碳纖維直徑一般為5—7微米，僅為成年人頭發(fā)絲直徑的十分之一，而強(qiáng)度卻是先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的3—6倍，航空鋁合金的8倍以上。碳纖維復(fù)合材料用量已成為衡量裝備先進(jìn)性的重要指標(biāo)。以商用飛機(jī)為例，其自身重量每減少1千克，一年就能節(jié)約3000美元的燃料費(fèi)用。在“雙碳戰(zhàn)略”的驅(qū)動(dòng)下，掌握復(fù)合材料核心加工技術(shù)是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的基石。

與傳統(tǒng)金屬材料相比，復(fù)合材料成本較高。比如在飛機(jī)機(jī)身筒段上用到的一塊復(fù)合材料，價(jià)值高達(dá)幾百萬，加工時(shí)要在上面打制上千個(gè)大小不等、光滑的圓孔。傳統(tǒng)人工操作低質(zhì)低效、還會(huì)出現(xiàn)毛刺、撕裂、分層等損傷情況。隨著復(fù)合材料強(qiáng)度不斷升級(jí)，加工難度也越來越大。這些加工問題不僅制約了材料的推廣應(yīng)用，還限制了裝備性能的提升。

如何在高強(qiáng)度的復(fù)合材料上精準(zhǔn)打孔、精細(xì)切削，加工工具是關(guān)鍵。為此，遼寧黃海實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了“反向剪切”和“微元去除”加工損傷抑制原理，開發(fā)出適用于碳纖維復(fù)合材料的系列專用加工工具，使加工損傷降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，效率提升4—6倍，成本降低超50%。

傳統(tǒng)的復(fù)合材料加工裝備存在造價(jià)高、體積大、操作不靈活、工作效率低等情況。針對(duì)這些問題，團(tuán)隊(duì)研制出了直驅(qū)式、L型等系列便攜式專用加工裝備，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料、多種類型疊層結(jié)構(gòu)的高質(zhì)高效一體化制孔加工。

歷經(jīng)探索，在賈振元院士的帶領(lǐng)下，遼寧黃海實(shí)驗(yàn)室從源頭上解決了碳纖維復(fù)合材料在加工中出現(xiàn)的具有挑戰(zhàn)性的難題。目前，團(tuán)隊(duì)的相關(guān)成果在沈飛、成飛、航天一院等企業(yè)應(yīng)用，取代了在我國(guó)代工生產(chǎn)的國(guó)外飛機(jī)擾流片、升降舵等復(fù)合材料構(gòu)件的國(guó)外原配加工技術(shù)，為裝備制造業(yè)發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力注入了源源不斷的動(dòng)力。