趙蕾 劉曉東 鄧德軍 李鴻磊

摘要： 蔡斯試驗(yàn)是針對(duì)摩擦材料摩擦性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法的一種，主要用于制動(dòng)襯片生產(chǎn)廠(chǎng)家內(nèi)部的質(zhì)量控制，也可以用于外購(gòu)制動(dòng)襯片的質(zhì)量評(píng)估。對(duì)于蔡斯試驗(yàn)，國(guó)際上有多種測(cè)試方法，不同的測(cè)試方法對(duì)制動(dòng)襯片的摩擦性能影響各不相同，本文主要是介紹各測(cè)試方法之間的異同點(diǎn)，對(duì)比分析其測(cè)試方法的差異。

Abstract： Chase test is a kind of laboratory test method for testing friction properties of friction materials， which is mainly used for internal quality control of brake lining manufacturers， and can also be used for quality evaluation of externally purchased brake lining. For the chase test， there are many test methods in the world， and different test methods have different influences on the friction performance of brake lining. This paper mainly introduces the similarities and differences between the test methods， and compares and analyzes the differences of the test methods.

關(guān)鍵詞： 制動(dòng)襯片;摩擦材料;蔡斯試驗(yàn);測(cè)試方法

Key words： brake pads;rriction materials;chase test;test method

中圖分類(lèi)號(hào)：U472.43;TQ172.1+6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0065-03

0 ?引言

摩擦材料性能磨損試驗(yàn)有不同的試驗(yàn)類(lèi)型和試驗(yàn)方法，各類(lèi)試驗(yàn)的目的、方法和設(shè)備均不相同。從根本上講，都是在一定條件下使被測(cè)的摩擦材料作功，測(cè)定其在作功過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力（力矩）的大小及變化情況，以及作功后材料的尺寸（厚度）、重量及外觀的變化，從而對(duì)摩擦材料的性能做出評(píng)價(jià)。常采用的試驗(yàn)類(lèi)型有小樣試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)及道路試驗(yàn)。上述三種類(lèi)型的試驗(yàn)，不一定按照常規(guī)依次進(jìn)行，根據(jù)具體情況，可以分別選取或結(jié)合進(jìn)行。在亞洲及美洲等國(guó)家和地區(qū)基本上按照小樣試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)的順序進(jìn)行，而歐洲則一般不采用小樣試驗(yàn)，只進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)（ISO 7881-1987是唯一的小樣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)在已被廢止）。大多數(shù)摩擦材料企業(yè)更注重于小樣試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)，道路試驗(yàn)常由主機(jī)廠(chǎng)隨整車(chē)其他試驗(yàn)項(xiàng)目一同進(jìn)行。

小樣試驗(yàn)是以小尺寸標(biāo)準(zhǔn)試樣為試驗(yàn)對(duì)象，按照小樣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，在相應(yīng)的小樣試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的試驗(yàn)。它的試驗(yàn)條件選擇范圍較寬，影響因素較易控制，在短時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行較多參數(shù)和較多次數(shù)的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，對(duì)比性較強(qiáng)，易于發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性;小樣試驗(yàn)具有試驗(yàn)簡(jiǎn)捷、設(shè)備投資和試驗(yàn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但試驗(yàn)?zāi)M條件與摩擦片工作時(shí)的實(shí)際工況有一定差距，其試驗(yàn)結(jié)果不足以評(píng)價(jià)摩擦材料在實(shí)際工況條件下的真實(shí)使用性能。小樣試驗(yàn)的目的在于考察摩擦材料在特定試驗(yàn)條件下的材料特性，常用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期的配方研究與篩選試驗(yàn)。目前更多應(yīng)用于具有穩(wěn)定配方與成熟工藝的摩擦材料生產(chǎn)過(guò)程中間的質(zhì)量監(jiān)控。

