包括 ：
将所述重量比的各组份投入捏合型密炼机中， 通过密炼加热 3 ～ 5 分钟， 并清扫、 密炼调节 3 ～ 5 分钟 ； 其中， 在所述密炼处理过程中， 温度控制在 80 ～ 120℃、 压力控制在 5 ～ 7Mpa ；
在排除混合料， 并经破碎处理后得到所述高分子复合摩擦材料。
所述铸铁镶块按重量来划分， 主要成分包括 ：
1.5 ～ 3.0％的碳 C ； 1.2 ～ 2.7％的硅 Si ； 6.0 ～ 7.0％的锰 Mn ； ≤ 0.08 的铍 P ； ≤ 0.02％的硫 S ； ≤ 0.09％的镁 Mg。
所述铸铁镶块的侧面开有燕尾槽， 且将所述铸铁镶块设计为楔形 ；
所述铸铁镶块的宽度小于所述钢背的宽度， 其中一端与钢背对齐， 另一端留有约 10mm 的空隙， 并使所述铸铁镶块在所述钢背上均匀分布， 保证所述铸铁镶块与整个金属踏 面都有接触。
所述冷压成型的过程具体包括 ：
将焊有所述铸铁镶块的钢背及所述高分子复合摩擦材料的闸瓦模具在液压压力 机上加压， 并保压 120 秒以上以成型。
所述固化的工艺过程具体包括 ：
将冷压成型的新型合成闸瓦在 100℃烘箱中保温 1 小时， 然后升温至 170℃保温 4 小时， 再升温至 180℃保温 15 小时， 并在保温结束后打开所述烘箱， 保持鼓风机正常运行， 通过空气冷却至 80℃以下。
本发明实施例还提供了一种新型镶嵌式合成闸瓦， 包括高分子复合摩擦材料和铸 铁镶块， 其中 ：
硬度、 摩擦系数与所述高分子复合摩擦材料相匹配的铸铁镶块焊接在钢背的两 端；
所述高分子复合摩擦材料通过冷压成型与所述铸铁镶块压制成整体， 构成新型合 成闸瓦的摩擦面 ；
对冷压成型的新型合成闸瓦进行固化， 并对摩擦体内弧面进行打磨处理后， 获得 具有铸铁镶块的所述新型合成闸瓦。
所述铸铁镶块的侧面开有燕尾槽， 且所述铸铁镶块设计成楔形 ；
所述铸铁镶块的宽度小于所述钢背的宽度， 其中一端与钢背对齐， 另一端留有约 10mm 的空隙， 并使所述铸铁镶块在所述钢背上均匀分布， 保证所述铸铁镶块与整个金属踏 面都有接触。
由上述所提供的技术方案可以看出， 该方法将高分子复合摩擦材料和铸铁镶块结 合在一起， 形成所述新型合成闸瓦， 具体包括 ： 将硬度、 摩擦系数与所述高分子复合摩擦材 料相匹配的铸铁镶块焊接在钢背的两端 ； 通过冷压成型将所述高分子复合摩擦材料与所述 铸铁镶块压制成整体， 构成新型合成闸瓦的摩擦面 ； 对冷压成型的新型合成闸瓦进行固化， 并对摩擦体内弧面进行打磨处理后， 获得具有铸铁镶块的所述新型合成闸瓦。通过上述技 术方案的实施， 就能够显著提高合成闸瓦的导热性能， 降低合成闸瓦的热衰退， 保证合成闸 瓦制动时具有稳定的摩擦性能 ； 同时在制动过程中， 可有效传导车轮踏面与闸瓦摩擦体在制动过程中产生的摩擦热， 降低对车轮的热损伤， 防止车轮热裂纹、 热龟裂、 热剥离的产生。 附图说明
图 1 为本发明实施例所提供新型镶嵌式合成闸瓦制作方法的流程示意图 ； 图 2 为本发明实施例所提供铸铁镶块侧面的结构示意图 ； 图 3 为本发明实施例所提供铸铁镶块在钢背的分布示意图 ； 图 4 为本发明实施例所提供新型镶嵌式合成闸瓦的结构示意图。具体实施方式
本发明实施例提供了一种新型镶嵌式合成闸瓦及其制作方法， 针对铸铁闸瓦和合 成闸瓦各自的优缺点， 将高分子复合摩擦材料与铸铁镶块有效结合， 集铸铁闸瓦和合成闸 瓦各自的优点于一体， 提高了高摩合成闸瓦的综合性能。该新型合成闸瓦能够显著提高闸 瓦的导热性能， 降低合成闸瓦的热衰退， 保证了合成闸瓦制动时稳定的摩擦性能 ； 同时在制 动过程中， 可有效传导车轮踏面与闸瓦摩擦体在制动过程中产生的摩擦热， 降低对车轮的 热损伤， 防止车轮热裂纹、 热龟裂、 热剥离的产生。 该新型合成闸瓦在制动过程中， 可有效清 扫车轮踏面与闸瓦间夹杂的异物， 清除可能产生金属镶嵌的金属磨屑， 有效抑制合成闸瓦 的金属镶嵌现象。 为更好的描述本发明实施例， 现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明， 如 图 1 所示为本发明实施例所提供新型镶嵌式合成闸瓦的制作方法流程示意图， 所述方法包 括：
步骤 11 ： 将硬度、 摩擦系数与所述高分子复合摩擦材料相匹配的铸铁镶块焊接在 钢背的两端。
在该步骤中， 首先将硬度、 摩擦性能与高分子复合摩擦材料相匹配的铸铁镶块焊 接在钢背的两端， 这里所述的相匹配指的是摩擦性能和导热性能相匹配。 其中， 该高分子复 合摩擦材料可以按照下述重量比的各组份通过密炼造粒的工艺方式来形成， 所述重量比的 各组份包含有 ：
