[01671072]民用飞机复合材料Invar钢模具制造关键技术研究及产业化应用

该项目属于航空技术领域。 ARJ21-700和C919飞机复合材料使用比例分别约为5%和15%，而宽体客机的复合材料使用率将超过50%，随着先进客机对高性能树脂基复合材料需求量的不断增加，相应的Invar钢模具需求量也将随之增多。国外Invar钢模具制造技术较为成熟，但对国内技术封锁，且项目周期长、成本高。 近几年通过技术攻关，国内Invar钢模具制造水平已取得一些进步，但其成形及焊接仍主要依靠工人经验，制造差异性大，模具质量难以保证，无法满足航空型号研制需求。因此，全面突破国内Invar钢模具制造技术水平刻不容缓。 项目以工信部专项和上海市经委项目为支撑，针对大型复合材料Invar钢模具使用需求，有针对性地开展了大型Invar钢模具制造技术研究，解决了分块预成形、焊接、机加等一系列关键技术问题，形成了一套完整的Invar钢模具制造关键技术体系。 主要创新成果如下： (1)Invar钢模具型面自动分块软件开发。通过CATIA二次开发，在综合考虑模具型面特征、材料性能、压机参数、焊接工艺的基础上，设计开发了一款适用于大型Invar钢模具型面分块的专用软件，实现了模具型面的人机交互分块，使模具型面分块效率提高2倍，分块质量提高50%。 (2)Invar钢模具型面高精度预成形技术。通过系统分析温度对Invar钢变形行为的影响，揭示了Invar钢热变形机理和氧化行为的作用规律，有效降低了Invar钢热成形温度，实现20%能耗节省，10%制造效率提高。同时基于有限元仿真技术，结合试验结果，揭示Invar钢板材滚弯成形回弹规律，实现了Invar钢模具型面预成形的高精度控制。 (3)Invar钢激光-电弧复合焊接技术。项目首次将激光-电弧复合焊接技术用于Invar钢的焊接，开创了全新的Invar钢焊接方法，成功解决了Invar钢模具焊接气孔及变形控制等关键技术问题，为航空复合材料成型模具制造提供了一种高效、稳定的焊接技术途径。 (4)Invar钢低应力高效率铣削技术。通过系统分析Invar钢粗精加工工艺过程，建立了切削残余应力、工艺参数和铣削加工变形间关系，获得了刀具磨损行为与切屑形成机制，实现了通过精确控制切削能量、切削载荷作用路径等加工工艺条件从而达到Invar钢机加表面完整性主动控制的目的。 (5)Invar钢铣削过程的半人工热电偶法瞬态铣削温度的测试方法。创新性地提出了一种适用于Invar钢铣削过程中的瞬态铣削温度测试方法，实现了Invar钢机加过程中瞬态铣削温度快速、低成本、准确的测量。 通过项目研究，已申请专利4项，商业秘密1项，软件著作权1项，发表国内外学术论文14篇，形成Invar钢机加工艺说明书1份，Invar钢焊接企标1份，技术报告13份，相关研究成果已应用于C919飞机平尾外伸段肋典型部位以及C型梁复合材料结构件的Invar钢模具制造。