炭/ 炭複合材料是一種新型非金屬材料, 該材料高溫性能（néng）穩定, 熱導性高, 熱膨脹係數小, 摩擦係數大, 摩擦性能好, 強度（dù）好, 重（chóng）量輕, 是一種優質的刹車材（cái）料[ 1~ 3] , 現國內外廣泛使用炭/ 炭複合材料作為飛機機輪的刹車材料。但炭/ 炭複合材（cái）料生產周（zhōu）期長,製造成本高, 炭/ 炭（tàn）複合材料的內在結構與金（jīn）屬材料完（wán）全不同, 性能差別也相（xiàng）當大, 不同場合使用的炭/炭複合材料也不同, 對其（qí）機加工的方法有很大區別,對刀具的要求非常嚴（yán）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（xiān）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（zài）0155~ 016 g/ cm3 之間。然後通過反複多次化學氣相沉積( 簡稱CVD) 、石墨化、浸漬等增（zēng）密工藝和性能處理（lǐ）工藝, 使氈體的密度和性能達到使用要求。為（wéi）了提（tí）高增（zēng）密工藝的效果, 在增密（mì）過程中要（yào）多次進行機械加工, 去掉（diào）坯（pī）體外部（bù）的比較致密的硬皮塗層, 進一步打開（kāi）坯體的孔隙。不同的產品增密工（gōng）藝略有不同。一般要求炭/ 炭（tàn）坯（pī）體（tǐ）的密度達到1175~ 1185 g/ cm3 之間才（cái）認為是（shì）合格的刹車盤產品（pǐn）[ 4~ 7] 。

      坯體製（zhì）成後, 炭纖維層與（yǔ）層之間的（de）連（lián）接除了垂直方向的針刺纖維外, 主要是依靠CVD、浸（jìn）漬增密工藝後生成的結（jié）構炭來連接, 增密後生成新的結構炭,這種新（xīn）的（de）結構炭把炭纖（xiān）維層與層（céng）緊密地結合在一起。兩種不同的炭纖維毛坯在增（zēng）密過程完成後, 其（qí）截麵結構如圖1 所示, 從

      圖1 兩種不同（tóng）炭纖維毛坯經致密後的截麵圖增密工（gōng）藝和性能處理工藝完成後（hòu）, 材料的機械強度和性能才能達到使用要求, 一般（bān）機輪炭（tàn）/ 炭複（fù）合材料刹（shā）車盤縱向抗壓強度150~ 200 MPa, 抗彎強度（dù）80~ 100 MPa, 抗剪強（qiáng）度8 ~ 12 MPa, 靜摩擦（cā）係數（shù）0112~ 0115 左右, 動摩（mó）擦係數013~ 014 左右。炭/炭複合材（cái）料的剛（gāng）性較好, 材質表現硬而（ér）脆, 不能承（chéng）受硬物碰撞, 硬物一碰就會出現碎裂與缺口（kǒu）, 一不小心（xīn）, 很容易碰壞工件（jiàn）, 引起產品報廢。

      2 機（jī）輪對炭/ 炭刹車盤的齧（niè）合要求

      飛機機輪的輪轂和傳力筒分別與刹車盤的動盤與靜（jìng）盤相齧合, 飛機在降落時（shí）的動能（néng）通過機輪傳遞給動盤, 在側向（xiàng）力的作（zuò）用下動盤壓緊靜（jìng）盤, 通過動盤與靜（jìng）盤相對運動產生摩擦力矩, 從而慢慢消耗（hào）飛機著陸時的慣性動（dòng）能, 運行規（guī）定的距離後消（xiāo）耗完飛機（jī）的動能而使飛機停下來。飛機（jī）的動能（néng）傳遞完全依（yī）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（shǔ）刹車盤來（lái）說要低得多, 一般來說, 金屬刹車盤的機械強度很容（róng）易滿足刹車（chē）力矩的要求, 炭/ 炭複合（hé）材料刹車盤對刹車力矩要通過嚴格的計算, 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 型刹車副為例, 根據使用要求,飛機最大刹車力矩為（wéi）79 680 Nm, 整個的力矩分別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（měi）個動盤9 個（gè）齧合齒, 每個靜盤（pán）有15 個齧合齒。動（dòng）盤（pán）共有（yǒu）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（bú）能同時（shí）與輪轂齧合（hé）, 不是全部的（de）齧合齒受力, 所齧（niè）合（hé）的（de）部分齒同樣傳遞全部力矩, 如沒有足夠多的齒共同（tóng）齧合傳遞力矩的話, 加之（zhī）炭（tàn）/ 炭複合（hé）材料是硬（yìng）脆性（xìng）材料, 剛度大不易變形, 那麽這部（bù）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（yā）碎（suì）。所以對炭/ 炭刹車盤的齧合要（yào）注意如下幾點:

      1．炭/ 炭刹車盤齧合齒的分度和齒形加工一（yī）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（tǒng）齧合齒之間的間隙要在一（yī）定範圍內（nèi）, 間隙太小引起裝配困（kùn）難, 太大又會引起衝擊, 不管（guǎn）動（dòng）盤還是靜盤, 齒齧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（jiē）衝擊炭/ 炭（tàn）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,齒槽寬、兩鉚釘孔的位置有一定精度（dù）要求, 否則鋼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（dōu）是運行中不允許的。