5 ～ 7％的甲阶段酚醛树脂、 8 ～ 12％的丁腈橡胶、 15 ～ 25％的钢纤维、 6 ～ 12％ 的氧化镁、 5 ～ 8％的石油焦炭、 20 ～ 35％的矿物纤维、 2 ～ 5％的石墨、 0.1 ～ 0.4％的六次 甲基四胺、 0.1 ～ 0.5％的硫磺、 0.05 ～ 0.1％的二硫化四甲基秋兰姆 TMTD、 0.5 ～ 2％的碳 黑和 1 ～ 1.5％的钾长石。
上述密炼造粒的工艺过程具体包括 ：
将所述重量比的各组份投入捏合型密炼机中， 通过密炼加热 3 ～ 5 分钟， 并清扫、 密炼调节 3 ～ 5 分钟 ； 其中， 在所述密炼处理过程中， 温度控制在 80 ～ 120℃、 压力控制在 5 ～ 7Mpa ； 在排除混合料， 并经破碎处理后得到所述高分子复合摩擦材料。
另外， 上述铸铁镶块按照重量来划分， 其主要成分包括 ：
1.5 ～ 3.0％的碳 C ； 1.2 ～ 2.7％的硅 Si ； 6.0 ～ 7.0％的锰 Mn ； ≤ 0.08 的铍 P ； ≤ 0.02％的硫 S ； ≤ 0.09％的镁 Mg。
在具体实现过程中， 所述的铸铁镶块侧面开有燕尾槽， 可增加高分子复合摩擦材 料与铸铁镶块间的粘结性， 如图 2 所示为本发明实施例所提供的铸铁镶块侧面的结构示意
图： 将铸铁镶块设计为楔形， 有助于压实物料 ； 为了保证压制过程中物料的流动性， 可以设 计铸铁镶块宽度小于钢背宽度， 一端与钢背对齐， 另一边留有约 10mm 空隙。
另外， 还可以进一步优化铸铁镶块在钢背的布局使其呈错落分布， 如图 3 所示为 本发明实施例所提供的铸铁镶块在钢背的分布示意图， 图 3 中铸铁镶块固定在闸瓦钢背之 下， 通过这样的分布就可保证铸铁镶块与整个金属踏面都有接触。
步骤 12 ： 通过冷压成型将高分子复合摩擦材料与所述铸铁镶块压制成整体， 构成 新型合成闸瓦的摩擦面。
在该步骤中， 冷压成型的工艺过程具体为 ： 将焊有所述铸铁镶块的钢背 ( 如图 3 所 示 ) 及所述高分子复合摩擦材料的闸瓦模具在液压压力机上加压， 并保压 120 秒以上以成 型， 再出料。
步骤 13 ： 对冷压成型的新型合成闸瓦进行固化， 并对摩擦体内弧面进行打磨处理 后， 获得具有铸铁镶块的所述新型合成闸瓦。
在该步骤中， 固化的工艺过程具体为 ： 将冷压成型的闸瓦在 100℃烘箱中保温 1 小 时， 然后升温至 170℃保温 4 小时， 再升温至 180℃保温 15 小时， 并在保温结束后打开所述 烘箱， 保持鼓风机正常运行， 通过空气冷却至 80℃以下后再出炉。 通过上述技术方案制作的新型合成闸瓦， 能够显著提高合成闸瓦的导热性能， 降 低合成闸瓦的热衰退， 保证合成闸瓦制动时具有稳定的摩擦性能 ； 同时在制动过程中， 可有 效传导车轮踏面与闸瓦摩擦体在制动过程中产生的摩擦热， 降低对车轮的热损伤， 防止车 轮热裂纹、 热龟裂、 热剥离产生。
同时， 本发明实施例还提供了一种新型合成闸瓦， 如图 4 所示为本实施例所提供 新型合成闸瓦的结构示意图， 所述新型合成闸瓦包括 ： 钢背 1， 铸铁镶块 2， 以及高分子复合 摩擦材料 3， 其中 ：
硬度、 摩擦性能与所述高分子复合摩擦材料 3 相匹配的铸铁镶块 2 焊接在钢背 1 的两端 ；
所述高分子复合摩擦材料 3 通过冷压成型与所述铸铁镶块 2 压制成整体， 构成新 型合成闸瓦的摩擦面 ；
对冷压成型的新型合成闸瓦进行固化， 并对摩擦体内弧面进行打磨处理后， 获得 具有铸铁镶块的所述新型合成闸瓦。
另外， 所述铸铁镶块 2 的侧面开有燕尾槽， 且所述铸铁镶块 2 设计成楔形， 具体如 图 2 所示的结构 ；
所述铸铁镶块 2 的宽度小于所述钢背的宽度， 其中一端与钢背对齐， 另一端留有 约 10mm 的空隙， 并使所述铸铁镶块 1 在所述钢背上均匀分布， 保证所述铸铁镶块 1 与整个 金属踏面都有接触。
综上所述， 本发明实施例能够显著提高合成闸瓦的导热性能， 降低合成闸瓦的热 衰退， 保证合成闸瓦制动时具有稳定的摩擦性能 ； 同时在制动过程中， 可有效传导车轮踏 面与闸瓦摩擦体在制动过程中产生的摩擦热， 降低对车轮的热损伤， 防止车轮热裂纹、 热龟 裂、 热剥离产生。
以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。