第五章_摩擦材料工艺设计

1、第五章第五章 摩擦材料工艺设计摩擦材料工艺设计 前言前言 当我们设计完摩擦材料成分后，还要按照一定的工艺把摩当我们设计完摩擦材料成分后，还要按照一定的工艺把摩 擦材料加工成型。本章还是以烧结摩擦材料为例，对摩擦擦材料加工成型。本章还是以烧结摩擦材料为例，对摩擦 材料的工艺设计进行讲述。材料的工艺设计进行讲述。 制造烧结摩擦材料的基本原则是要使其中金属基体和添加制造烧结摩擦材料的基本原则是要使其中金属基体和添加 剂相配合。金属基体具有必要的强度、耐磨性、耐热强度剂相配合。金属基体具有必要的强度、耐磨性、耐热强度 和塑性等性能，加入的添加剂是为了达到所需要的摩擦系和塑性等性能，加入的添加剂是为了达

2、到所需要的摩擦系 数值，防止粘结并使摩擦系数稳定。因此，烧结摩擦材料数值，防止粘结并使摩擦系数稳定。因此，烧结摩擦材料 是由金属和非金属粉末组成的的复合物。材料中非金属的是由金属和非金属粉末组成的的复合物。材料中非金属的 体积往往达到体积往往达到50-60%。高的非金属含量降低了金属基体。高的非金属含量降低了金属基体 的强度，恶化了粉末的压制性，要求烧结时施加压力。由的强度，恶化了粉末的压制性，要求烧结时施加压力。由 于烧结摩擦材料性脆，所以生产的制品有时加有强度高的于烧结摩擦材料性脆，所以生产的制品有时加有强度高的 钢背，摩擦层烧结在钢背的一面或两面上。钢背，摩擦层烧结在钢背的一面或两面上。

3、 制造摩擦制品工艺的基本工序制造摩擦制品工艺的基本工序 粉末和支承钢背的准备；粉末和支承钢背的准备； 混合料组分的混合；混合料组分的混合； 摩擦制品坯块的压制；摩擦制品坯块的压制； 制品在保护气体中加压烧结及产品最后加工制品在保护气体中加压烧结及产品最后加工(磨削，磨削， 切槽等切槽等)精整等。精整等。 1 粉末特性粉末特性 1.1 粒度粒度 原料的粒度组成不仅影响摩擦材料的物理原料的粒度组成不仅影响摩擦材料的物理-机械性能和机械性能和 使用性能，而且也影响材料成形的工艺性能。使用性能，而且也影响材料成形的工艺性能。 n 基体粉末粒度：基体粉末粒度：一般认为，细颗粒基体粉末具有大的表面一般认为

4、，细颗粒基体粉末具有大的表面 能，大的晶格畸变，因而烧结中具有高的活性。细金属粉能，大的晶格畸变，因而烧结中具有高的活性。细金属粉 末压制时接触表面大，烧结中扩散速度高，收缩量大，因末压制时接触表面大，烧结中扩散速度高，收缩量大，因 此用细金属粉末生产的制品具有较高的强度。此用细金属粉末生产的制品具有较高的强度。 n 添加剂粉末粒度：添加剂粉末粒度：存在一个最佳范围，如果粒度小于或大存在一个最佳范围，如果粒度小于或大 于此粒度范围，则磨损增大。于此粒度范围，则磨损增大。 n 摩擦剂粒度：摩擦剂粒度：存在一个最佳范围，太细的摩擦剂颗粒将使存在一个最佳范围，太细的摩擦剂颗粒将使 材料的强度降低，并

5、失去其摩擦性能；太粗的颗粒容易从材料的强度降低，并失去其摩擦性能；太粗的颗粒容易从 基体剥离下来，易造成磨粒磨损的磨损状态，反而增大工基体剥离下来，易造成磨粒磨损的磨损状态，反而增大工 件的磨损。而且，在选择摩擦剂形状方面，一般认为尖角件的磨损。而且，在选择摩擦剂形状方面，一般认为尖角 形的为佳。形的为佳。 1.2 粉末的补充处理粉末的补充处理 1.2.1 还原退火还原退火 在准备摩擦材料的粉末原料时，通常注意的重要因素之一是粉末的在准备摩擦材料的粉末原料时，通常注意的重要因素之一是粉末的 纯度纯度含氧量。因此，铁粉或铜粉在混料前常常要在氢气或其它还含氧量。因此，铁粉或铜粉在混料前常常要在氢气

6、或其它还 原性气体中进行补充还原。原性气体中进行补充还原。 粉末的含氧量主要决定于粉末的制造方法。电解铜粉和镍粉的含氧粉末的含氧量主要决定于粉末的制造方法。电解铜粉和镍粉的含氧 量不超过量不超过O.5%，还原铁粉的含氧量达，还原铁粉的含氧量达1.5-2%甚至更高。在摩擦制品甚至更高。在摩擦制品 生产中，对含氧量在生产中，对含氧量在1%以下的铁粉，及含氧量在以下的铁粉，及含氧量在0.2%以下的铜粉和以下的铜粉和 镍粉，通常不必进行还原退火。上述含氧量对于粉末工艺性能镍粉，通常不必进行还原退火。上述含氧量对于粉末工艺性能(压缩压缩 性、成形性、松装密度性、成形性、松装密度)和生产的零件性能没有很大

7、的影响。和生产的零件性能没有很大的影响。 大多使用连续式或间歇式的电炉来还原金属粉末。也可用竖式烧结大多使用连续式或间歇式的电炉来还原金属粉末。也可用竖式烧结 炉，专用还原炉等其它炉子。炉，专用还原炉等其它炉子。 还原粉末料层的高度不应超过还原粉末料层的高度不应超过40-50毫米。高于这一厚度则要求延长毫米。高于这一厚度则要求延长 保温时间，因料层过厚将使还原气体进入粉末底层发生困难。保温时间，因料层过厚将使还原气体进入粉末底层发生困难。 金属粉末的还原工艺随不金属粉末、粉末原始状态及金属粉末的还原工艺随不金属粉末、粉末原始状态及 对还原粉末的对还原粉末的 要求而定。铁粉还原温度为要求而定。铁

