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项目名称: 高性能复杂整体薄壁构件高效精确热介质压力成形技术 推荐单位:哈尔滨工业大学 项目简介 新一代航空、航天、高铁和新能源汽车等高端装备向大型化、轻量化、高速化、长寿命、高可靠发展,出现一类大尺寸高性能复杂整体薄壁构件.

材料难变形、复杂形状与高性能互相耦合,使得此类构件制造难度极大,超出现有制造技术的边界和物理极限. 为了解决传统热成形技术以及流体高压成形技术在制造大尺寸高性能复杂整体薄壁构件时存在的难题,本项目创新性地提出了 高效精确热介质压力成形技术 .其基本成形原理为:采用电流自阻加热和感应加热等快速加热方式,以热介质(气体介质、热油介质、颗粒介质)作为柔性加载介质,并通过刚体模具与柔性介质复合,成形出难变形材料复杂形状整体构件,最终在模具内通过高压冷气实现形状精度与组织性能一体化控制. 在国家杰出青年基金、国家科技重大专项、国防973项目、总装预研项目,以及载人航天、新一代火箭飞机研制项目,高铁和新能源汽车等企业项目支持下,投入科研经费4432万元.经过十余年深入系统研究,针对材料难变形、复杂形状与高性能耦合带来的巨大技术挑战,通过理论/工艺/装备一体化创新,形成了自主知识产权关键技术,获得的创新性成果如下: (1)建立了基于双硬化与软硬化协调机制的复杂板壳热变形理论;

(2)发明了基于电流快速加热的复杂异形管类整体结构热介质压力成形工艺方法;

(3)发明了复杂曲面板类整体结构刚柔介质协调热介质压力成形工艺方法;

(4)发明了基于冷/热介质快速转换的模内高压气淬形性一体化调控方法;

(5)研发出具有多工艺参量耦合加载和冷/热介质快速转换功能的数控热介质成形装备. 核心技术指标:最高成形温度1200℃,最高气体压力70MPa,整体构件径厚比达3200,局部微小尺寸比1/1000,大尺寸构件小圆角比0.8,尺寸精度(贴模度)0.25mm,构件强度变化率≥+10%,大尺寸板类构件成形效率10min/件,比国外高5~10倍. 获授权国家发明专利25项,培养博士18名、硕士21名.发表SCI论文82篇、EI论文89篇,SCI他引420次.经技术鉴定: 该项目总体水平处于国际领先,具有显著的经济社会效益和广阔的应用前景. 为3家企业研制了大批量生产用热介质压力成形装备,工艺和模具成套技术提供给今创集团股份有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司、捷安特(昆山)有限公司等企业,实现地铁门立柱罩、车头棱线、高档自行车车架等零件大批量生产;

多种产品已用于新型隐形战机、高推比航空发动机、载人航天、高超音速飞行器等重大国防装备关键构件的研制,解决了一批国家重大需求和工业生产中的瓶颈难题. 推广应用情况 本项目自主研发的热介质压力成形技术已应用于新一代航空、航天、高铁和新能源汽车等行业和领域. 主要应用单位情况: 应用单位名称 应用技术 应用的起止时间 联系人 电话 经济效益(万元) 中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司 新型四代战机铝合金蒙皮 2016-02至今 迟彩楼

13998321145 2750(节支) 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 高推比航空发动机高温合金封严环 2012-09至今 李晓光

13898831981 1200(节支) 中国航发南方工业集团有限公司 航空发动机WZ-10高温合金出口内壁 2016-03至今 吴超

18007333382 XX-10航空发动机制造 首都航天机械公司 舱外航天服生保系统铝合金异形管件 2016-06至今 祝世强

13522645616 7350(产值) 1250(节支) 首都航天机械公司 高超声速飞行器二元进气道 2016-01至今 敖洪峰

18911626196 高超声速飞行器研制 今创集团股份有限公司 伦敦地铁铝合金门立柱罩 2013-06至今 孔祥进

18014308888 3900(产值) 6200(节支) 中车长春轨道客车股份有限公司 标动250铝合金车头棱线零件 2017-01至今 梁继业

15943024961 1500(节支) 中车长春轨道客车股份有限公司 重庆地铁铝合金车头门框 2017-01至今 梁继业

15943024961 1200(节支) 捷安特(昆山)有限公司 高档自行车铝合金异形管件 2013-01至今 林国华

13806262043 69213(产值) 4150(利税) 河北中亿永兴工贸有限公司 新能源汽车铝合金异形管件 2015-10至今 杨联升

13703163827 5600(产值) 经济效益 单位:万元人民币 项目总投资额 4432.00 回收期(年)

