飞机刹车摩擦零件的尺寸控制.pdf

3 蒋建纯, 1970年毕业于中南矿冶学院,从事刹车摩擦材料研制与开发修改稿收稿日期: 19971412飞机刹车摩擦零件的尺寸控制蒋建纯3 刘先交 周 荣 王建业 方寅初 黄伯云(中南工业大学粉末冶金研究所粉末冶金国家重点实验室,长沙410083)提要 在产品抽样分析的基础上研究了盘式飞机刹车摩擦片零件的变形规 律及系统误差,对模具进行补偿设计 经数十批产品统计,次品率由50%下降至3% 关键词 摩擦材料 粉末冶金 尺寸控制1 引言运输机的刹车装置工作条件相当严酷某种飞机着陆时,八个机轮刹车副在30s内吸收的能量达438 M J,相当于将820kg铁加热到1482℃所需要的热能,刹车副刹车盘表面瞬时温升可达1000～1200℃ 因此,飞机刹车副用摩擦材料除了要有足够高并在高温、高压下仍保持稳定的摩擦系数以外,还要求耐磨性好、 强度高、 导热性好、 耐腐蚀、 抗粘结、 抗咬合性好 飞机制动装置的摩擦零件常为铁基摩擦材料 刹车盘的生产工艺如图1飞机刹车摩擦材料中的铜含量较高,达到10～25% 摩擦零件从粉末准备、 混合、 压制到加压烧结,就已基本定型 因为一般只对摩擦零件的高度方向进行机械加工,因此,压制成形、 烧结不仅对零件的摩擦、 磨损性能起决定性作用,对零件的几何形状和尺寸也起重要作用。

一种摩擦片的形状如图2,除外形尺寸有一定的要求外,三个铆孔的尺寸及二个铆孔的中心距尺寸有一定的精度要求 因为摩擦片与刹车盘骨架靠二个铆钉联接,如果孔径尺寸小或二个孔中心距与骨架盘上的二个孔中心距相差过大,就无法进行铆接加工 因此,这三个尺寸由一组合检具检验 铁基摩擦 零件在加压烧结过程中,零件上的各几何要素会产生不一致的变形 烧结零件常常由于 孔径收缩、 孔距过大而需要返修,甚至报废 为解决这个问题,对16批次的烧结摩擦零件 的重要尺寸进行了统计分析,用平均值—极 差(Xϖ- R)点图法进行了误差分析,得出了生 产过程中常值系统误差的大小和由来;也确 定了变值系统误差和随机误差的影响程度粉末准备 钢背冲制镀铜(镍)混 合压 制加压烧结机械加工化学处理骨架加工铆 接防氧化处理包 装图1 飞机刹车盘生产工艺图Fig. 1 Process of aircraft brake discs2 抽样分析对三个重要尺寸进行抽样分析 上孔、 下562粉末冶金技术 1997年第15卷 第4期图2 摩擦片形状Fig. 2 The shape of the pad 孔的名义尺寸为 <10mm ,对称公差。

二个孔 中心距的名义尺寸为28mm ,也是对称公差 三个尺寸的统计数字特征如表1从表1的结果来看,二个孔直径存在不大 的常值系统性误差,而二个孔中心距尺寸分布中心较二个孔中心距设计尺寸公差带中心 偏高01291mm ,这说明存在较大的常值系统 误差 按批次绘出三个尺寸的平均值-极差 图,说明二个孔直径尺寸存在变值系统性误 差 图3表示上孔直径的Xϖ与R随产品批次的变化趋势 下孔直径尺寸的Xϖ- R图与此 类似 这说明孔径尺寸存在变值系统性误差 随着批次的增加,孔径尺寸减小3 尺寸链及其尺寸的变化规律 二个孔中心距尺寸为A 它们的距离取决于上、 下孔的半径A上、A下与二个孔内侧 壁之间的距离A3 在该尺寸链中,A0是封闭 环孔径尺寸主要决定于芯杆的尺寸 但是表1 三个尺寸的数字统计特征Table 1 The stastic character of 3 di mensions上孔直径尺寸分布下孔直径尺寸分布二个孔中心距尺寸分布名义尺寸101028算术平均值Xϖ(mm)10100991978281291标准偏差S012030116901151分布中心与设计尺寸公差带中心偏差∃(mm)0100901021701291加压烧结时孔外侧壁金属向孔中心流动,二个孔内侧金属向孔中心方向流动,造成二个孔直径缩小。

以该摩擦零件为例,压型模具芯杆尺寸为 <11mm ,孔径的平均值Xϖ分别为101009mm和91978mm ,孔 径 收 缩 率 为912%摩擦零件上的孔位沿Y轴方向的变化,取决于二个孔上侧、 下侧、 二个孔之间的金属的流动情况 据抽样统计,二个孔内侧尺寸的平均伸长率K1为10143% ,按批次统计的情况如图4 以所讨论的零件为例,二个芯杆内侧距离为1616mm ,烧结零件的二个孔内侧壁的伸长:∃L1= 1616mm×10143% = 1173mm二个孔外侧壁金属沿Y轴向二个孔中 心方向流动,根据统计、 建模、 计算,上孔上 侧,下孔下侧的壁厚尺寸相近,其平均伸长率(∃L2)约为414% 它们的影响是使二个孔中心靠近,中心距缩短,孔径变小∃L2= 816mm×414% = 01378mm对以上诸因素进行综合考虑,烧结之后 该零件上的二个孔直径沿Y轴方向减少21108mm ,两孔直径分别减小11054mm 二 个孔中心距尺寸变化为∃A=1. 73mm - 0. 378mm 2= 0. 676mm孔侧壁金属均有向孔中心方向流动,造 成孔径减小的现象 经过大量的统计分析,侧662粉末冶金技术 1997年第15卷 第4期壁材料向孔中心方向流动变形的变形率的大 小与孔壁的厚度有关,且符合经验公式K=88. 273- B 17. 994%式中, K——伸长率,B——孔侧壁金属厚度的2倍。