8、粉还原温度为600-700，镍粉还原温度为，镍粉还原温度为600-700， 铜粉还原温度为铜粉还原温度为400-450。 为防止粉末氧化，有时将金属粉术加以特别处理。例如，用疏水剂或为防止粉末氧化，有时将金属粉术加以特别处理。例如，用疏水剂或 稳定剂加以处理。使用稳定剂能防止粉末颗粒表面吸附水分。可大大稳定剂加以处理。使用稳定剂能防止粉末颗粒表面吸附水分。可大大 提高电解铜粉的抗腐蚀性和抗氧比性。提高电解铜粉的抗腐蚀性和抗氧比性。 1.2.2 干燥干燥 干燥的基本作用在于减少粉末中水分含量，使粉末容易过干燥的基本作用在于减少粉末中水分含量，使粉末容易过 筛。基本上只对非金属粉末筛。基本上只对非

9、金属粉末(摩擦剂、石墨、硫酸钡摩擦剂、石墨、硫酸钡)或锡或锡 和铅进行干燥。通常在干燥箱中，不用保护气体，温度和铅进行干燥。通常在干燥箱中，不用保护气体，温度 120-150，有时，有时180进行干燥。被干燥的粉末装入盘进行干燥。被干燥的粉末装入盘 中，装料厚度选中，装料厚度选50毫米，在上述温度下保持毫米，在上述温度下保持2-3小时。干小时。干 燥过程中要对粉末加以翻动。燥过程中要对粉末加以翻动。 1.2.3 煅烧煅烧 本工序的基本任务是排除非金属组分的晶间和晶内的本工序的基本任务是排除非金属组分的晶间和晶内的 水分。对摩擦剂水分。对摩擦剂(二氧化硅，氧化铝，蓝晶石，硅线石等二氧化硅，氧化铝

10、，蓝晶石，硅线石等 矿物质，石棉等矿物质，石棉等)要进行煅烧。有时为去掉杂质、重晶石要进行煅烧。有时为去掉杂质、重晶石 也要进行煅烧。煅烧通常在空气中于一定温度下进行。例也要进行煅烧。煅烧通常在空气中于一定温度下进行。例 如，石棉的煅烧温度为如，石棉的煅烧温度为950-1000或或1100，氧化铝的，氧化铝的 煅烧温度为煅烧温度为1300，重晶石，重晶石(预先用浮选法精选预先用浮选法精选)的煅烧温的煅烧温 度为度为700等。煅烧时间等。煅烧时间1-3小时，可以用任何结构炉子。小时，可以用任何结构炉子。 1.2.4 过筛过筛 为了获得规定粒度组成的粉末，可将粉末通过一定尺度的为了获得规定粒度组成

11、的粉末，可将粉末通过一定尺度的 筛子过筛。筛下粉末用来准备配料。筛上粉末可进一步研筛子过筛。筛下粉末用来准备配料。筛上粉末可进一步研 磨。粉末的粒度由每磨。粉末的粒度由每配料组分要求确定。为了分出和使配料组分要求确定。为了分出和使 用某一粒级的粉末，可将粉末二次过筛或同时经二级蹄筛用某一粒级的粉末，可将粉末二次过筛或同时经二级蹄筛 子过筛，生产中经常对摩擦剂进行这样的筛分，以防止细子过筛，生产中经常对摩擦剂进行这样的筛分，以防止细 颗粒扮末进入配料中。配料中采用通过第一个筛子和留在颗粒扮末进入配料中。配料中采用通过第一个筛子和留在 第二个筛子上的粒级粉末。第二个筛子上的粒级粉末。 2 混合料的

12、制备混合料的制备 目的目的：主要是为了得到混合均匀的原料，混合料中各组分均匀：主要是为了得到混合均匀的原料，混合料中各组分均匀 分布保证了粉末片几何尺寸的稳定，同时也保证得到具有均匀分布保证了粉末片几何尺寸的稳定，同时也保证得到具有均匀 组织和同一而稳定的物理组织和同一而稳定的物理-机械性能和使用性能的摩擦产品。机械性能和使用性能的摩擦产品。 松装密度松装密度：表征混合料均匀度最敏感的指标为松装密度，它是：表征混合料均匀度最敏感的指标为松装密度，它是 在规定条件下粉末自由填充单位容积的质量，它随混合均匀度在规定条件下粉末自由填充单位容积的质量，它随混合均匀度 增加而增大，并达到给定成分的常数值

13、。增加而增大，并达到给定成分的常数值。 混合设备混合设备：锥形混料机、螺旋及离心混料机、球磨机及搅动式：锥形混料机、螺旋及离心混料机、球磨机及搅动式 混料机等混料设备。混料机等混料设备。 装粉量：装粉量：建议不超过其容积的建议不超过其容积的1/3。 混合时间混合时间：通过试验来确定，并取决于采用的混合设备的类型：通过试验来确定，并取决于采用的混合设备的类型 和材料的成分。和材料的成分。 在某些情况下为强化粉末混合过程采用了在某些情况下为强化粉末混合过程采用了研磨体研磨体（金属和瓷的（金属和瓷的 球、圆棒等球、圆棒等)。但是使用研磨体会引起金属粉末加工硬化及颗粒。但是使用研磨体会引起金属粉末加工

14、硬化及颗粒 的球化，从而降低粉末的压制性。此外，还可能使粉末，首先的球化，从而降低粉末的压制性。此外，还可能使粉末，首先 是非金属组分的颗粒磨碎，这在某些情况下是不希望的。是非金属组分的颗粒磨碎，这在某些情况下是不希望的。 2.1 混料均匀度测试方法混料均匀度测试方法 用化学分析或光谱分析方法测定混料机中不同部位的混合料用化学分析或光谱分析方法测定混料机中不同部位的混合料 成分。成分。 测定松装密度。测定松装密度。 金相分析法。金相分析法。 测量压坯的高度。根据压坯高度测量压坯的高度。根据压坯高度-混合时间图上确定的压坯高混合时间图上确定的压坯高 度，确定混合的结束时间。度，确定混合的结束时间

