[00865838]难加工材料/零件高性能切削加工关键技术与应用

在航空航天、兵器工业和汽车等高端制造领域存在大量难加工材料和零件。如钛合金、高温合金、高强度钢和淬硬钢等高强韧性难加工材料，由于具有高硬度、高强度、高塑性和高韧性等力学性能，其在切削加工中表现为切削力大、切削温度高、加工硬化严重、卷屑和断屑困难等特征，导致切削效率低、刀具损坏严重和已加工质量难以控制。而复合材料的代表，碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的各向异性、层间结合强度低、硬度高和导热系数低等特性使得切削过程极易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷，严重影响了零件的质量和刀具的使用寿命。随着科技的发展，兵器装备日益趋向于精密化、轻型化，且向难加工材料、异型面方向发展，而难加零件的加工问题已成为高端装备制造的技术难题与重要研究热点。因此，为了应对和适应机械领域难加工材料不断增多的状况，必须深入研究难加工材料及其零件的高性能切削加工技术和工艺共性技术，这也是国家一系列重大科技计划需要重点突破的创新课题。 项目组在国家自然科学基金、科技重大专项、湖南省自然科学基金等的支持下，持续十余年，面向航空航天、兵器工业和汽车等领域的难加工材料/零件，开展高性能切削加工关鍵技术与应用技术方面的研究工作，取得突破性进展，为难加工材料/零件的高性能切削加工提供了基础理论与工艺共性技术支撑，取得了显著的经济效益和社会效益。主要科技创新如下： 1)难加工材料高速切削力学行为与基础理论。提出高速切削条件下材料力学性能试验方法，发明了一种用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置，开展了高速切削力学行为及刀具磨损规律研究，建立和发展了高速切削基础理论，以及有效控制高速切削刀具摩擦、磨损和破损的理论和方法。 2)CFRP低缺陷制孔技术。开展了CFRP切削机理、钻削缺陷的形成及其控制和刀具磨损等方面的系统研究，发明了一种适用于碳纤维复合材料的孔加工钻头及孔加工方法，构建了破纤维复合材料钻削参数优化数据库系统，开发了钻削CFRP的新型复合钻头。 3)大直径扭力轴高性能加工技术。针对大直径扭力轴加工效率较低和使役性能差等问题，提出了大直径扭力轴花鍵无切屑滚切加工方法。 4)异型深腔曲面零件高效硬铣削技术。研究以切代磨高效硬切削技术和工艺方法，解决了刀具使用的可靠性、切削过程稳定性和产品质量的一致性，提供了装甲车传动装置某零件的以切代磨批量生产成套工艺技术。 5)变速箱体类零件高效精密加工工艺优化数据库。构建了高强铝合金材料的本构模型，研究了加工变形控制策略和工艺优化，建立装甲车变速箱零件材料切削物理仿真与高效切削加工基础数据库。 该项目培养博士1名，硕士22名；授权国家发明专利4项、其他知识产权3项、发表学术论文60余篇。项目成果应用于江麓机电集团公司，提升了公司核心竞争力。公司近三年新增销售7.0亿元，新增利润1.66亿元，