Nuevos Materiales Utilizados para La Construcción de Pastillas de Freno

 

NUEVOS MATERIALES UTILIZADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PASTILLAS DE FRENO Tecnología en Mecánica Automotriz, Instituto Tecnológico Superior Central Técnico Quito, Ecuador

Resumen-  Desde hace mucho tiempo cuando empezaron a salir los l os primeros discos de frenos también empezaron a salir las primeras pastillas de frenos las cuales su material es fundamental y esencial en el momento de frenar. Por esta razón los científicos de laboratorio an estado investigando la forma de encontrar nuevos materiales los cuales nos permitan tener una mayor eficiencia en el frenado y aparte que no contaminen al medio ambiente por lo cual se está pensando en la

La misma suerte no la corrió Brigdet Driscoll, de 45 años. Caminaba por las calles de Londres cuando fue sorprendida por Arthur James Edsall, quien se encontraba manejando un auto de la Anglo French Car Company en una demostración para Alice Standing. Aunque Edsall alegó que sólo iba a 6.5 kilómetros por hora, Alice dijo que el conductor había modificado el motor de su vehículo “ para que este corriera como una bola de fuego”. 

 A partir de los años 50, el sistema de frenos cambió para dar paso al servofreno o boster, un mecanismo que funciona aprovechando el vacío del motor, inyectando presión a un sistema hidráulico a través de mangueras que a su vez accionaban las pastillas de los discos de los frenos de los vehículos. Con este adelanto, ya el conductor no tenía que usar su fuerza para frenar el automóvil, gracias a los avances que ofrece la fuerza hidráulica actual.

 A opción de materiales finales dellos siglo XIX, el sintéticos. sistema de frenos que utilizaban los automóviles consistía en una guaya que, al accionarse desde el pedal del freno, bloqueaba la rueda para lograr la detención del vehículo. El problema de este sistema es que el conductor debía tener muchísima fuerza para lograr parar el auto, cosa que no siempre lograba con éxito. Además, sólo se usaba el freno de atrás, pues se pensaba que, si un auto tenía frenos en su parte delantera, podría causar, al momento de la detención, un inevitable volcamiento. Durante estos primeros años, se presentaron los primeros accidentes de tránsito de la historia. Henry Wells, un prestante hombre de negocios de Nueva York, atropelló el 30 de mayo de 1896 a Evelyn Thomas, quien conducía una bicicleta. Aunque la mujer no sufrió lesiones graves gracias a la poca velocidad de los vehículos de entonces, sí fue ingresada al hospital para curarle algunas heridas. La peor parte la llevó el señor Wells, que fue aprehendido algunos días, después que la policía

 Al hablar de frenos, nos estamos

descubrió que aquel monstruo metálico y desconocido no se conducía solo.

refiriendo a una parte fundamental de la composición de un vehículo. No importa

1. INTRODUCCIÓN Cuando vamos a comprar un automóvil, todos, o casi todos, nos fijamos detenidamente en muchos aspectos: en su diseño,su su color,cojinería su potencia, su amplitud, cómoda de cuero o sus rines de lujo... Nos fijamos hasta en el último detalle de nuestra adquisición antes de, por fin, conducirlo por las calles de nuestra ciudad. Pero, generalmente, casi nadie se pregunta cómo son los frenos del auto que acaban de comprar . Se nos pasa por alto preguntar las características, el funcionamiento y el mantenimiento de esos frenos que, en algún momento, podrían salvarnos la vida. 

 

si son autos de alto cilindraje o un automóvil pequeño: los frenos son los encargados de detener sus ruedas, las cuales transmiten las fuerzas por medio de la fricción entre estas y el pavimiento por donde circula el vehículo.   Básicamente, las funciones de los frenos son dos: desacelerar y detener el vehículo, y facilitar el estacionamiento del mismo. Son ejes fundamenta fundamentales les de la seguridad activa, y, por lo tanto, su funcionamiento es vital para la seguridad del conductor y los demás ocupantes de un automóvil automóvil.. Para que el trabajo de los frenos sea efectivo, necesita que tenga los siguientes componentes componentes:: Que sea eficaz (o que detenga el vehículo en un tiempo y distancia mínimo); que sea estable (o que conserve, en el acto de frenar, la trayectoria del vehículo); que sea progresivo (o proporcional al esfuerzo que realiza conductor) sea confortable o casielsin esfuerzoy. que  A partir de es estas tas premi premisas, sas, el hombre ha dedicado años de esfuerzo y dedicación a perfeccionar el sistema que permite detener completamente el vehículo. La historia habla de una increíble recursividad para lograr un sistema de frenado preciso y ajustado a las necesidades actuales. Pero al principio, no todo era tan sencillo. El desarrollo de los nuevos materiales de fricción continuó durante los 80. La aparición de la tracción delantera, la reducción de tamaño de las ruedas y el perfeccionamiento del diseño aerodinámico son sólo algunos aspectos del desarrollo de la industria automovilística que implicaron nuevas exigencias en el mundo de los materiales de fricción durante los últimos 20 años. El incremento de calor generado durante el frenado plantea problemas adicionales para la ingeniería de fricción y para quienes se dedican a formular materiales de fricción.

