973项目申报书——2011cb706800-g难加工航空零件的数字化制造基础研究new

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1、项目名称：难加工航空零件的数字化制造基础研究首席科学家：丁汉华中科技大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部二、预期目标4.1总体目标本项目以航空难加工关键零件（航空发动机单晶涡轮叶片、整体叶轮、飞机起落架等）为研究对象，从目标微结构驱动的热成形制造、质量与效率驱动的多轴数控加工、功能表面微形貌高效加工三个方面开展系统深入的基础研究，重点揭示目标微结构的定向形成机理、装备-工艺过程交互作用规律与功能表面微形貌可控创成原理，创立难加工航空关键零件高品质制造的新原理、新方法和新工艺。通过本项目研究，实现从“几何精度驱动的数字化制造”向

2、“物理性能驱动的数字化制造”的跃升，提高我国难加工航空零件的制造能力与水平，提供亟需的核心制造技术，培养一批从事数字化制造科学研究的青年学术带头人和研究骨干。4.2五年预期目标在理论研究方面解决高端数控装备和复杂精密航空零件制造中的科学问题，建立物理性能驱动的数字化制造新原理与新方法，使我国制造科学研究水平跻身于国际前列，为形成我国新一代飞机用难加工零件的高品质制造能力提供理论与方法。（1）揭示在超常热成形制造条件下复杂零件微观组织与性能演化的规律，阐明多种因素耦合作用机理与目标微结构定向形成的热力学与动力学条件，建立定向凝固与流变成形制造过程的

3、热－力－位移协同控制的原理与方法，提出目标微结构与性能驱动的数字化成形制造新原理。（2）揭示高强材料零件多轴加工时强切削载荷下工艺系统失稳和界面表层损伤机理，建立加工物理过程仿真、产品质量预测和工艺参数优化模型，提出适应工艺条件与工况变化的装备控制品质优化方法，建立基于加工-测量一体化的加工质量数字化监测与反馈控制原理，发展质量与效率驱动的数字化制造新原理与新方法。（3）揭示航空动力传递件功能表面微形貌与表层性态的形成机理，提出特定属性表面微形貌的数字表征方法，建立性能驱动的微形貌与结构纹理数字化精确创成模型，形成功能表面微形貌的数字化制造新原理

4、。在技术应用方面在航空难加工零件若干关键制造技术上取得创新成果，提供亟需的核心制造技术，在沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司和中国第二重型机械集团公司得到验证。（1）突破航空涡轮叶片定向凝固技术的关键工艺参数优化问题、冷却单元设计与传热边界条件控制技术、定向凝固过程的抽拉运动系统与热传输的协同控制方法，产品合格率提高一倍以上；（2）突破下一代巨型多向等温模锻装备的高稳定性超低速驱动与控制技术、多向锻压运行协调控制技术，建立大型多向等温模锻装备的应用示范平台，装备的主要指标达到国际先进水平，实现高强模锻件规格和性能的突破，起落架整体模锻件长度达

5、2~3m、抗疲劳性能提高30%以上；（3）研制出具有过程闭环控制功能的智能化高档数控系统，主要技术指标为：插补周期0.125ms、程序前瞻段数2000，最小分辨率1nm，控制通道8个；在重载多轴车铣复合数控装备上实现飞机起落架的加工验证，飞机起落架加工效率提高30%、产品合格率提高20%。（4）突破高温高强材料复杂曲面零件高效精密加工的关键技术，建立复杂曲面零件的数字化仿真与工艺优化平台，航空发动机整体叶轮的加工效率提高50%以上；（5）突破起落架小批量多品种加工过程中工艺－装备－工件系统交互作用下误差波动的监测与过程能力综合评估技术，建立加工误

6、差波动消减与工艺能力评估平台，起落架批量加工的一次合格率提高10%以上。（6）突破航空动力传递功能表面微形貌表征与精确创成的关键技术，研制出整体叶轮多轴联动逐点精密抛光原理样机，实现具有特定功能要求的渐变粗糙度形貌加工；加工的航空面齿轮乏油运行时间提高50%以上，工作寿命提高50%以上。本项目研究过程中，拟在国内外重要刊物上发表论文300篇以上，其中SCI和EI收录150篇以上，撰写专著3～5本，申请专利30余项。形成具有重要国际影响的数字化制造研究队伍，争取1个国家创新团队；涌现出一批优秀中青年人才，包括博士后、博士和硕士100名左右。三、研究

7、方案5.1学术思路学术思路如图1所示，项目以难加工关键航空零件为研究对象，以极端服役环境对零件的目标物理性能与制造品质及高效率要求为驱动，针对难加工航空零件制造面临的六个方面的技术瓶颈与挑战，即：成形制造目标微观组织性能定向生成及控制、超大惯量多向锻压系统精良驱动、加工过程闭环控制品质优化、复杂曲面零件加工物理过程仿真、加工过程误差波动的监测与消减、性能驱动的功能表面微形貌数字建模与创成，围绕项目所提出的三个关键科学问题，在发展数字化制造理论和方法的层面上，探索难加工航空关键零件制造的新原理和新方法，研发具有自主知识产权的关键数控装备和工艺技术，

8、突破航空发动机涡轮叶片、整体叶轮、飞机起落架和面齿轮等难加工航空零件高效、精密制造技术的瓶颈。图1.学术思路5.2技术途径通过理论研究与