目前，在亞洲一些國(guó)家和地區(qū)，如中國(guó)、日本韓國(guó)等，小樣試驗(yàn)主要參照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（JIS）制訂的JISD-4411小樣試驗(yàn)規(guī)范，其規(guī)定的試驗(yàn)設(shè)備是定速摩擦試驗(yàn)機(jī)。定速試驗(yàn)采用的是盤(pán)-塊式摩擦副形式，模擬的是定壓力、定速度、連速制動(dòng)工況，測(cè)試以一定壓力、速度連續(xù)制動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)和磨損率隨溫度變化的情況。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T-2008汽車(chē)用制動(dòng)器襯片中非等效采用JISD-4411試驗(yàn)方法，是我國(guó)汽車(chē)摩擦材料行業(yè)中唯一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被國(guó)家及有關(guān)行業(yè)的摩擦材料質(zhì)量監(jiān)督管理部門(mén)確定為質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)的方法標(biāo)準(zhǔn)。但是由于此試驗(yàn)設(shè)備彈簧測(cè)力不夠精確、容易產(chǎn)生摩擦振動(dòng)、水閥控制溫度誤差大、試驗(yàn)結(jié)果與操作水平有關(guān)等缺點(diǎn)，正逐步被蔡斯試驗(yàn)機(jī)取代。

蔡斯試驗(yàn)設(shè)備最初是由美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）于20世紀(jì)50年代制訂的（初期版本稱(chēng)為SAE J661A），并于1987年8月修訂完成并頒布的小樣試驗(yàn)規(guī)范使用到的設(shè)備。SAE 在SAE J661試驗(yàn)規(guī)范及按照此規(guī)范測(cè)試結(jié)果基礎(chǔ)上，又制定了SAE J866（汽車(chē)制動(dòng)襯墊和剎車(chē)塊摩擦系數(shù)分級(jí)標(biāo)志方法）和SAE J998（汽車(chē)制動(dòng)襯墊的最低要求）標(biāo)準(zhǔn)。SAE J866標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)制動(dòng)襯片和制動(dòng)蹄片的摩擦特性提供了統(tǒng)一的識(shí)別方法，SAE J998標(biāo)準(zhǔn)對(duì)摩擦材料產(chǎn)品的性能提出了最低要求。 SAE J661、SAE J866和SAE J998標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了一個(gè)較為完整的小樣試驗(yàn)規(guī)范。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7881參照采用了SAE J661A標(biāo)準(zhǔn)。蔡斯試驗(yàn)方法與定速試驗(yàn)有較大區(qū)別，蔡斯試驗(yàn)除恒壓力試驗(yàn)?zāi)Ｊ酵猓€規(guī)定了恒摩擦力試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，即恒輸出功試?yàn)，可通過(guò)正壓力的變化情況反映襯片摩擦性能的變化，而定速試驗(yàn)機(jī)無(wú)此功能，因此蔡斯試驗(yàn)工況模擬性?xún)?yōu)于定速試驗(yàn)。

蔡斯試驗(yàn)主要是模擬連續(xù)或斷續(xù)制動(dòng)工況，采用鼓-塊式摩擦副結(jié)構(gòu)，定速滑磨，測(cè)試以一定壓力、速度連續(xù)制動(dòng)時(shí)，摩擦材料的摩擦系數(shù)和磨損率隨溫度變化的情況。其測(cè)試對(duì)象主要適用于汽車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器襯片和汽車(chē)鼓式制動(dòng)器襯片，不適用于駐車(chē)制動(dòng)器襯片。其測(cè)試項(xiàng)目主要包含基線(xiàn)試驗(yàn)、衰退試驗(yàn)、恢復(fù)試驗(yàn)和磨損試驗(yàn)。其測(cè)試目的主要用于生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)制動(dòng)襯片的質(zhì)量控制，延伸可用于配方研發(fā)、出口產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證及采購(gòu)商質(zhì)量評(píng)估等方面。隨著GB5763-2018的發(fā)布，其標(biāo)準(zhǔn)中已將蔡斯試驗(yàn)（GB/T 17469-2012《汽車(chē)制動(dòng)器襯片摩擦性能評(píng)價(jià)小樣臺(tái)架試驗(yàn)方法》）作為制動(dòng)襯片強(qiáng)制檢驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)方法，國(guó)際上又有ISO、SAE、JASO也有蔡斯試驗(yàn)的試驗(yàn)方法。因此我們有必要對(duì)蔡斯試驗(yàn)不同測(cè)試方法進(jìn)行對(duì)比，找出它們之間的異同點(diǎn)，分析對(duì)比其測(cè)試方法的差異，使研發(fā)與測(cè)試人員明白各測(cè)試方法的區(qū)別與聯(lián)系，更方便他們進(jìn)行研發(fā)測(cè)試試驗(yàn)。

