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【项目精选】177期:机械设备与金属加工技术

  碳纤维铝合金超混杂层板(简称层板)是由0.3~0.5mm的铝合金薄板与预浸碳纤维带(0.2~0.3mm)交替层压而成的,我国称之为超混杂复合材料。该层板综合了铝合金和纤维复合材料的优点,具有单一铝合金材料和纤维复合材料所不具备的很多优点,使层板具有优良的抗拉-压疲劳性能,同时大大提高了它的缺口断裂性能,并且能降低综合成本,减轻结构的重量,提高结构的安全性,是飞机结构和先进交通工具的理想材料。

  自从上世纪90年代问世以来,金属超混杂层板在国外已经实现了商业化生产,目前已成功用于B777和A380的装配,达到了减重30%的目的。在国内,该层板的商业化生产尚属空白。本项目研究的“设计—材料—工艺”一体化的层板制备、成形、加工技术,旨在突破层板的设计和工艺,为层板的大规模商业生产和应用提供技术支持。

  传统金刚石与CBN超硬磨料工具,磨粒总是处于随机分布状态,磨粒负荷不均,难以提高加工效率与获得理想的表面质量。综合高温钎焊与磨料择优排布两项新技术,开发了具有优化地貌的新一代钎焊金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬磨料工具,包括单/多层金刚石和立方氮化硼高效精密磨削砂轮以及金刚石锯切工具、磨抛工具和钻具等。

  2.磨料出露高,通常可达磨料高度的70~80%,砂轮变得更加锋利,磨削力、比能、磨削热、温度均有明显下降;

  5.结构强度好,是300~500m/s的超高速磨削中唯一可以安全使用的砂轮;

  6.环保,用高温钎焊替代电镀制作单层超硬磨料砂轮,彻底甩掉电镀这一重度污染包袱。

  1.获国家重点基础研究发展计划(973 计划)课题、国家自然科学基金等项目。

  该成果适用于各种金属材料(如钛合金、高温合金)的磨削加工,陶瓷、光学玻璃、宝玉石加工,建材、公路养护,地质采矿,油气钻探等众多领域,市场需求量巨大,具有广阔的应用前景。

  机器人精度补偿技术与高精度机器人智能加工装备面向航空航天及高端民用产品数字化智能制造领域,提供机器人加工装备整体解决方案设计、核心技术服务等研究性工作。重点突破机器人高精度补偿、刚度增强、任务规划、智能末端执行器、集成控制的核心技术,形成高精度机器人作业平台,通过装载制孔、铆接、铣削、测量等多功能末端执行器形成高精度智能机器人加工装备。

  1.提出综合关节伺服控制和定位误差深度学习的机器人绝对定位精度补偿策略,实现机器人的精确控制与实时补偿。

  2.提出基于在线感知的加工任务离线规划方法,实现钻铆工艺离线.提出融合视觉、触觉、听觉和主轴功率感知的智能钻铆一体化多功能末端执行器模块化结构,实现钻铆状态实时动态感知与钻铆质量在线.提出基于钻铆工艺学习样本库的深度置信网络学习策略,形成基于钻铆工艺深度学习的自适应控制方法。

  较传统方法,叠层材料孔径精度由 H9 提高到 H8,孔位精度提高 1 倍,法向精度提高10倍,锪窝精度提高1倍,叠层材料毛刺<50μm,铆接阶差<0.05mm,钻铆效率提升 5-10倍。

  (一)成果简介磁悬浮轴承技术是一种应用转子动力学、机械学、电工电子学、控制工程、磁性材料、测试技术、数字信号处理等综合技术,通过磁场力将转子和轴承分开、实现无接触的新型支承组件。

  1.它具有无机械接触、不需要润滑、寿命长、节能等特点,可在高速、高温、真空环境下应用,是典型的高技术产品。

  2.在流体机械领域,节能显著。以高速离心式鼓风机为例,传统的技术是采用1 台感应电机,1 台增速箱、2个联轴器、5对机械轴承,此传动系统效率较低。基于磁悬浮轴承技术的高速离心式鼓风机将高速永磁电机和风机的叶轮直接集成在磁悬浮轴承的转轴上,不需要增速箱和联轴器,只需要1对磁悬浮轴承,可节能 12-15%。

  在此基础上做进一步推广,可在高速与超高速加工机床用主轴、高速离心压缩机、高速水泵、透平膨胀机、分子涡流泵、汽轮发电机等大型旋转机械上广泛应用。

  (一)成果简介金属激光选区熔化增材制造技术适合加工具有“小批量”、“定制式”、“形状复杂”特征的零件,与航空航天、生物医疗领域的零部件、器械的制作需求有很高的契合度。作为一种典型的激光增材制造工艺,激光选区熔化具有更高的成形分辨率和更低的使用门槛,可以实现高精度复杂结构零件快速制造。此外,基于粉床熔融形式的 SLM 技术可以视为一种新型、高效、清洁的粉末冶金工艺,利用激光快速凝固的特点,更容易实现掺杂增强金属基材料、梯度复合金属基材料的制备。

  1.激光器功率高达800W,预热温度达300℃,氧含量低至20 ppm;

  该设备适用于航空航天、骨科医疗领域的科研院所,也适用于定制式义齿、模具等快速制造,成本较低,具有良好的实用价值。

  (一)成果简介该系统运行无需生蒸汽加热,即可实现低温蒸发(最低温度可达20℃)。不仅提高了蒸汽的利用率,节约了能源,还省去了冷却设备,减少了冷却水的用量,且具有结构紧凑、占地面积少、空间小等优点。

  能效比相当于目前比较先进的多效蒸发技术的 30 倍。该设备特别适合于热敏性大的料液,可以省去昂贵的冷冻设备和高昂的运行费用。

  本系统主要应用于污水处理、饮料、食品、天然有机产品、制药、海水淡化等多个行业中,推广前景十分广阔。现阶段已经进入小批量生产阶段。

  (一)成果简介传统的硬质合金刀具耐磨性和强韧性难以兼得,而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的 Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性、与金属间极低的摩擦系数,而且还有一定的韧性和强度,具有较佳的综合性能,不含稀有贵重元素,其制造成本仅为硬质合金的45~50%。

  与通常的硬质合金相比,如用作刀具,在以下几个方面有明显的优势:可以允许有较高的切削速度和较大的进刀量,被加工件有较好的表面性能,刀具的耐磨性能更高。此外,通过特殊的表面硬化处理方法,使此类材料在保持原有优越性的基础上,其强韧性、表面硬度和耐磨性都得到了明显的提高。

  1.适用于制作各种可转位刀片,用于常规材料的高速切削加工,还可以对高硬度的淬火钢等较硬的材料实行干式切削及制作恶劣工况下的耐磨件;

  2.适合于制作高性能电动工具锯片,用于实木、人造板、铝合金型材、铜合金型材、塑料、塑钢等材料的切割下料,性能已超过国外同类工具的水平;

  3.用于碳纤维预浸料的切割时,强韧性高、耐磨性好。使用的稳定性和寿命大大高于目前进口产品;

  4.适合于制作电子元器件生产及激光加工生产线中的专用模具。综合性能优良,其使用性能已在大型生产线上多次验证。该成果产品已经过小批量生产或试用,性价比突出,具有良好的市场前景。

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