5 压制模具的改进与补偿设计511 压制模具的改进原设计的压制工艺采用浮动压制 上压 头下行时,阴模、 芯杆下行,下缸带动下模冲图3 上孔直径的Xϖ- R图Fig. 3 Xϖ- R plotter of average diameter of upper hole图4 按炉次统计的二个孔内侧实体沿Y轴方向的伸长率Fig. 4 Stretch rate of the distance between tab holes atY axis 上行,实现双向压制 浮动压制要求芯杆浮动 原压模2根芯杆装在同一个浮块上,常常 由于干涉作用而卡模 同时,模具安装也十分 费力、 费时 改进的模具采用了2个浮块支承2根芯杆,压制时芯杆在模冲中运行自如,安装折卸极为方便512 模具的补偿设计 (1)模具芯杆尺寸的确定762飞机刹车摩擦零件的尺寸控制设要求烧结摩擦零件上的孔径为D,考 虑零件生坯压制脱模的弹性后效和烧结变 形,模具的芯杆直径Dm(mm):Dm= D?(1- 0. 092)(2)模具二孔中心距尺寸的确定二孔内侧的金属往外流动,造成二孔中 心距增大:二孔外侧金属向内流动,则造成中 心距减小 设摩擦零件二孔中心距要求尺寸 为A ,产品要求的二孔直径分别为D,模具芯 杆设计尺寸为Dm,二孔外侧壁厚和为B,二 孔模具中心距设计尺寸为Am。

根据几何关系计算A =K1(Am- Dm)+ Am+ Dm- BK 2 式中 二孔间之侧壁伸长率K1= 10143% ,孔外侧壁伸长率K=881273- B 171993%%则 Am=2A + 0. 115D+ BK 2. 104 6 实例摩擦零件上的二孔直径设计尺寸为10mm ,设计中心距为28mm ,二孔外侧壁之 和为B= 816mm ,据上述公式计算:Dm= 10mm?(1- 0. 092)= 11mm对于B= 8. 6mm , K= 4. 28%Am=2×28+ 0. 115+ 8. 6×0. 0428 2. 1043= 27. 3326mm据上述数据确定设计模具的芯杆尺寸和 芯杆中心距尺寸 模具使用方便,成形顺利, 烧结出24批产品,一次合格率达97%以上7 结束语在抽样分析和平均值-极差(Xϖ- R)点 图分析的基础上,了解到生产系统存在变值 系统误差和常值系统误差 对后续工序影响 较大的二孔中心距尺寸存在较大的常值系统 误差 分析材料加压烧结的变形规律,确认常值系统误差可通过模具补偿设计解决 摩擦 件生产过程中变值系统误差主要由芯杆磨损 所致 现用芯杆的磨损率约为6×10- 5。

控制 芯杆的磨损或监测芯杆的尺寸,可以控制摩 擦件的孔的尺寸 综合采取模具补偿设计和控制使用等措施,使成品率提高了13% ,达到 了97% 参考文献1 A nthany Griffo. RandallM. German. D i mension2al Control in the Sintering of iron2Copper2Car2bon via Particle Surface A rea. Inter Journal ofPowderM etallurgy. 1994, (4): 385～392.2 黄培云1粉末冶金原理1北京:冶金工业出版社,1985125613 顾崇衡1机械制造工艺学1北京:机械工业出版社, 19861286～3021中国机械工程学会粉末冶金分会成立 35周年庆祝活动在黄山举行1997年9月24日,在安徽黄山举行中国机械工程学会粉末冶金分会成立35周年的庆祝活动 应邀参加庆祝活动的有:中国工程院院士黄培云教授、 中国有色金属学会粉末冶金及金属 陶瓷学术委员会副主任委员吕海波教授、 秘书长易建宏、 中国机械工程学会粉末冶金分会委员,以及全国各地方分会的领导及代表、 还有特约部分代表共50余人。

由中国机械工程学会粉末冶金分会总干事孙学广高级工程师主持庆祝活动,张志英主任 委员在发表了讲,肯定了分会成立35年来的成绩并指出了今后发展的方向,代表们纷纷发言, 祝贺分会取得的成绩并表达了殷切的希望 会议中表彰了吴菊清、 张华诚、 周作平、 张宏才、 程文耿、 赵士达、 高清德、 曹宝星8位同志为 学会先进工作者曹宝星供稿)862粉末冶金技术 1997年第15卷 第4期D i mension Control ofFriction Pad of A ircraftBrake Jiang Jianchun, L iu xianjiao, Zhou Rong,Fang Yinchu,HuangBaiyun(N ational KeyL aboraryfor P?M , Central South U niversity of Technology,410083)Based on di mension statistics and X - R plotanalyse, the deform ing rules and the system errorsof the friction padsof aircraft brake are studied. Theformula of compensate design die has been fund. A f2ter statistics of tens lots products, the rate of de2graded products are decreased from 50% to 3%.Key words: friction pad, aircraft brake, di mensioncontrolSHS Centrifugal Machine for Producing Ceram ic-lined Pipes W ang Jianjiang, ZhaoZhongm in,Zhang Long,L i Junshou,wang Shuangxi(O rdnanceEngineering College of Shijiazhuang, 050003)The structure and operating characteristic ofJS21 SHS certrifugalmachine have been introduced,severalmain problem s and its soluble methods havebeen interpreted. It is proved that the machine canbe used to 。