1 ?涉及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

①SAE J661-2012 Brake Lining Quality Procedure（現(xiàn)行）;②SAE J866-2012 Friction Coefficient Identification and Environment Marking System for Brake Linings（現(xiàn)行）;③SAE J998-1986 Minimum Requirements for Motor Vehice Brake Linings（現(xiàn)行）;④JASO C418-1991 Brake Linings Friction Characteristics Test Procedure（現(xiàn)行）;⑤ISO 7881-1987 Road Vehicle-Brake Linings-Evalution of Friction Material Characteristics-Small Sample Bench Test Procedure（廢止）;⑥GB/T 17469汽車(chē)制動(dòng)器襯片摩擦性能評(píng)價(jià)小樣臺(tái)架試驗(yàn)方法（1998版，等同于ISO 7881-1987，廢止;2012版，對(duì)應(yīng)SAE J661和SAE J866，現(xiàn)行）。

2 ?各標(biāo)準(zhǔn)之間的引用關(guān)系

JASO C418標(biāo)準(zhǔn)制定之前，SAE J661a在日本應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，ISO 7881標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)在日本開(kāi)始使用。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，JASO在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，考慮了以下兩個(gè)原則：①與ISO 7881標(biāo)準(zhǔn)做好協(xié)調(diào)工作;②為了全面應(yīng)用，做好與SAE J661的協(xié)調(diào)工作。

由于ISO 7881的廢止，現(xiàn)ISO到目前為止沒(méi)有發(fā)布新的蔡斯試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 17469由原先的等同采用ISO 7881轉(zhuǎn)為等效采用SAE J661和SAE J866。

3 ?試驗(yàn)設(shè)備

此試驗(yàn)設(shè)備為摩擦材料小樣臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具備以下功能：①能夠測(cè)量制動(dòng)鼓溫度，且溫度測(cè)量系統(tǒng)的精度為滿(mǎn)量程±2%;②能夠加熱制動(dòng)鼓;③能夠控制制動(dòng)鼓加熱速率;④僅從制動(dòng)鼓的背面冷卻制動(dòng)鼓;⑤能夠控制制動(dòng)鼓的降溫速率;⑥能夠測(cè)量制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)速，制動(dòng)鼓速度測(cè)量系統(tǒng)的精度為滿(mǎn)量程的±2%;⑦能夠測(cè)量制動(dòng)鼓摩擦力或壓力，摩擦力測(cè)量系統(tǒng)的精度為滿(mǎn)量程的±2%。

制動(dòng)鼓升溫方式應(yīng)按如下方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在試驗(yàn)過(guò)程中保持此狀態(tài)：制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)速417rpm，用冷卻空氣將制動(dòng)鼓從149℃冷卻至93℃，然后關(guān)閉冷卻空氣，自然冷卻至82℃，打開(kāi)加熱器并開(kāi)始計(jì)時(shí)，加熱10min。制動(dòng)鼓溫度應(yīng)在10min升到221℃±14℃。制動(dòng)鼓降溫方式應(yīng)按如下方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在試驗(yàn)過(guò)程中保持此狀態(tài)：制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)速417rpm，用加熱器將制動(dòng)鼓加熱至371℃，然后關(guān)閉加熱器，開(kāi)啟冷卻空氣，降溫至343℃開(kāi)始計(jì)時(shí)，冷卻10min。制動(dòng)鼓溫度應(yīng)在10min將至93℃±14℃。熱電偶測(cè)量點(diǎn)深度應(yīng)符合以下要求：當(dāng)制動(dòng)鼓內(nèi)徑為277mm-278mm時(shí)，熱電偶測(cè)量點(diǎn)深度為2.55mm;當(dāng)制動(dòng)鼓內(nèi)徑為278mm-279mm時(shí)，溫度測(cè)量點(diǎn)深度為3.05mm;當(dāng)制動(dòng)鼓內(nèi)徑為279mm-280mm時(shí)，測(cè)量點(diǎn)深度為3.55mm（測(cè)量點(diǎn)深度是指新制動(dòng)鼓的內(nèi)徑為277.4mm時(shí)的深度）。

