[發(fā)明專利]一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110533165.5
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113352598B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳曉川;劉豐;陳哲;熊靖蕓;杜悟迪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)科國創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號: B29C64/10
• 分類號: B29C64/10;B29C64/386;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y80/00
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本發(fā)明涉及一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法，依據(jù)剎車盤結(jié)構(gòu)特征、使用性能要求等，獲得剎車盤預(yù)制體的三維模型，并進(jìn)行分層處理，獲得每一層的輪廓、掃描路徑等數(shù)據(jù)信息，利用復(fù)合材料增材制造技術(shù)進(jìn)行每一層的成形，成形過程中預(yù)留Z向增強(qiáng)材料的布置位置，通過Z向增強(qiáng)材料進(jìn)行將各個層連接起來，獲得三維結(jié)構(gòu)剎車盤預(yù)制體。本發(fā)明提出的三維成形方法制備的剎車盤預(yù)制體在軸向引入了連續(xù)的Z向增強(qiáng)材料，貫穿剎車盤厚度方向，提高了摩擦面的熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)摩擦面的快速降溫，且三維結(jié)構(gòu)預(yù)制體具有更好的綜合力學(xué)性能，大幅度提高剎車盤使用壽命，同時，本發(fā)明采用復(fù)合材料三維成形和增材制造的復(fù)合成形方法，在保證了剎車盤預(yù)制體的成形精度和成形質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)剎車盤的高效、精準(zhǔn)制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)、坦克、列車及汽車等機(jī)械裝備的可靠性和操作人員的安全性，與裝備制動系統(tǒng)的性能好壞直接相關(guān)，特別是隨著科技的發(fā)展，戰(zhàn)機(jī)、列車、汽車等的運(yùn)行速度越來越快，要求安全制動距離越來越短，因此，對于制動系統(tǒng)剎車盤的性能要求越來越嚴(yán)苛。

從1987年以棉線增強(qiáng)樹脂剎車片至今，剎車材料經(jīng)歷了漫長的發(fā)展，包括石棉材料、金屬材料、粉末冶金材料、C/C復(fù)合材料和陶瓷復(fù)合材料等。其中，C/C復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料具有密度低、耐高溫、耐磨損、使用壽命長等優(yōu)勢，成為未來剎車材料研究和探索的重點(diǎn)。目前用于制備C/C復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料剎車盤的成形技術(shù)主要有3種，短纖維模壓成形技術(shù)、碳布疊層成形技術(shù)和針刺技術(shù)。其中短纖維模壓成形技術(shù)制備的預(yù)制體中碳纖維隨機(jī)取向，力學(xué)性能偏低，使用壽命短；碳布疊層成形技術(shù)制備的預(yù)制體層間強(qiáng)度低、軸向?qū)岵睿会槾碳夹g(shù)制備的預(yù)制體中存在一定比例的Z向纖維，提高層間強(qiáng)度的同時改善了剎車盤軸向的熱傳導(dǎo)，是目前國內(nèi)外剎車材料的主要選擇。

本發(fā)明提出了一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法，通過復(fù)合材料增材制造技術(shù)和三維織造的復(fù)合成形手段，實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)剎車盤預(yù)制體的整體成形，一方面引入的Z向纖維貫穿剎車盤厚度方向，進(jìn)一步提高了剎車盤在垂直摩擦面的熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)摩擦面的快速降溫，且三維結(jié)構(gòu)預(yù)制體相對于短纖維預(yù)制體、碳布疊層預(yù)制體和針刺預(yù)制體而言，具有更高的層間剪切強(qiáng)度，大幅度提高剎車盤使用壽命；另一方面，采用打印和三維織造的復(fù)合成形方法，可實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能剎車盤的高效、精準(zhǔn)制造。

發(fā)明內(nèi)容

針對高端機(jī)械裝備用剎車盤越來越高的剎車性能和越來越長的使用壽命的迫切需求，本發(fā)明旨在提供一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法，利用復(fù)合材料增材制造技術(shù)的精準(zhǔn)性和復(fù)合材料三維織造成形技術(shù)高效性，提高剎車盤剎車性能和使用壽命的基礎(chǔ)上，還可實(shí)現(xiàn)高性能剎車盤的高效、精準(zhǔn)制造。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提出了一種剎車盤預(yù)制體的三維成形方法，具體步驟如下：

①建立剎車盤的三維CAD模型，獲得剎車盤預(yù)制體的三維模型；

②依據(jù)剎車盤使用要求和剎車盤預(yù)制體的三維模型，進(jìn)行分層處理，獲取預(yù)制體1～n層的輪廓數(shù)據(jù)、掃描路徑數(shù)據(jù)、材料及材料配比數(shù)據(jù)；

③選取指定材料依據(jù)剎車盤1～i層的輪廓數(shù)據(jù)和掃描路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行1～i層打印，依據(jù)三維模型中Z向增強(qiáng)材料的布局設(shè)計，打印過程中，預(yù)留出相應(yīng)的Z向通道一，通道貫穿1～i層；

④選取指定Z向增強(qiáng)材料一，通過預(yù)留的Z向通道將打印的1～i層連接起來，并預(yù)留1～i層中Z向通道一中的部分通道，用作與后續(xù)打印層的連接；

⑤選取指定材料依據(jù)剎車盤i～n層的輪廓數(shù)據(jù)和掃描路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行i～n層打印，預(yù)留出i～n層中相應(yīng)位置的Z向通道二；

⑥選取指定Z向增強(qiáng)材料二，通過預(yù)留的Z向通道二將i～n層連接起來，預(yù)留i～n層中所述Z向通道二中的部分通道，用作與1～i層連接；