国家重点基础研究发展计划（973计划）课题任务书调整方案项目名称：航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究课题编号：2010CB731703课题名称：大型构件去除成形中零残余应力控制中华人民共和国科学技术部制2012-1一、调整依据和思路依据课题的执行情况和中期总结专家组的建议，本课题将进一步集中研究内容，突出研究主题为制造过程残余应力的调整控制，选择典型切削加工大构件来体现残余应力对加工精度和表面裂纹的作用。拟将本课题名称修改为“大型构件去除成形中零残余应力控制”。关于研究内容④“壁板结构-加工表面完整性-损伤容限的关联机制”的调整说明：损伤容限概念涵盖内容过于庞大，涉及到构件结构设计、材料、加工工艺等各个方面。本课题是项目各课题中唯一专注于冷加工制造的课题，根据项目专家建议，进一步将研究内容向冷加工制造方面凝练，不涉及大型航空构件结构设计及材料设计等内容。表面裂纹扩展是损伤容限研究的重要组成部分，冷加工过程中表面裂纹的扩展和抑制机制非常重要，直接和损伤容限关联，因此，拟将本课题中原内容调整为：④切削工艺系统-加工表面完整性-疲劳裂纹扩展的关联机制。二、研究内容和预期目标的调整方案①大型铝合金薄壁构件板坯制备与切削加工过程中微观结构演化规律：研究大规格铝材制备界面特征对能量传递的影响规律，建立外场环境和界面传热强化调节方法；研究淬火冷却状态、预拉伸变形条件对铝合金厚板组织结构演化的影响机制，寻求厚板材料微观组织均匀化的调控方法；研究高速铣削过程外场量对零件表面/亚表面特性（加工表面纹理、表面层冷作硬化和表面层微观组织）的影响规律。②大型铝合金薄壁构件制造全过程内应力遗传演化与多尺度预测模型：研究大型铝合金薄壁构件从厚板热处理、预拉伸到切削加工各工艺阶段的材料内部残余应力空间分布规律，建立通过表面无损残余应力测量来评估材料内部残余应力水平的方法；定量描述机械应力、热应力和组织应力在不同外场参量作用下的平衡消长，基于力-热耦合作用机理建立大型铝合金薄壁构件切削加工表面及内部残余应力的多尺度预测模型；研究材料内部残余应力分布对大型铝合金薄壁构件形状尺寸精度的影响规律。③大型铝合金薄壁构件高速切削变形与表面完整性主动控制：分析大型整体薄壁构件铣削变形规律，研究材料去除顺序与自位支撑刚度强化、刀具路径规划与空间切削力分布、数控加工误差补偿等高速铣削变形主动控制技术；研究材料去除尺寸效应、结构敏感性、主传力纤维方向、表面层位错强化等对表面残余应力影响规律，基于力－热耦合作用机理，建立加工表面残余应力控制模型，获得零件表面完整性的主动控制技术。④切削工艺系统-加工表面完整性-疲劳裂纹扩展的关联机制：研究构件表面/亚表面特性对裂纹萌生和扩展的影响规律，建立考虑表面完整性、载荷顺应性和构件特征的表面裂纹抑制机制，提出高速切削工艺－加工表面完整性－疲劳裂纹扩展相关联的大型构件制造策略。⑤大型铝合金薄壁构件形状精度协调与补偿：针对大型薄壁构件的整体配合协调问题，研究外形协调与交点协调时铝合金薄壁构件的形变位移，查明协调形变位移与残余应力再分布的映射关系。研究协调过程中铝合金薄壁构件形变位移对气动外形精度的影响，研究最小协调形变位移的构件形状设计原则，确定合理的切削加工精度，提出大型铝合金构件加工的形状精度工艺补偿策略，为飞机零件设计提供参考。预期目标揭示高强铝合金大规格铝材制备及薄壁构件加工过程内应力演变规律及其控制原理，探明铝合金厚板表面残余应力与内部应力场间的关联关系，建立铝合金薄壁构件加工表面及内部残余应力的多尺度预测模型；研究以高面积去除率为特征的大型构件机械加工过程的控形、表面控性的工艺规律，建立成品构件切削表面/亚表面特性创成预测与控制模型；提出高速切削工艺－加工表面完整性－疲劳裂纹扩展相关联的大型构件制造策略；建立外形协调与交点协调时铝合金薄壁构件的协调形变位移分析方法；提出大规格铝合金厚板构件加工的形状精度工艺补偿策略；研究成果应用于典型薄壁结构件高效精密成形加工，在稳定批产前提下，达到6级加工精度，将切削加工效率提高30％。在国内外重要学术期刊和国际会议发表论文30篇以上，其中SCI、EI源刊物22篇以上，申请发明专利和软件著作权5-7项。形成从事大型薄壁构件塑变与去除成形及其内应力与表面完整性主动控制理论与应用技术研究的学术队伍，培养博士后、博士研究生、硕士研究生30名左右。三、研究方案及技术路线的调整本课题的总体思路是针对大型整体薄壁构件在成形成性过程中存在的厚板组织与内应力分布－薄壁构件几何精度－加工表面完整性－疲劳裂纹扩展之间存在的强烈关联机制，研究大型薄壁构件塑变与去除成形及其内应力与表面完整性主动控制理论