鋳造ブレーキシューの耐久性と性能は何によって決まるのでしょうか?

ねずみ鋳鉄とダクタイル鋳鉄: ブレーキ シューに適切な鋳造材料の選択

キャストブレーキシュー 最も一般的にはねずみ鋳鉄またはダクタイル (ダクタイル) 鉄から製造され、この 2 つの選択は、繰り返しの熱的および機械的ストレス下で靴がどのように機能するかに直接影響します。ねずみ鋳鉄にはフレーク状のグラファイトが含まれており、この材料に優れた熱伝導性と自然な振動減衰を与え、どちらもブレーキ時に摩擦熱の吸収と放散を繰り返す部品にとって貴重な特性です。ただし、フレークグラファイトの構造はねずみ鉄をより脆くするため、突然の衝撃荷重が加わった場合や、靴を落としたり、設置前に誤った取り扱いをした場合に亀裂が生じる可能性があります。

対照的に、ダクタイル鋳鉄には、フレークではなく球状の塊状のグラファイトが含まれているため、亀裂の伝播をより効果的に遮断し、材料の引張強度と耐衝撃性を大幅に向上させます。このため、ダクタイル鋳鉄は、ブレーキシューが熱サイクルに加えてより大きな機械的衝撃負荷を受ける、貨物鉄道、鉱山機械、大型商用車などの頑丈な用途に適した選択肢となっています。その代償として、ダクタイル鋳鉄は通常、製造コストが高く、強度が高いため機械加工が若干難しくなる可能性があります。これは、メーカーが大量の生産量を見積もる場合に現実的に考慮すべき事項です。

合金組成を動作温度に適合させる

機関車の切り替えや鉱山運搬用トラックなど、高頻度のアイドリングストップサービスで作動するブレーキシューは、熱サイクルを繰り返し経験するため、ヒートチェック、つまりシューの芯材よりも速く摩擦面が伸縮することによって生じる微細な表面亀裂のパターンが発生する可能性があります。鉄の組成に少量のクロムまたはモリブデンを添加すると、材料の高温強度が向上し、熱疲労が軽減されるため、耐熱性が向上します。そのため、要求の厳しいブレーキ用途の仕様では、組成を標準のねずみ鋳鉄のデフォルトのままにするのではなく、特定の合金含有量が要求されることがよくあります。

ブレーキシューの完全性を損なう一般的な鋳造欠陥

ブレーキシューは安全性が重要な部品であるため、他の鉄鋳物では見た目上許容される鋳造欠陥も、ここでは失格となる可能性があります。これらの欠陥がどこで発生するかを理解することは、最終的な目視検査のみに依存するのではなく、バイヤーがサプライヤーの品質管理プロセスを評価するのに役立ちます。

サンプリングベースの X 線検査または超音波検査は、鋳物の外側からは見えない引け巣や介在物などの内部欠陥を見つける最も信頼性の高い方法です。これらの欠陥は、冷却が最も遅いシューの最も厚い部分の表面の下に存在することが多いためです。

摩擦ライニングの取り付け方法とその長期信頼性

鋳造ブレーキシューはアセンブリの半分にすぎません。表面に接着または機械的に固定された摩擦ライニングが、ホイールまたはドラムと実際に接触します。このライニングの取り付けに使用される方法は、耐用年数の間にライニングが磨耗するため、靴のパフォーマンスに大きな影響を与えます。リベット留めされたライニングは、靴の鋳造品の皿穴にセットされたメカニカルファスナーを使用しているため、ライニングを靴本体とは独立して交換できるため、複数のライニングを交換しても靴の耐用年数が延びます。その代償として、ライニングが摩耗するにつれてリベットの頭が徐々に露出し、この時点を超えて使用を続けるとリベットが合わせ面に傷を付ける可能性があるため、リベットが接触する前に交換を開始する、リベット付きライニングには定義された摩耗限界が必要です。

