炭/ 炭複合材料是一種新（xīn）型非金（jīn）屬材料, 該材料高溫性能穩定, 熱導性高, 熱膨脹係數小, 摩擦（cā）係數大, 摩擦性能好, 強度好（hǎo）, 重量輕, 是一種（zhǒng）優質的刹車材料（liào）[ 1~ 3] , 現國內（nèi）外廣泛使用炭/ 炭複合材料作為飛機（jī）機輪（lún）的刹車材料。但炭/ 炭複合材料生產（chǎn）周期（qī）長,製造（zào）成本高（gāo）, 炭/ 炭複合材（cái）料的內在結構與金屬材料完（wán）全不同, 性能差別也相當大, 不同（tóng）場（chǎng）合（hé）使（shǐ）用的炭/炭複合材料也不同, 對其機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/ 炭複合材料毛坯是用炭纖維無緯布和炭纖維（wéi）網胎逐層鋪放後針刺形成炭氈體, 毛坯氈體的密度一般（bān）在0155~ 016 g/ cm3 之間（jiān）。然後通過反複多次化學氣相沉積( 簡稱CVD) 、石墨化、浸（jìn）漬等（děng）增密工藝和性（xìng）能（néng）處理工藝, 使氈體的密度和（hé）性能達到使用要求。為了提高增密工藝的效果, 在增密過程中（zhōng）要多次進行機械（xiè）加工, 去（qù）掉坯體外（wài）部（bù）的比較致密的（de）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（yī）般要求炭/ 炭坯（pī）體的密度達到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, 炭纖維層與層（céng）之間的連接除了垂直方向的針刺纖維外, 主要是依靠CVD、浸漬增密工藝後生成的結構炭來連接, 增密（mì）後生成新的結（jié）構炭（tàn）,這種（zhǒng）新的結構炭把炭纖維層與層緊密地（dì）結合在（zài）一起。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增（zēng）密工藝（yì）和性（xìng）能處理工藝完成後, 材料的機械強度和性能才能達到使用要求, 一（yī）般機輪炭/ 炭複合材料刹車盤縱向抗壓強度150~ 200 MPa, 抗彎強度（dù）80~ 100 MPa, 抗剪強度8 ~ 12 MPa, 靜摩（mó）擦係數0112~ 0115 左（zuǒ）右, 動摩擦係數013~ 014 左右。炭/炭複合材（cái）料的剛性較好, 材（cái）質表現硬而脆, 不能承受硬物碰撞, 硬物一碰就會出現碎裂與缺口, 一不小心, 很容易碰（pèng）壞工（gōng）件, 引（yǐn）起產品報廢。

      2 機輪對炭/ 炭（tàn）刹車（chē）盤的齧合要（yào）求

      飛機機輪的輪轂和傳（chuán）力筒分別（bié）與刹車盤的動盤（pán）與靜盤相齧合, 飛機在降落時的動（dòng）能通過（guò）機輪傳遞給動盤, 在側向力（lì）的作用下動盤壓緊靜盤（pán）, 通過動盤與（yǔ）靜盤相對運動產（chǎn）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（hào）完飛機的動能而使飛機停下來。飛機的動能傳遞完全（quán）依靠動盤和靜盤的齧合齒來完成的。炭/ 炭材料刹車盤的機械強度相對金屬刹車盤來說要低得多, 一般來說, 金屬刹車盤的機械強度（dù）很容易滿足刹車力矩的要（yào）求, 炭/ 炭複合材料刹（shā）車盤（pán）對刹車力矩要通過嚴格的計（jì）算, 合理的結構設計和精密的機加工, 才能保證足夠機械強度。