15、。 测量烧结材料的密度以及复压前后试样高度与混合时间的关测量烧结材料的密度以及复压前后试样高度与混合时间的关 系。这一关系曲线的形态与混合料松装密度的变化相似。系。这一关系曲线的形态与混合料松装密度的变化相似。 2.2 组分含量确定方法组分含量确定方法 为了得到给定化学成分的制品，不仅要使加入其中的各组为了得到给定化学成分的制品，不仅要使加入其中的各组 分均匀混合，还必须正确选定它们的数量。为此，要进行分均匀混合，还必须正确选定它们的数量。为此，要进行 配料计算。完成配料计算需要以下原始资料：制品规定的配料计算。完成配料计算需要以下原始资料：制品规定的 各组分百分含量；每一组分在生产各工序中最

16、大可能的损各组分百分含量；每一组分在生产各工序中最大可能的损 失百分率；总配料量。失百分率；总配料量。 根据以下考虑，计算出混合料各组分的百分含量。对无固根据以下考虑，计算出混合料各组分的百分含量。对无固 定损失的组分，通常按烧结制品化学成分中该组分的平均定损失的组分，通常按烧结制品化学成分中该组分的平均 百分含量取用。对有固定损失的组分，混合料中的百分含百分含量取用。对有固定损失的组分，混合料中的百分含 量这样计算：取该组分在最终化学成分中的最低百分含量量这样计算：取该组分在最终化学成分中的最低百分含量 和该组分最大可能的损失率。根据这些数值就能确定，各和该组分最大可能的损失率。根据这些数值

17、就能确定，各 组分在混合料中应加的数量是多少组分在混合料中应加的数量是多少(百分率百分率)，以便在已知，以便在已知 的最大损失率的情况下，仍能在产品中得到该成分规定的的最大损失率的情况下，仍能在产品中得到该成分规定的 最低含量。最低含量。 2.3 其它添加剂其它添加剂 为防止混合料的偏析和减少混料机卸料及压模装料时的粉尘飞扬，也为防止混合料的偏析和减少混料机卸料及压模装料时的粉尘飞扬，也 为了有利于压制作业，往混合料中加入专门的润滑剂。通常用作润滑为了有利于压制作业，往混合料中加入专门的润滑剂。通常用作润滑 剂的有：矿物油，硬脂酸锌，硬脂酸锂，十二醇及硬脂酸酒精溶液，剂的有：矿物油，硬脂酸锌，

18、硬脂酸锂，十二醇及硬脂酸酒精溶液， 加入的数量为加入的数量为0.05-0.2%。有时建议在混料机加入添加组分以前，将。有时建议在混料机加入添加组分以前，将 油加到基体金属粉末中，使其颗粒表面覆上薄层润滑剂。在某些情况油加到基体金属粉末中，使其颗粒表面覆上薄层润滑剂。在某些情况 下，往混合料中加入数量为配料量下，往混合料中加入数量为配料量1%的汽油。的汽油。 如果摩檫材料采用通过挤压嘴的粉浆挤压方法生产时，混合料中要加如果摩檫材料采用通过挤压嘴的粉浆挤压方法生产时，混合料中要加 入增塑剂，这些增塑剂在烧结中可以排除。如在制造铜基摩擦材料时，入增塑剂，这些增塑剂在烧结中可以排除。如在制造铜基摩擦材

19、料时， 采用了硅有机树脂作增塑剂，它在烧结中可分解。采用了硅有机树脂作增塑剂，它在烧结中可分解。 制备好的混合料一般保存在密闭料桶中。有时料桶中还放置包有硅胶制备好的混合料一般保存在密闭料桶中。有时料桶中还放置包有硅胶 的小布袋以便防潮。混合料保存期限通常都在相应的工艺说明书或卡的小布袋以便防潮。混合料保存期限通常都在相应的工艺说明书或卡 片上说明。片上说明。 3 支撑钢背的准备支撑钢背的准备 用途：用途： 烧结摩擦材料具有高的耐磨性，由于磨损速度小，烧结摩擦材料具有高的耐磨性，由于磨损速度小， 摩擦零件粉末层厚度不超过摩擦零件粉末层厚度不超过0.5-5毫米。含有大量非金属毫米。含有大量非金属

20、 成分的材料，强度不够高，特别在受到冲击负荷时。因此，成分的材料，强度不够高，特别在受到冲击负荷时。因此， 在制造这样厚度的零件时，一定要用强度好的金属底垫加在制造这样厚度的零件时，一定要用强度好的金属底垫加 强。通常使用具有相应尺寸和形状的钢背作为零件的加强强。通常使用具有相应尺寸和形状的钢背作为零件的加强 元件。元件。 钢背与粉末片的结合方法：钢背与粉末片的结合方法： 锡焊或银焊，但这种方法在摩擦零件工作过程的温度下，锡焊或银焊，但这种方法在摩擦零件工作过程的温度下， 保证不了足够的结合强度；保证不了足够的结合强度； 直接接合法，但粘结质量并不稳定。直接接合法，但粘结质量并不稳定。 防氧化

21、法：使粉末压坯与钢背的成形和结合均在防止粉末防氧化法：使粉末压坯与钢背的成形和结合均在防止粉末 片孔隙吸附氧化蒸汽或气体的条件下实现。用这种方法时片孔隙吸附氧化蒸汽或气体的条件下实现。用这种方法时 要求控制工作场所的气氛，要求控制工作场所的气氛， 加热粉末片法：目的是排除吸附的气体或蒸汽并实行烧结加热粉末片法：目的是排除吸附的气体或蒸汽并实行烧结 (如果压块未曾烧结时），以防止粉末片与钢背接合之前如果压块未曾烧结时），以防止粉末片与钢背接合之前 氧化蒸汽或气体进入它们中间。氧化蒸汽或气体进入它们中间。 防止支承钢背氧化和腐蚀法：让与粉末片相接合的钢背表防止支承钢背氧化和腐蚀法：让与粉末片相接合