Por esto, se está desarrollando una nueva generación de productos con una menor conductividad térmica que los semi-metálicos, que supongan una reducción de la transferencia de calor al líquido de frenos. Durante los años 90 hace su aparición una nueva tendencia en los programas de desarrollo de los principales fabricantes de vehículos y materiales de fricción con el fin de sustituir los contenidos de métales pesados del material de fricción (trisulfuro de antimonio, sulfuro de plomo o galena, disulfuro de molibdeno, fibras de cobre y componentes del cobre lo mismo que fibras de silicio) por compuestos no tóxicos, a fin de evitar el impacto negativo de dichos materiales sobre el medio ambiente y los seres humanos. Se trabaja en un material orgánico que no se desintegre a altas temperaturas de frenado y mantenga sus características de fricción en un ancho rango de temperaturas. Un material que admita el desgaste sin dañar las otras superficies. Estamos ante la aparición de una nueva generación de materiales de fricción de superiores prestaciones y más respetuosos con el medio ambiente, las personas que cada así día como están con en contacto con estos materiales. 2. COMPOSICIÓN El material escogido para fabricar los discos de freno es la fundición gris nodular de grafito laminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el periodo de vida de los discos. Existen también, discos de materiales compuestos en matriz de carbono, usados en la alta competición y en los frenos de los aviones, aunque debido alto los coste que tienen son inviablesalpara vehículos comunes.

 

En la actualidad se están desarrollando discos de freno en aluminio con una base de carburo de silicio, ya que su menor peso los hacen muy atractivos, pero la mala disipación de calor que tienen los hacen inviables de momento, ya que necesitan un sobredimensionamiento sobredimensi onamiento importante que hacen que pierdan las ventajas del reducido peso. Las características básicas de la fundición de los discos la podemos ver la siguiente tabla. Propiedades físicas Valores Resistencia a tracción 240 N / mm2 Dureza 170  –  250 HB La composición básica del material de los discos es una fundición gris nodular de grafito laminar, que contiene entre un 92% y un 93% de hierro.

dimensionada de forma que su potencia de disipación se acerque al valor de 250 W/cm2 , pero dicho valor puede variar dependiendo de la geometría del disco, ya que si Composición de los discos Carbono Silicio Manganeso Otros Composición de los discos (Resto de componentes excluyendo el  La obligatoriedad eliminar eldentro amianto supuso un cambiode importante de las formulaciones. El amianto era una fibra que constituía la base de cualquier formulación ya que era capaz de aportar las cualidades requeridas a cualquier material de fricción. No obstante, aunque los primeros materiales “sin amianto” que aparecieron en el mercado

eran

de

prestaciones

y

duración

inferiores a los de “con amianto”, hoy en día los productos “sin amianto” han

superados a aquellos en todos los requisitos exigibles a un material de fricción. En la actualidad la emplea mayoríaende los fabricantes de fricción mayor o menor medida la base que a continuación se ofrece.

 Además, Disco de freno del hierro otros otros componentes básicos tales como el silicio, manganeso y otros garantizan la calidad de un elemento crítico en el frenado como es el disco. En el gráfico siguiente podemos ver el porcentaje de los diferentes materiales que, junto con el hierro, que supone el 93% del total, el resto de materiales suponen entre el 7% y el 8% que resta de la composición total del disco. La geometría del disco de freno. -La geometría de los discos de frenos siempre es la misma, es decir, una superficie circular perfectamente plana. Vamos a ver a continuación, las soluciones que se han ido aportando para mejorar la disipación del calor que almacena el disco. En primer lugar, vamos a ir comentando las diferentes partes de las que está compuesto un disco. v LA lugar PISTA:laesacción la superficie en la cual tiene de fricción entre las pastillas y el disco. Está

