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高性能碳纖維復合材料構件高質高效加工技術與裝備

發布時間:2018-01-09 09:17:05   
“使用碳纖維增強樹脂基復合材料后,某大型客機的翼盒緊固孔可從3萬多個減至1萬余個,減重可達15%。”大連理工大學長江學者特聘教授賈振元說,利用輕質、高強的碳纖維復合材料減重增效,對航空、航天、交通等領域高端裝備的發展意義重大。
然而,碳纖維復合材料是典型難加工材料,加工時極易產生不可控的損傷,導致性能難以保證且會危及安全。
由大連理工大學賈振元領銜完成的“高性能碳纖維復合材料構件高質高效加工技術與裝備”,從源頭上一舉攻克高性能復材構件低損傷數字化加工“卡脖子”難題,榮獲2017年度國家技術發明獎一等獎。
“當時的難點在于弄清楚問題是怎么產生的,因為影響碳纖維復材去除過程的因素復雜,加工損傷的產生隨機且不可控。” 項目第三完成人、大連理工大學教授王福吉說,沿用傳統金屬等均質材料切削理論,加工碳纖維復合材料時損傷嚴重、質量差,難以滿足復材構件的高性能要求。
作為團隊領軍人,賈振元拍板定調,“必須突破傳統金屬等均質材料切削理論體系的束縛,建立一個適應碳纖維復合材料加工的新理論體系。”
要建立理論體系,談何容易?成百上千次實驗后,團隊揭開了碳纖維復材去除機理和加工損傷形成機制,當力小且集中時,纖維易剪斷且損傷小。通俗來說,10微米和30微米的切深相比,前者的小切深可減少纖維界面的開裂;而當刀具圓弧半徑小于纖維半徑時,纖維更容易被剪斷而不是折斷……
“搞科研一定要服務于國家重大需求,高校要解決企業、行業‘卡脖子’的問題, 形成基礎研究、應用基礎研究、技術開發、產品研制一條鏈的創新體系。”賈振元說,十幾年來,團隊在摸清機理后,建立了適應碳纖維復合材料加工的新理論體系,通過開發工具和設計工藝的調整,實現了碳纖維復材的低損傷加工。

如今,在航天一院、三院、中航工業和商飛等企業中,都有他們的成果應用。某新型航天裝備艙段、某系列直升機旋翼、大型客機復材機翼試驗件……這些關鍵構件的加工難題,都被賈振元團隊一一攻破,為國家重點型號研制、定型及批量生產作出重要貢獻,提升了高端裝備的性能和核心競爭力。

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