5 年份新增利润 新增税收 创收外汇 (美元) 节支总额

2015 811.00 427.00 0.00 1570.00

2016 1995.00 1021.00 0.00 3610.00

2017 3290.00 1532.00 0.00 7430.00 累计6096.00 2980.00 0.00 12610.00 各栏目的计算依据: 项目投资额(万元)包括:国家杰出青年基金、总装预研等纵向经费3981万,捷安特(昆山)有限公司、首都航天机械有限公司等横向经费451万元. 效益额根据4家公司近三年效益证明统计(利润/税收/节支)(万元):首都航天机械有限公司(2205/441/1250)、今创集团股份有限公司(930/186/6200)、捷安特昆山有限公司(1649/961/0)、河北中亿永兴工贸有限公司(1312/1392/0). 项目新增产值总额为86063万元,不包括部分企业因商业秘密不能提供的数据,以及航空、航天和国防产品效益.新能源电动汽车电池质量增加约220kg,底盘和车身构件迫切需要采用铝合金代替钢实现轻量化.采用热介质压力成形生产铝合金异形整体管件,是提高我国新能源汽车综合性能、实现节能环保指标的重要保证. 为满足300km/h以上高速运行的气动性能、减少风阻,高铁机车外覆盖件的形状越来越复杂.采用热介质压力成形制造带有大尺寸和局部尖角几何特征的空间棱线零件,是我国新一代高铁动车组制造技术的重要创新. 新型战机、新一代航空发动机对隐身性能、超音速飞行气动性能、可靠性等要求极高,采用热介质压力成形的铝合金整体蒙皮构件、高温合金出口内壁等,尺寸精度和构件性能明显优于设计要求,是我国在难变形整体薄壁构件制造技术的重要创新. 曾获科技奖励情况 无 主要知识产权证明目录

1、发明专利 序号 知识产权 具体名称 国家 (地区) 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 发明专利有效状态

1 一种封闭异形截面钛合金进气道的整体低温高压成形工艺 中国 ZL201418001036.2 2016-05-16 国密 第45094号 哈尔滨工业大学 刘钢,苑世剑, 何祝斌 有效

2 一种大截面差异形截面管件胀压复合成形方法 中国 ZL201610825458.X 2018-01-26 第2794049号 哈尔滨工业大学 何祝斌,张坤, 苑世剑 有效

3 一种板材温热介质充液成形设备 中国 ZL201210579726.6 2014-09-17 第1482732号 北京航空航天大学 郎利辉,刘康宁,蔡高参,郭禅 有效

4 一种钛合金封闭变截面件温热高压成形设备 中国 ZL201418002179.5 2016-11-01 国密 第40393号 哈尔滨工业大学 刘钢,苑世剑, 王建珑,何祝斌 有效

5 一种电流辅助钛合金波纹管热成形装置和方法 中国 ZL201410747829.8 2016-12-07 第2309515号 哈尔滨工业大学 王国峰,赵淘, 杜志豪,刘小林,杨默,赵相禹 有效

6 一种薄壁管件变角度斜向冲击试验夹具 中国 ZL 201510846020.5 2015-11-26 第2664149号 大连理工大学 亓昌,杨姝, 刘维生,李庆余,孙勇,裴连政 有效

7 利用取件托板快速取件板材高温拉深成形方法 中国 ZL201010265010.X 2012-02-29 第914809号 哈尔滨工业大学 何祝斌,凡晓波,郭乾应,韩玉杰,吴顺通 有效

8 电流辅助钛合金波纹管热成形模具及方法 中国 ZL201310516103.9 2015-04-22 第1644530号 哈尔滨工业大学 王国峰,刘淑芬,孙超,曹凤超,李........