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沈陽航空航天大學教授王奔:劍指航空制造難題 開拓創新碩果累累

魯迅先生曾經說過:"我們自古以來,就有勤勞的人......他們是中國的脊梁!"王本,就是這樣一個人。作為沈陽航空航天大學教授、博士生導師,長期緊緊結合我國先進航空發動機和大型飛機關鍵複雜部件對高品質、高效率、智能制造技術的迫切需求,面向先進的航空發動機和飛機科研生産,長期開展航空難加工結構理論與新技術研究。 零部件,解決了航空制造領域的重大問題,對航空工業的發展和國家安全具有深遠的意義。

沈陽航空航天大學教授王奔:劍指航空制造難題 開拓創新碩果累累

一、克服困難,創造世界一流品質

衆所周知,航空工業是國家安全和大國地位的重要戰略保障,對國民經濟和科技的發展有很大的推動作用。航空領域的競争日趨火熱,對我國航空制造技術快速發展提出了迫切的需求。在航空零部件整體需求的帶動下,部件尺寸越來越大,具有大量複雜的局部結構特征。航空零部件的制造技術直接影響其可靠性、安全性等服務性能,新型先進飛行機構零件的制造量和精度要求與日俱增,對航空制造技術提出了非常高的要求。航空零部件制造技術的特殊性與其高精度、高效率制造之間的沖突,已成為航空制造領域最難解決的問題之一。

針對制約新型航空零部件開發能力和航空制造企業量産能力的一系列關鍵問題,王本主持了國家自然基金、國家自然基金青年科學基金等多項國家和省級相關項目,對高溫合金等典型難加工材料進行了系統研究。 钛合金及複合材料通過綜合運用科學實驗和模拟方法。在航空結構件數控高效加工應用技術和基礎理論研究方面取得了重要突破,取得了多項自主知識産權的重大科技成果,并已應用于一批新型重點産品。

截至目前,王本的研究成果先後獲得中國航空技術發明學會一等獎、國防科技進步二等獎、遼甯省科技進步二等獎、中國機械工程學會科技進步一等獎, 沈陽市自然學術成果三等獎,大連市專利一等獎,2020年度産學研合作創新獎(個人)一等獎。其中,"先進航空結構件數控加工損傷變形控制方法及關鍵技術"在2017年被認定為:達到國際先進水準。發表論文60餘篇,其中SCI/EI檢索近30篇,第一人授予國家發明專利18項,國防發明專利1項,實用新型專利5項,軟體著作權1項。論文入選2013年和2017年中國精品科技期刊學術論文5000篇。

二、社會骨幹,下台階一連串延伸足迹

如果對某些社會現象取得新的科研突破是學科發展的一小步,那麼将科研成果應用于社會實踐就是學科發展的一大步。在應用一批新型關鍵型号産品的過程中,王本始終把握鐵有印迹,石刻留下能量,踩在一串不斷延伸的腳印上。

(1)航空發動機低壓二次高溫合金箱體低變形高效加工工藝。

彈匣是航空發動機的關鍵部件,對發動機的結構和服務性能非常重要。航空發動機低壓二次箱的模型,材料為高溫合金。由于架構結構的壁厚薄和加工餘量大,高溫合金材料是典型的難加工材料,在加工和使用後導緻箱體嚴重變形。機器零件的變形使得加工精度和裝配/安裝尺寸難以保證,嚴重影響了發動機的制造周期和維修性能。在現有的技術條件下,加工變形嚴重,是以需要增加熱處理等操作以減少變形。

為了實作對機箱加工變形的有效控制,王本在分析刀庫殘餘應力試驗的基礎上,對影響加工變形的關鍵因素,如切削參數、切削路徑等進行分析和優化。利用所提出的低變形、高效率加工方法,以及高溫合金結構件的新型加工工具和高可靠性夾具,實作了對高溫合金薄壁機床零件加工變形的有效預測和控制。加工箱體零件後,大大降低了零件加工變形的可能性,滿足了應用單元對箱體零件的技術規範,同時減少了後續工序,縮短了産品制造周期。