4 ?試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容對(duì)比（表1）

由于SAE J866與SAE J998是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)SAE J661的補(bǔ)充與試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)，不是試驗(yàn)方法，因此沒(méi)有在對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)行列。另外，對(duì)于GB/T 17469，其1998版是等同ISO 7881，其2012版等同于SAE J661，因此也不在對(duì)比行列。

根據(jù)使用目的的不同，方便靈活使用，JASO C418將熱態(tài)分為A1、A2和B三個(gè)部分，對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：A1—ISO 7881A;A2—SAE J661;B—ISO 7881 B。

5 ?試樣制備

四個(gè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都需要制取試樣進(jìn)行試驗(yàn)，從各試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中看出SAE J661（GB/T 17469-2012）的制樣過(guò)程尤為詳細(xì)，下面就以SAE J661（GB/T 17469-2012）制樣過(guò)程為參照。從每批產(chǎn)品中隨機(jī)抽取5個(gè)襯片。從每個(gè)襯片中制取一個(gè)試樣。試樣應(yīng)從襯片的中部截取，取樣位置到襯片周邊距離相等。試樣長(zhǎng)寬尺寸為25.4mm*25.4mm，試樣摩擦面為弧形，圓弧半徑應(yīng)與制動(dòng)鼓相吻合，背面為平面，最厚處厚度（或試樣加上消音片）約為6mm。試樣的試驗(yàn)?zāi)Σ撩鎽?yīng)為襯片的摩擦面。對(duì)于已經(jīng)磨削加工過(guò)的試樣，應(yīng)從其摩擦面上至少磨去0.3mm，但不得超過(guò)0.5mm。對(duì)于未經(jīng)磨削的試樣（直接從模具中取出），應(yīng)從摩擦面上磨去1.0mm-1.2mm，以便襯片表面的樹(shù)脂浸漬層能完全清除。

制好的試樣的試驗(yàn)?zāi)Σ撩娌粦?yīng)用手接觸，應(yīng)避免粘上其他外來(lái)雜質(zhì)。

6 ?摩擦系數(shù)計(jì)算方法與編碼—SAE J866

SAE J866標(biāo)準(zhǔn)旨在提供一種對(duì)制動(dòng)器襯片的摩擦系數(shù)進(jìn)行分類(lèi)的統(tǒng)一方法，本方法是以按照SAE J661標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。需要強(qiáng)調(diào)指出的是本標(biāo)準(zhǔn)并不是規(guī)定制動(dòng)器襯片的摩擦系數(shù)要求，也不是指定在整個(gè)制動(dòng)器性能試驗(yàn)中必須考慮的制動(dòng)器襯片的特性。

為了便于表述，其將摩擦系數(shù)值分為C、D、E、F、G、H六類(lèi)，見(jiàn)表2。

根據(jù)本試驗(yàn)方法測(cè)得的摩擦系數(shù)值，計(jì)算出常溫摩擦系數(shù)和高溫摩擦系數(shù)，按照上表的類(lèi)別代號(hào)，標(biāo)記本批次襯片的級(jí)別。第一個(gè)字母表示常溫摩擦系數(shù)值，第二個(gè)字母表示高溫摩擦系數(shù)值。

