CFRP/钛合金叠层结构高速分离超声螺旋铣孔机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51905024
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    耿大喜
  • 依托单位：
    北京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0509.加工制造
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a new flexible assembly hole-making technology for aircraft, helical milling technology can hardly take into account the reasonable matching between high-speed cutting of CFRP and low-speed cutting of titanium alloy when machining CFRP/titanium alloy stacks. As a result, the low-speed or high and low speed combination cutting mode is usually adopted, which leads to the problem of low quality and low efficiency. Based on the cutting mode and micro-cutting theory, a high-speed separation ultrasonic helical milling, in which differential separation between cutting edge and workpiece with ultrasonic frequency can still be achieved under high-speed cutting, is proposed and the mechanism of this new process is deeply studied. The aim of this project is to achieve high-speed helical milling for CFRP/titanium alloy stacks. The research work on kinematics of high-speed separation ultrasonic helical milling, the relationship between cutting speed and cutting temperature as well as tool life, the evolution mechanism of hole surface geometry and the process validity are carried out. The key scientific issue of the behavior state of cooling medium and its influence on heat exchange at the cutting interface under the ultrasonic differential motion of cutting edge and workpiece in the cutting zone are also clarified. Thus, a new method and theory of high-speed separation ultrasonic helical milling is preliminarily established which provides a new research idea and theoretical basis for the high-quality and high-efficiency helical milling of CFRP/titanium alloy stacks.
作为一种新兴的飞机柔性装配制孔技术，螺旋铣孔工艺在加工CFRP/钛合金叠层结构时很难兼顾CFRP高速切削和钛合金低速切削的合理匹配，通常采用低速或高低速组合的加工模式，导致低质低效问题。本项目从切削模式和微细切削理论出发，提出在高速切削下仍然能够实现切削刃与工件超声频微分离的高速分离超声螺旋铣孔方法，并对CFRP/钛合金叠层结构高速分离超声螺旋铣孔加工机理进行深入研究，实现CFRP/钛合金叠层结构高速螺旋铣孔。开展高速分离超声螺旋铣孔运动学、切削速度影响切削温度及刀具耐用度的量化关系、孔表面几何性状演变机制、工艺有效性验证等方面的研究工作，阐明切削刃-工件超声频微分离运动下切削区冷却介质的行为状态及其对切削界面热量交换的影响规律这一关键科学问题。初步建立高速分离超声螺旋铣孔新方法及理论，为CFRP/钛合金叠层结构高质高效螺旋铣孔难题提供新的研究思路和理论依据。

结项摘要

现代飞机设计为了满足轻量化和高机动性能的要求大量采用高性能CFRP复合材料蒙皮和钛合金整体结构件，导致CFRP/钛合金叠层结构已经成为现代飞机的典型机构特征。作为一种新兴的飞机柔性装配制孔技术，螺旋铣孔技术因两种材料最佳切削速度差距较大无法实现CFRP/钛合金叠层孔的高质高效加工。高速分离超声切削过程中刀具和工件的周期性分离能够脉动式打开传统切削中封闭的切削界面，使得冷却介质能瞬间大量进入从而实现冷却降温，进而大幅提升切削线速度。通过试验探究了超声振动下刀具-工件润滑界面流场规律，建立了高速分离超声切削分离界面冷却的温度变化模型，阐明了高速超声振动切削区的降热机理，进而提出了高速分离超声螺旋铣孔方法，研制了非接触感应供电双弯椭圆超声铣削刀柄。基于螺旋铣孔刀具侧刃与端刃同时参与切削的特点，分别深入研究了高速分离超声侧铣、端铣和螺旋铣的运动学理论、材料去除原理、刀具磨损机理，建立了高速分离超声铣削切削力理论模型，揭示了加工参数对加工表面完整性的影响规律，并对复合材料、钛合金高速分离超声螺旋铣孔开展了工艺参数优化研究，最高切削线速度达到了200m/min，实现了复/钛叠层结构的高速兼容螺旋铣孔，为复/钛叠层结构高质高效加工难题提供了新的研究思路和理论依据。

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（10）
A study on strengthening and machining integrated ultrasonic peening drilling of Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V超声喷丸强化与加工一体化研究
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2021.110238
  • 发表时间：
    2021-11-12
  • 期刊：
    MATERIALS & DESIGN
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Liu, Yihang;Geng, Daxi;Zhang, Deyuan
  • 通讯作者：
    Zhang, Deyuan
Deep Hole Drilling of Large-Diameter Titanium Alloy With a Novel Rotary Low-Frequency Vibration Device
新型旋转低频振动装置大直径钛合金深孔钻削
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2944433
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Shao, Zhenyu;Jiang, Xinggang;Zhang, Deyuan
  • 通讯作者：
    Zhang, Deyuan
Surface and sub-surface analysis of rotary ultrasonic elliptical end milling of Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V 旋转超声椭圆立铣的表面和亚表面分析
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2020.108658
  • 发表时间：
    2020-06-01
  • 期刊：
    MATERIALS & DESIGN
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Zhang, Mingliang;Zhang, Deyuan;Jiang, Xinggang
  • 通讯作者：
    Jiang, Xinggang
Tool wear and its effect on the surface integrity and fatigue behavior in high-speed ultrasonic peening milling of Inconel 718
Inconel 718 高速超声喷丸铣削中刀具磨损及其对表面完整性和疲劳行为的影响
  • DOI：
    10.1016/j.triboint.2022.108070
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    Tribology International
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Xiaoming Yin;Yihang Liu;Shicai Zhao;Xun Li;Daxi Geng;Deyuan Zhang
  • 通讯作者：
    Deyuan Zhang
An innovative study on high-performance milling of carbon fiber reinforced plastic by combining ultrasonic vibration assistance and optimized tool structures
超声振动辅助与优化刀具结构相结合的碳纤维增强塑料高性能铣削创新研究
  • DOI：
    10.1016/j.jmrt.2022.12.054
  • 发表时间：
    2022-12-26
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Sun, Zhefei;Geng, Daxi;Zhang, Deyuan
  • 通讯作者：
    Zhang, Deyuan

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医疗高频电刀切割快速止血仿真研究
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    计算机仿真
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李名高;姜兴刚;武文帅;耿大喜
  • 通讯作者：
    耿大喜

其他文献

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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

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          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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