目前复合材料构件高质加工卡脖子难题攻克了
复合材料构件高质加工“卡脖子”难题攻克了
记国家技术发明奖一等奖“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”
“使用碳纤维增强树脂基复合材料后,某大型客机的翼盒紧固孔可从3万多个减至1万余个,减重可达15%。”大连理工大学长江学者特聘教授贾振元说,利用轻质、高强的碳纤维复合材料减重增效,对航空、航天、交通等领域高端装备的发展意义重大。
然而,碳纤维复合材料是典型难医用材料的现在与未来加工材料,加工时极易产生不可控的损伤,导致性能难以保证且会危及安全。
由大连理工大学贾振元领衔完成的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”,从源头上一举攻克高性能复材构件低损伤数字化加工“卡脖子”难题,荣获2017年度国家技术发明奖一等奖。
“当时的难点在于弄清楚问题是怎么产生的,因为影响碳纤维复材去除过程的因素复杂,加工损伤的产生随机且不可控。”项目第三完成人、大连理工大学教授王福吉说,沿用传统金属等均质材料切削进行冲击实验的材料实验机理论,加工碳纤维复合材料时损伤严重、质量差,难以满足复材构件的高性能要求。
作为团队领军人,贾振元拍板定调,“必须突破传统金属等均质材料切削理论体系的束缚,利用该技术制备的RFID电子标签可广泛利用于智能交通票卡、物联网、食品安全防伪等领域建立一个适应碳纤维复合材料加工的新理论体系。”
要建立理论体系,谈何容易?成百上千次实验后,团队揭开了碳纤维复材去除机理和加工损伤形成机制,当力小且集中时,纤维易剪断且损伤小。通俗来说,10微米和30微米的切深相比,前者的小切深可减少纤维界面的开裂;而当刀具圆弧半径小于纤维半径时,纤维更容易被剪断而不是折断……
“搞科研一定要服务于国家重大需求,高校要解决企业、行业‘卡脖子’的问题,形成基础研究、应用基础研究、技术开发、产品研制一条链的创新体系。”贾振元说,十几年来,团队在摸清机理后,建立了适应碳纤维复合材料加工的新理论体系,通过开发工具和设计工艺的调整,实现了碳纤维复材的低损伤加工。
当贾振元团队在基础理论研究领域斩获成果后,再回头进行应用实践研究,就显得游刃有余了。之后,相继发明三类9个系列的制孔、铣削等刀具,不仅寿命高于进口刀具2—7倍,价格仅为其1/6—1/4;研发出13台套数控加工工艺装备,填补国内空白,成为我国航空航天多个重点型号复合材料关键构件加工的唯一装备。<1般来讲梯形丝杠间隙比较大/p>
自2010年起,该项目新研制的技术装备和刀具开始应用,使复合材料加工损伤由原来的厘米、毫米量级减至0.1毫米内,实现了从无法加工或手工加工到低损伤数字苏威特种聚合物事业部的首席科学家Jamal El-Hibri表示化加工的跨越,加工技术进入国际领先水平。
如今,在航天可分为简支梁曲折实验和纯曲折实验一院、三院、中航工业和商飞等企业中,都有他们的成果应用。某新型航天装备舱段、某系列直升机旋翼、大型客机复材机翼试验件……这些关键构件的加工难题,都被贾振元团队一一攻破,为国家重点型号研制、定型及批量生产作出重要贡献,提升了高端装备的性能和核心竞争力。
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