      現以B757- 200 型刹（shā）車副為例, 根據使（shǐ）用要求,飛（fēi）機最大刹車力矩為79 680 Nm, 整個的力矩（jǔ）分（fèn）別（bié）由動盤和靜盤齧合齒來傳遞, 如圖2 所示, B757-200 型刹車機組共有8 套刹車副, 每套刹車副有4 個動盤、5 個靜盤, 每個動（dòng）盤9 個齧合齒, 每個靜盤有15 個齧合齒。動盤共有8 @ 4 @ 9= 288 個齧合齒, 這288 個齧合齒（chǐ）要傳遞全部（bù）的刹車力矩, 平均每個齧合齒傳（chuán）遞力矩（jǔ）是276 Nm, 如果加工誤差大, 所有齧合齒不能同時（shí）與輪轂齧合, 不是全部的齧合齒受力, 所齧合的部分齒同樣傳遞全部力矩, 如沒有足夠多的齒共同齧（niè）合傳遞力矩（jǔ）的話（huà）, 加之炭/ 炭複合材料是硬脆性材料, 剛度大不易變形（xíng）, 那（nà）麽（me）這部分傳遞（dì）扭矩的齧合齒很可能就會承受不了負載而折斷或壓（yā）碎。所以對炭/ 炭刹（shā）車盤的齧（niè）合要注意如下幾點:

      1．炭/ 炭刹車盤（pán）齧合齒的分度和齒形加工一定要（yào）準（zhǔn）確, 盡量使更多的齧合齒能處於工作狀態。

      2． 動盤與輪（lún）轂（gū）、靜盤與傳力筒齧合（hé）齒之間的間隙要在（zài）一定範（fàn）圍內, 間隙太小引起裝配困難, 太大又會引起衝擊, 不管動盤（pán）還是靜盤, 齒齧合槽一定要控製（zhì）在一定精度範圍。

      3． B757- 200 動盤在傳扭時, 為了使衝擊力（lì）不直接衝擊炭/ 炭材料本體, 采用了鋼夾作（zuò）為襯墊, 鋼夾與炭/ 炭盤配合如圖3 所示, 鋼夾用兩鉚釘固定（dìng）,齒槽寬、兩鉚釘孔的位置有一（yī）定精度要求, 否則鋼夾不易（yì）裝配或鋼夾與刹車盤（pán）本體間隙太大, 傳力時鉚釘（dìng）直接受（shòu）力容易折斷, 這都（dōu）是運行中不允許的（de）。

      3 齒形加工的可靠性分析（xī）

      3．1 刀具的選用

      炭/ 炭複合材料是磨（mó）擦性能很好的材料, 這在機輪刹車盤的使用上有很好的（de）效果, 但在（zài）機加工過程中刀具磨損非常嚴重, 合理選用機加工刀具很（hěn）重要,既要保證工件質量, 又要提高加工（gōng）效率, 幾（jǐ）種材料（liào）的刀具試用比較如下:

      1． 高速鋼刀具。用高速鋼加工炭/ 炭複合材料（liào）很（hěn）快（kuài）就將刀具的刀鋒磨掉, 操作人員要頻（pín）繁磨刀, 工（gōng）作效率太低。

      2． 陶瓷刀具（jù）。陶瓷刀具的硬度、耐磨性能夠適（shì）應加工炭/ 炭複合材料的要求, 但是由於陶（táo）瓷主要成分是Al2O3, 炭與Al2O3 在高溫易發（fā）生反應, 機加工時會產生局部高溫, 特別是沒有經過石墨化處理的炭/ 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）料表麵質量。

      3． 金鋼石刀具。金鋼石刀具硬度加工炭/ 炭複合材料比較合適, 所以車加工選（xuǎn）用金（jīn）剛石刀具, 金剛（gāng）石的本體是炭元素（sù）, 與（yǔ）炭/ 炭材料（liào）在高（gāo）溫下（xià）不會發生反應（yīng）, 是一種比較理想的刀具材料。

      4． 硬質合金刀具。硬質合金刀（dāo）具加工炭/ 炭材料比不上金剛石, 但比（bǐ）鋒鋼刀具好很多, 如加工刹車（chē）盤的齧合（hé）齒, 采用金剛石銑刀成本太高, 使用壽命也不長, 選（xuǎn）用硬質合金銑刀（dāo）, 加工磨損（sǔn）後采用調整刀偏（piān）的方法保（bǎo）證齧合齒的精度。