LAS FIBRAS: Son los elementos encargados de aglutinar ligar el resto de los elementos. Es decir,y las fibras son el “armazón” de las pastillas de fren o, a través de sus múltiples ramificaciones van uniendo el resto de los elementos. Existen dos tipos principales de fibras las sintéticas y las minerales. Las más usuales en el campo de la fricción son: fibras de vidrio, fibras de aramida, lana de roca. LAS CARGAS MINERALES: Son las encargadas de dar consistencia mecánica al conjunto, es decir, le aportan resistencia a la abrasión, resistencia a cortadura... Están encargadas también, de aportar

 

resistencia a las altas temperaturas. Las más usuales son: barita, magnesita, talco, mica, carbonato, feldespato y otros. COMPONENTES METÁLICOS: Se añaden en forma de polvo o viruta para conseguir homogeneizar el coeficiente de fricción así como la transferencia de calor de la pastilla al caliper. Los más usuales son, latón, cobre, bronce entre otros. No obstante una gran parte de los componentes metálicos usados en los materiales de fricción, tienen efectos nocivos sobre la salud por lo que se recomienda seguir estrictamente la legislación referente a los productos que contengan tales metales pesados. LOS LUBRICANTES O MODIFICADORES DE COEFICIENTE: Son los encargados de hacer variar el coeficiente de fricción normalmente a la

COMPOSICION DE LOS MATERIALES DE FRICCION  El material de fricción, del cual están compuestas las pastillas y zapatas contienen una mezcla de ingredientes, entre ellos: un aglutinante, como resina de fraguado térmico, fibras de refuerzo, son las que proporcionan cohesión y modificadores de fricción para obtener un coeficiente de fricción deseado. El

baja, dependiendo del rango Son de temperatura de funcionamiento. empleados en forma de polvo suelen ser grafitos, cokes, sulfuros, antracitas, etc. LOS MATERIALES ORGÁNICOS: Son los encargados de aglomerar el resto de los materiales. Cuando alcanzan una determinada temperatura fluyen y ligan el resto de componentes, hasta que se polimerizan. Las más importantes son las resinas fenólicas termoendurecibles, aunque también son empleados diferentes tipos de cauchos, ceras, aceites.

material de fricción, debe los siguientes requerimie requerimientos: ntos: satisfacer •Seguridad  •Durabilidad   •Libre de ruido El material de fricción debe garantizar resistencia mecánica y resistencia aldeslanecimiento. La resistencia mecánica está determinada por el factor de fricción, pues al bar este, el comportamiento de los frenos Lara, esto por efecto de la temperatura y de la humedad. Son respecto a la humedad, se relaciona el concepto de fricción húmeda que es la aleación en el coeficiente de fricción fricción de un

LOS ABRASIVOS: Cumplen principalmente la misión de incrementar el coeficiente de fricción y también renuevan y limpian la superficie del disco permitiendo la formación de la capa intermedia o también conocida como tercera capa.

material al estar Adicional a lo anterior, el material de húmedo. fricción debe poseer buena capacidad de absorción de calor. El desvanecimiento o 'fading(es la pérdida de eficacia en la frenada al él erarse la temperatura. El material de fricción presenta distintos calores de coeficiente de fricción a diferentes temperaturas temperaturas)!er )!er gráfico*. Si este coeficiente comienza a bajar demasiado rápido y a una temperatura relativamente baja, cuando la temperatura del sistema sea superior a ese límite que presenta el material de fricción, se producirá el fenómeno de 'fading(+ con el cual, el coeficiente de fricción caerá y la eficacia del frenado se !era reducida pues el

 

material de fricción tenderá a comprimirse. relacionado con el ruido, como hablamos en la sección dedicada a este tema, el material de fricción debe tener la capacidad de impedir que las! vibraciones producidas entre la pastilla y el rotor sean amortiguadas (, para evitar que se

tipo de materiales que emplea, es decir, de la composición que defina.

•produzca Material el deruido. fricción de asbesto  •Material de fricción semimetálico o

En esteesproceso, uno losdiferentes factores críticos el tiempo quedelos materiales pasen en el mezclador, ya que este periodo debe estar definido dependiendo del tipo de fibras que se vayan a mezclar. Cada fibra tiene un tiempo de apertura, es decir, un periodo en el cual su longitud es la mayor posible, a partir de ahí lo que sucede es que las fibras se van acortando con lo cual no realizaran la función anteriormen anteriormente te descrita.

