项目概要

• 技术产品介绍

  
  整体叶轮是发动机的一种重要零件，其作用是由外界供给的机械功连续不断地将气体压缩并传输出去。好的外形构造是发挥叶轮性能的保证。在设计过程中，叶片的数量和外形轮廓需要经过多次的修改，配合发动机试车后的性能优化得以确定。
  
  整体叶轮的加工一直是机加工中长期困扰我们的难题。在叶片之间有大量的材料需要去除。为了使叶轮满足气动性的要求，叶片常采用大扭角、根部变圆角的结构，这都给叶轮的加工提出了较高的要求。普通的叶轮加工往往采用铸造成形，然后再机械加工成形；或者叶片单独加工，然后将叶片与轮毂焊接，再通过打磨、抛光使之外观平滑。这些方法的技术含量低，做出来的叶轮曲面精度难以保证，表面的质量也差，严重影响了叶轮的使用性能。近几年随着多轴联动数控技术的发展，使得加工整体叶轮类零件成为可能。由于整体叶轮的结构造型的复杂性，其数控加工技术一直是制造业的难点，也是研究的热点。

• 应用场景

  
  叶轮是压气机及航空发动机等的关键零件，在能源、航空、石油化工、冶金、汽车等领域中有着广泛的应用。

• 技术优势

  
  课题组长期从事整体叶轮五轴数控加工和数控机床的研究与开发工作，承担了国家自然科学基金、863、973和总装预言等整体叶轮方面的基础研究项目，取得了一批有国际影响的研究成果：
  (1)提出了自由曲面非球头刀宽行数控加工的几何学原理和刀位规划方法，CIRP Fellow法国学者Bernard教授在综述论文中将其列入该领域“1979-2012年发展路线图”，评价为“创新和令人振奋的工作”；
  (2)提出了数控铣削加工稳定性判别的高效通用方法—全离散法，加拿大两院院士、频域法创始人Altintas教授评价其“能更准确地预报薄壁件铣削稳定性”；
  (3) 建立了散乱点云曲面逼近的统一方法体系，几何误差评定算法被意大利学者Moroni教授评价为“远胜其他方法，计算速度最快、最有前景”。
  
  研究成果出版专著1部，在ASME、IEEE会刊、《中国科学》等国内外权威学术期刊发表SCI论文30余篇，获国家自然科学二等奖1项、省部级自然科学一等奖2项和中国国际工业博览会铜奖，已授权发明专利5项，软件著作权4项。

• 市场前景

  
  就市场规模销售前景来看，受益于我国汽车、航空航天、船舶、电力设备、工程机械等行业的快速发展，对机床市场，尤其是数控机床将产生巨大需求。2017-2022年，我国数控机床由于技术发展以及下游市场逐渐复苏等原因，仍会保持10%-12%的增长速度。到2022年，我国数控机床行业的市场规模将突破5,000亿元。

• 加分项

  
  成功案例：
  1）应用于中国南方航空动力机械集团公司，将航空涡轴发动机直径236mm镍基高温合金(GH4169)整体叶轮的加工时间从250小时减少到90小时，加工质量满足了设计要求，该叶轮已应用于航空涡轴发动机的研制；
  2）应用于我国唯一的大型液体火箭发动机专业生产厂——西安航天发动机厂，将直径300mm整体变螺距诱导轮的加工时间从280小时减少到65小时，加工质量满足了设计要求，已将成套工艺应用于火箭发动机诱导轮的批量生产。
  3）应用于德国博格华纳等著名涡轮增压器公司的叶轮加工，将60mm涡轮增压器叶轮的加工时间降低到10分钟，并通过原位测量技术，满足了国际质量标准。
  

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