炭/ 炭複合材料是一種新型非金屬材料, 該材料高溫性能穩定, 熱導性高（gāo）, 熱膨脹係數（shù）小, 摩擦係數大, 摩（mó）擦性能好, 強度好（hǎo）, 重量輕, 是（shì）一（yī）種（zhǒng）優質的刹車材料[ 1~ 3] , 現國內外廣泛（fàn）使用炭/ 炭複合材料作為飛機機輪的刹車材料。但炭/ 炭複（fù）合材料生（shēng）產周期（qī）長（zhǎng）,製造成本高, 炭/ 炭複合材料的內在結構（gòu）與金屬材料完全不同, 性能差別也相（xiàng）當大, 不同場合使（shǐ）用的炭/炭複（fù）合材料也不同（tóng）, 對其機（jī）加工的方法有很大區別,對刀具的要求非常嚴格。

      1 炭/ 炭複合材料刹車盤坯體製備和材料特性

      炭/ 炭複合材料毛坯（pī）是用炭纖維無緯布和炭纖維網胎逐（zhú）層鋪放後針刺（cì）形成炭氈體, 毛坯氈體的密度一般在0155~ 016 g/ cm3 之間。然後（hòu）通過（guò）反（fǎn）複多次化學氣相沉（chén）積( 簡稱（chēng）CVD) 、石墨（mò）化、浸漬等增密工藝和性（xìng）能處（chù）理工藝, 使氈體的密度和性能（néng）達到使用要求。為了（le）提高增密工藝（yì）的（de）效果, 在增密（mì）過程中要多（duō）次進（jìn）行機（jī）械加工, 去掉坯體外部的比較致密的硬皮塗層, 進一步打（dǎ）開坯體的孔隙。不（bú）同的產（chǎn）品增密工藝（yì）略（luè）有不同（tóng）。一般要求（qiú）炭/ 炭（tàn）坯體的密度達到1175~ 1185 g/ cm3 之間才認為是合格（gé）的刹車（chē）盤產品[ 4~ 7] 。

      坯體製成後, 炭纖維（wéi）層與層之間的連接除了垂直（zhí）方向的針刺纖維外, 主要是依靠CVD、浸漬增密工藝後生成的結構炭來連接, 增密後生成新的（de）結構（gòu）炭,這種新的結構炭把炭纖維層與層緊密地結合在一起。兩種不同的炭（tàn）纖（xiān）維毛坯在增密過程完成後, 其截麵結構如圖1 所示, 從

      圖1 兩種不同炭纖維毛坯經致密後的截麵圖（tú）增密工藝和性能（néng）處理（lǐ）工藝完成後, 材料的機（jī）械強（qiáng）度和性能才能達到使用要求, 一般機輪炭/ 炭複合材料刹（shā）車盤縱向抗（kàng）壓強度150~ 200 MPa, 抗彎強度80~ 100 MPa, 抗剪強度8 ~ 12 MPa, 靜（jìng）摩擦係數（shù）0112~ 0115 左右, 動摩擦係數013~ 014 左右。炭/炭複合材料的剛性較好, 材質表現硬而（ér）脆, 不能（néng）承受硬物碰撞, 硬物一碰就（jiù）會出現碎裂與缺口, 一不小（xiǎo）心, 很容易（yì）碰（pèng）壞工件（jiàn）, 引起產品報廢。

      2 機輪對炭/ 炭刹車盤的齧合要求

      飛機機輪的輪轂和傳力筒分別與刹車盤的動（dòng）盤與靜盤相齧合, 飛機在降落時的動能通過機輪傳遞給（gěi）動盤, 在側向力的作（zuò）用下動盤（pán）壓緊靜盤, 通過動盤與靜盤相（xiàng）對運動產生摩擦力矩, 從（cóng）而慢慢消耗飛機著陸時的慣性動能, 運行規定的距離後消（xiāo）耗完飛機的動能而使飛機停（tíng）下來（lái）。飛機的動能傳遞完全依靠動盤和靜盤的齧合齒來完成（chéng）的。炭/ 炭材料刹車盤的機械強度相對金屬刹車盤來說要低得（dé）多, 一般來說, 金屬（shǔ）刹車盤的機械（xiè）強度很容易滿足刹車力矩的要求, 炭/ 炭複合材料刹車盤對刹車力矩要通過（guò）嚴格的計算, 合理的結構設計和精密的機加工, 才（cái）能保證足（zú）夠機械強度。

