近日，我校机械工程与自动化学院曹龙超课题组青年教师徐默然博士在超声辅助钻削CFRP/Ti叠层材料理论建模和数值仿真方面取得了重要的研究进展。相关成果以“Experimental, modeling, and numerical simulation of ultrasonic assisted drilling of CFRP/Ti stacks”为题发表在工程技术领域中科院一区Top期刊《Journal of Manufacturing Processes》（ISSN：1526-6125）上。该论文的第一单位为武汉纺织大学，第一作者为武汉纺织大学机械学院徐默然博士，第一通讯作者为武汉纺织大学机械学院曹龙超博士。
碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料因其高比强度、高比刚度和优异的耐腐蚀性而被广泛应用于现代航空航天和汽车工业等领域。在航空航天应用中，通常需要将CFRP与钛或铝合金等金属连接在一起，形成复合材料/金属堆叠结构。由于其优异的机械性能，CFRP/Ti堆叠越来越多地取代传统的Al/Al或Al/Ti堆叠。然而，CFRP/Ti堆叠材料性能差异大、加工难，传统加工工艺面临着切削温度高导致热损伤、刀具磨损严重和排屑困难等挑战。CFRP/Ti堆叠材料的深孔钻削需要具备微米级超精密加工能力和高精度的加工设备。因此，在航空航天领域，实现CFRP/Ti叠层的高精度加工是一项关键挑战。
在此背景下，本研究通过综合运用实验、理论模型及有限元仿真的方法，深入探索了CFRP/Ti叠层在超声辅助钻削（UAD）过程中的加工机理与材料去除机制。通过采用自行研发的高频振动超声主轴，系统地研究了不同加工条件下切削力、切屑形态、孔内壁形貌、孔进出口表面特性以及刀具磨损的变化规律，并将实验数据与仿真结果进行了细致的比对分析。本研究揭示了UAD过程中复杂的加工机理，深入剖析了热-力耦合效应、材料界面处的热量与应力传递机制以及潜在的材料损伤模式。该研究为CFRP/Ti叠层材料的高精度、高质量钻削提供了全新的见解与解决方案，具有重要的理论与实践价值。
图1 UAD的工作原理：（a）UAD的加工示意图，（b）钻孔过程中钻头尖端示意图，（c）CD过程材料去除示意图，（d）UAD过程材料去除示意图
图2 不同加工方法下切屑形貌特征模拟结果
近年来，在学校的大力支持下，机械工程与自动化学院在积极引进青年人才的同时，实施了一系列创新举措，旨在为新进人才及团队发展铺设坚实的基石。学院通过多元化策略，不仅有效激发了中年教师的内在动力，而且精心组建了充满活力的青年科研团队，充分发挥“传、帮、带”的积极作用，为机械学科的蓬勃发展汇聚了强大的智慧与力量。
【论文链接】：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612524012040