22、的钢背表 面镀覆一层保护金属薄膜，薄膜通常采用电镀的方法，可面镀覆一层保护金属薄膜，薄膜通常采用电镀的方法，可 用铜、镍、银。用铜、镍、银。 4 压制工艺压制工艺 为了将粉末混合料制造成为给定形状及尺寸的制了将粉末混合料制造成为给定形状及尺寸的制 品，粉末混合料须在压模内进行压制。经过压制品，粉末混合料须在压模内进行压制。经过压制 可得到考虑了后继工序可得到考虑了后继工序(烧结，机加工）余量的并烧结，机加工）余量的并 与成品相适应的给定尺寸和形状的压坯。在压制与成品相适应的给定尺寸和形状的压坯。在压制 过程中，模腔内的粉末总是趋向于向各个方向流过程中，模腔内的粉末总是趋向于向各个方向流 动，但

23、又受到模壁的阻碍。对阴模模壁便产生粉动，但又受到模壁的阻碍。对阴模模壁便产生粉 末的侧压力，由于粉末颗粒内摩擦的缘故，侧压末的侧压力，由于粉末颗粒内摩擦的缘故，侧压 力只等于所施加的压制压力的几分之一。粉末颗力只等于所施加的压制压力的几分之一。粉末颗 粒与模壁之间的摩擦，导致在整个压坯高度上的粒与模壁之间的摩擦，导致在整个压坯高度上的 压力降低，结果使压坯各部分粉末压制密度不均压力降低，结果使压坯各部分粉末压制密度不均 匀。匀。 压制过程：压制过程： 按三个基本阶段进行：按三个基本阶段进行： n 使粉末颗粒作相对移动引起密度增大；使粉末颗粒作相对移动引起密度增大； n 粉末颗粒变形，以及由于颗

24、粒表面氧化薄膜破坏颗粒间金属接触的增粉末颗粒变形，以及由于颗粒表面氧化薄膜破坏颗粒间金属接触的增 加；加； n 颗粒内部某些个别区域的变形、强化颗粒内部某些个别区域的变形、强化(加工硬化加工硬化)。 脱模压力为压制压力的脱模压力为压制压力的20-35% 压制效果压制效果：是根据诸如压制密度：是根据诸如压制密度(孔隙度孔隙度)和机械强度等性能和机械强度等性能 来判断，所使用压制压力越大，密度也就越大，而密度又来判断，所使用压制压力越大，密度也就越大，而密度又 直接影响压件的强度性能。直接影响压件的强度性能。 铁基铁基铜基铜基 压坯强度压坯强度： 取决于粉料组分，颗粒形状，金属颗粒的表面大小及取决

25、于粉料组分，颗粒形状，金属颗粒的表面大小及 状态。孔隙度越低，颗粒形状越复杂，颗粒表面越清洁，状态。孔隙度越低，颗粒形状越复杂，颗粒表面越清洁， 粉末分散度越大，非金属成分越低，其压坯强度就越大。粉末分散度越大，非金属成分越低，其压坯强度就越大。 4.1 工艺流程工艺流程 流程流程：制备给定成分的粉料：制备给定成分的粉料压制平的粉末片压制平的粉末片(环状的环状的 或弧形的或弧形的)将粉末片与支承钢背组装在一起将粉末片与支承钢背组装在一起加压加压 烧结烧结烧结粉末片的机加工烧结粉末片的机加工(磨、切螺旋的或径向的油磨、切螺旋的或径向的油 槽等槽等)。 优点：优点：压模简单，工艺设备简单压模简单，

26、工艺设备简单 缺点：缺点：压制过程生产率低，压机每压一次只生产一块粉末件；压制过程生产率低，压机每压一次只生产一块粉末件； 手工叠装粉末片与钢背劳动强度大，生产率也低，由于压手工叠装粉末片与钢背劳动强度大，生产率也低，由于压 件机械强度低，所以叠装粉末片与钢背的过程不可能机械件机械强度低，所以叠装粉末片与钢背的过程不可能机械 化；钢背必须进行研磨；支承钢背与粉末片容易发生位移，化；钢背必须进行研磨；支承钢背与粉末片容易发生位移， 很难避免废品；大量的摩擦片材料浪费在为机加工留的余很难避免废品；大量的摩擦片材料浪费在为机加工留的余 量上量上(达达80-100%)；在加工烧结好的制品中，工具磨损很

27、；在加工烧结好的制品中，工具磨损很 大；机加工过程的劳动强度大。大；机加工过程的劳动强度大。 流程流程：本方法与上述方法的不同之处在于所压制出的不是本方法与上述方法的不同之处在于所压制出的不是 平的而是工作面有螺旋油槽的粉末片，压制是在具有专门平的而是工作面有螺旋油槽的粉末片，压制是在具有专门 模冲的压模中进行的。在某些情况下，烧结后要进行重压，模冲的压模中进行的。在某些情况下，烧结后要进行重压， 从而得到所必需的摩擦层厚度及油槽最终的几何形状。从而得到所必需的摩擦层厚度及油槽最终的几何形状。 优点：优点：不需要摩擦盘粉末层的机加工，从而也就不存在与加不需要摩擦盘粉末层的机加工，从而也就不存在

28、与加 工有关的缺点；工有关的缺点； 缺点：缺点：前述方法的头五个缺点该方法还是有的。此外，由于前述方法的头五个缺点该方法还是有的。此外，由于 带油槽的压件强度低，压制、运输和叠装时的废品率高，带油槽的压件强度低，压制、运输和叠装时的废品率高， 用此方珐实际上不可能制造大型粉末片用此方珐实际上不可能制造大型粉末片(大于大于300毫米者）。毫米者）。 流程流程：配制粉料，压制平的粉末片，将粉末片与研磨过的配制粉料，压制平的粉末片，将粉末片与研磨过的 钢背组装起来，加压烧结并同时靠钢制油槽工艺环在粉末钢背组装起来，加压烧结并同时靠钢制油槽工艺环在粉末 片上冲压成油槽。片上冲压成油槽。 优点：优点：在

