航空航天用關(guān)鍵零部件抗疲勞制造技術(shù)

一、成果基本信息

二、成果簡(jiǎn)介

長(cháng)期以來(lái)，我國在航空航天用齒輪、螺栓、軸承等關(guān)鍵零部件制造技術(shù)上一直以加工成形精度為主要判據，并未意識到影響構件疲勞性能的重要因素及其復雜性。“成形制造”加工過(guò)程中，加工工藝對表面的損傷，以及對表面結構完整性的破壞，對表層組織應力狀態(tài)的改變等因素，加劇了關(guān)鍵件加工成形后在服役過(guò)程中的疲勞強度應力集中敏感現象，使得關(guān)鍵件的失效往往從成形加工過(guò)程中所造成的表面缺陷、損傷處開(kāi)始，導致了關(guān)鍵件早期的疲勞破壞。高可靠、長(cháng)壽命關(guān)鍵零部件成為航空航天裝備制造“卡脖子”技術(shù)之一，嚴重影響到我國國家安全和重點(diǎn)型號產(chǎn)品自主可控。該技術(shù)成果以“抗疲勞制造”為判據，創(chuàng )新性提出齒輪鋼、彈簧鋼等基體組織調控新理論、新技術(shù)，提高材料強塑性，降低疲勞裂紋擴展速率，提高構件疲勞壽命；開(kāi)發(fā)齒輪、螺栓、彈簧等構件表面強化和改性新技術(shù)，闡明了表面復合滲的調控機制和表面高能改性強化機制，獲得高殘余壓應力、高硬度、高改性層深度、高光潔度的表面，大幅提高構件的耐磨性和疲勞壽命；建立了多場(chǎng)耦合條件下構件疲勞壽命評估模型，開(kāi)發(fā)了構件壽命評價(jià)預測新技術(shù)。已在中國載人航天工程對接機構齒輪系、探月工程嫦娥系列傳動(dòng)系統齒輪系、火星探測器精密減速器、航空飛機操作桿傳動(dòng)系統、載重汽車(chē)正時(shí)齒輪、航空發(fā)動(dòng)機緊固螺栓、高鐵轉向架彈簧等構件制造中得到應用。

三、成果轉化預期：通過(guò)該技術(shù)成果的實(shí)施，大幅提高航空、航天用關(guān)鍵零部件服役壽命，預計發(fā)動(dòng)機鍛造葉片、渦輪盤(pán)壽命在現有1500小時(shí)基礎上提高到3000小時(shí)，燃油泵傳動(dòng)軸、高強度緊固件服役壽命在現有2000小時(shí)基礎上提高到6000小時(shí)，實(shí)現我省關(guān)鍵零部件制造水平跨越式發(fā)展。

四、前期已轉化取得的社會(huì )經(jīng)濟效益:該成果應用在貴州群建精密機械有限公司的重載汽車(chē)發(fā)動(dòng)機齒輪及精密減速器上，生產(chǎn)的齒輪及精密減速器已成功在菲亞特、五十鈴、江鈴、東風(fēng)等重卡發(fā)動(dòng)機上批量配套，并進(jìn)入菲亞特、五十鈴全球采購體系。貴州群建精密機械有限公司在9年中銷(xiāo)售收入達到近11億元，近5年(2015.01.01-2019.12.31)在重載汽車(chē)發(fā)動(dòng)機齒輪及精密減速器實(shí)現新增銷(xiāo)售收入超過(guò)7.56億元，新增利潤6875.36萬(wàn)元，新增稅收679.9。該項目的實(shí)施，解決了零件復雜結構機械加工難題，減少了機械加工，節省了本項目實(shí)施后，形成了高端齒輪核心標準體系，實(shí)現了高端齒輪的國產(chǎn)化，替代進(jìn)口，促進(jìn)我國航空航天、發(fā)電、高速機車(chē)、重型卡車(chē)、大型工程機械、大型船舶及鉆井平臺等高端制造業(yè)發(fā)展，解決了國家戰略重點(diǎn)工程配套零部件缺乏問(wèn)題，縮小與美國、日本、歐洲等國家的技術(shù)差距。促進(jìn)我國重大工程及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現我國高端齒輪制造技術(shù)和產(chǎn)品升級，打破國外高端齒輪及材料生產(chǎn)技術(shù)的封鎖，使我國成為真正的裝備制造工業(yè)強國?？蛊谥圃忑X輪關(guān)鍵技術(shù)及應用成果技術(shù)難度大，復雜程度高，豐富了長(cháng)壽命高精度齒輪領(lǐng)域的相關(guān)基礎理論，促進(jìn)了新技術(shù)和新設備的研發(fā)與原材料。公司組建了機器人自動(dòng)化柔性單元，改進(jìn)了齒輪生產(chǎn)流程，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期與成本，生產(chǎn)效率提升30%，年新增齒輪約50萬(wàn)件，降低人工成本80%。在項目研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化實(shí)施過(guò)程中，獲授權專(zhuān)利28項，其中發(fā)明專(zhuān)利8項，發(fā)表論文30余篇；已培養博士生11人，碩士生50余人及一批企業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。該項目實(shí)現了長(cháng)壽命高端齒輪重大關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng )新與大規模工業(yè)化應用，其中VC46和C9系列齒輪搭載發(fā)動(dòng)機通過(guò)日本五十鈴和意大利菲亞特總部的臺架2000h耐久試驗，成功替代進(jìn)口應用于五十鈴、菲亞特及江鈴等重卡發(fā)動(dòng)機大批量配套，產(chǎn)品質(zhì)量達到國外優(yōu)秀企業(yè)產(chǎn)品同等水平，為產(chǎn)品的順利出口提供了相應的質(zhì)量認證。

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