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(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)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(jù)，并未意識(shí)到影響構(gòu)件疲勞性能的重要因素及其復(fù)雜性。“成形制造”加工過(guò)程中，加工工藝對(duì)表面的損傷，以及對(duì)表面結(jié)構(gòu)完整性的破壞，對(duì)表層組織應(yīng)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(qiáng)度應(yīng)力集中敏感現(xiàn)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(dǎo)致了關(guān)鍵件早期的疲勞破壞。高可靠、長(zhǎng)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(yán)重影響到我國(guó)國(guó)家安全和重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品自主可控。該技術(shù)成果以“抗疲勞制造”為判據(jù)，創(chuàng)新性提出齒輪鋼、彈簧鋼等基體組織調(diào)控新理論、新技術(shù)，提高材料強(qiáng)塑性，降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率，提高構(gòu)件疲勞壽命；開(kāi)發(fā)齒輪、螺栓、彈簧等構(gòu)件表面強(qiáng)化和改性新技術(shù)，闡明了表面復(fù)合滲的調(diào)控機(jī)制和表面高能改性強(qiáng)化機(jī)制，獲得高殘余壓應(yīng)力、高硬度、高改性層深度、高光潔度的表面，大幅提高構(gòu)件的耐磨性和疲勞壽命；建立了多場(chǎng)耦合條件下構(gòu)件疲勞壽命評(píng)估模型，開(kāi)發(fā)了構(gòu)件壽命評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)新技術(shù)。已在中國(guó)載人航天工程對(duì)接機(jī)構(gòu)齒輪系、探月工程嫦娥系列傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪系、火星探測(cè)器精密減速器、航空飛機(jī)操作桿傳動(dòng)系統(tǒng)、載重汽車正時(shí)齒輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固螺栓、高鐵轉(zhuǎn)向架彈簧等構(gòu)件制造中得到應(yīng)用。

三、成果轉(zhuǎn)化預(yù)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(yù)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)鍛造葉片、渦輪盤(pán)壽命在現(xiàn)有1500小時(shí)基礎(chǔ)上提高到3000小時(shí)，燃油泵傳動(dòng)軸、高強(qiáng)度緊固件服役壽命在現(xiàn)有2000小時(shí)基礎(chǔ)上提高到6000小時(shí)，實(shí)現(xiàn)我省關(guān)鍵零部件制造水平跨越式發(fā)展。

四、前期已轉(zhuǎn)化取得的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益:該成果應(yīng)用在貴州群建精密機(jī)械有限公司的重載汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)上批量配套，并進(jìn)入菲亞特、五十鈴全球采購(gòu)體系。貴州群建精密機(jī)械有限公司在9年中銷售收入達(dá)到近11億元，近5年(2015.01.01-2019.12.31)在重載汽車發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪及精密減速器實(shí)現(xiàn)新增銷售收入超過(guò)7.56億元，新增利潤(rùn)6875.36萬(wàn)元，新增稅收679.9。該項(xiàng)目的實(shí)施，解決了零件復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械加工難題，減少了機(jī)械加工，節(jié)省了本項(xiàng)目實(shí)施后，形成了高端齒輪核心標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)了高端齒輪的國(guó)產(chǎn)化，替代進(jìn)口，促進(jìn)我國(guó)航空航天、發(fā)電、高速機(jī)車、重型卡車、大型工程機(jī)械、大型船舶及鉆井平臺(tái)等高端制造業(yè)發(fā)展，解決了國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)工程配套零部件缺乏問(wèn)題，縮小與美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家的技術(shù)差距。促進(jìn)我國(guó)重大工程及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)高端齒輪制造技術(shù)和產(chǎn)品升級(jí)，打破國(guó)外高端齒輪及材料生產(chǎn)技術(shù)的封鎖，使我國(guó)成為真正的裝備制造工業(yè)強(qiáng)國(guó)?？蛊谥圃忑X輪關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用成果技術(shù)難度大，復(fù)雜程度高，豐富了長(zhǎng)壽命高精度齒輪領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)理論，促進(jìn)了新技術(shù)和新設(shè)備的研發(fā)與原材料。公司組建了機(jī)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(xiàng)目研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化實(shí)施過(guò)程中，獲授權(quán)專利28項(xiàng)，其中發(fā)明專利8項(xiàng)，發(fā)表論文30余篇；已培養(yǎng)博士生11人，碩士生50余人及一批企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命高端齒輪重大關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新與大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，其中VC46和C9系列齒輪搭載發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)日本五十鈴和意大利菲亞特總部的臺(tái)架2000h耐久試驗(yàn)，成功替代進(jìn)口應(yīng)用于五十鈴、菲亞特及江鈴等重卡發(fā)動(dòng)機(jī)大批量配套，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)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(yīng)的質(zhì)量認(rèn)證。

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