      3 齒形加工的（de）可靠性（xìng）分析（xī）

      3．1 刀具的選用

      炭/ 炭（tàn）複合材料是磨擦性能很好的（de）材料, 這在機輪（lún）刹車盤的使用上有很好的效果, 但在機加工過程中刀（dāo）具磨損非常（cháng）嚴重（chóng）, 合理（lǐ）選用機加工刀具很重要,既要保證工件質量, 又要提（tí）高加工（gōng）效率, 幾種材料的刀具（jù）試用（yòng）比較如下:

      1． 高速鋼刀具。用高速鋼（gāng）加工炭/ 炭複合材料很快就將刀（dāo）具的刀鋒磨掉（diào）, 操作人員要頻繁（fán）磨（mó）刀, 工作效率太低。

      2． 陶瓷刀具。陶瓷刀具的硬度、耐磨性能夠適應加工炭/ 炭複合材料的要求, 但是由於陶瓷主要成分是Al2O3, 炭與Al2O3 在高溫易發（fā）生反應, 機加工時會（huì）產生局部高溫, 特別是沒有經過石墨化處理的（de）炭/ 炭材料, 刀尖處（chù）溫（wēn）度很高, 呈現紅色, 極易與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/ 炭複合材料比較合（hé）適, 所以車加工選用金剛石刀具, 金剛石的本（běn）體是炭元素（sù）, 與炭（tàn）/ 炭材（cái）料在高溫下不會發生反應, 是一種比較理想的刀具（jù）材料。

      4． 硬質合金刀具。硬質合金刀（dāo）具（jù）加工炭/ 炭材（cái）料比不上金剛石, 但比鋒鋼刀具好很多, 如加工刹車盤的（de）齧合齒, 采用金剛石（shí）銑刀成本太高, 使用壽命也不長, 選用硬質合（hé）金銑刀（dāo）, 加工磨（mó）損後采用（yòng）調整刀偏（piān）的方法保證齧合齒的精度。

      3．2 加工齧合齒分度的要求

      文章（zhāng）已對炭（tàn）/ 炭複合材料的性能, 機輪（lún）與炭/ 炭刹車（chē）盤（pán）的齧合要求作了介（jiè）紹, 炭/ 炭複合材料刹車（chē）盤齧合齒（chǐ）的加工, 主要是（shì）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度來保證。購買、選用機（jī）床要考慮機床加工精度等級, 一般情況（kuàng）下, 機床工作狀態正常, 能夠滿足刹車盤（pán）齧合齒（chǐ）分度精度要（yào）求, B757- 200 齧合齒槽公差如圖4 所示, 由而選用的機床精度可以達到? 012c, 完全（quán）可（kě）以滿足刹車（chē）盤的要求（qiú）。

      3．3 齒形加工

      炭/ 炭複合材料在厚度方向（xiàng）層次明顯, 層與層之間的（de）結合（hé）力是靠垂直針刺炭纖維與增（zēng）密後結構炭所連接的, 粘合（hé）力不一（yī）定（dìng）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/ 炭纖維徑向運動,這樣可防止損傷炭/ 炭纖維層與層之間（jiān）的結（jié）合。

      出於成本的考慮, B757- 200 刹車盤齧合齒的加工采用了硬質（zhì）合金銑刀, 在加（jiā）工（gōng）齒廓線時選用兩把銑刀, 第一步粗銑刹車（chē）盤的齒廓線, 第二步（bù）精銑齒廓線, 粗銑（xǐ）刀的磨損對齒廓線精度影（yǐng）響可以忽略不計, 但（dàn）精銑刀的磨損對齒廓型狀公差關係很大, 如采用5 10 的銑（xǐ）刀精銑炭/ 炭盤齒廓線（xiàn）就必須考慮銑刀的（de）磨損, 同一把銑刀工作一段時間後由於磨損, 銑刀直徑就會變（biàn）得越來（lái）越小。但炭/ 炭盤（pán）齒廓（kuò）精（jīng）度控製在（zài）一定的公差範圍之內（nèi）, 表示B757- 200 刹車盤（pán）動盤（pán）和靜盤齒廓尺寸（cùn）精度範圍如圖4 所示。銑刀磨損情（qíng）況（kuàng）以加工B575- 200 動盤（pán）齒槽為例列於表1, 刀偏示意圖如圖5 所示。

      由表（biǎo）1 和圖5 可以看出, 當加工60 件炭/ 炭盤之後（hòu）, 銑刀的磨損比較嚴重, 加工出的齒槽快達（dá）到（dào）允許公差的（de）極限, 在這（zhè）種情況下, 就必須調整刀偏, 有些比較（jiào）先進（jìn）的機床, 可以自動檢（jiǎn）測刀具的磨損量, 自

      動調整刀偏的（de）參數, 對一般不能自動檢測刀具磨損的機（jī）床, 要根據（jù）材料的特性, 摸索出在加工該種材（cái）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（chà）範圍以內, 齧合齒（chǐ）加工實況如圖（tú）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（liào）機加工方法還有許（xǔ）多工作要做, 通過這幾年的試驗和（hé）生產實踐, 初步掌（zhǎng）握了炭/ 炭複合材料的機械性能和機加（jiā）工工藝（yì）, 摸索了一些經驗, 生產出（chū）了多種（zhǒng）不同炭/ 炭複合材料產品（pǐn）, 並已成功地使用在航空、航天及民用等領域, 但如何進（jìn）一步節省加工成本, 提高加（jiā）工效率, 合理使用刀具等方麵, 還有待進一步探索和（hé）研究, 以（yǐ）使炭/ 炭複合材（cái）料在更多的領域得到應用（yòng）。