上海交大王宇晗团队:冲破技术封锁实现高端装备国产化

时间: 2024-07-09 04:00:28 |   作者: leyu手机版登录

  2023年9月19日上午,以“碳循新工业、数聚新经济”为主题的第23届中国国际工业博览会在国家会展中心举办。上海交通大学组织25项重大创新成果以独立展厅的方式参展,项目涵盖了先进制造、新一代信息技术、人工智能、新材料、新能源、绿色环保、医疗设施等多个领域,凸显了高校作为人才和创新资源集中地的优势。本栏目进一步探索了部分参展项目,旨在为读者带来深度展示和生动解读。

  在航空领域,包裹在飞机骨架外部的蒙皮,是决定飞机疲劳寿命的主承载零件。在国产大飞机上,蒙皮已采用了轻量化高强度的铝锂合金新材料,最薄处仅和鸡蛋壳差不多。国产大飞机能够自主生产精度如此之高的核心部件,离不开一项关键国产设备的诞生。由上海交通大学机械与动力工程学院王宇晗教授牵头,上海拓璞数控科技股份有限公司、上海飞机制造有限公司、上海航天设备制造总厂有限公司、天津航天长征火箭制造有限公司和成都飞机工业(集团)有限责任公司共同完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底双五轴镜像铣削技术与装备”项目,为国产大飞机提供了曲面蒙皮绿色精确高效加工的镜像铣装备和工艺,在飞机机身部总装自动化装配等方面做出了贡献。项目被授予2022年度上海市技术发明奖特等奖。

  镜像铣是一款数字控制机床,用于解决航空航天大型柔性曲面零件等的加工难题。在王宇晗团队研发成功之前,全球仅有两个研究团队掌握这一技术,并对我国实施技术封锁。2007年,王宇晗等5位上海交通大学毕业的博士决定共同创建上海拓璞数控科技股份有限公司,把实验室里的科研成果转化为真正的市场产品,解决“临门一脚”的问题。“是交大和政府的支持推动这些成果实现了产业化。”王宇晗介绍说,创业的路上困难重重,学校和政府一路助力。创业初始,公司举步维艰,上海市重大科学技术攻关项目给予了专项经费支持;没有场地,闵行莘庄工业区提供了高标准重装大厂房;团队人手严重不足,上海交大同在航空航天领域攻坚的林忠钦院士将自己的小组成员“借”给其用。经过16年的努力,王宇晗团队研制的全球尺寸最大的12米卧式双五轴镜像铣装备,将空间精度比国际顶配水平提升了一倍。镜像铣技术及装备的突破,不仅有力支撑了我国大飞机和空间探索事业的发展,更对中国制造走向高端意义重大。

  近年来,上海强化高校知识产权管理和运用,支持上海交通大学等高校开展国家科技成果转化专项改革试点和赋权改革试点工作,着力在制度层面打破藩篱,为高水平科技成果的转化和产业化开辟绿色通道。上海交通大学亦积极做出响应政府号召,聚焦基础科研和技术创新的能力提升,打造高水平国际合作、多学科交叉、产学研用协同的开放创新合作模式,以创新驱动产学研,用融合发展服务贡献国家发展和人类福祉,设立了一批基础前沿和技术创新特区,其中就包括王宇晗团队。

  正是在多重支持下,王宇晗团队一路披荆斩棘,在国内首次研制出卧式双五轴镜像铣装备,解决了国产飞机大尺寸蒙皮精密加工难题;创新研发了全球首台立式双五轴镜像铣装备,满足了新一代火箭箱底整体结构大角度加工需求;发明了实时跟踪工件法向的超声动态稳定测厚与闭环控制技术,壁厚加工精度提高5倍,突破了飞机超薄蒙皮高精度制造难题;发明了柔性曲面轮廓精密加工技术,开发了柔性装卡-在机建模-加工规划成套工艺系统与软件,实现了任意形状蒙皮的快速装卡与自动化生产。项目解决了飞机、火箭超大超薄曲面精密加工难题,为国产大飞机、长征系列运载火箭、登月舱等解决了关键零件的工艺瓶颈。

  除了做好自己的技术创新外,王宇晗团队也持续助力高校的人才教育培训,为未来科技革新奠定扎实基础。团队获得发明专利24项、软件著作权15项,发表SCI论文30余篇。每年也会接纳众多交大学子来企业实习上课,让学生在产业实践的一线深化对科研应用的思考。

  上海交通大学机械与动力工程学院在航空航天应用上产出了一系列的成果,王宇晗团队不仅实现了双五轴镜像铣这类高端工业母机的国产化,有力支撑了我国大飞机和空间探索事业的发展,同时又把目光投入到高端机床核心零部件及数控系统的“卡脖子”难题上。

  车铣复合是航空航天重要加工装备,具备应用场景范围广、功能多、一次装夹多工序加工等优势。五轴车铣复合机床可用于汽车、航空航天、通用机械、液压、新能源等领域。然而国内的车铣复合机床80%以上依赖进口,进口机床占据了五轴车铣复合的主要市场,鲜有的国产装备也基本采用进口关键部件。为了打破对国外关键技术的依赖,王宇晗团队开展了高端五轴车铣复合机床关键核心零部件的研发工作,致力于实现关键零部件的完全自主知识产权及国产化,研发出了国际先进、国内领先的车铣复合机床,并自主研发了数控系统、加工模拟仿真软件、电主轴、直驱摆头等重要核心部件,依靠自主可控技术取代进口关键零部件。围绕该产品的生产,专门建设了占地面积2.6万平方米的嘉兴工厂,投入车铣复合机床的生产。

  如今,上海交通大学和拓璞数控一起发力面向通用加工领域的五轴加工机床,开发出了“高端五轴车铣复合加工中心i500”,其静态、动态性能在对标国际竞争对手的同时,其售价仅为德国、日本进口产品的一半,为开拓国产高端工业母机市场打开了新通道,实现了高端装备国产化。

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