【正文】 高 10%以上。 在技術應用方面 在航空難加工零件若干關鍵制造技術上取得創(chuàng)新成果，提供亟需的核心制造技術， 在沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司和中國第二重型機械集團公司得到驗證。 （ 2） 揭示高強材料零件多軸加工時強切削載荷下工藝系統(tǒng)失穩(wěn)和界面表層損傷機理，建立加工物理過程仿真 、 產(chǎn)品質(zhì)量預測和工藝參數(shù)優(yōu)化模型，提出適應 工藝條件與工況變化的裝備控制品質(zhì)優(yōu)化方法 ，建立 基于加工 測量一體化的加工質(zhì)量數(shù)字化 監(jiān)測與反饋控制 原理，發(fā)展質(zhì)量與效率驅(qū)動的數(shù)字化制造新原理與新方法。 五年預期目標 在理論研究方面 解決高端數(shù)控裝備和復雜精密航空零件制造中的科學問題，建立物理性能驅(qū)動的數(shù)字化制造新原理與新方法，使我國制造科學研究水平躋身于國際前列， 為形成我國新一代飛機用難加工零件的高品質(zhì)制造能力提供理論與方法。 項目名稱： 難加工航空零件的數(shù)字化制造基礎研究 首席科學家： 丁漢 華中科技大學 起止年限： 至 依托部門： 教育部 二、預期目標 總體目標 本項目以航空難加工關鍵零件（ 航空發(fā)動機單晶渦輪葉片、整體葉輪、 飛機起落架等）為研究對象，從 目標微結(jié)構(gòu)驅(qū)動的熱成形制造、 質(zhì)量 與 效率驅(qū)動的多軸數(shù)控加工、功能表面微形貌高效加工三個方面 開展 系統(tǒng)深入的基礎研究，重點揭示目標微結(jié)構(gòu)的定向形成機理、裝備 工藝過程交互作用規(guī)律與功能表面微形貌 可控 創(chuàng)成原理，創(chuàng)立難加工航空關鍵零件高 品質(zhì)制造的新原理、新方法和新工藝。通過本項目研究，實現(xiàn)從 “幾何精度驅(qū)動的數(shù)字化制造 ”向 “物理性能驅(qū)動的數(shù)字化制造 ”的 躍升，提高我國難加工航空零件的制造能力與水平，提供亟需的核心制造技術，培養(yǎng)一批從事數(shù)字化制造科學研究的青年學術帶頭人和研究骨干。 （ 1） 揭示在超常熱成形制造條 件下復雜零件微觀組織與性能演化的規(guī)律，闡明多種因素耦合作用機理與目標微結(jié)構(gòu)定向形成的熱力學與動力學條件，建立定向凝固與流變成形制造過程的熱－力－位移協(xié)同控制的原理與方法，提出目標微結(jié)構(gòu)與性能驅(qū)動的數(shù)字化成形制造新原理。 （ 3） 揭示航空動力傳遞件功能表面微形貌與表層性態(tài)的形成機理，提出特定屬性表面微形貌的數(shù)字表征方法，建立性能驅(qū)動的微形貌與結(jié)構(gòu)紋理數(shù)字化精確創(chuàng)成模型，形成功能表面微形貌的數(shù)字化制造新原理。 （ 1） 突破航空渦輪葉片定向凝固技術的關鍵工藝參數(shù)優(yōu)化問題、冷卻單元設計與傳熱邊界條件控制技術、定向凝固過程的抽拉運動系統(tǒng)與熱傳輸?shù)膮f(xié)同控制方法，產(chǎn)品合格率提高一倍 以上； （ 2）突破下一代巨型多向等溫模鍛裝備的高穩(wěn)定性超低速驅(qū)動與控制技術、多向鍛壓運行協(xié)調(diào)控制技術，建立大型多向等溫模鍛裝備的應用示范平臺，裝備的主要指標達到國際先進水平，實現(xiàn)高強模鍛件規(guī)格和性能的突破，起落架整體模鍛件長度達 2~3m、抗疲勞性能提高 30%以上； （ 3）研制出具有過程閉環(huán)控制功能的智能化高檔數(shù)控系統(tǒng)，主要技術指標為：插補周期 、程序前瞻段數(shù) 2020，最小分辨率 1nm，控制通道 8個；在重載多軸車銑復合數(shù)控裝備上實現(xiàn)飛機起落架的加工驗證，飛機起落架加工效率提高 30%、產(chǎn)品合格率提高 20%。 （ 6）突破航空動力傳遞功能表面微形貌表征與精確創(chuàng)成的關鍵技術，研制出整體葉輪多軸聯(lián)動逐點精密拋光原理樣機，實現(xiàn)具有特定功能要求的漸變粗糙度形貌加工；加工的航空面齒輪 乏油運行時間提高 50%以上，工作壽命提高 50%以上。形成具有重要國際影響的數(shù)字化制造研究隊伍，爭取 1個國家創(chuàng)新團隊；涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀中青年人才，包括博士后、博士和碩士 100名左右。 從 “ 幾 何精 度 驅(qū) 動的 數(shù) 字 化制 造 ” 向“ 物 理 性能 驅(qū) 動 的數(shù) 字 化 制造 ” 躍 升 源 頭 創(chuàng) 新 成 果形 成 功 能表 面 微 形貌 的 數(shù) 字化 制 造 新原 理提 出 目 標微 結(jié) 構(gòu) 與性 能 驅(qū) 動的 數(shù) 字 化成 形 制 造新 原 理發(fā) 展 質(zhì) 量與 效 率 驅(qū)動 的 數(shù) 字化 制 造 新原 理 與 新方 法凝 固 和 流 變 成形 目 標 微 結(jié) 構(gòu)的 定 向 生 成 與熱 力 位 移 協(xié) 同強 激 勵 下 多 軸數(shù) 控 裝 備 復 雜響 應 與 工 藝 過程 的 動 態(tài) 交 互機 理功 能 表 面 微 形貌 的 表 征 、 數(shù)字 化 定 量 反 演與 創(chuàng) 成 機 制關 鍵 科 學 問 題難 加 工 航 空 零 件 : 單 晶 渦 輪 葉片 、 整 體 葉 輪 、 起 落 架 等 極 端 難 加 工 材 料 單 晶 葉 片 定 向 生 長 成 形 制 造 起 落 架 復 合 加 工 數(shù) 控 裝 備 、加 工 工 藝 技 術 及 其 批 量 生 產(chǎn)誤 差 波 動 消 減 技 術 成 形 制 造 目 標 微觀 組 織 性 能 定 向生 成 及 控 制 加 工 過 程 閉 環(huán) 控制 品 質(zhì) 優(yōu) 化 加 工 過 程 誤 差 波動 的 監(jiān) 測 與 消 減 ? 在高溫高強航空復雜零件的精密成形制造研究方面，基于極端服役環(huán)境對航空關鍵零件（高溫渦輪葉片與起落架）的組織性能（單晶組織和金屬流線連續(xù)平行分布的變形組織 /高強度、耐高溫、抗沖擊與高 可靠性）要求的驅(qū)動，通過超常制造條件下零件成形過程多尺度動態(tài)建模與仿真分析，揭示零件內(nèi)部晶體取向演變與金屬流線分布規(guī)律和實現(xiàn)預定目標微結(jié)構(gòu)的定向形成的能量作用通道和熱力學、動力學條件；通過對熱成形制造過程制造界面狀態(tài)、熱 /力 /位移等多要素間的相互作用及關聯(lián)規(guī)律研究，揭示制造過程的失穩(wěn) /失諧機理，建立與復雜工況或工藝條件高順應性的補償與協(xié)同方法；在這兩方面研究工作的基礎上進而提出實現(xiàn)高溫渦輪葉片與起落架的定向凝固與連續(xù)流變的能場條件、界面狀態(tài)調(diào)控技術和熱 力 位移（速度）協(xié)同控制原理和方法，從而實現(xiàn)形性協(xié)同的 高品質(zhì)制造過程 。 ? 在功能表面的數(shù)字化精密加工方面，以航空整體葉輪和面齒輪復雜曲面零件為對象，從氣動性能和乏油干運轉(zhuǎn)性能與功能表面微形貌的映射關系研究入手，綜合運用空氣動力學、材料學和現(xiàn)代機械設計理論，研究功能表面微形貌和結(jié)構(gòu)紋理的多尺度耦合作用機制與表征模型，構(gòu)建原理樣機和試驗平臺，探索功能表面微形貌數(shù)字化高精高效創(chuàng)成新原理。 