CFRP新型钻-铣复合螺旋制孔专用刀具设计及其制孔缺陷抑制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805164
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

A variety of damages are easy to produce during the drilling of CFRP, such as, burrs, delamination, as well as the tear. These problems will seriously hinder its extensive promotion and application. According to the pulling-shearing cutting principle, the drilling-milling compound tool is presented. Then, the theory and application on the multi-process integration of the drilling and the helical milling will be researched. All the processes of the drilling and the helical milling are analyzed, as well as the morphologies of their cutting surfaces and chips. The mechanisms of the fiber breakage and the matrix failure, and their relationship to the time-varying characteristics of the cutting forces are presented. Meanwhile, the cutting forces model is obtained. The association model between the cutting forces and the top layer damages of the fibers, matrix and their interface is studied. In meso-level, the theoretical damage model of the top layer defects induced by the cutting forces is obtained. Then, the formation mechanisms of the drilling and the helical milling defects are revealed, as well as the succession and evolution of the defects. Besides, the coordination mechanism between the cutter structure and the pulling-shearing effect is ascertained. Based on above theory models of the cutting forces and micro-damages, the association of “cutter structural parameters, process parameters → defects” is obtained. Next, the drilling-milling compound tool and the process are optimized. Then, the multi-process integration of the drilling and the helical milling is achieved. These research achievements will promote the development and adaptation of the fundamental theory for the efficient and noninvasive hole processing technology of the CFRP.
CFRP制孔中极易产生毛刺、分层、撕裂等缺陷,严重阻碍了其大量推广和应用。针对直径d≥6mm的孔加工效率低下、制孔缺陷难以控制问题,提出基于纤维拉-剪切除原理设计制造钻-铣复合专用刀具,开展钻孔/螺旋铣孔多工序一体化制孔的基础理论和应用研究。分析钻孔/螺旋铣孔过程及切削表面、切屑形态,揭示拉-剪效应下纤维断裂、树脂破损的材料去除特征及其与切削力时变特征的关联关系,获得两步制孔流程的切削力计算模型;研究切削力与表层纤维、基体及其界面破损之间的关联模型,从细观层面获得切削力引起表层制孔缺陷的理论损伤模型,揭示两步制孔流程中制孔缺陷的形成机理及继承演变规律,探明刀具结构与拉-剪效应的协调机制;基于以上切削力模型和细观损伤模型,获得“刀具结构参数、工艺参数→制孔缺陷”的关联关系,优化钻-铣复合专用刀具及其工艺,实现钻孔/螺旋铣孔多工序一体化制孔,推动CFRP高效低损伤制孔技术基础理论的发展和应用。

结项摘要

碳纤维增强复合材料(CFRP)具备优的异性能,在航空、航天以及军工等领域广泛应用。然而,碳纤维增强复合材料在制孔加工时极易产生分层、毛刺、撕裂等加工缺陷。本项目通过设计制造新型结构的刀具来制孔,实现对CFRP制孔分层、毛刺、撕裂等缺陷的控制,提高CFRP制孔加工质量。项目围绕CFRP钻-铣复合专用刀具设计及其制孔加工机理、“切削力→制孔缺陷”的细观损伤建模及制孔缺陷抑制策略、钻-铣复合制孔两步制孔流程工艺优化展开研究。首先,结合CFRP微细观结构特征,构建CFRP三维切削模型,分析了CFRP单次切削和二次切削过程中纤维、树脂、界面等的破坏失效形态;基于纤维拉-剪切削去除原理,设计制造了CFRP新钻型,同时,建立了新钻型关键部位制孔缺陷形成的力学理论模型,分析CFRP制孔缺陷的形成机制;从理论和试验角度,深入分析了制孔缺陷形成机制,建立了“切削力→制孔缺陷”的细观损伤建模,提出了制孔缺陷抑制策略。再进一步地,在新钻型基础上进一步设计制造钻-铣复合一体化刀具,并采用钻-铣复合一体化刀具进行CFRP钻铣复合螺旋制孔试验,研究了螺旋制孔阶段的运动学规律、切削厚度的变化规律,分析了切削力的变化规律,以及切削力对制孔缺陷、孔径精度的影响规律,阐明了钻-铣复合螺旋制孔加工机理,探明了两步制孔流程中制孔缺陷的演变规律;构建了“刀具结构几何参数、工艺参数→制孔缺陷”的关联模型,协同优化刀具结构和工艺参数,获得了钻-铣复合螺旋制孔中螺旋铣孔阶段工艺参数的优化工艺参数。本项目的研究成果进一步完善CFRP材料的切削理论,拓展纤维复合材料工艺方法的改进及应用,为纤维增强复合材料加工提供可靠、实用的加工工艺方法和理论支持,推动复合加工技术的发展,相关成果可推广到相关无机纤维增强复合材料的加工制造领域。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Kevlar纤维增强树脂基复合材料纳秒激光加工理论建模及试验研究
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20210909.011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏飞;李文毅;董国军;郑雷;陈冰
  • 通讯作者:
    陈冰
Drill-milling process and novel drill-milling tool for making a hole on carbon fiber-reinforced plastics
用于在碳纤维增强塑料上钻孔的钻铣工艺和新型钻铣工具
  • DOI:
    10.1007/s00170-021-07110-6
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Su Fei;Li Wenyi;Juan Chen;Xu Xu;Li Chunjie
  • 通讯作者:
    Li Chunjie
碳纤维增强复合材料新钻型结构设计及其对比试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    宇航材料工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏飞;袁亿;胡财吉;李纯杰;李文毅
  • 通讯作者:
    李文毅
Kevlar纤维增强复合材料激光-铣削组合加工试验及可行性分析
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20210423.001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏飞;李纯杰;李文毅;郑雷
  • 通讯作者:
    郑雷
Morphological characteristics and formation mechanisms of the UD-CFRP drill exit-damages
UD-CFRP钻头出口损伤的形态特征及形成机制
  • DOI:
    10.1007/s00170-020-05186-0
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Su Fei;Deng Zhaohui;Qiu Xinyi;Sun Fujian;Wu Qiaoping
  • 通讯作者:
    Wu Qiaoping

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其他文献

余姚市女性洪灾脆弱性特征及对策
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孙丹妮
血管内皮生长因子与胃癌关系的研究进展
  • DOI:
    10.13507/j.issn.1674-3474.2019.11.024
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    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    苏飞
基于脆弱性视角的环渤海地区人海关系地域系统时空特征及演化分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李博;苏飞;杨智;韩增林;彭飞
  • 通讯作者:
    彭飞
Q345钢和H62黄铜声发射信号及力学行为的关系研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘晓旭;黄鹏飞;苏飞
  • 通讯作者:
    苏飞
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  • DOI:
    10.13249/j.cnki.sgs.2022.06.007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    地理科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏飞;朱晓倩;刘江玉;童磊;郑珂;傅嘉艺
  • 通讯作者:
    傅嘉艺

其他文献

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苏飞的其他基金

面向瞬时大变形装甲材料局域热改性的振动切削去除机理及关键技术研究
  • 批准号:
    52175400
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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