《航空裝備中復材/金屬疊層結構高質高效制孔技術》是依託大連理工大學,由王福吉擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：航空裝備中復材/金屬疊層結構高質高效制孔技術
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：王福吉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面向國家航空領域的航空裝備中復材/金屬疊層結構航空零部件高質量高效率加工的迫切需求，針對其整體制孔中性能突變部位材料去除等基礎科學問題，研究刀具、材料及切屑多約束狀態下的切削力、熱行為，揭示材料去除，切屑形成及多類型損傷機理，獲得適合的切削模式和損傷控制依據；探索多區段切削過程，揭示共同、交替、獨立磨損，累積互動作用下刀具的衰變機制，構建刀具典型特徵與其衰變時變狀態和制孔損傷的映射模型；提出綜合制孔質量、數量及穩定性指標的刀具性能評估方法，形成高穩定性的制孔刀具設計理論，實現多階梯多刃式等系列化刀具的製造；研究工藝參數與制孔損傷的敏度關係，提出階段式變參數的加工策略，開發振動、超低溫和霧化液體輔助等多能量複合加工新方法；在主機廠對某型樣機的典型疊層結構零部件完成整體制孔工藝實驗驗證。研究成果可為我國航空裝備中復材/金屬疊層結構高質高效制孔提供重要的理論指導和技術支撐，套用前景廣闊。
結題摘要
面向國家航空領域的航空裝備中復材/金屬疊層結構航空零部件高質量高效率制孔的迫切需求，針對其整體制孔中界面處材料去除等基礎科學問題，開展了疊層材料一體化加工的基礎理論和關鍵技術等方面的系統研究。首先，基於彈性地基梁理論，考慮面外力和金屬約束作用的影響，建立了疊層結構界面處複合材料三維切削模型，分析了不同約束作用對纖維變形的影響規律；提出了復材/金屬疊層結構界面處材料一體化切削巨觀仿真方法，獲得了界面處複合材料面下損傷影響規律。考慮界面處復材、金屬材料熱傳導差異，建立了一體化鑽削界面溫度場預測模型，獲取界面溫度分布；基於損傷圖像灰度分布的界面損傷區域提取方法，獲得了界面區域損傷輪廓，形成界面熱損傷二維評價方法。其次，建立了考慮刀具載荷分布形式、複合材料溫變特性以及金屬約束作用的復材分層臨界軸向力預測模型，揭示了不同疊層順序下復材分層損傷產生的臨界條件；慮及刀具後刀面磨擦與纖維角度變化，建立了疊層材料鑽削軸向力預測模型，實現了一體化鑽削軸向力精準預測。同時考慮復材、金屬的彈性模量和熱導率差異對已加工表面影響，建立了復材出口及界面處切削過程二維模型，闡明了切削深度對已加工表面回彈和復材出口分層損傷的影響，首次提出了多階梯多刃帶刀具結構。結合自研刀具，分析了一體化加工過程中刀具典型特徵的衰變過程，獲得了鑽頭不同切削部位在不同鑽削階段的磨損形式，揭示了在整體連續加工條件下的刀具典型特徵磨損機制，最終，針對數位化工具機無法使用的狹小複雜空間的大厚孔加工，計了主軸具有低頻振動功能的攜帶型變參數自動進給鑽孔設備，結合變加工參數與低頻振動加工工藝，實現了刀具主動斷屑，有效降低切削熱及加工損傷。研製的疊層專用加工工具套用於商飛C919平尾複合材料/鈦合金疊層、CR929壁板複合材料/鋁合金疊層、沈飛運20垂尾複合材料/鋁合金疊層以及哈飛直升機旋翼玻璃纖維複合材料/鋁合金疊層加工，實現了復材/金屬結構材料的高質高效制孔。研究的理論成果、技術實現手段和方法對發展復材/金屬疊層結構高質高效制孔提供了重要的理論指導和技術支撐，具有重要的科學意義和實際價值。
