C/C复合材料刹车盘铺缝方法转让专利
申请号 : CN200810236194.X
文献号 : CN101418840B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 齐俊伟 , 肖军 , 李勇 , 刘林 , 文立伟 , 王显峰
申请人 : 南京航空航天大学
摘要 :
一种C/C复合材料刹车盘铺缝方法，属复合材料成型技术领域。首先进行单向C/C复合材料的制备及耐磨擦性能分析，得出其在服役环境下铺缝纤维的最优铺缝方向，从而制定纤维铺缝轨迹，并编制铺缝运动控制代码；然后对铺缝刹车盘预制体进行分析，根据设计刹车盘上放射线状的弧形，将碳纤维布片裁剪成扇形片，将这些碳纤维布片在自动铺缝设备上排列成圆环形，然后进行铺缝加工；对经过上步加工的刹车盘进行台架试验和性能分析，进行优化改进。该方法降低了制造成本，提升刹车盘以及相关技术产品的市场竞争力。
权利要求 :
1.一种C/C复合材料刹车盘铺缝方法，其特征在于包括以下步骤：
首先进行单向C/C复合材料的制备，对该制品进行偏轴摩擦磨损试验，并借助有限元分析软件分析其耐磨擦性能；得出其在服役环境下铺缝纤维的最优铺缝方向，从而制定纤维铺缝轨迹，并编制铺缝运动控制代码；
然后对铺缝刹车盘预制体进行分析，根据设计刹车盘上放射线状的弧形，将碳纤维布片裁剪成扇形片，使所有扇形片可以组合成一个符合刹车盘轮廓的圆环形；将这些碳纤维布片在自动铺缝设备上排列成圆环形，调整铺缝初始位置，然后进行铺缝加工；
对经过上步加工的刹车盘进行台架试验和性能分析，对刹车盘上扇片形状优化改进，分析出不同工况下的刹车盘碳布扇形设计方法；根据刹车盘扇片结构和纤维铺缝轨迹编制自动铺缝控制程序，然后导入自动铺缝设备进行铺缝加工。
说明书 :
技术领域
复合材料成型技术领域。
技术背景
国外英、美、法等国在20世纪60年代末、70年代初几乎同时将C/C复合材料用于飞机刹车盘，目前已逐步取代金属及普通摩擦材料，成为最先进的制动材料。当今世界上主要有五大厂家生产C/C复合材料刹车盘，它们分别是美国ABS(Aircraft Braking System)公司、ALS(Aircraft Landing Systems)公司、B.F.Goodrich公司、法国Messier-Bugatti公司、英国Dunlop公司，三国五大公司垄断了C/C复合材料刹车盘的国际市场；C/C复合材料预制体技术和碳化亦为各公司自己的专有技术，核心技术鲜有公开报道。国内从上世纪70年代末开始研制C/C复合材料刹车盘，进入90年代，我国采用针毡法研制的刹车盘投入使用，性能表现良好；但是采用针毡法制造的刹车盘费用比较高，相比国外刹车盘成本竞争力不足。
发明内容
本发明的C/C复合材料刹车盘铺缝方法旨在寻求一种新的刹车盘预制体制造方法来降低制造成本，提升刹车盘以及相关技术产品的市场竞争力。
借助图1说明本发明方案，首先进行单向C/C复合材料的制备，对该制品进行偏轴摩擦磨损试验和有限元分析；得出其在服役环境下铺缝纤维的铺缝方向、性能和铺缝机理，从而制定纤维拓扑优化方法。
然后对铺缝刹车盘预制体进行分析，根据设计刹车盘上放射线状的弧形，将碳纤维布片裁剪成扇形片，使所有扇形片可以组合成一个符合刹车盘轮廓的圆环形；将这些碳纤维布片在自动铺缝设备上排列成圆环形，调整铺缝初始位置，然后进行铺缝加工。
对经过上步加工的刹车盘进行台架试验和性能分析，对刹车盘上扇片形状优化改进，分析出不同工况下的刹车盘设计方法，并给出铺缝工艺规范和标准。根据刹车盘扇片结构和纤维铺缝轨迹编制自动铺缝控制软件，然后导入自动铺缝设备进行铺缝加工。
本发明作为针毡法制造刹车盘技术的下一代技术，操作简单、容易控制，可制造出高性能C/C复合材料刹车盘，附加值可提高10％以上，更容易打入国际高端C/C复合材料刹车盘市场，具有非常好的产业化前景。
借助图1说明本发明方案，首先进行单向C/C复合材料的制备，对该制品进行偏轴摩擦磨损试验和有限元分析；得出其在服役环境下铺缝纤维的铺缝方向、性能和铺缝机理，从而制定纤维拓扑优化方法。
然后对铺缝刹车盘预制体进行分析，根据设计刹车盘上放射线状的弧形，将碳纤维布片裁剪成扇形片，使所有扇形片可以组合成一个符合刹车盘轮廓的圆环形；将这些碳纤维布片在自动铺缝设备上排列成圆环形，调整铺缝初始位置，然后进行铺缝加工。
