航宇弱刚度构件的高性能切削制造技术及应用
成果类型:: 实用新型专利
发布时间: 2023-08-21 14:43:40
该项目属于机械工程切削加工领域。航空航天高端装备大量采用薄壁弱刚度构件,其高性能切削制造技术是实现结构轻量化、高效高质加工、保证机械性能与功能的核心工艺。然而,弱刚度构件在切削力作用下极易产生切削颤振和变形超差,导致加工效率低、精度难保证,长期以来构成了航空宇航制造领域技术瓶颈。自1999年起在国家科技支撑计划、杰青项目、面上项目等支持下,该项目面向型号研制重大需求突破了系列技术难题,取得如下系统性创新成果。
创立了高精度切削力横型,发明了高效高质标定新技术。突破以往侧刃剪犁切二元切削力模型精度与标定效率低的瓶颈,首创刀具侧、底刃剪犁切三元效应模型,证明了切削力可分解原理,并发明了“以铣代车”高效高质标定新技术,标定过程仅需单次铣削实验即可替代以往上百次正交车削实验,减少实验次数达两个数量级,奠定了高性能切削制造技术的基础。 发明了弱刚度构件变形/形貌分析技术,建立了切削力最小化刀具设计准则。提出切削参数瞬态修正思想,创建了构件加工变形预测补偿与表面形貌仿真技术;突破刀具传统设计依据,提出了减少变形的切削力最小化刀具设计准则,属国际首创,较国外同类刀具降低切削力峰值27~46%、减少构件变形26~40%。
发明了弱刚度构件多时滞多参数匹配抑振技术。建立了机床工艺系统多模态精准建模技术,提出了多时滞抑振的刀具设计思想,发明了无颤振多参数优选最低包络线技术和柔性支撑下局部配重抑振新工艺,实现了刀具参数、切削参数与机床特性的匹配抑振,提高飞机壁板、航天动力系统裙体加工效率30~35%。 发明了弱刚度构件高性能切削制造技术。研制出系列高性能刀具,系统提出了切削参数与刀具参数定量选配方案、支撑夹紧校核判据与分析策略,突破了传统型面固定专用夹具支撑模式,创建了低切削力、宽稳态域、变形满足公差的高性能切削技术体系与软件工具,实现了柔性支撑下飞机大尺寸蒙皮轮廓铣振动加速度降低70%以上、表面粗糙度减小50%、加工效率提高33%的效果。 获发明专利21项、软件著作权4项,发表论文95篇(SCI45篇、ESI热点及高被引5篇、制造领域顶级期刊IJMTM 15篇、ASME-JMSE7篇)、中英文专著2部,他引1690余次、含SCI他引560余次,被美国科技媒体NewsRX亮点报道,得到11位国内外院士、18位CIRP/ASME Fellow积极评价。连续三年获评Elsevier中国高被引学者。获陕西省科学技术一等奖。
入选“中西部基础能力建设工程”高校、国家“特色重点学科项目”建设高校、教育部“卓越工程师教育培养计划高校”、教育部“国家大学生创新性实验计划”实施高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、国家级新工科研究与实践项目、黑龙江省国内“双一流”建设高校、黑龙江省首批高等学校课程思政建设示范高校,为CDIO工程教育联盟成员。
项目成果应用于西飞、沈飞、航天四院等8家航空航天与能源机械骨干企业,完成了8种军品、4种民机型号2万余构件研制生产,配套研制提供了11系列55种规格36万余件大螺旋角/不等齿距高性能刀具,其切削力水平与抑振效果经国家刀具质量监督检验中心检测优于国外刀具,省部级鉴定意见为整体设计制造技术及使用性能国际领先。突破了大运、C919、AG600壁板/蒙皮、航天动力系统裙体等关键构件加工质量与效率难以保证的瓶颈。近三年新增销售额10.1亿元、新增利润0.75亿元,经济和社会效益显著,极大地提升了我国航空宇航制造水平。
本项目可以采用技术转让、技术合作等多种形式进行对接,欢迎有需求的企业单位联系洽谈。