29、进行烧结摩擦盘的同时冲压粉末片上油槽的方法实在进行烧结摩擦盘的同时冲压粉末片上油槽的方法实 际上可免去粉末片的机加工，此外，用这种方法所制得的际上可免去粉末片的机加工，此外，用这种方法所制得的 摩擦盘在许多情况下其耐磨性远大于其油槽是靠机加工完摩擦盘在许多情况下其耐磨性远大于其油槽是靠机加工完 成的摩擦的耐磨性。成的摩擦的耐磨性。 缺点：缺点：这个方法也不能消除前两种工艺方案所谈到的头五个这个方法也不能消除前两种工艺方案所谈到的头五个 缺点。除上述缺点外还应当指出的是，用来制造油槽工艺缺点。除上述缺点外还应当指出的是，用来制造油槽工艺 环的耐热钢的消耗且大；现有钢的耐热强度低，这就使工环的耐热

30、钢的消耗且大；现有钢的耐热强度低，这就使工 艺环的几何形状会发生变化，从而冲压油槽工艺环用的耐艺环的几何形状会发生变化，从而冲压油槽工艺环用的耐 热钢必须经常更换热钢必须经常更换(烧结烧结15-20次次)；复杂形状的工艺环的；复杂形状的工艺环的 机加工劳动强度大。机加工劳动强度大。 流程流程：摩擦材料混合粉料要压在支承钢背上：摩擦材料混合粉料要压在支承钢背上(一面或两面一面或两面)， 在加压烧结后，进行粉末片的机加工。在加压烧结后，进行粉末片的机加工。 优点：优点：生产率高生产率高(压机每压一次生产两个粉末片压机每压一次生产两个粉末片)，粉末片与，粉末片与 钢背的叠装得到了简化，消除了压制层相

31、对钢背的位移，钢背的叠装得到了简化，消除了压制层相对钢背的位移， 缺点：缺点：仍然保留了与粉末片机加工有关的一些缺点。此外，仍然保留了与粉末片机加工有关的一些缺点。此外， 将粉末片压制在支承钢背上只能用于比较小的零件。当摩将粉末片压制在支承钢背上只能用于比较小的零件。当摩 擦盘的尺寸大于擦盘的尺寸大于200毫米时，零件制造过程复杂，同时也毫米时，零件制造过程复杂，同时也 恶化了劳动条件。恶化了劳动条件。 流程流程：使该方法时，粉末片从两面压到支承钢背上的同时：使该方法时，粉末片从两面压到支承钢背上的同时 形成油槽，随后加压烧结并采用平的中间垫环；形成油槽，随后加压烧结并采用平的中间垫环； 优点

32、：优点：生产率高，不存在上述方法所固有的缺点，在大规模生产率高，不存在上述方法所固有的缺点，在大规模 生产的情况下可大大地降低零件的生产成本。用这种方法生产的情况下可大大地降低零件的生产成本。用这种方法 制造的零件实际上不需要机加工。流程制造的零件实际上不需要机加工。流程V的另一优越性是的另一优越性是 可以直接使用没有研磨的支承钢背；可以直接使用没有研磨的支承钢背； 缺点：缺点：该方法的缺点是压模结构比较复杂，而且支承钢背要该方法的缺点是压模结构比较复杂，而且支承钢背要 进行两层电镀进行两层电镀(镀铜和镀锡镀铜和镀锡)。 4.2 压模类型压模类型 压模结构取决于制造摩擦制品的工艺流程、制品的形

33、状及尺寸、压模结构取决于制造摩擦制品的工艺流程、制品的形状及尺寸、 压机及称料装置的类型、生产连续性及某些其他因素。根据一系列的压机及称料装置的类型、生产连续性及某些其他因素。根据一系列的 特征，压模可按下列方式分类：特征，压模可按下列方式分类： 按使用特点可分为固定压模和可拆压模；按粉末充填模腔的原则可分按使用特点可分为固定压模和可拆压模；按粉末充填模腔的原则可分 为重量装粉压模和容量装粉压模；为重量装粉压模和容量装粉压模； 按压制原则可分为单向压制压模和双向压制压模；按阴模结构可分为按压制原则可分为单向压制压模和双向压制压模；按阴模结构可分为 整体压模，拼合压模或者说组合压模；整体压模，拼

34、合压模或者说组合压模； 按成形位的数量可分为单工位压模和多工位压模；按成形位的数量可分为单工位压模和多工位压模； 按所使用的压机类型可分为专用压机压模和非专门压机压模；按所使用的压机类型可分为专用压机压模和非专门压机压模； 按压制方法可分为手动压模和自动压慎；按压制方法可分为手动压模和自动压慎； 按压制品的层数可分为压单层制品用压模和压多层制品用压模；按压制品的层数可分为压单层制品用压模和压多层制品用压模； 按对压制进程的控制可分为限位器压制压模和按最终压力压制压模；按对压制进程的控制可分为限位器压制压模和按最终压力压制压模； 按压制品的外形复杂程度可分为简单形状压件的压模和复杂形状压件按压制

35、品的外形复杂程度可分为简单形状压件的压模和复杂形状压件 的压模。的压模。 另外还有摩擦材料制品专用压模，这种专用模便是将粉末层从一面另外还有摩擦材料制品专用压模，这种专用模便是将粉末层从一面 (单面压结法单面压结法)以及从两面以及从两面(双面压结法双面压结法)压到支承钢背上用的压模。压到支承钢背上用的压模。 压模材料选择：与一般模具材料选择类似，这里不再论述。压模材料选择：与一般模具材料选择类似，这里不再论述。 4.3 压制条件压制条件 铜基材料铜基材料：铜基材料零件的成形压力通常都不太高，一般为：铜基材料零件的成形压力通常都不太高，一般为 1.5-2.0吨厘米吨厘米2，此时压件的孔隙度为，此

