崔来
(埃梯梯(中国)投资有限公司上海分公司,上海 200051)
机械自动化技术在摩擦材料行业的应用研究
崔来
(埃梯梯(中国)投资有限公司上海分公司,上海 200051)
汽车制动摩擦材料是汽车制动系统中至关重要的部件,起到保障行车安全的作用。摩擦材料的生产方式从简单的手工操作及批次生产逐步发展到机械控制自动化和流水线生产。机械自动化不仅提高了劳动生产率,减少了粉尘污染,而且改进了生产技术及产品质量控制,推动了汽车制动行业的发展。通过介绍机械自动化技术在车用摩擦片生产过程中的应用,来解读先进的摩擦片生产过程。
机械自动化;摩擦材料;现状与展望
摩擦片的生产主要基于以下生产过程: 摩擦材料混料/背板准备→压制→热处理→磨削→喷漆→组装→包装及发运。机械自动化的引入,保证了生产过程的自动控制以及各工序间的流水线作业。文中着重介绍摩擦材料生产技术革新过程及各工序中自动化技术的应用。
由于自动化技术的引入及扩展,极大地提高了生产效率,生产过程从最初的约15天生产一个批次,提高到现在每3 h即可生产一个批次。具体见图1。
1.1 混料工序
在混料过程中采用了计算机自动配料系统,每种原材料自动称量后,由机械手托起并无泄漏地投入到混料机内,按配方规定完成所有原材料上料后,混料机将按设定好的程序进行自动混料,混好料后,混合料自动被倒入盛料筒内。整个过程都是在密闭环境下自动控制的,避免了原材料及混料的泄漏及粉尘漂浮于空气中,维护了操作工人的安全与健康,同时保证了工作环境的干净与整洁。
1.2 压制工序
除混料配方是摩擦片的专有技术外,压制工序对于摩擦片生产及产品质量的保证是非常关键的。目前市场上应用比较广的先进自动化生产设备主要来自于奥地利IAG公司,他们生产的压制设备为自动旋转多工位液压机,每工位模腔有单腔、双腔、四腔、六腔和八腔配置。不管压机有多少工位及模腔设置,每个模腔的压力和温度都是单独控制的,这保证了每腔压制产品加工参数的一致性,避免了传统多腔压机单一控制单元造成的不同模腔之间压力及温度的差异性,从而能很好地控制产品质量及一致性。下面就以IAG公司生产的19工位,每工位双腔的压机作简单介绍(每旋转1周,可以生产38片摩擦片)。
压制过程分以下步骤:模腔清理(铜丝刷及压缩空气)→喷液体脱模剂→摩擦材料自动称量后放入模腔→摩擦材料分摊并压平→底料材料自动称量后放入膜腔→底料材料分摊并压平→机械手放上钢背板→开始压制(上模板压下,同时模芯顶上来)→放气及保压(根据工艺参数及配方特性确定放气次数及保压时间)→压制完成(上模板抬起,模芯向上顶出摩擦片)→机械手取下摩擦片并放在传送带上→开始下一次压制过程。整个过程均是计算机自动控制的,同时在各个分步过程中设有自动检测传感器,如果混料质量、产品厚度、压制温度及时间有偏差,则产品会自动被筛选出来,投入废品箱内。
区别于传统压制模式(人工称料,人工上料,手动操作设备及人工取下摩擦片),全自动化压制不仅可以节省人工(至少1人1机操作→1人多机巡视),保证产品质量,自动检测缺陷产品,提高生产效率,而且在全封闭条件下操作,可以减少压制过程中产生的粉尘及气味对人员及环境的危害及污染。
1.3 热处理工序
热处理对于摩擦片的定型、强度、耐磨性及后续的摩擦性能起着至关重要的作用。了解热处理工序的重要性之前,有必要了解摩擦片的组成机制:摩擦片是多组分混合原材料通过树脂和橡胶做交联剂,在压力和温度作用下压粘在钢背板上的固体混合材料,在制动压力推动下,通过挤压制动盘,把车辆的动能转化为热能而使车辆减速或停止。传统的热处理方式是把整批压制好的摩擦片,放入热处理箱(烘箱)内,通过升温至230 ℃(树脂和橡胶硫化点)、保温及降温过程完成。热处理箱是独立的,热处理时间一般为4~8 h,在此期间摩擦片无任何加工过程。自动化生产线采用红外线热处理技术,并且热处理箱和生产线连为一体,热处理时间一般为15 min,不但大大提高了生产效率,而且红外线热处理使材料的处理更彻底、均匀,避免了传统热处理箱不同区域温度的差异性。
1.4 磨削工序
根据产品设计,摩擦片需要磨去表面的压制及热处理硬皮,达到产品要求的厚度。同时由于制动噪声的匹配,可能需要对摩擦材料进行倒角或开槽。传统的加工方式,需要不同的工序和设备来完成平面、倒角或开槽的磨削。自动化生产线采用机械手吸附摩擦片,根据计算机设置,通过机械手角度的转换来完成不同的加工要求,并且无需人员值守。这样极大地节省了人工及设备投资,并且工作环境为密闭的,防止了磨削粉尘及噪声的扩散。
1.5 喷漆工序
采用机械手分拣和码放摩擦片到传送带上,从磨削工序过来时为摩擦面朝上,放入喷漆设备需要摩擦面朝下。粉末漆通过静电吸附原理被喷涂到摩擦片钢背板上,随后经过加热液化及冷却处理后,经机械手分拣并放入下一道工序的传送带上。由于喷漆线的生产效率高,一般可以实现两条生产线共用喷漆线。通过检测传感器,机械手可以把不同产品分别放入设备的不同区域,在取出产品时放入不同的后续加工生产线上。
1.6 组装工序
组装工序是指粘接消音片、安装和铆接弹簧及报警器、印标识。所有工序通过传送带和机械手进行无缝连接及操作,不但可以提高生产效率、节省人工、保证组装质量,还可以把复杂工序简单化。
综上所述,通过自动化技术的应用,可以实现摩擦片加工的连续不间断生产,不仅加快了生产的流转和变换速度,提高了生产效率和产品质量,而且极大地降低了生产人工和检测投入成本。机械自动化在摩擦片行业的引入,不仅推动了摩擦材料制造业的技术水平,而且对生产过程的绿色环保化起到了重大影响,它是一种全新的生产力,其发展应用在国内外已受到越来越多的关注。
随着机械自动化技术在摩擦材料行业的广泛应用,不仅可以减少人员的投入,提高工作效率,保证产品质量、稳定性和可靠性,而且有效降低生产过程中的粉尘及气味污染,降低了生产成本。同样地,随着我国汽车行业的飞速发展,对摩擦材料的技术要求必然更加苛刻,这也将推动行业自动化水平的发展,相信逐步会有更新的自动化生产设备及工艺应用到摩擦材料行业生产中。
ApplicationofMechanicalAutomationTechnologyinFrictionMaterialIndustry
CUI Lai
(Shanghai Branch,ITT (China) Investment Co., Ltd.,Shanghai 200051,China)
Friction material of automobile is very important in braking system, to ensure driving safety. Production of friction material is from simple manual operation and batch production gradually to mechanical automation and production line. Mechanical automation not only improves labor productivity, reduces dust pollution, but also improves quality control of production technology and products, promoting the development of automobile friction industry. Based on introducing application of mechanical automation technology in the production process of automotive friction material, the advanced production process of brake pad was interpreted.
Machinery automation; Friction material; Status and prospects
2014-05-07
崔来(1970—),本科,从事产品测试、研发及销售工作。E-mail:Lai.cui@itt.com。