炭/ 炭（tàn）複合材料是一種新型非金屬材料（liào）, 該（gāi）材料高溫性（xìng）能穩定, 熱導性（xìng）高, 熱膨脹係數小, 摩擦係數大, 摩擦性能（néng）好, 強度好, 重量輕, 是一種優質的刹車材料[ 1~ 3] , 現國內（nèi）外廣泛使用炭/ 炭複合材料作為飛機機輪（lún）的刹車（chē）材料。但炭/ 炭複（fù）合材料生產周期長,製造成本高, 炭/ 炭（tàn）複合材料的內在結構與金（jīn）屬材料（liào）完全不同, 性能差別也相當大, 不同場合使用的炭/炭複合材料也不同, 對其機加工的方（fāng）法有很大區別（bié）,對刀具的要求非常嚴格。

      1 炭/ 炭複合材（cái）料刹車盤坯體製備和材料特性（xìng）

      炭/ 炭複合材（cái）料毛坯是用炭纖維無緯布和炭纖維網胎（tāi）逐層鋪放後針刺（cì）形成炭氈體（tǐ）, 毛（máo）坯氈體的密度一般在0155~ 016 g/ cm3 之間。然後通過反複多次化學氣相沉積（jī）( 簡稱CVD) 、石墨化、浸漬等增密工藝和性能處（chù）理工藝, 使氈體的密度和性能達到使（shǐ）用要求（qiú）。為了提高增密工藝（yì）的效（xiào）果, 在增密過程中要多次進行機（jī）械加工, 去掉坯體外部的比較致密的硬皮塗層, 進一步打開坯體的孔隙。不同的產品增密工藝略有不同。一般要求炭/ 炭坯體的密（mì）度（dù）達（dá）到1175~ 1185 g/ cm3 之間才認為是合格的刹車盤產品[ 4~ 7] 。

      坯體製成（chéng）後, 炭纖維（wéi）層（céng）與層之間的連接（jiē）除了垂直（zhí）方向的針刺纖維外, 主（zhǔ）要（yào）是依靠CVD、浸漬增密工藝後生成的結構炭來連接, 增密（mì）後（hòu）生成新的結（jié）構炭,這種新的結構炭把炭纖維層與層緊密地結合在一起（qǐ）。兩種不同的炭纖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（yì）和性能處理工藝完成後, 材料的機械強度和性能（néng）才能達到使用要求（qiú）, 一般（bān）機輪炭/ 炭複合材料刹車盤（pán）縱向抗壓強度150~ 200 MPa, 抗彎強度80~ 100 MPa, 抗剪強（qiáng）度（dù）8 ~ 12 MPa, 靜摩擦係數0112~ 0115 左右, 動摩擦（cā）係數013~ 014 左右。炭/炭（tàn）複合材料的剛性較好, 材質表現（xiàn）硬而脆, 不能承受硬物碰撞（zhuàng）, 硬物一（yī）碰就會出現（xiàn）碎裂與缺（quē）口, 一不小心, 很容（róng）易碰壞工件, 引起產品報廢。

      2 機（jī）輪對（duì）炭/ 炭刹車盤的齧合要（yào）求

      飛（fēi）機機輪的輪轂和傳力筒分別與刹車（chē）盤的動盤與靜盤相齧合, 飛機在降落時（shí）的動能（néng）通過機輪傳（chuán）遞給動盤, 在側向力（lì）的作用下（xià）動盤壓緊靜（jìng）盤, 通過動盤與靜盤相對運動產生摩擦力矩, 從而慢慢消耗飛機著陸時的慣性動能, 運行規定的距離後消耗完飛機的動能而使飛機停下來。飛機（jī）的動能傳遞完全（quán）依（yī）靠動盤和靜盤的齧合（hé）齒來完成的。炭/ 炭材料刹（shā）車盤的機械強度相對金屬刹車盤來說要低得多, 一般來（lái）說（shuō）, 金屬刹車盤的機械強度很容（róng）易（yì）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嚴格的計（jì）算, 合理的結構設（shè）計和精密的機加工, 才能保證足夠機械強（qiáng）度。