36、时压件的孔隙度为30-35%。在加压。在加压 烧结后可降低到所要求的孔隙度。当粉末片比较厚，特别烧结后可降低到所要求的孔隙度。当粉末片比较厚，特别 是在钢背的两面压结时所需要的压制压力可达是在钢背的两面压结时所需要的压制压力可达3吨厘米吨厘米2 或更高些。压制设备可选择液压机等。或更高些。压制设备可选择液压机等。 铁基材料铁基材料：铁基材料粉末片的压制压力要大一些，一股为：铁基材料粉末片的压制压力要大一些，一股为3- 6吨厘米吨厘米2，这主要是因为铁基材料中含有大量的难压制，这主要是因为铁基材料中含有大量的难压制 的非金属组分。此外，还因为这种材料的主要组分的非金属组分。此外，还因为这种材料的

37、主要组分铁铁 的压制性能比铜粉的压制性能差。的压制性能比铜粉的压制性能差。 压制压力影响因素压制压力影响因素 组分的颗粒形状和粒度；组分的颗粒形状和粒度； 添加剂颗粒形状和粒度；添加剂颗粒形状和粒度； 添加剂含量；添加剂含量； 压制料的多少。压制料的多少。 通常是针对具体情况，结合所费工夫及用料多少，根据经验通常是针对具体情况，结合所费工夫及用料多少，根据经验 来选择的来选择的 优质粉末片在压制过程中遵守条件优质粉末片在压制过程中遵守条件： 模冲、衬垫及阴模端部表面必须经过研磨加工并严格保持平行；模冲、衬垫及阴模端部表面必须经过研磨加工并严格保持平行； 压制区域模壁的磨损量不得大到妨碍粉末片脱

38、模的程度；压制区域模壁的磨损量不得大到妨碍粉末片脱模的程度； 相配合零件的间隙不得超过容许公差，相配合零件的间隙不得超过容许公差， 以防止形成毛边，漏粉以防止形成毛边，漏粉 或在模冲和阴模之间嵌进粉料。模冲或在模冲和阴模之间嵌进粉料。模冲阴模及模冲阴模及模冲芯棒这芯棒这 些相配零件最好是根据对所压制零件的要求及粉料的组分和性质些相配零件最好是根据对所压制零件的要求及粉料的组分和性质 的不同按照二级和三级精度转配合以及二级精度紧转配合和轻转的不同按照二级和三级精度转配合以及二级精度紧转配合和轻转 配合。上述零件的配合通常按基孔制设计。配合。上述零件的配合通常按基孔制设计。 压机支承梁和上梁均应齐

39、平，其端表面应当水平平行而横梁本身压机支承梁和上梁均应齐平，其端表面应当水平平行而横梁本身 应当紧紧地压在柱塞及机座的支承表面上。通过专门检查压机工应当紧紧地压在柱塞及机座的支承表面上。通过专门检查压机工 作面来发现横梁是否倾斜。检查是通过在多处测量压机上梁与下作面来发现横梁是否倾斜。检查是通过在多处测量压机上梁与下 部工作台间的距离进行的。不平行度不得超过部工作台间的距离进行的。不平行度不得超过0.02毫米。如果通毫米。如果通 过在压机上粱下面放置垫板来消除不平行度，会导致支承梁的变过在压机上粱下面放置垫板来消除不平行度，会导致支承梁的变 形，而支承梁的变形又会引起所压制的粉末片的厚度发生变

40、化。形，而支承梁的变形又会引起所压制的粉末片的厚度发生变化。 为了防止压制好的粉末片在脱模时发生偏斜，脱模器推杆的轴线为了防止压制好的粉末片在脱模时发生偏斜，脱模器推杆的轴线 应当完全符合压模瞠冲的中心，并与阴模的放置面相垂直。应当完全符合压模瞠冲的中心，并与阴模的放置面相垂直。 4.4 压制废品压制废品 使用设计不良。有毛病或过度磨损的压模，违反粉料制备使用设计不良。有毛病或过度磨损的压模，违反粉料制备 条件以及压制操作规程，都可能产生不合格的粉末片或制品。压条件以及压制操作规程，都可能产生不合格的粉末片或制品。压 制时常见的废品有：脱模时断裂、形成分层裂纹、缺口、剥落及制时常见的废品有：脱

41、模时断裂、形成分层裂纹、缺口、剥落及 高度不合格等。高度不合格等。 由于压制过程产生的弹性应力大，特别是压制非金属粉末由于压制过程产生的弹性应力大，特别是压制非金属粉末 时产生的弹性应力更大、脱模时往往需要很大的压力。脱模时，时产生的弹性应力更大、脱模时往往需要很大的压力。脱模时， 会产生极不均匀的应力，这种应力可能超过压制零件的实际强度，会产生极不均匀的应力，这种应力可能超过压制零件的实际强度， 从而导致脱模时产生断裂。建议采取以下措施以防止粉末片在脱从而导致脱模时产生断裂。建议采取以下措施以防止粉末片在脱 模时断裂：模时断裂： l 降低脱模压力。要降低脱模压力就要：降低压制压力；改善阴模降

42、低脱模压力。要降低脱模压力就要：降低压制压力；改善阴模 模壁的润滑；采用带有锥度的阴模，以便脱模时应力消除除能发模壁的润滑；采用带有锥度的阴模，以便脱模时应力消除除能发 生在压件的大部分面积上；改进阴模壁的加工精度；采用刚度更生在压件的大部分面积上；改进阴模壁的加工精度；采用刚度更 大的压模结构；采用能够承担脱模零件部分反作用力的装置；在大的压模结构；采用能够承担脱模零件部分反作用力的装置；在 脱模前或脱模同时将芯棒除去；采用可拆阴模和芯棒。脱模前或脱模同时将芯棒除去；采用可拆阴模和芯棒。 l 提高压坯强度。可通过如下途径来提高压坯强度：少用润滑剂或提高压坯强度。可通过如下途径来提高压坯强度：