目前,該項目的研究成果加工的機床零件已成功應用于部分類型的發動機,有力地推動了我國航空發動機高溫合金等箱體零件加工技術的發展。

(2)钛合金/碳纖維複合層壓闆結構高品質長壽命孔刀具開發技術。

近年來,碳纖維複合材料和钛合金在先進航空飛機上的使用越來越多,碳纖維複合材料部件與钛合金部件之間有很多連接配接/裝配要求,是以其加工品質已成為影響飛機性能的關鍵因素之一。然而,碳纖維複合材料與钛層壓部件連接配接孔的高品質加工技術一直被視為制約航空工業連接配接/裝配和制造技術發展的最絆腳石之一,是航空制造商迫切需要解決的關鍵技術問題之一。

沈陽航空航天大學教授王奔:劍指航空制造難題 開拓創新碩果累累

王本團隊在研究中發現,钛合金/碳纖維複合層壓結構長壽命孔刀具是決定連接配接孔加工品質的關鍵因素之一。是以,針對複合材料在碳纖維複合材料和钛合金層壓結構中制造孔的過程中的技術問題,研究并建立了碳纖維複合材料在制造孔過程中撕裂和分層損傷的分析模型。針對刀具磨損速度過快、刀具磨損後難以保證刀具品質的技術問題,提出高效長壽命刀具的最優設計方法。開發了階梯結構的鉸孔複合工具,實作了層壓結構膨脹、鉸孔和坩埚複合制孔的過程,提高了制孔的效率和穩定性。

(3)低壓壓縮機钛軸承蓋加工變形控制技術。

航空發動機低壓壓縮機的一款钛合金軸承蓋,由于钛合金的切削特性和軸承蓋的結構特性導緻加工變形和刀具磨損非常嚴重。針對這些問題,王本帶領研究團隊開發了低壓壓縮機钛合金軸承蓋加工變形控制技術,并通過對加工工藝和夾具的優化,結合加工變形的檢測,表明利用這項研究成果可以實作加工變形的有效控制, 所有尺寸的加工精度均滿足設計要求。同時,钛軸承蓋在低壓壓縮機上的應用結果表明,基于該項目的研究成果開發的钛合金軸承蓋,零件的加工精度、變形控制和表面粗糙度等技術名額均符合使用要求。

目前,王本集團開發的優質加工技術已成功應用于航空制造企業,不僅取得了顯著的經濟效益,而且促進了航空零部件的有效減輕重量,大大提高了航空零部件的性能,有力地提升了我國航空難加工材料結構件的制造水準,提高了相關型号的生産能力。 産品,縮短了産品開發周期,将有效提升多領域難加工材料複雜部件制造技術水準。為我國航空制造技術進步和國防安全做出重要貢獻。

近年來,王本工作組為航空難加工結構件先進技術,推動建立了沈陽航空航天大學——中國航空發展沈陽黎明航空發動機有限公司"薄壁零件先進加工技術"聯合實驗室,并依靠該實驗室牽頭組織了一系列企業技術難題, 部分技術填補了國内空白,達到國際先進水準,大大提高了航空零部件的性能,縮短了制造周期。

三、大儒家情懷,用行動創造非凡

儒家思想分為三類:"大衆儒家"、"雅居"和"大儒家"。騾子所認可的偉大儒家,能夠把求真與求真結合起來,在社會實踐中兼顧長遠的目标和目前的任務。王本可以稱為年輕的"大儒家",年僅37歲就已入選遼甯省百萬級工程人才,被評為遼甯省優秀碩士論文指導教師,沈陽市優秀研究所學生導師,沈陽市進階人才,是中國機械工程學會進階會員, 國家自然基金函評專家、遼甯省創新團隊"先進航空發動機結構數字化處理技術"骨幹成員,在理論創新的同時,他堅持将創新付諸實踐。已經取得了顯著的成就。

面向未來,王本深知航空制造業還有更多問題需要解決,這讓他感到"世界在轉動,光影......一萬年太長了,隻能為未來而戰。"我們決心在未來的科研征程中取得豐碩成果。

(作者張曉學)

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