科创中国

行业领域

新材料技术,金属材料

需求背景

国内外现状： 钛合金属于典型难加工材料，高效加工时通常要求主轴转速低于1000r/min，典型为200~400r/min；高速加工时主轴转速一般为3000~8000r/min，且切削加工时温度高、切削变形和冷硬现象严重、易粘刀，导致刀具易磨损且表面质量差。国际上较为先进的加工工艺是采用超声波辅助加工钛合金零件。以瑞士Multifactor、IBAG等为代表的企业在电主轴市场上占据主导地位，IBAG公司生产的电主轴扭矩可达300N•m，最高转速140000r/min。国内江苏德速开发的电主轴最大转速15000r/min，额定扭矩38.8N•m；广东昊志开发的电主轴功率20kw，扭矩可达203N•m，但最大转速仅有10000r/min。目前，国内钛合金材料加工用高转速、大扭矩电主轴市场仍全部依赖进口。

需解决的主要技术难题

（1）电主轴冷却系统数字化设计与结构优化。（2）电主轴动平衡仿真与优化。（3）高转速大扭矩电主轴高精度装配工艺开发。（4）高转速大扭矩电主轴试制与测试应用。（5）钛合金超声复合加工工艺开发优化。

期望实现的主要技术目标

1. 研制超声复合加工机床用电主轴3种（不同扭矩/转速）。功率≥25kw；最高转速20000r/min；最大扭矩100N•m以上；温升≤18℃。 2. 突破2项核心关键技术：电主轴冷却系统设计技术、高转速大扭矩电主轴高精度装配工艺技术。 3. 搭载超声复合加工机床试制钛合金零件5种以上，Ra<0.3µm。 4. 形成包括3种电主轴的钛合金加工工艺数据库，包含切削力、加工精度等参数，数据总量不少于1000条。 5. 申请专利5件以上，获得授权专利3件。

需求解析

解析单位：“科创中国”江苏科技服务团（江苏省科学技术协会） 解析时间：2022-09-22

李奕辰

江苏省科协企业创新服务中心

项目负责人

综合评价

此需求描述已足够清晰，可以进行需求跟进。 此项需求对于促进国内钛合金材料加工发展具有重大意义，钛合金具有强度高、耐蚀性强以及生物相容性好等特点，是制造金属微结构件的理想材料。然而，钛合金导热系数低、弹性模量小且化学亲和力强，亦是典型的难加工材料。主要技术解决方案： （1）电主轴冷却系统数字化设计与结构优化。 （2）电主轴动平衡仿真与优化。 （3）高转速大扭矩电主轴高精度装配工艺开发。 （4）高转速大扭矩电主轴试制与测试应用。 （5）钛合金超声复合加工工艺开发优化。 钛合金作为一种重要的轻质合金，具有比强度高、耐蚀性强以及生物相容性好等特点，被认为是制造金属微结构件的理想材料。随着制造技术的发展，钛合金必将在航空航天、生物医疗和精密仪器等领域得到更多的应用。

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处理进度