      3．2 加工齧合齒分度的要（yào）求

      文章已對炭/ 炭複合材料（liào）的性能, 機輪與炭/ 炭刹車盤的齧合要求作了介紹, 炭/ 炭複合（hé）材料（liào）刹（shā）車盤齧合齒的加工, 主要（yào）是齧合齒的分度與齒形加工, 齒的分度主要是靠機床本身的分度精（jīng）度來保證（zhèng）。購買、選用機床要考慮機床加工精度等級, 一般情況下, 機床工作狀態正常, 能夠滿（mǎn）足刹車盤齧（niè）合齒分度精度要（yào）求, B757- 200 齧合齒槽公差如圖4 所示（shì）, 由而（ér）選用的機床精度可以達到（dào）? 012c, 完全可以滿足（zú）刹車盤（pán）的要求。

      3．3 齒形（xíng）加工

      炭/ 炭（tàn）複合材料在厚度（dù）方向（xiàng）層次明顯, 層與層之間的結合力是（shì）靠垂直針刺炭纖維與增密後結構炭所連（lián）接的, 粘合力不一定非常牢固, 加工時（shí）盡量采用徑（jìng）向進刀的方法, 就是刀（dāo）具沿（yán）著炭/ 炭纖維（wéi）徑向運動,這樣可（kě）防止損傷炭/ 炭（tàn）纖維層與層之間的結合。

      出於成本的考慮, B757- 200 刹車盤齧合齒（chǐ）的加工采（cǎi）用了（le）硬（yìng）質合金銑刀, 在加（jiā）工齒廓線時選用兩把（bǎ）銑刀, 第（dì）一步粗銑刹車盤的齒廓線, 第二步精銑齒廓線, 粗（cū）銑刀的（de）磨損對齒廓線精度影響可以忽略不計, 但精銑刀（dāo）的磨損對齒廓型狀公差關係很大, 如（rú）采用5 10 的銑（xǐ）刀精（jīng）銑炭/ 炭盤齒廓（kuò）線就必須考慮銑刀的磨損, 同（tóng）一把銑刀工作一段（duàn）時間後由於磨損, 銑刀（dāo）直徑（jìng）就會變得越來越小。但炭/ 炭盤齒（chǐ）廓（kuò）精度控製（zhì）在一定的公差範圍（wéi）之（zhī）內, 表示B757- 200 刹車盤動盤和靜盤齒廓尺寸精度範圍如圖4 所示。銑刀磨損情況以加工B575- 200 動盤齒槽（cáo）為例列於表1, 刀偏示（shì）意圖如圖5 所示。

      由表1 和圖5 可以看（kàn）出, 當加工60 件炭/ 炭盤之後, 銑刀的磨損比較嚴（yán）重, 加工出的齒槽快達到允許公差的極限, 在這種情況下, 就必須調整刀偏, 有些比較先進的機床, 可以自動檢測刀具的磨損量, 自

      動調整刀偏的參數, 對一般不能自動檢測刀具（jù）磨（mó）損的機床, 要根（gēn）據材料的特性（xìng）, 摸索出在加工該種材料的情（qíng）況下刀具磨損速度, 以便及時人工掌握（wò）刀具（jù）磨損, 調整刀偏（piān）, 保證加工工件在允許的（de）公（gōng）差範圍以內, 齧合齒加工（gōng）實況如圖6 所示。

      4 結束語

      炭/ 炭複合材料在我國還（hái）剛開始使用, 對這種材料機加工方法還（hái）有許多工作要做, 通（tōng）過這幾年的試驗和生產（chǎn）實踐, 初步掌握了炭（tàn）/ 炭複合材料的機械性能和（hé）機加工工藝, 摸索了一些經（jīng）驗, 生產出了多種不同炭/ 炭複合材料產品, 並已成功地使用在航空、航天及（jí）民（mín）用（yòng）等（děng）領域, 但（dàn）如何進一步節省加工成本, 提（tí）高加工效率, 合理使用刀具等方麵, 還有待（dài）進一步探索和研究, 以使炭/ 炭複合材料在更多的領域得到應用。