      現以B757- 200 型刹車副為例, 根據使用要求,飛機最大刹車力矩為79 680 Nm, 整個的力矩分別由（yóu）動（dòng）盤和靜盤齧合齒來傳遞, 如圖（tú）2 所示, B757-200 型刹車機組共有8 套刹車副, 每套（tào）刹車副有4 個（gè）動盤（pán）、5 個（gè）靜盤, 每個（gè）動盤9 個齧合齒, 每個靜盤有15 個齧合齒（chǐ）。動盤共有8 @ 4 @ 9= 288 個（gè）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（hé）齒傳遞力矩是276 Nm, 如果加工誤（wù）差大, 所有齧合齒不（bú）能同時與輪轂齧合, 不是全部的齧合齒受力, 所齧合的（de）部分齒同樣傳遞全部力矩, 如沒有足夠多的齒共同齧合傳遞力矩的話, 加之（zhī）炭/ 炭複合材料（liào）是硬脆性材料（liào）, 剛度大不易變形, 那麽這部分傳遞扭矩的齧合齒很可能（néng）就（jiù）會承受不（bú）了負載而折斷或（huò）壓碎。所以對（duì）炭/ 炭刹車盤的齧合要注意如下幾（jǐ）點:

      1．炭/ 炭刹車盤齧合齒的分度和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、靜盤與傳力筒齧合齒之間（jiān）的間隙（xì）要在（zài）一定範圍內, 間隙（xì）太小引起裝配困（kùn）難, 太大又會引起（qǐ）衝擊, 不管動盤還是靜盤, 齒齧合槽一定要控製在一定精度範圍（wéi）。

      3． B757- 200 動盤在傳扭（niǔ）時（shí）, 為了使（shǐ）衝擊力不直接（jiē）衝擊炭/ 炭材料（liào）本體, 采（cǎi）用了（le）鋼夾作為襯墊, 鋼夾與炭/ 炭盤配合（hé）如圖3 所示（shì）, 鋼（gāng）夾用兩鉚釘固定,齒槽寬、兩鉚釘（dìng）孔（kǒng）的位置（zhì）有一定精度要求, 否則鋼夾（jiá）不易裝配或鋼夾與刹車盤本體間隙太大, 傳力時鉚（mǎo）釘直接受力容易折斷（duàn）, 這都是運行（háng）中（zhōng）不允許（xǔ）的。

      3 齒形加工的可靠性分析

      3．1 刀具的選用

      炭/ 炭複合材料是磨擦性能很好的材料, 這在機輪刹車盤的使用上有很好的效（xiào）果, 但在機加工過程中刀具（jù）磨損非常嚴重, 合理選用機加工刀具（jù）很重要,既（jì）要保證工件質量, 又要提高加（jiā）工效率, 幾種材料的刀具試（shì）用比較如下:

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

      2． 陶瓷刀具。陶瓷刀具的硬度、耐（nài）磨性能夠適（shì）應加工炭/ 炭複合材料的要求, 但是由於陶瓷主要成分是Al2O3, 炭與Al2O3 在高溫易發（fā）生反應, 機加工時會產生（shēng）局部高溫（wēn）, 特別是沒有經過石墨（mò）化處理的（de）炭/ 炭材料, 刀尖處溫度很高, 呈現紅色, 極易與Al2O3 發生反應, 影響炭/ 炭材（cái）料（liào）表麵質量。

      3． 金鋼石刀（dāo）具。金鋼石刀（dāo）具硬度加工炭/ 炭複合材料（liào）比（bǐ）較合適, 所以車加工選用金剛石刀具, 金（jīn）剛石的本體是炭元素, 與炭/ 炭材料在高溫下不會發生反應, 是（shì）一種比（bǐ）較理想的刀具材料（liào）。