常溫摩擦系數(shù)計(jì)算方法如下：

第二次衰退試驗(yàn)四個(gè)溫度點(diǎn)的平均值。93℃（200°F）;121℃（250°F）;149℃（300°F）;204℃（400°F）。

高溫摩擦系數(shù)計(jì)算方法如下：為10個(gè)溫度點(diǎn)的平均值。第一次恢復(fù)試驗(yàn)204℃（400°F）和149℃（300°F），兩個(gè)溫度點(diǎn);第二次衰退試驗(yàn)在232℃（450°F）、280℃（500°F）、288℃（550°F）、316℃（600°F）和343℃（650°F），五個(gè)溫度點(diǎn);第二次恢復(fù)試驗(yàn)在280℃（500°F）、204℃（400°F）和149℃（300°F），三個(gè)溫度點(diǎn)。

舉例：如某一襯片的常溫摩擦系數(shù)值為0.29（摩擦系數(shù)值在0.25與0.35之間，屬于E級(jí)），高溫摩擦系數(shù)值為0.40（摩擦系數(shù)值在0.35與0.45之間，屬于F級(jí)），則標(biāo)記為EF級(jí)。

7 ?摩擦襯片最低性能—SAE J998

本標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)按照SAE J661標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行五個(gè)樣品的測(cè)試，并按照標(biāo)準(zhǔn)SAE J866進(jìn)行摩擦系數(shù)值的評(píng)價(jià)。摩擦性能最低要求：①常溫摩擦系數(shù)值>0.25—五個(gè)樣品試驗(yàn)的平均值。②高溫摩擦系數(shù)值>0.15—五個(gè)樣品試驗(yàn)的平均值。③五個(gè)樣品試驗(yàn)的以下采集點(diǎn)，摩擦系數(shù)值應(yīng)>0.15：a）第二次衰退：93℃（200°F）至288℃（550°F），共包含著八個(gè)溫度點(diǎn);b）第二次恢復(fù)：149℃（300°F）至93℃（200°F），共包含著兩個(gè)溫度點(diǎn)。④摩擦系數(shù)的變化：在第二次衰退試驗(yàn)93℃（200°F）至288℃（550°F）之間（共包含著八個(gè)溫度點(diǎn)）以及第二次恢復(fù)試驗(yàn)149℃（300°F）至93℃（200°F）之間（共包含著兩個(gè)溫度點(diǎn)），摩擦系數(shù)差值≤0.050或者變化率≤20%。SAE J661、SAE J866和SAE J998構(gòu)成了一個(gè)較為完整的小樣試驗(yàn)規(guī)范，是AMECA認(rèn)證的一部分。AMECA全稱(chēng)為Automotive Manufacturers Equipment Compliance Agency（美國(guó)汽車(chē)制造商設(shè)備安全監(jiān)督委員會(huì)）。

8 ?摩擦系數(shù)計(jì)算—JASO C418和ISO 7881JASO C418摩擦系數(shù)計(jì)算方法如表3。

ISO 7881摩擦系數(shù)計(jì)算如下：常溫摩擦系數(shù)：衰退試驗(yàn)時(shí)在100℃、150℃和200℃測(cè)得的摩擦系數(shù)平均值。高溫摩擦系數(shù)：在A工況下，衰退試驗(yàn)時(shí)在300℃、350℃和恢復(fù)試驗(yàn)時(shí)300℃測(cè)得的摩擦系數(shù)平均值。在B工況下，衰退試驗(yàn)時(shí)在350℃、400℃和恢復(fù)試驗(yàn)時(shí)350℃測(cè)得的摩擦系數(shù)平均值。

9 ?總結(jié)

本文主要是針對(duì)蔡斯試驗(yàn)不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)JASO C418、ISO 7881、SAE J661、SAE J866、SAE J998及GB/T 17469在標(biāo)準(zhǔn)引用關(guān)系、試驗(yàn)方法及摩擦系數(shù)計(jì)算方法等方面進(jìn)行對(duì)比，得出各標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)區(qū)別與共同點(diǎn)，對(duì)摩擦材料配方研發(fā)和測(cè)試具有重要的指導(dǎo)作用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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