      現以B757- 200 型刹車副（fù）為例, 根據（jù）使用（yòng）要求,飛機最大刹車（chē）力矩為79 680 Nm, 整個的力矩分別由動盤和靜盤齧（niè）合齒來傳遞, 如圖2 所示, B757-200 型刹車機組共有8 套刹（shā）車（chē）副, 每套刹車副有4 個動盤、5 個靜盤, 每（měi）個動盤9 個齧合齒, 每個（gè）靜（jìng）盤有15 個齧合齒。動盤（pán）共（gòng）有8 @ 4 @ 9= 288 個齧合齒, 這288 個齧合齒要傳遞全部的刹車力矩, 平均每個齧合齒傳遞力矩是276 Nm, 如果加工誤差大, 所有齧合齒不能（néng）同時與輪轂齧合, 不是全部的齧合齒受力, 所齧（niè）合的部分（fèn）齒同樣傳（chuán）遞全部（bù）力矩, 如沒有足（zú）夠多的齒共同齧合傳遞力矩的（de）話, 加之炭/ 炭複合材料是硬脆性材料, 剛度大不易變形, 那麽這（zhè）部分傳遞扭矩的齧合齒很可能就會承受不了負載而折斷或壓碎。所以對炭/ 炭刹車盤的齧合要注意如下幾點（diǎn）:

      1．炭/ 炭（tàn）刹車（chē）盤齧合齒的分度和（hé）齒形加工一定要準確, 盡量使更多的齧合齒能處於工作狀態。

      2． 動盤與輪轂、靜盤與傳力（lì）筒齧合齒（chǐ）之間的間隙要在一定範圍內, 間隙太小（xiǎo）引起（qǐ）裝（zhuāng）配困難, 太大又會引起衝（chōng）擊, 不（bú）管動盤還是（shì）靜盤, 齒齧（niè）合槽一定要控製在一定精度範圍。

      3． B757- 200 動盤在傳扭（niǔ）時, 為（wéi）了使衝擊力不（bú）直接衝擊炭/ 炭材料本體, 采用了鋼夾作為襯墊, 鋼夾與炭/ 炭盤配合如圖3 所示, 鋼夾用兩鉚釘固定,齒（chǐ）槽寬、兩（liǎng）鉚釘孔的位置（zhì）有一定精（jīng）度要求, 否則鋼（gāng）夾不易裝配或鋼夾與刹車盤本體間隙太大, 傳力時鉚釘直接受力容易折斷, 這都是運行（háng）中不允許的。

      3 齒形加（jiā）工的可靠性分析

      3．1 刀具（jù）的（de）選用

      炭/ 炭複合材料是磨擦（cā）性（xìng）能很好的材料, 這在（zài）機輪（lún）刹車盤的使用上有很（hěn）好的效果, 但在機加工過程中刀具磨損非常嚴重, 合理選（xuǎn）用機加工刀具很重要（yào）,既要保證（zhèng）工件（jiàn）質（zhì）量, 又要提高（gāo）加工效（xiào）率, 幾種材料的刀（dāo）具試用（yòng）比較如下:

      1． 高速鋼刀具。用高（gāo）速鋼加工炭/ 炭複合材料很快就將（jiāng）刀具的刀鋒磨掉, 操作人員要頻繁磨刀（dāo）, 工作效率太低。

      2． 陶瓷刀具。陶（táo）瓷刀具的硬度、耐磨性能夠適應加工炭/ 炭複合材料的要求, 但是由於陶（táo）瓷（cí）主要成分是Al2O3, 炭與Al2O3 在高溫易發生反應, 機加工時會產生局部高溫, 特（tè）別是沒有經過石墨化（huà）處理的炭/ 炭材料（liào）, 刀尖處溫度很高, 呈（chéng）現（xiàn）紅色, 極（jí）易與Al2O3 發生反應, 影響炭/ 炭材料表麵質量。

      3． 金鋼石刀具。金鋼石刀具硬度加工炭/ 炭（tàn）複合材料比較合適, 所以車（chē）加工（gōng）選用金剛石刀具, 金剛石的本體是炭元（yuán）素（sù）, 與炭/ 炭材料在高溫（wēn）下不會發生反應, 是（shì）一種比較理想的刀具材料（liào）。