对经过上步加工的刹车盘进行台架试验和性能分析，对刹车盘上扇片形状优化改进，分析出不同工况下的刹车盘设计方法，并给出铺缝工艺规范和标准。根据刹车盘扇片结构和纤维铺缝轨迹编制自动铺缝控制软件，然后导入自动铺缝设备进行铺缝加工。
本发明作为针毡法制造刹车盘技术的下一代技术，操作简单、容易控制，可制造出高性能C/C复合材料刹车盘，附加值可提高10％以上，更容易打入国际高端C/C复合材料刹车盘市场，具有非常好的产业化前景。
附图说明
图1、铺缝技术实施框图。
图2、扇形碳布圆环及铺缝轨迹图。
图3、扇形碳布片示意图。
图4、扇形碳布片纤维方向示意图。
图5、铺缝设备简图。
图中标号名称：1、扇形碳布片，2、碳布接缝，3、铺缝轨迹，4、纤维方向一，5、纤维方向二，6、预制体，7、回转轴，8、Y直线运动轴，9、X直线运动轴，10、机架。
图2、扇形碳布圆环及铺缝轨迹图。
图3、扇形碳布片示意图。
图4、扇形碳布片纤维方向示意图。
图5、铺缝设备简图。
图中标号名称：1、扇形碳布片，2、碳布接缝，3、铺缝轨迹，4、纤维方向一，5、纤维方向二，6、预制体，7、回转轴，8、Y直线运动轴，9、X直线运动轴，10、机架。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图5来说明本实施方式，本实施方式由扇形碳布片1，碳布接缝2，铺缝轨迹3，纤维方向一4，纤维方向二5，预制体6，回转轴7，Y直线运动轴8，X直线运动轴9和机架10组成，其中所有运动轴和预制体6均装配或装夹于机架10上。针对同一形状的碳布，组合成圆环状，设计不同的铺缝轨迹，成型后在服役环境下分别进行试验，确定最优铺缝轨迹；按设计要求针对不同的碳布扇片形1，见图3，将扇形片排列成图2所示的圆环形，保证扇形片间接缝2的周向均匀排布，并编程设计机床铺缝轨迹3，将圆环形预制体6装夹于自动铺缝机上，见图5，导入铺缝机控制代码，找准铺缝初始位置，进行铺缝加工，成型后进行台架试验，确定最优碳布扇形；最后根据最优碳布形状设计最优铺缝轨迹，进行铺缝加工制品。
具体实施方式二：结合图1、图2、图3、图4和图5来说明本实施方式，本实施方式由扇形碳布片1，碳布接缝2，铺缝轨迹3，纤维方向一4，纤维方向二5，预制体6，回转轴7，Y直线运动轴8，X直线运动轴9和机架10组成，其中所有运动轴和预制体6均装配或装夹于机架10上。按设计要求针对不同的纤维方向裁剪碳布成扇片形1时，碳布的纤维方向不同，其受力受摩擦的能力不同，按照纤维方向4进行裁剪碳布，然后进行铺缝加工。其余步骤和操作与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图4和图5来说明本实施方式，本实施方式由扇形碳布片1，碳布接缝2，铺缝轨迹3，纤维方向一4，纤维方向二5，预制体6，回转轴7，Y直线运动轴8，X直线运动轴9和机架10组成，其中所有运动轴和预制体6均装配或装夹于机架10上。按设计要求针对不同的纤维方向裁剪碳布成扇片形1时，碳布的纤维方向不同，其受力受摩擦的能力不同，按照纤维方向5进行裁剪碳布，然后进行铺缝加工。其余步骤和操作与实施方式一相同。
具体实施方式二：结合图1、图2、图3、图4和图5来说明本实施方式，本实施方式由扇形碳布片1，碳布接缝2，铺缝轨迹3，纤维方向一4，纤维方向二5，预制体6，回转轴7，Y直线运动轴8，X直线运动轴9和机架10组成，其中所有运动轴和预制体6均装配或装夹于机架10上。按设计要求针对不同的纤维方向裁剪碳布成扇片形1时，碳布的纤维方向不同，其受力受摩擦的能力不同，按照纤维方向4进行裁剪碳布，然后进行铺缝加工。其余步骤和操作与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图4和图5来说明本实施方式，本实施方式由扇形碳布片1，碳布接缝2，铺缝轨迹3，纤维方向一4，纤维方向二5，预制体6，回转轴7，Y直线运动轴8，X直线运动轴9和机架10组成，其中所有运动轴和预制体6均装配或装夹于机架10上。按设计要求针对不同的纤维方向裁剪碳布成扇片形1时，碳布的纤维方向不同，其受力受摩擦的能力不同，按照纤维方向5进行裁剪碳布，然后进行铺缝加工。其余步骤和操作与实施方式一相同。