《CFRP/鈦合金疊層超聲輔助螺旋銑孔表面性狀形成機理》是依託天津大學，由陳光擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CFRP/鈦合金疊層超聲輔助螺旋銑孔表面性狀形成機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳光
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複合材料和鈦合金在飛機裝配製造領域使用比例大幅增加，碳纖維增強複合材料/鈦合金疊層結構低損傷、高效率制孔成為航空製造領域研究的焦點。孔加工表面性狀與連線疲勞強度密切相關，表面微觀結構、硬化層、殘餘應力、微觀力學性能及缺陷都可歸結為表面性狀。目前制孔工藝對表面性狀的影響機制尚不明晰，對飛機運行安全構成挑戰，嚴重製約航空製造技術的發展。本項目以CFRP/鈦合金疊層制孔為研究對象，建立耦合不同振動方式的超聲輔助螺旋銑孔新工藝，結合制孔過程數值分析，闡明超聲振動作用下的材料去除機理及疊層結構損傷演化機制。研究超聲振動對孔加工表面的微動摩擦及衝擊作用，揭示微結構變化對鈦合金殘餘應力、硬化層以及CFRP制孔缺陷的影響機制，建立超聲輔助螺旋銑孔工藝與表面性狀的映射關係，揭示CFRP/鈦合金疊層超聲輔助螺旋銑孔表面性狀形成機理，為提高飛機裝配製孔質量提供一種新工藝及理論基礎。
結題摘要
CFRP碳纖維複合材料/鈦合金疊層結構孔加工表面性狀（表面微觀結構、硬化層、殘餘應力、微觀力學性能及缺陷等）與飛機裝配連線疲勞強度密切相關。CFRP/鈦合金疊層結構低損傷、高效率制孔是航空製造領域的難點。 本項目以鈦合金、CFRP以及CFRP/鈦合金疊層材料孔加工為研究對象，提出了縱向、縱扭超聲振動輔助螺旋銑孔工藝。建立了超聲振動輔助螺旋銑孔的運動學分析模型，研究了超聲振動輔助螺旋銑孔材料去除機理。通過鈦合金超聲振動輔助螺旋銑孔，分析了制孔過程底刃和側刃的切削速度、加速度以及切削刃與工件材料表面的接觸狀態。對超聲振動輔助螺旋銑孔切削力的變化趨勢進行了建模分析。研究了鈦合金超聲振動輔助螺旋銑孔的表面完整性，揭示了超聲振動對孔表面幾何精度及物理力學性能的影響機制。 本課題進行了CFRP複合材料超聲振動輔助螺旋銑孔試驗研究，分析了複合材料孔加工的分層、撕裂和毛刺等損傷產生的機理。研究發現超聲振動有利於增大銑刀側刃的最大有效前角，增大側刃的最大加速度，對孔表面產生了衝擊作用。綜上，縱振、縱扭超聲振動輔助螺旋銑孔工藝顯著減小了CFRP制孔損傷。 本課題對CFRP/鈦合金疊層結構進行了超聲振動輔助螺旋銑孔試驗研究。分析了振動對兩種材料的去除機理及疊層界面的影響機制。研究了材料屬性對疊層結構制孔質量的影響。超聲振動可減小疊層結構孔加工軸向力、減小CFRP出入口毛刺及分層損傷程度，同時可以改變鈦合金及CFRP孔表面完整性。課題研究了疊層結構界面結構對孔徑誤差的影響規律。結合有無振動條件下的刀具磨損特徵，揭示了超聲輔助螺旋銑孔切削機理。綜上，縱振、縱扭超聲振動輔助螺旋銑孔新工藝顯著改善了鈦合金孔表面物理力學性能、減小CFRP孔表面損傷。本課題研究成果不僅對完善超聲輔助切削加工理論具有重要的科學價值，更對航空CFRP/鈦合金疊層材料的孔加工提供了新的工藝方法，對提高國家航空製造技術水平具有重要的社會意義和經濟價值。