高温接着剤を使用して摩擦材を靴の型に直接固定する接着ライニングは、リベットの傷つきの問題を完全に回避し、ライニング材の内側にリベットの頭がないため、使用可能なライニングの深さをわずかに厚くすることができます。ただし、接着の品質は、ライニングを塗布する前の鋳物の表面処理に大きく依存します。接着面に鋳物のスケール、酸化、汚れが残っていると、使用時の熱や振動によってライニングが剥離する可能性があります。これは、靴がしばらく使用されるまで現れない故障モードです。

ライニング接着前の表面処理

接着ライニングを塗布する前に鋳造表面にショットブラストを行うと、ミルスケールが除去され、わずかに粗いプロファイルが作成され、接着の機械的噛み合いが改善されます。このステップは、たとえ鋳物が見た目にきれいに見えても、目には見えない酸化が依然として接着結合を妨げる可能性があるため、省略すべきステップではありません。制御された順序でブラスト、脱脂、接着プライマーの塗布を行うサプライヤーは、通常、後続の脱脂ステップを行わずに 1 回のブラスト パスに依存するサプライヤーよりも、より安定した接着強度を持つライニングを製造します。

摩耗パターンと、それがシューとドラムのアライメントについて何を示すか

耐用年数にわたってブレーキシューがどのように摩耗するかは、単にシューの交換が必要な時期を示すだけでなく、ブレーキシステムが正しく機能しているかどうかに関する有用な診断情報を提供します。一般に、接触面全体にわたって均等に摩耗している場合は、シューとドラムまたはホイールトレッド間の位置が適切であることを示していますが、シューの一方の端に集中している摩耗は、位置ずれ、ドラムの真円度のずれ、または作動機構のスプリング張力の不均一を示していることがよくあります。斜めまたは先細りの摩耗パターンは、シューがドラム表面に対して同一面に着座していないことを示している可能性があり、これにより有効なブレーキ接触面積が減少し、接触している小さな面積に集中した過熱が発生する可能性があります。

• 摩擦面の 1 点から放射状に広がる亀裂は、通常、通常の摩耗ではなく局所的な鋳造欠陥を示しているため、シューを使用し続けるのではなく、使用を中止して検査する必要があります。
• 摩擦ライニングの硬化した光沢のある表面であるグレージングは​​、通常、ライニングの厚さがまだ適切であるように見えても、過剰な熱の蓄積によって生じ、ブレーキの効果を低下させます。
• 鋳造シュー本体自体のヒートスポットや青色の変色は、動作温度がその合金の設計範囲を超えていることを示しており、用途に対して材料仕様が不一致であることの早期警告となる可能性があります。

鋳造ブレーキシューの調達に関する品質試験基準

鉄道や商業輸送などの規制対象用途向けに鋳造ブレーキシューを調達する購入者は、通常、サプライヤーの一般的な品質主張に依存するのではなく、認知された試験基準への準拠を検証する必要があります。硬度テストにより、鋳物が意図した微細構造に達していることが確認されます。柔らかすぎる靴は摩耗が早く、硬すぎる靴は脆くなり、衝撃で亀裂が入りやすくなるからです。各生産バッチからのサンプル鋳造品の引張試験と衝撃試験により、合金の仕様のみに基づいて一貫性を仮定するのではなく、合金組成と冷却速度が注文書で指定された機械的特性を生み出したことを検証します。

寸法検証は材料特性と同じくらい重要で、特に靴の摩擦面の曲率は完全な接触面積を実現するためにドラムまたはホイールの半径と十分に一致する必要があります。半径の不一致があるシュー鋳造物は、たとえそれが小さくても、最初はドラムのエッジでのみ接触するため、完全な接触が達成されるまでに長い慣らし期間が必要となり、その慣らし期間中に接触エッジの摩耗が増加します。基準シューとの目視比較のみに依存するのではなく、入荷検査の一環として半径ゲージの検証を要求すると、シューが取り付けられて使用開始される前にこの寸法の問題を発見できます。