特色與創(chuàng)新 （ 1）項目特色 項目密切結(jié)合航空制造業(yè)迫切需求，針對制約我國航空關鍵零件制造的技術瓶頸，通過機械、材料、力學、控制、信息等多學科的交叉， 研究難加工航空關鍵零件數(shù)字化制造中跨學科領域的前沿問題 ， 多學科綜合交叉是本項目的主要特色。 項目研究隊伍聯(lián)合了國內(nèi)高校、飛機發(fā)動機制造與重型裝備制造的大型企業(yè)，主要技術骨干與單位的學科專業(yè)覆蓋飛機設計制造、材料加工 和 機械設計制造等領域，隊伍知識結(jié)構(gòu)互補， 可以最有效的發(fā)揮團隊優(yōu)勢， 提高了項目的定位與技術路線的科學性與可行性。 ? 通過 對高強材料 零件 多軸 加工 時高能量輸入和聚積引發(fā)的復雜 物理過程的建模 和 仿真 ， 揭示 強激勵下數(shù)控裝備復雜響應與工藝過程的動態(tài)交互機理，提出產(chǎn)品質(zhì)量預測和 裝備控制品質(zhì)優(yōu)化方法 ，建立 基于加工 測量一體化的加工質(zhì)量數(shù)字化 監(jiān)測與反饋控制 原理， 發(fā)展制造質(zhì)量與效率驅(qū)動的數(shù)字化制造新原理與新方法 。 通過上述三個方面的創(chuàng)新研究工作， 建立 物理性能驅(qū)動的數(shù)字化制造理論與方法 ，推動數(shù)字化制造 技術 向更深的層次發(fā)展 。 本項目密切結(jié)合航空制造業(yè)迫切需求，針對制約我國航空零件制造的技術瓶頸，在機械、材料、力學、控制、信息等多學科交叉基礎上開展研究，工作貫通微觀組織演變、宏觀性能生成，通過多角度多層次的研究工作建立難加工航空零件數(shù)字制造的基礎理論體系，使航空關鍵零件實現(xiàn)從幾何精度驅(qū)動數(shù)字化制造向物理性能驅(qū)動數(shù)字化制造的轉(zhuǎn)變。針對重型七軸五聯(lián)動車銑復合加工機床，研究了多熱源及力熱耦合作用下動力學精確建模、復雜工況性能演變與控制等關鍵問題；針對機翼肋板等大型薄壁件、鈦合金葉輪的高效加工，提出了復雜曲面五軸加工運動規(guī)劃、加工過程穩(wěn)定性分析和加工誤差預測方法，形成了豐富的切削數(shù)據(jù)庫；在多源多工序質(zhì)量綜合評估方面，提出了關鍵質(zhì)量特征檢測、誤差源信 息獲取與處理的新方法，實現(xiàn)多質(zhì)量特征的優(yōu)化控制和數(shù)控裝備服役性能的可靠性評估。 ? 前期 973 項目已經(jīng)在大型高強鍛件成形機理、大型成形裝備運行控制方法與鑄造過程的多尺度仿真與優(yōu)化方面取得了豐碩的成果。在精密鑄造方面，提出了 整體高溫合金葉片的定向凝固組織數(shù)學模型及模擬算法，建立了壓鑄過程中動態(tài)處理鑄件 /鑄型界面邊界條件的傳熱模型與鑄造鎂合金凝固過程的微觀組織演化模型，為鑄造過程定量優(yōu)化以及多尺度組織演變仿真奠定了理論基礎。前期 973 項目在大型裝備運行穩(wěn)定性與力流傳遞特性、鑄造過程多尺度數(shù)值仿真上所取得的成果， 為滾動 973項目研究 “凝固和流變成形目標微結(jié) 構(gòu)的定向生成與熱 力 位移協(xié)同 ”提供了堅實的理論與平臺支撐。前期 973 項目中以導彈天線罩和螺旋錐齒輪為研究對象，針對導彈天線罩對 “均勻透波性 ”的功能要求，研究了天線罩電厚度等性能偏差與內(nèi)外廓形幾何偏差以及材料特性偏差間的非線性關聯(lián)機制和加工參數(shù)的逐點定量控制模型，取得了 “物理性能測量、數(shù)控加工 ”一體化