大工此項成果是繼2008年由郭東明院士為學科帶頭人的現代製造技術科研團隊獲得國家技術發明一等獎后,該團隊第二次摘得此桂冠;是大工
碳纖維增強
「高性能碳纖維複合材料構件高質高效加工技術與裝備」科研成果,從源頭上解決了碳纖維複合材料在加工中出現的具有挑戰性的難題,即加工中極易產生損傷、且隨機不可控,構件性能難以精確計算,構件的高性能要求難以保證等問題,實現了碳纖維複合材料構件加工基礎理論的源頭創新,將碳纖維複合材料構件加工技術推進到國際先進水平。
技術發明成果主要體現在:
首先,在碳纖維複合材料切削原理研究方面取得重大突破,揭示了碳纖維複合材料加工去除機理和加工損傷產生機制,建立了適合碳纖維複合材料加工的新切削理論體系。
該理論體系闡明了導致碳纖維複合材料構件出現毛刺、撕裂和分層等加工損傷的根本原因;通過材料、力學、機械多學科交叉研究,揭示出加工過程中細觀纖維斷裂、樹脂及界面開裂直至宏觀成屑的演化過程,建立了切削力和切削過程動態模擬模型,為加工工具和加工工藝的創新設計提供了理論支撐。
其次,在碳纖維複合材料加工損傷抑制原理上,實現多項原創性發明,並研製出制孔、銑削等系列加工工具。
提出了微刃力小化抑制損傷原理,實現加工過程的「微元去除」;通過巧妙設計工具以及切削運動的配合,發明了「反向剪切」原理,實現表層纖維有效切斷。基於「微元去除」和「反向剪切」原理,先後發明三類9個系列的制孔、銑削等加工刀具,加工損傷由原來的厘米、毫米量級減至0.1毫米內,加工理論與技術進入國際領先水平。刀具壽命高於進口刀具的2-7倍,價格僅為1/6-1/4。「微元去除」「反向剪切」等系列技術獲多項發明
第三,關於加工損傷抑制工藝,揭示出碳纖維複合材料切削質量隨溫度的變化規律,發明了負壓逆向冷卻和具有自風冷排屑功能的系列加工工藝。
創建了典型構件加工工藝資料庫。他們大膽嘗試工藝創新,發明了在位隨行加工方法、低應力柔性工裝和隨動除塵裝置,研發出13台套數控加工工藝裝備,填補了國內空白,成為航空航天多個重點型號複合材料關鍵構件加工的唯一裝備。
第四,碳纖維複合材料加工切削理論的建立,實現了碳纖維複合材料加工損傷的有效抑制,解決了碳纖維複合材料機械加工中損傷易發且隨機不可控的難題,為加工損傷控制和構件性能可預測、可計算以及高性能製造奠定了基礎,為碳纖維
此外,研發團隊在精密測試方向上取得了令人矚目的成績。研究成果成功應用在「嫦娥落月」火箭發動機推力矢量測量上;開發了一系列火箭發動機推力測試的系列裝置。
完成某型航空裝備載荷投放風洞試驗技術研究。克服了高速氣流、空間狹小、照度灰暗、電磁干擾大等惡劣環境限制,實現了風洞試驗載荷投放過程中,艙門打開、載荷投放、載荷初始位姿及空間運動過程的各種參數的測試,成功研發了測試裝置,圓滿完成任務。