《CFRP/鈦合金疊層結構螺旋銑孔加工機理與缺陷抑制策略》是依託天津大學，由秦旭達擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CFRP/鈦合金疊層結構螺旋銑孔加工機理與缺陷抑制策略
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦旭達
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航空製造領域複合材料和鈦合金使用比例大幅增長，使得碳纖維增強複合材料/鈦合金一體化、無缺陷高效率制孔成為飛機裝配過程急需解決的關鍵問題。本項目以碳纖維增強複合材料/鈦合金一體化螺旋銑孔過程為研究對象，研究CFRP /鈦合金疊層結構螺旋銑孔過程切削機理、專用刀具設計及工藝最佳化。採用理論分析、仿真與試驗相結合的方法，考慮螺旋銑孔過程低應力，斷續切削的特點，研究鈦合金、複合材料螺旋銑孔過程動力學，建立各向切削力模型、切削區溫度場模型，分析加工過程中力、熱、刀具磨損等因素對缺陷形成的影響規律，研究疊層結構一體化制孔引起的新形式缺陷產生機理和抑制方法；結合刀具磨損機理，研製CFRP/鈦合金疊層結構螺旋銑孔專用刀具；最佳化螺旋銑孔工藝，建立切削資料庫。本項目提出一種新的針對CFRP/鈦合金疊層結構無缺陷、高效制孔整體解決方法，研究成果對提高飛機裝配質量和效率具有重要意義。
結題摘要
課題面向國家航空航天事業快速發展的需求，針對飛機裝配製造中面臨的碳纖維複合材料/鈦合金（CFRP/Ti）疊層構件制孔問題展開研究。課題主要研究內容有層疊構件螺旋銑孔溫度模型、碳纖維複合材料損傷機理、螺旋銑孔刀具與工藝最佳化四個方面。通過對切削溫度的研究，揭示了螺旋銑孔熱源的種類、形狀和運動軌跡。在此模型基礎上計算螺旋銑削過程中的鈦合金、CFRP切削熱模型和材料間熱傳導模型。為疊層構件制孔工藝最佳化與抑制損傷產生提供了理論支持。通過CFRP損傷機理的研究，建立了CFRP切削過程中的能量消耗模型，實現對切削過程中分層損傷的預測。基於斷裂韌性原理以及能量守恆原理，建立了CFRP實際切削過程斷裂韌性（表面能）預測模型，並提出表面能增量概念，實現了對加工表面損傷的量化表征。建立了以表面粗糙度、表面空隙率和表面影響層厚度三者為評價指標的複合材料加工表面完整性評價方法，揭示了CFRP加工表面缺陷的種類和產生規律，並通過對不同加工質量CFRP試件準靜載拉伸、壓縮強度試驗，得到了不同加工質量對材料強度弱化的影響規律。為抑制CFRP制孔損傷與最佳化制孔工藝提供了理論支持。在螺旋銑孔刀具研究方面，通過切削實驗與數值仿真的方法，最佳化了刀具結構、刀具材料和表面塗層，為高質量螺旋銑制孔提供了技術基礎。在工藝最佳化方面，通過實驗與仿真的方法，最佳化了螺旋銑孔工藝參數，並建立了疊層構件螺旋銑孔工藝資料庫，為高質量螺旋銑制孔提供了數據支持。 項目共發表SCI論文9篇，其中2篇是JCR二區，EI論文2篇。申請國家專利3項。培養博士生2名，碩士生6名。
