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2017年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
2018-01-09 来源:科技日报,央视    点击次数:1494次    

  在航空、航天、交通等高端装备制造领域,有“一克重就是一克金”的说法,材料越轻结构工作效能越高。目前国际通用的碳纤维复合材料可以显著提高装备性能,但加工过程极易产生损伤,制约其广泛应用。

  2017年度国家技术发明一等奖授予大连理工大学贾振元团队,表彰其发明的“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”解决了碳纤维复合材料构件高质高效加工难题,将我国碳纤维复合材料构件加工技术水平推进到国际前沿。

  航空、航天、交通等领域高端装备是国家制造水平和综合实力的集中体现,碳纤维增强树脂基复合材料可以为高端装备减重增效,具有非同寻常的战略意义。然而这种材料是典型的难加工材料,加工过程中极易产生毛刺、撕裂、分层等加工损伤,难以满足碳纤维复合材料构件的高性能要求,制约了这种高性能材料的推广应用,限制了装备性能的提升。

  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……

  十几年来,团队在摸清机理后,提出了针对碳纤维复合材料加工的切削理论体系,实现了切削理论的源头创新。提出了“微元去除”和“反向剪切”加工损伤抑制原理,研制出三类9个系列制孔、铣削等系列加工工具。完全拥有自主知识产权的新工具,使碳纤维复合材料加工损伤由厘米量级减至0.1毫米以内,加工理论与技术进入国际领先水平。刀具寿命为进口产品的2-7倍,价格则降至1/6-1/4。 “微元去除” “反向剪切”等系列技术获多项发明专利。

  经过10多年攻关,团队研发出13台套高性能碳纤维复合材料数控加工工艺装备,成为我国航空航天多个重点型号关键复合材料构件加工的唯一装备,实现了从无法加工或手工加工到低损伤数字化加工的跨越。成果已在航天一院、航天三院、中航工业、中国商飞等企业应用,突破了某新型航天装备舱段、某飞行器筒段、某系列直升机旋翼、某重型飞机调节板、大型客机机身筒段试验件、高铁车身试验件等关键复合材料构件高质高效加工难题,打破国外封锁。

 
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