43、少用润滑剂或 采用合适的润滑剂；采用颗粒不太规则的粉末；添加其他强度更采用合适的润滑剂；采用颗粒不太规则的粉末；添加其他强度更 大的粉末；添加粘接剂。大的粉末；添加粘接剂。 5 烧结工艺烧结工艺 在烧结过程中，构成原始粉料的物质颗粒聚合体转变为由在烧结过程中，构成原始粉料的物质颗粒聚合体转变为由 金属基体及包含于金属基体中金属的、非金属的及金属间金属基体及包含于金属基体中金属的、非金属的及金属间 的夹杂物质组成的假合金。在烧结过程中，所烧结的材料的夹杂物质组成的假合金。在烧结过程中，所烧结的材料 会变得密实，如果粉末摩擦层是放在钢背上烧结，摩擦层会变得密实，如果粉末摩擦层是放在钢背上烧结，摩擦

44、层 会粘结在钢背上。粉末颗粒的密实和烧结及与钢背的粘结会粘结在钢背上。粉末颗粒的密实和烧结及与钢背的粘结 均为扩散过程的结果。加热至高温，施加压力，创造还原均为扩散过程的结果。加热至高温，施加压力，创造还原 气氛或惰性气氛气氛或惰性气氛(氢、一氧化碳、氩、氮等氢、一氧化碳、氩、氮等)均能促进扩散均能促进扩散 过程。过程。 烧结过程变化烧结过程变化 形成新的化合物；形成新的化合物； 惰性杂质保留；惰性杂质保留； 氧化气氛中金属等的氧化；氧化气氛中金属等的氧化； 还原气氛中氧化铁、氧化铜及氧化镍的还原；还原气氛中氧化铁、氧化铜及氧化镍的还原； 孔隙率的改变；孔隙率的改变； 强度、硬度等力学性能提高

45、；强度、硬度等力学性能提高； 摩擦学性能改善；摩擦学性能改善； 烧结工艺参数：烧结工艺参数： 烧结温度：试验确定，只有超过某一临界温度时，摩擦材烧结温度：试验确定，只有超过某一临界温度时，摩擦材 料粉末间才能形成足够牢固的粘结。粉末片压件的烧结是料粉末间才能形成足够牢固的粘结。粉末片压件的烧结是 形成成品所需的组织、几何尺寸及性能的主要工序，并取形成成品所需的组织、几何尺寸及性能的主要工序，并取 决于温度。对青铜基材料来说，烧结温度变化于决于温度。对青铜基材料来说，烧结温度变化于650- 950，而对铁基材料来说则可能高达，而对铁基材料来说则可能高达1150。烧结温度。烧结温度 与粉末制品制造

46、过程其他工艺参数相类似，它与材料的化与粉末制品制造过程其他工艺参数相类似，它与材料的化 学成分、材料的用途、零件的结构特点及使用条件有关，学成分、材料的用途、零件的结构特点及使用条件有关， 常通过实验方法来选定。常通过实验方法来选定。 烧结时间：而烧结时间则由试样的尺寸及成分决定，另外烧结时间：而烧结时间则由试样的尺寸及成分决定，另外 还与烧结温度及试样的孔隙率相关。在同一温度下，随着还与烧结温度及试样的孔隙率相关。在同一温度下，随着 烧结时所加压力的增大，试件的收缩也急剧增大。在压力烧结时所加压力的增大，试件的收缩也急剧增大。在压力 不变的情况下，随着烧结温度的升高，收缩增大得不那么不变的情

47、况下，随着烧结温度的升高，收缩增大得不那么 急剧。急剧。 烧结气氛烧结气氛 烧结压力烧结压力 烧结升温速度及烧结保温后的冷却速度。烧结升温速度及烧结保温后的冷却速度。 6 烧结制品的辅助工序烧结制品的辅助工序 6.1 复压复压 复压是最常用于烧结摩擦材料的工序之一。当一次烧结不复压是最常用于烧结摩擦材料的工序之一。当一次烧结不 加压的情况下进行时，便把该工序作为主要工序。通过复加压的情况下进行时，便把该工序作为主要工序。通过复 压可制得给定密度的制品。如果摩擦制品是在加压情况下压可制得给定密度的制品。如果摩擦制品是在加压情况下 烧结的，那么复压便是辅助工序，目的在于校正弯曲，消烧结的，那么复压

48、便是辅助工序，目的在于校正弯曲，消 除由于硬度低、厚度大所引起的废品。通常，由于加压烧除由于硬度低、厚度大所引起的废品。通常，由于加压烧 结时制品变形度极小，所以把复压这道工序称作精整。结时制品变形度极小，所以把复压这道工序称作精整。 由于零件的原始密度及用途不同，补充变形加工可用钢模，由于零件的原始密度及用途不同，补充变形加工可用钢模， 也可不用钢模，可加热也可不加热。加工条件、工具、设也可不用钢模，可加热也可不加热。加工条件、工具、设 备均视具体情况而定。有时无压烧结的制件进行复压所采备均视具体情况而定。有时无压烧结的制件进行复压所采 用的压力与第一次压制时相同用的压力与第一次压制时相同(

49、对青铜基材料为对青铜基材料为1.5-2.5吨吨 厘米厘米2，对铁基材料可达，对铁基材料可达8吨厘米吨厘米2)；这可大大地提高；这可大大地提高 强度和材料的摩擦系数。强度和材料的摩擦系数。 6.2 浸渍浸渍 浸油处理：用于润滑剂的供给受限制及工作条件浸油处理：用于润滑剂的供给受限制及工作条件( (特别是特别是 负荷负荷) )要求不高的摩擦装置中。要求不高的摩擦装置中。 浸玻璃：多孔骨架用混合有细分散玻璃颗粒的硅树脂浸渍。浸玻璃：多孔骨架用混合有细分散玻璃颗粒的硅树脂浸渍。 浸树脂：火车制动片（用含石墨浸树脂：火车制动片（用含石墨0.3-3%0.3-3%、硫、硫0.3-3%0.3-3%的铁基的铁基

