碳纖維增強樹脂基複合材料切削工藝基礎數據源的獲取

《碳纖維增強樹脂基複合材料切削工藝基礎數據源的獲取》是依託大連理工大學,由王福吉擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：碳纖維增強樹脂基複合材料切削工藝基礎數據源的獲取
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王福吉

項目摘要

針對大型碳纖維增強樹脂基複合材料零件高質高效加工對基礎切削工藝數據的迫切需求，本項目擬通過分析碳纖維複合材料加工的損傷成因，從而確定損傷的特徵及其產生的臨界條件，並提出基於複合材料承載性能的損傷表征方法，以獲取不同損傷形式的定量描述和基礎物理數據源；通過建立複合材料損傷綜合評價模型，實現碳纖維複合材料加工質量、刀具壽命準確評價和數據挖掘；基於海量試驗數據和動態仿真相結合的分析方法，揭示切削用量與質量、效率和刀具壽命之間的關聯關係，形成多溯源關係知識資料庫；提出基於權重分配的切削用量最佳化方法，聚源海量面向實際工程多目標最佳化的切削工藝技術數據，形成龐序的碳纖維複合材料切削工藝策略庫；開發出集加工損傷及刀具壽命預測、最優工藝策略制定於一體的碳纖維複合材料零件切削工藝知識資料庫。形成多溯源關係知識庫、工藝策略庫及工藝知識資料庫的研究成果可為提高我國碳纖維複合材料零件高質高效加工提供重要的數據支撐。

結題摘要

碳纖維增強樹脂基複合材料（以下簡稱為復材）輕質、高強且具有可設計性，已成為航空航天等領域高端裝備減重增效的優選材料。為充分發揮其可設計性優勢，復材構件多依據其性能需求直接成形。但為滿足連線、裝配要求，仍需進行大量的鑽削、銑削加工。然而，復材屬典型的難加工材料，在加工中極易產生不可修復的損傷，導致構件性能下降；同時還易引發嚴重的刀具磨損，造成生產效率難以滿足工程要求。因此，實現復材構件的高質高效加工已成為此類高性能材料工程化套用的重要前提，相關技術需求十分迫切。鑒於加工損傷和刀具磨損伴隨在復材的去除過程中發生，對決定該去除過程的加工工藝進行最佳化，是改善復材加工質量、提升刀具壽命的重要途徑。而復材細觀非均質，巨觀強各向異性，切削加工中材料去除機理與金屬等均質材料迥異，傳統切削理論無法可靠地指導復材加工工藝的最佳化。針對這一問題，本項目從復材基礎切削理論出發，建立了慮及法向、切向約束及復材溫變特性的單纖維切削模型，以及巨觀切削模型，創新了復材宏細觀連續切削仿真方法，揭示出力、熱作用下加工損傷形成機制，形成了慮及損傷分布特徵的加工損傷評價方法；在此基礎上，分別針對鑽削、銑削，一方面，揭示出鑽/銑削刀具關鍵部位在切削復材過程中的磨損機制，建立了基於切削力、熱的刀具磨損特性與刀具材料的關聯關係，形成了復材加工損傷及刀具磨損基礎物理資料庫；另一方面，建立了基於材料去除過程與損傷形成過程關係的加工損傷預測方法，同時結合機器學習等算法以及工藝實驗揭示出工藝參數對加工質量及刀具磨損的影響規律，形成了工藝與加工質量、刀具壽命映射關係資料庫，最終集成開發出復材低損傷加工工藝資料庫，為復材加工工藝的最佳化提供了可靠的指導。研究成果已成功套用於大客機翼、平尾，運輸機機翼等高端裝備關鍵復材構件的加工中，大幅提升了加工質量與效率，為推動我國重點型號的研製進程做出了貢獻，對加快我國復材套用進程具有重要套用價值。