SEMIMET: está compuesto por resina fenólica como aglutinador, grafito o carbón, fibra de acero, pollo de cerámica, pollos de acero, cobre o latón y hule. &l utilizar este material, se re requ quie iere re qu que e el roto rotorr po posea sea un aca acaba bado do m muy uy liso porque el metal no se amolda a la superficie del rotor como ocurre en el asbesto. •Material sintético sin asbesto uránico sin asbesto: para su fabricación se utiliza como material base fibras de aramida o -el Lar. Son más silenciosas yrotores no causan tanto desgaste de freno como de los las semimetálicas. •Material de fibra de carbono: está fabricado con fibras de carbono y reforzado con incrustaciones de carbono. presenta un coeficiente de fricción constante enfrío o en caliente, presenta bajas tasas de desgaste y muy baja generación derruido. AASSS$$IIIMMAA  ofrece una línea completa de pastillas y zapatas de freno, para el vehículos japoneses, coreanos, americanos y europeos. Se suministran fricciones para vehículos livianos, y medianos, en material metalizado o NAON. -Asbestos orgánicos. En la actualidad hay desarrolladas más de 0,122 aplicaciones. 3emos a4adido a esta línea, nuevos desarrollos de zapatas, discos y tambores de freno, cilindros de freno principal y cilindros de ru rued eda. a. prese presentamo ntamoss nuestr nuestra a línea de pa pastilla stillass de nueva generación: 3. FABRICACION La fabricación de material de fricción es un proceso bastante estandarizado. Las variables del proceso son las que cada fabricante define en función del

EL PROCESO DE MEZCLADO: Es uno de los principales pasos dentro del proceso de fabricación, su misión es la de mezclar todos los componentes de forma homogénea homogénea..

PRENSADO EN CALIENTE: La misión del prensado en caliente es la de aglutinar los diferentes componentes. Por una parte, con la presión que se realiza se consiguen una reducción del volumen, pero a su vez con la temperatura lo que se hace es fundir las resinas para que estas fluyan por todo el material ligando los diferentes elementos. CURADO: El proceso de curado se realiza en hornos, su misión principal es la completa polimerización de las resinas, para conseguir una perfecta compactación del material además de ir perdiendo el contenido todavía existente de volátiles. Esto significa que las pastillas van sufriendo un ciclo de diferentes temperaturas, en las cuales van pasando durante un periodo determinado. SCORCHADO: En esta última fase, el material de fricción se sube a temperaturas de 500ºC o superiores bajo la acción de una placa caliente o bajo el efecto de una llama. En este último proceso se elimina una gran parte de materiales orgánicos aún existentes, el polímero (resina) se grafitiza y la pastilla de freno adquiere sus características definitivas. Este es un proceso caro y delicado por lo que muy

 

pocos fabricantes lo incorporan a sus procesos de fabricación. f abricación. OPERACIONES DE MECANIZADO: En esta etapa las pastillas sufren diferente proceso de mecanización para adaptarlas a las características dimensionales requeridas por cada aplicación.para Es conseguir decir, porel un lado de se rectifican espesor material de fricción necesario. PUESTA DE ACCESORIOS: Durante esta etapa se le añaden a las pastillas todos los elementos complementarios tales como los muelles, resortes, avisadores. MARCADO Y ESTUCHADO: Las pastillas están finalizadas solo queda marcarlas y estucharlas para poderlas servir a los diferentes clientes. 4. CARACTERÍSTICAS DE LAS PATILLAS DEBASICAS FRENO

pueden llevar consigo pastillas de freno.

las

5. NUEVOS MATERIALES La ventaja que se destaca en esta nueva formulación su resistencia a la temperatura ya que,esaun en condiciones críticas, su duración se mantiene estable, mientras que en las formulaciones existentes la rata de desgaste se multiplica cuando la temperatura supera los 350 grados centígrados El componente fibroso utilizado tradicionalmente casi de forma exclusiva ha sido la variedad crisotilo de amianto, conocida también como amianto blanco. Cuando el material conteniendo amianto entra en fricción, o es sometido a abrasión  –por ejemplo, durante un proceso de rectificado-, puede producirse la liberación de fibras microscópicas respirables, que representan un riesgo potencial para la salud al ser inhaladas. NAO Pastillas de Freno 

Los requerimientos básicos del material de fricción son los que se establece la propia aplicación del producto. Los más relevantes son:   Presentar un coeficiente de 

 

