课题基金 / 基金详情

航空发动机陶瓷基复合材料高频超声振动辅助磨削基础研究

批准号:
92060203
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
300.0 万元
负责人:
徐九华
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐九华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料是国内外各类先进航空发动机发展计划所重点发展的新型高温热结构材料。但是,常规加工技术难以满足该类材料高效低损伤加工需求,已成为下一代航空发动机研制的瓶颈之一。本项目以深入探索高频超声振动辅助磨削条件下碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料去除和加工表面损伤机理的基础科学问题为线索,探明高频超声振动辅助磨削碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料加工损伤抑制机制,揭示高频超声振动辅助磨削加工负载与谐振频率和振幅的关联关系,建立高频超声振动系统频率与振幅的工作稳定性控制方法,提出基于高出露磨粒排布、振动条件与磨削工艺间多元协同的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料加工损伤主动控制策略,解决材料去除率低,加工效率不高、加工损伤难控制、工具磨损严重等关键问题,提升我国航空发动机高温热端陶瓷基复合材料构件高效精密制造技术水平。
英文摘要
SiC fiber-reinforced SiC ceramic matrix composite is a new type of high temperature thermal structural material, which is the focus of all kinds of advanced aeroengine development plans at home and abroad. However, conventional processing technology is difficult to meet the needs of high-efficiency and low damage processing of this kind of material, which has become one of the bottlenecks in the development of next generation aeroengine. In this project, the basic scientific problems of the mechanism of removing and machining surface damage of SiC fiber-reinforced SiC ceramic matrix composite under the condition of high frequency ultrasonic vibration assisted grinding will be explored as clues. The mechanism of machining damage suppression of SiC fiber-reinforced SiC ceramic matrix composite under the condition of high frequency ultrasonic vibration assisted grinding will be ascertained. The relationship between the load of high frequency ultrasonic vibration assisted grinding and the resonance frequency and amplitude will be revealed. The control method of frequency and amplitude stability of high frequency ultrasonic vibration system will be established. The active control strategy of machining damage of SiC fiber-reinforced SiC ceramic matrix composites based on the arrangement of high exposed abrasive particles, the coordination of strengthening vibration and grinding process matching will be realized. Through the above research, the outstanding problems such as low material removal rate, low machining efficiency, difficult to control machining damage and serious tool wear will be solved. It will promote the high efficiency and precision manufacturing technology of ceramic matrix composite parts of aeroengine in China.
SiCf/SiC陶瓷基复合材料是新一代航空发动机热端部件的关键材料。然而SiCf/SiC复合材料硬度高、脆性大,加工中存在工具磨损快、加工损伤难控制、加工效率低等难题。这些加工难题严重阻碍了SiCf/SiC复合材料的工程应用。超声振动辅助加工可降低材料损伤并提高加工效率,在SiCf/SiC复合材料高效低损伤加工中前景广阔。然而,常规超声振动辅助加工采用的振动频率为15-40kHz,实际加工中存在速度限制效应,即提高磨削速度,超声振动辅助加工改善作用趋弱。为此,本项目提出高频超声振动辅助加工技术。.项目研究了高频超声振动系统工作稳定性控制方法、高频超声振动辅助磨削SiCf/SiC复合材料去除与加工表面损伤机理、高频超声振动辅助磨削SiCf/SiC复合材料加工损伤多元协同主动控制方法、SiCf/SiC复合材料高频超声振动辅助磨削验证评价等内容。通过项目攻关,项目团队首先研制了频率为70~120kHz的高频超声振动装置,提出了频率自动精确识别与振幅衰减的补偿策略,使频率识别误差小于1%,振幅衰减小于10%,实现了高频超声振动系统工作稳定性控制;然后,揭示了高频超声辅助加工中材料去除与损伤机理。高频超声辅助加工减小了加工微区内高应力影响区,导致纤维加工去除由弯曲断裂向局部微破碎转变,材料以更小尺寸形式被去除,同时降低了加工裂纹扩展深度。再有,建立了磨削参数、超声参数、工具参数等多元参数与加工损伤之间的关联模型,通过调控单颗磨粒切厚分布、超声参数与磨削用量,实现SiCf/SiC复合材料加工损伤主动控制。最后,以加工表面粗糙度、加工损伤、加工效率等为指标,综合优化高频超声振动辅助加工工艺参数,完成了SiCf/SiC复合材料隔热屏等构件的加工验证。结果表明,与普通加工和常规超声辅助加工相比,采用高频超声辅助加工SiCf/SiC复合材料,加工损伤深度分别降低56.8%和48.7%,加工效率分别提高5.3倍和2倍,工具寿命分别提高4倍和1.2倍。本项目研究成果可SiCf/SiC复合材料高效低损伤加工提供理论指导与技术支撑,对促进SiCf/SiC复合材料实际工程应用与新一代航空发动机研制具有重要的理论意义与应用价值。
钛合金宽弦空心风扇叶片非均质结构加工均一化协同控制研究
  • 批准号:
    51475233
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    徐九华
  • 依托单位:
热氢处理改善钛合金切削加工性的基础研究
  • 批准号:
    50775115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    徐九华
  • 依托单位:
高温钎焊单层超硬磨粒砂轮的研制与磨粒有序排布技术
  • 批准号:
    50175052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    徐九华
  • 依托单位:
金属基复合材料激光诱发反应焊接机理
  • 批准号:
    59575069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    9.0万元
  • 批准年份:
    1995
  • 负责人:
    徐九华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金