[00118531]航空装备中复材/金属叠层结构高质高效制孔技术

面向国家航空领域的航空装备中复材/金属叠层结构航空零部件高质量高效率制孔的迫切需求,针对其整体制孔中界面处材料去除等基础科学问题,开展了叠层材料一体化加工的基础理论和关键技术等方面的系统研究。 首先,基于弹性地基梁理论,考虑面外力和金属约束作用的影响,建立了叠层结构界面处复合材料三维切削模型,分析了不同约束作用对纤维变形的影响规律;提出了复材/金属叠层结构界面处材料一体化切削宏观仿真方法,获得了界面处复合材料面下损伤影响规律。考虑界面处复材、金属材料热传导差异,建立了一体化钻削界面温度场预测模型,获取界面温度分布;基于损伤图像灰度分布的界面损伤区域提取方法,获得了界面区域损伤轮廓,形成界面热损伤二维评价方法。 其次,建立了考虑刀具载荷分布形式、复合材料温变特性以及金属约束作用的复材分层临界轴向力预测模型,揭示了不同叠层顺序下复材分层损伤产生的临界条件;虑及刀具后刀面磨擦与纤维角度变化,建立了叠层材料钻削轴向力预测模型,实现了一体化钻削轴向力精准预测。同时考虑复材、金属的弹性模量和热导率差异对已加工表面影响,建立了复材出口及界面处切削过程二维模型,阐明了切削深度对已加工表面回弹和复材出口分层损伤的影响,首次提出了多阶梯多刃带刀具结构。研究复合材料与金属一体化切削过程中,金属切屑与复材之间的相互作用,建立刃型对切屑多向流动约束作用的基础切削模型,提出了“多向应变叠加”的高效断屑方法,提出了竖刃断屑系列刀具。 研制的叠层专用加工工具应用于商飞C919平尾复合材料/钛合金叠层、CR929壁板复合材料/铝合金叠层、沈飞运20垂尾复合材料/铝合金叠层以及哈飞直升机旋翼玻璃纤维复合材料/铝合金叠层加工,实现了复材/金属结构材料的高质高效制孔。研究的理论成果、技术实现手段和方法对发展复材/金属叠层结构高质高效制孔提供了重要的理论指导和技术支撑,具有重要的科学意义和实际价值。