Wprowadzenie na początku lat 90 do pojazdów użytkowych hamulców tarczowych postawiło nowe wyzwania przed producentami materiałów ciernych. Podstawowe dwa to: opracowanie nowych materiałów ciernych dedykowanych do tych hamulców oraz skuteczne połączenie materiału ciernego z płytką nośną klocka hamulcowego. W obu tych obszarach jest prowadzony ciągły rozwój przez największych producentów materiałów ciernych. Powierzchnia tarcia hamulców tarczowych jest nawet 4 – krotnie mniejsza niż hamulców bębnowych przeznaczonych do tego samego zastosowania m.in. dlatego materiały cierne hamulców tarczowych pracują w wyższych temperaturach (zarówno temperatura chwilowa, jaki i ciągła). Dodatkowo poddawane są wyższym naciskom jednostkowym. Te wymuszenia stanowią genezą prac rozwojowych w/w obszarach.

Materiał cierny klocków hamulcowych

Materiał cierny okładzin i klocków hamulcowych składa się z wielu składników, które można podzielić na następujące grupy:

•  – składniki organiczne: żywica wiążąca, kauczuk, włókna chemiczne
•  – smary stałe: siarczki metali, grafit, koks naftowy
•  – metale: wełna stalowa, proszki lub wióry: cynku, miedzi, mosiądzu, brązu
•  – napełniacze: tlenek glinu, baryt, kreda, piasek cyrkonowy.
   

Receptura materiału ciernego jest zawsze kompromisem pomiędzy oczekiwaniami klienta, a możliwościami technologicznymi i kosztowymi producenta.
Projekt stworzenia nowego materiału ciernego w firmie Lumag został zaplanowany, prowadzony zgodnie z normą ISO 15484 i zakończył się sukcesem. Opracowano materiał nie zawierający siarczku antymonu. W tej chwili przeprowadzane są testy drogowe w celu walidacji opracowanego materiału ciernego.
Podstawowe cechy materiału ciernego:

•  – nie zawiera w swoim składzie metali powszechnie uważanych za szkodliwe dla zdrowia: ołów, kadm, rtęć, antymon, chrom VI
•  – charakteryzuje się wysoką odpornością na temperaturę, nawet do 1000 °C,
•  – jest przyjazny do tarczy hamulcowej, co zostało potwierdzone testem crack disc,
•  – wyróżniają go niskie koszty eksploatacji dzięki długotrwałemu użytkowaniu,
•  – wysoka odporność na zużycie w całym zakresie temperatur użytkowania, patrz rysunek przedstawiający zużycie w zależności od temperatury początkowej hamowania i prędkości,
•  – wysoka skuteczność hamowania w szerokim zakresie temperatur, prędkości i obciążenia w porównaniu do wymagań OE,
•  – nie występuje przyrost grubości pod wpływem temperatury powodujący np. blokowanie kół.
   
• 

              Materiał OE                         LU801

Połączenie materiału ciernego i powierzchni płytki nośnej

W firmie Lumag w ramach prowadzonych prac rozwojowych nad konstrukcją klocków hamulcowych do samochodów ciężarowych zajęto się zadaniem poprawy siły wiązania materiału ciernego do powierzchni płytki nośnej klocka hamulcowego.
W trakcie procesu produkcji klocka hamulcowego materiał cierny zostaje zaprasowany na stalowej płytce nośnej. Z uwagi na duże obciążenia termiczne i mechaniczne w trakcie użytkowania powierzchnia i kształt płytki nośnej są specjalnie kształtowane, aby zapobiec zerwaniu materiału ciernego poprzez zwiększenie jego przyczepności do powierzchni płytki nośnej. W dotychczasowej praktyce różni producenci klocków hamulcowych stosowali  wiele rozwiązań tego problemu ( np: perforacja płytki nośnej poprzez wykrawanie , zgrzewanie siatek do powierzchni płytki, przetłoczenia wykonane obróbką objętościową, odlewanie płytki nośnej z elementami oporowymi w kształcie kołków).

Rozwiązanie proponowane przez firmę polega na aplikacji technologii wiercenia termicznego w kształtowaniu powierzchni styku materiał cierny – płytka nośna. W proponowanym rozwiązaniu narzędzie
(standardowe wiertło do wiercenia termicznego), zamocowane w uchwycie obrabiarki ( np. frezarki) wprawione w ruch obrotowy wokół własnej osi symetrii zostaje wprowadzone prostopadle w materiał płytki nośnej na zadaną głębokość. Podczas obróbki w wyniku posuwu wzdłużnego narzędzia i jego obrotów na styku materiału płytki i powierzchni wiertła powstaje tarcie powodujące lokalne stopienie materiału płytki nośnej. Uplastyczniony materiał płytki nośnej zostaje wypchnięty przez wiertło ponad powierzchnię płytki formując wypływkę o kształcie stożkowym zakończoną wywinięciem kołnierzowym na jej górnej krawędzi.  Jednocześnie w płytce nośnej powstaje stożkowy otwór.
Tak wykonane rozwinięcie powierzchni płytki nośnej klocka hamulcowego charakteryzuje się dobrymi własnościami poprawiającymi znacznie przyczepność materiału ciernego do powierzchni płytki nośnej:

•  – Stożkowe zagłębienie w materiale płytki oraz wypływka ponad jej powierzchnią poprawia wytrzymałość materiału ciernego na działanie sił zrywających równoległych do płaszczyzny płytki.
•  – Kołnierzowe zakończenie wypływki zostaje w wyniku prasowania wypełnione materiałem ciernym podnosząc jego wytrzymałość na działanie sił prostopadłych względem powierzchni płytki nośnej.
   

Metoda ta umożliwia wykonanie dowolnej liczby elementów (ograniczeniem jest powierzchnia płytki) w dowolnej konfiguracji.
Poprzez zmianę parametrów (posuw, obroty, kąt natarcia wiertła) kształt poszczególnych elementów rozwinięcia (otwór stożkowy , wysokość wypływki , szerokość kołnierza ) może być zmieniany.
Inną możliwością zastosowania tej metody jest przejście przelotowe wiertła poprzez materiał płytki w wyniku którego materiał zostaje wypchnięty w postaci tulei przez wiertło na żądanej stronie płytki . 
W drugiej połowie 2010 roku zostały wykonane próby rozwinięcia powierzchni płytki nośnej przy pomocy wiercenia termicznego . Na ich bazie wyprodukowano serię próbną wyrobów, która została poddana wszechstronnym badaniom niszczącym. Po pozytywnej weryfikacji wyników badań firma podjęła decyzję o zgłoszeniu patentowym.
Podjęto  decyzję o zakupie specjalizowanej obrabiarki do realizacji w/w technologii. Planowane rozpoczęcie produkcji seryjnej założono na 05.2011.

Tomasz Orłowski-szef Działu Badań i Rozwoju Lumag Sp. z o.o.
Marek Paszkiel-szef produkcji Lumag Sp. z o.o.