50、 多孔摩擦材料浸渍热树脂而制成）。多孔摩擦材料浸渍热树脂而制成）。 浸铜：起重机制动套。浸铜：起重机制动套。 浸铅：减磨材料。浸铅：减磨材料。 浸油脂。浸油脂。 6.3 机械加工机械加工 切油槽；切油槽； 切凹槽：将烧结件弯曲为所要求弧度前进行；切凹槽：将烧结件弯曲为所要求弧度前进行； 钻铆钉眼；钻铆钉眼； 环状粉末片的车削环状粉末片的车削(车内、外径车内、外径)； 摩擦零件钢背上切齿、切缝或开槽；摩擦零件钢背上切齿、切缝或开槽； 表面磨削加工：平行度；表面磨削加工：平行度； 磨光：如用刷子刷或喷丸加工，以便除去磨屑和改善外观。磨光：如用刷子刷或喷丸加工，以便除去磨屑和改善外观。 增加成品成本

51、，应避免或减少机加工量增加成品成本，应避免或减少机加工量 6.4 热处理热处理 作用：作用： n 提高摩擦材料的强度和耐磨性。提高摩擦材料的强度和耐磨性。 n 提高刚背的强度和硬度。提高刚背的强度和硬度。 设备设备：淬火零件的加热通常都使用通用热处理炉，为了避免：淬火零件的加热通常都使用通用热处理炉，为了避免 氧化，加热可在保护介质氧化，加热可在保护介质惰性气体或天然气中进行。惰性气体或天然气中进行。 热处理主要类型热处理主要类型： n 退火：铁基摩擦材料在烧结后，由于在合金组织中增加了退火：铁基摩擦材料在烧结后，由于在合金组织中增加了 珠光体和渗碳体，所以硬度有所增加。这一烧结效应可通珠光体

52、和渗碳体，所以硬度有所增加。这一烧结效应可通 过退火来消除。过退火来消除。 n 淬火和回火：例如，制造含铅淬火和回火：例如，制造含铅l-3%，锌，锌1.2-2.5%，石墨，石墨3- 4%、二氧化硅、二氧化硅O.3-O.9%，铜，铜12-25%的铁基摩擦材料时，的铁基摩擦材料时， 便是首先将压件在便是首先将压件在1000-1050下烧结，然后在下烧结，然后在800- 900下加压烧结，在下加压烧结，在1100下退火下退火15分钟，冷到分钟，冷到950 再在油中或热水中淬火，最后再在再在油中或热水中淬火，最后再在500回火。回火。 n 化学热处理：例如用于起重机制动套的铁基摩擦材料就是化学热处理：

53、例如用于起重机制动套的铁基摩擦材料就是 在浸透了铜以后要在在浸透了铜以后要在900下进行渗碳处理，并在水中淬下进行渗碳处理，并在水中淬 火的。经处理后，其抗拉强度为火的。经处理后，其抗拉强度为100公斤毫米公斤毫米2。 6.5其它类型的加工其它类型的加工 冲压；冲压； 粘结；粘结； 铆接；铆接； 钎焊；钎焊； 熔焊；熔焊； 用螺丝拧紧用螺丝拧紧。 7 摩擦材料制造工艺参数对其性能摩擦材料制造工艺参数对其性能 的影响的影响 摩擦材料最终性能不仅取决于化学成分也取决摩擦材料最终性能不仅取决于化学成分也取决 于其制造条件。物理机械性能、摩擦性能、耐磨于其制造条件。物理机械性能、摩擦性能、耐磨 性、导

54、热性、耐腐蚀性及其他性能取决于材料的性、导热性、耐腐蚀性及其他性能取决于材料的 密度和组织、扩散过程进行的程度及粉料中原始密度和组织、扩散过程进行的程度及粉料中原始 组分间烧结过程的完全程度。诸如压制压力、烧组分间烧结过程的完全程度。诸如压制压力、烧 结温度及烧结时间、烧结时所加压力、气体介质结温度及烧结时间、烧结时所加压力、气体介质 等工艺过程参数对致密程度、组织、烧结时各种等工艺过程参数对致密程度、组织、烧结时各种 过程的发生有着很大的影响。为了估价这些重要过程的发生有着很大的影响。为了估价这些重要 因素的作用，让我们来逐项加以研究。因素的作用，让我们来逐项加以研究。 7.1压制压力压制压

55、力 通过研究有润滑剂情况下的磨损及无润滑剂情况下的干磨通过研究有润滑剂情况下的磨损及无润滑剂情况下的干磨 损，单位磨损与孔隙度有线性依赖关系损，单位磨损与孔隙度有线性依赖关系随孔隙度的增随孔隙度的增 大而增大，随着压制压力的增大，也就是说，随着孔隙度大而增大，随着压制压力的增大，也就是说，随着孔隙度 的降低，摩擦系数略有降低。的降低，摩擦系数略有降低。 当零件在烧结后要进行复压时，零件的孔隙度便取决于复当零件在烧结后要进行复压时，零件的孔隙度便取决于复 压压力而不取决于预压压力。摩擦系数随复压压力的增大压压力而不取决于预压压力。摩擦系数随复压压力的增大 而趋向于降低。而趋向于降低。 在加压烧结

56、时，决定性因素便是烧结时所加压力，压制时在加压烧结时，决定性因素便是烧结时所加压力，压制时 的单位压力实际上不影响材料的性能。的单位压力实际上不影响材料的性能。 7.2烧结时所加压力烧结时所加压力 烧结时所加压力对烧结材料的密度有很大影响，因此对材烧结时所加压力对烧结材料的密度有很大影响，因此对材 料的物理机械性能和摩擦性能也有很大的影响。料的物理机械性能和摩擦性能也有很大的影响。 一般性结论：一般性结论： 低压下压制的试件具有较高的摩擦系数值，但其磨损过大；低压下压制的试件具有较高的摩擦系数值，但其磨损过大； 通过增大复压压力或烧结时所加压力可以提高耐磨性，但通过增大复压压力或烧结时所加压力可以提高耐磨性，但 其摩擦系数又有所降低；其摩擦系数又有所降低； 通过选择适当的工艺条件，即使在无压烧结情况下也可制通过选择适当的工艺条件，即使在无压烧结情况下也可制 得性能相当于加压烧结时所制得的青铜基材料。得性能相当于加压烧结时所制得的青铜基材料。