      4． 硬質合金刀具。硬質合金刀具加工炭/ 炭材料比不上金（jīn）剛（gāng）石（shí）, 但比鋒鋼刀具好很多, 如加工刹車盤的齧合齒, 采用金剛石銑刀成本太高, 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 加工齧合齒分度的要求

      文（wén）章已對炭/ 炭複合材料的性能, 機輪與（yǔ）炭/ 炭刹（shā）車盤的（de）齧合（hé）要求作了介紹, 炭/ 炭複合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（dù）主要是靠機床本身的分度精度來保證。購買、選用機床要（yào）考慮機床加工精度等級, 一般情況下, 機床工作狀態正常, 能（néng）夠滿足刹車盤齧合齒分（fèn）度（dù）精度要求, B757- 200 齧合齒槽公差（chà）如圖4 所示, 由而（ér）選（xuǎn）用的機床精度可（kě）以達到? 012c, 完全可以滿足刹車盤的（de）要求（qiú）。

      3．3 齒形加工

      炭/ 炭複合材（cái）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（cì）炭纖維與增密後結構炭所連接的, 粘合力不一定非常（cháng）牢固, 加工時盡量采用徑向進刀的方法, 就是刀具沿著炭/ 炭纖維徑向運（yùn）動,這樣可防止損（sǔn）傷炭/ 炭（tàn）纖維層（céng）與層之間的結合。

      出於成本的考慮, B757- 200 刹（shā）車盤齧合齒的加工采用了硬質合金（jīn）銑刀, 在加工齒廓線時選用兩（liǎng）把銑刀, 第一步粗銑刹車（chē）盤的（de）齒廓線, 第二步（bù）精銑齒廓線, 粗銑刀的磨損對齒廓線精度影響可以忽略不計（jì）, 但（dàn）精銑刀的磨損對齒（chǐ）廓型狀公差關係很（hěn）大, 如采用5 10 的銑刀精銑炭/ 炭盤齒廓線就必（bì）須考慮銑刀的（de）磨損, 同一把銑刀工作一段時間後由於（yú）磨損, 銑刀直徑就會變得越（yuè）來越小。但炭/ 炭盤齒廓精度控製在一定的公差範圍（wéi）之內, 表示B757- 200 刹車盤動盤和靜盤齒廓尺寸精度（dù）範圍如圖4 所示。銑刀（dāo）磨（mó）損（sǔn）情況以加工B575- 200 動盤齒槽為例列於表（biǎo）1, 刀偏示意圖如圖5 所（suǒ）示。

      由表1 和圖5 可以看出, 當加（jiā）工60 件炭/ 炭盤（pán）之後, 銑刀的磨損比較嚴重, 加工出的齒槽快達到允許（xǔ）公差的極限, 在這種情況下, 就必須調整刀偏, 有些比（bǐ）較先進的機（jī）床, 可以自動檢（jiǎn）測刀（dāo）具的磨損量, 自

      動調整刀偏的參數, 對一般不能自動檢測刀具磨損的機床, 要根據材料的特性, 摸索出在加工該種材料的情況下刀具磨損速度, 以便及時人工掌握刀具磨損, 調整刀偏, 保證加工工件在允許的公差範圍以內, 齧合齒加工實況如（rú）圖6 所示。

      4 結束語

      炭/ 炭複合（hé）材料在（zài）我國還剛開（kāi）始使（shǐ）用, 對這（zhè）種材料機加工方法還（hái）有許多工作要做, 通過這幾年的試驗和生產實踐, 初步掌握了炭/ 炭複合材料的（de）機械性能和機加工工藝, 摸索了一些經驗, 生產出了多種（zhǒng）不同炭/ 炭複合（hé）材料產品（pǐn）, 並已（yǐ）成功地（dì）使（shǐ）用在航空、航天及民用等領域, 但如何進一步節省加工成本, 提高加工（gōng）效（xiào）率, 合理使用刀具等方（fāng）麵, 還有待進一步探索和研究, 以使炭/ 炭（tàn）複合（hé）材料在更多的領域得到應用。