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fricción estable a cualquieradecuado rango de ytemperatura y presión. Mantener un equilibrio entre abrasión y resistencia al desgaste. Una cierta compresibil compresibilidad, idad, tanto en el frio como en caliente, que haga que el material absorba vibraciones e irregularidades de otra superficie con la que entra en contacto. Una buena resiste resistencia ncia al choque y al cizallamiento. A continuac continuación, ión, vamos a ver los diferentes componentes que

No-asbesto tipo orgánico material de las pastillas del freno usando principalmente de fibra de vidrio, aromático con rayón poli u otras fibras (carbono, cerámica, etc.) a como material de refuerzo, su rendimiento depende principalmente del tipo de fibra y otro añadido mixture.Non amianto material de freno orgánica principalmente como un sustituto para el amianto y desarrollado, para el tambor de freno y zapatas de freno, sino que también están empezando a ser reciente intento como sustituto de los términos pads.In frenos de disco delanteros de rendimiento, pastillas de freno NAO más cerca de freno de amianto almohadillas, en vez de freno semimetal block.It no es como guarnición de freno metaloide tiene buena conductividad térmica y un buen control de la temperatura alta. Basado en el material de fricción de amianto típica que contiene cinco o siete mezcla básica, que incluyen el

 

fortalecimiento con fibra de asbestos, una variedad de añadir material y adhesivo, tal como aceite de linaza, resina de fenol aldehído, comparación resin.In, el material de fricción NAO incluye alrededor de 17 diferentes materiales mezcla, ya que para eliminar el amianto puede no igual a

calor de los transbordadores espaciales y otros muchos componentes.

simplementey la necesidad reemplazar una alternativa, de garantizar el rendimiento de frenado con un gran número de mezcla, que sea plana o por la fricción de amianto efecto de frenado.

los dinamómetros inercia,constante. así como en la máquina dedepresión Una vez pasada esta fase se ensayan directamente en vehículos equipados para la adquisición de los datos que el ensayo produzca.

Disco de fricción de aramida. -La nueva tecnología de la fricción da mejoras grandes en desgaste. Kevlar reforzó discos de la fricción del gearcut da hasta tres veces que la vida del desgaste con el funcionamiento magnífico ideal para los ambientes resistentes incluyendo energía saca, saca usos del equipo. Mejora importante del freno Guarnición 100% del textil de la fibra de de freno Kevlarcompuesta Últimos materiales que moldeados de la fricción de 3 a 5 veces más de largo Uso con las devanaderas, las redevanaderas, los sheeters, las máquinas de papel, los soportes del rodillo, los frenos de la grúa y muchos más Nunca rasguña o daña los rotores y los tambores - incluso último de cobre refrigerado por agua del tambor hasta 4 veces más de largo. Ideal para ambos usos mojados y secos - el coeficiente de fricción, y por lo tanto de esfuerzo de torsión y de tensión es más alto.  Asbesto libre - ningunos problemas de polvo Materiales cerámicos

Los materiales cerámicos son compuestos inorgánicos no metálicos con amplias propiedades mecánicas y físicas. Son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química y resistencia a la compresión. En la tecnología espacial se utilizan unos materiales cerámicos llamados cermets para fabricar la parte delantera de los cohetes, las placas resistentes al

El parámetro básico que define cualquier material de fricción es su coeficiente de fricción (µ). Durante el desarrollo de nuevas formulaciones, el coeficiente de fricción es ensayado en

6. CONCLUCIONES CONCLUCIONES En la actualidad se están buscando nuevos materiales los cuales resultan más amigables con el medio ambiente. El amaniato es un material muy contamínate a pesar de tener una buena precisión en su frenado.  Ahora se está buscando materiales materiales que sean de origen sintéticos los cuales nos permitirán una eficiencia en el frenado y menor contaminación. 7. REFERENCIAS REFERENCIAS http://www.boschecuador.com/sites/def  ault/files/pastillas_frenos.pdf   http://www.autobild.es/motorsport/freno s-f1-de-300-a-80-254089   s-f1-de-300-a-80-254089 http://www.uhu.es/jcarlos.fortes/DISCO S%20DE%20FRENO.pdf   https://es.scribd.com/document/280919 488/Composicion-de-Los-M 488/Composici on-de-Los-Materialesaterialesde-Friccion   de-Friccion http://arcacorp.com.mx/frenos-de-disco/ http://arcacorp.com.mx/frenos-de-disco/   http://www.boschautopartes.mx/Frenos/ Pages/Pastillas.aspx   Pages/Pastillas.aspx http://talleractual.com/informestecnicos/frenos-y-embragues/1577composicion-y-caracteristicas-de-losfrenos-a-disco   frenos-a-disco