[发明专利]一种刹车盘预制体的三维成形方法

说明书

本发明涉及一种刹车盘预制体的三维成形方法，依据刹车盘结构特征、使用性能要求等，获得刹车盘预制体的三维模型，并进行分层处理，获得每一层的轮廓、扫描路径等数据信息，利用复合材料增材制造技术进行每一层的成形，成形过程中预留Z向增强材料的布置位置，通过Z向增强材料进行将各个层连接起来，获得三维结构刹车盘预制体。本发明提出的三维成形方法制备的刹车盘预制体在轴向引入了连续的Z向增强材料，贯穿刹车盘厚度方向，提高了摩擦面的热导率，实现摩擦面的快速降温，且三维结构预制体具有更好的综合力学性能，大幅度提高刹车盘使用寿命，同时，本发明采用复合材料三维成形和增材制造的复合成形方法，在保证了刹车盘预制体的成形精度和成形质量的基础上，实现了具有复杂结构刹车盘的高效、精准制造。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种刹车盘预制体的三维成形方法。

背景技术

飞机、坦克、列车及汽车等机械装备的可靠性和操作人员的安全性，与装备制动系统的性能好坏直接相关，特别是随着科技的发展，战机、列车、汽车等的运行速度越来越快，要求安全制动距离越来越短，因此，对于制动系统刹车盘的性能要求越来越严苛。

从1987年以棉线增强树脂刹车片至今，刹车材料经历了漫长的发展，包括石棉材料、金属材料、粉末冶金材料、C/C复合材料和陶瓷复合材料等。其中，C/C复合材料和纤维增强陶瓷复合材料具有密度低、耐高温、耐磨损、使用寿命长等优势，成为未来刹车材料研究和探索的重点。目前用于制备C/C复合材料和纤维增强陶瓷复合材料刹车盘的成形技术主要有3种，短纤维模压成形技术、碳布叠层成形技术和针刺技术。其中短纤维模压成形技术制备的预制体中碳纤维随机取向，力学性能偏低，使用寿命短；碳布叠层成形技术制备的预制体层间强度低、轴向导热差；针刺技术制备的预制体中存在一定比例的Z向纤维，提高层间强度的同时改善了刹车盘轴向的热传导，是目前国内外刹车材料的主要选择。

本发明提出了一种刹车盘预制体的三维成形方法，通过复合材料增材制造技术和三维织造的复合成形手段，实现三维结构刹车盘预制体的整体成形，一方面引入的Z向纤维贯穿刹车盘厚度方向，进一步提高了刹车盘在垂直摩擦面的热导率，实现摩擦面的快速降温，且三维结构预制体相对于短纤维预制体、碳布叠层预制体和针刺预制体而言，具有更高的层间剪切强度，大幅度提高刹车盘使用寿命；另一方面，采用打印和三维织造的复合成形方法，可实现具有复杂结构的高性能刹车盘的高效、精准制造。

发明内容

针对高端机械装备用刹车盘越来越高的刹车性能和越来越长的使用寿命的迫切需求，本发明旨在提供一种刹车盘预制体的三维成形方法，利用复合材料增材制造技术的精准性和复合材料三维织造成形技术高效性，提高刹车盘刹车性能和使用寿命的基础上，还可实现高性能刹车盘的高效、精准制造。

为了实现上述目的，提出了一种刹车盘预制体的三维成形方法，具体步骤如下：

①建立刹车盘的三维CAD模型，获得刹车盘预制体的三维模型；

②依据刹车盘使用要求和刹车盘预制体的三维模型，进行分层处理，获取预制体1～n层的轮廓数据、扫描路径数据、材料及材料配比数据；

③选取指定材料依据刹车盘1～i层的轮廓数据和扫描路径数据进行1～i层打印，依据三维模型中Z向增强材料的布局设计，打印过程中，预留出相应的Z向通道一，通道贯穿1～i层；

④选取指定Z向增强材料一，通过预留的Z向通道将打印的1～i层连接起来，并预留1～i层中Z向通道一中的部分通道，用作与后续打印层的连接；

⑤选取指定材料依据刹车盘i～n层的轮廓数据和扫描路径数据进行i～n层打印，预留出i～n层中相应位置的Z向通道二；

⑥选取指定Z向增强材料二，通过预留的Z向通道二将i～n层连接起来，预留i～n层中所述Z向通道二中的部分通道，用作与1～i层连接；