近日，我校機械工程與自動化學院曹龍超課題組青年教師徐默然博士在超聲輔助鑽削CFRP/Ti疊層材料理論建模和數值仿真方面取得了重要的研究進展。相關成果以“Experimental, modeling, and numerical simulation of ultrasonic assisted drilling of CFRP/Ti stacks”為題發表在工程技術領域中科院一區Top期刊《Journal of Manufacturing Processes》（ISSN：1526-6125）上。該論文的第一單位為77779193永利官网，第一作者為77779193永利官网徐默然博士，第一通訊作者為77779193永利官网曹龍超博士。
碳纖維增強聚合物（CFRP）複合材料因其高比強度、高比剛度和優異的耐腐蝕性而被廣泛應用于現代航空航天和汽車工業等領域。在航空航天應用中，通常需要将CFRP與钛或鋁合金等金屬連接在一起，形成複合材料/金屬堆疊結構。由于其優異的機械性能，CFRP/Ti堆疊越來越多地取代傳統的Al/Al或Al/Ti堆疊。然而，CFRP/Ti堆疊材料性能差異大、加工難，傳統加工工藝面臨着切削溫度高導緻熱損傷、刀具磨損嚴重和排屑困難等挑戰。CFRP/Ti堆疊材料的深孔鑽削需要具備微米級超精密加工能力和高精度的加工設備。因此，在航空航天領域，實現CFRP/Ti疊層的高精度加工是一項關鍵挑戰。
在此背景下，本研究通過綜合運用實驗、理論模型及有限元仿真的方法，深入探索了CFRP/Ti疊層在超聲輔助鑽削（UAD）過程中的加工機理與材料去除機制。通過采用自行研發的高頻振動超聲主軸，系統地研究了不同加工條件下切削力、切屑形态、孔内壁形貌、孔進出口表面特性以及刀具磨損的變化規律，并将實驗數據與仿真結果進行了細緻的比對分析。本研究揭示了UAD過程中複雜的加工機理，深入剖析了熱-力耦合效應、材料界面處的熱量與應力傳遞機制以及潛在的材料損傷模式。該研究為CFRP/Ti疊層材料的高精度、高質量鑽削提供了全新的見解與解決方案，具有重要的理論與實踐價值。
圖1 UAD的工作原理：（a）UAD的加工示意圖，（b）鑽孔過程中鑽頭尖端示意圖，（c）CD過程材料去除示意圖，（d）UAD過程材料去除示意圖
圖2 不同加工方法下切屑形貌特征模拟結果
近年來，在學校的大力支持下，機械工程與自動化學院在積極引進青年人才的同時，實施了一系列創新舉措，旨在為新進人才及團隊發展鋪設堅實的基石。學院通過多元化策略，不僅有效激發了中年教師的内在動力，而且精心組建了充滿活力的青年科研團隊，充分發揮“傳、幫、帶”的積極作用，為機械學科的蓬勃發展彙聚了強大的智慧與力量。
【論文鍊接】：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612524012040