      4． 硬質合金刀具。硬質合（hé）金刀具加工炭/ 炭材料比不上金剛（gāng）石, 但比鋒鋼刀具好很多, 如加工刹車盤的齧合齒, 采用（yòng）金剛石銑刀成本太高（gāo）, 使用壽命也不長, 選用硬質合金銑刀, 加工磨損後采用調整刀偏的方法保證齧合齒的精度。

      3．2 加工齧合齒分度（dù）的要求

      文章已對炭/ 炭複合（hé）材料的性（xìng）能, 機輪與炭/ 炭刹車盤的（de）齧合要求作了介紹（shào）, 炭/ 炭複（fù）合（hé）材料刹車盤齧合齒的加工, 主要是齧合齒的分度與齒形加工, 齒的分度主要是（shì）靠機床本身的（de）分（fèn）度精度來保證。購買、選用機（jī）床要考慮機床加工精度等（děng）級, 一般情況下, 機床（chuáng）工作狀態正常, 能夠滿足刹車盤齧合齒分度精度要求, B757- 200 齧合齒（chǐ）槽公差如圖4 所示, 由而選用的機床（chuáng）精度可以達到? 012c, 完全可（kě）以滿足刹車盤的要求。

      3．3 齒形加工（gōng）

      炭/ 炭複合材料在厚度方向層次明顯, 層與層之間的結合力是靠垂直針刺炭纖維與增密後結構炭所連接的, 粘合力不一定非常牢固, 加工時（shí）盡量采用徑（jìng）向進刀的方（fāng）法, 就是刀具沿著（zhe）炭/ 炭纖維徑向（xiàng）運動,這樣可防止損傷炭/ 炭纖維層與層之間的結合。

      出於成本的考慮, B757- 200 刹（shā）車盤齧合齒的（de）加工采用了硬質合金銑刀, 在加工齒（chǐ）廓線時選用兩把銑刀, 第一（yī）步粗銑刹車盤的齒廓線, 第二步精銑齒廓線, 粗銑刀的磨損對（duì）齒廓線精（jīng）度影響可以忽略不計, 但精銑刀的磨損對齒廓型狀（zhuàng）公差關係很大, 如采用5 10 的銑刀精銑炭/ 炭盤齒廓線就（jiù）必須考慮（lǜ）銑刀的磨損, 同一把銑刀工作一（yī）段時間後由於磨損, 銑刀直徑就會（huì）變得越來越小。但炭/ 炭盤齒廓精度控製在一定（dìng）的公（gōng）差範（fàn）圍（wéi）之內, 表示B757- 200 刹車（chē）盤動（dòng）盤（pán）和靜盤（pán）齒廓尺寸精度範（fàn）圍如圖4 所示。銑刀磨損情況以加工B575- 200 動盤齒槽為例列於表1, 刀偏示意圖（tú）如圖5 所示。

      由表1 和圖5 可以看出, 當加工60 件炭/ 炭盤之後, 銑刀的磨損比較嚴重, 加工出的齒槽快達（dá）到允許公差（chà）的極（jí）限, 在這（zhè）種情況下, 就（jiù）必須調整刀偏, 有些比較先進的機床, 可以自動檢測刀具的磨損量, 自

      動（dòng）調整刀偏的（de）參數, 對一（yī）般不能自動檢（jiǎn）測刀具（jù）磨損的機床, 要根據材（cái）料的（de）特性, 摸索出在加工該種材（cái）料（liào）的（de）情況下刀具磨損速（sù）度, 以便（biàn）及時人工掌握（wò）刀具磨損, 調整（zhěng）刀偏, 保證加工工件在允許的公差範圍以內, 齧合齒加工實況如圖6 所示。

      4 結束語

      炭/ 炭複合材料在我國（guó）還剛開始使用, 對這種材料機加工方法還有許多工（gōng）作要做, 通過這幾年的試驗和生產實踐, 初步掌握（wò）了（le）炭/ 炭複合（hé）材料的機械性能和機（jī）加工工藝, 摸索了一些經驗, 生產出了多種不同炭/ 炭複合材料產品（pǐn）, 並已成功地使用在航空、航天（tiān）及民用等領域, 但如何進一步節省加工（gōng）成本, 提高加工效率（lǜ）, 合理使用刀具等方麵, 還有待進一步探索和研究, 以使炭/ 炭複合材料在更多的領域（yù）得到應用。