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武漢:高端鍛件微鑄鍛復合增材制造,我國重大裝備技術取得突破

發布時間: 2018-12-11 9:57:45       瀏覽:


    南極熊備注:早在2017年6月,南極熊首次到訪武漢天昱智能制造有限公司(天昱智造),當時3000㎡的“微鑄鍛銑復合增材制造”生產線已經投入使用,除了2臺大型微鑄鍛銑復合增材制造裝備外,還有中型大壓力微軋制增材設備、激光熔覆與再制造設備、Concept laser M2等。時間過去一年,張海鷗教授發明的該項“微鑄鍛銑復合增材制造”技術有了更大的突破,服務于航空航天、武器裝備、船舶海工領域等重大項目。本文為南極熊在2018增材制造全球創新大賽上聆聽張海鷗教授演講及其回答專家問題時收錄的部分精彩內容,以示我國重大裝備取得突破,行業交流共勉。


    張海鷗,華中科技大學博士生導師,數字制造裝備與技術國家重點實驗室金屬3D打印學術帶頭人,中國增材制造產業聯盟學術委員會委員,武漢天昱智能制造有限公司首席科學家。


微鑄鍛銑分手后復合增材產生專業設施
    項       目:高端鍛件微鑄鍛復合增材制造
    演講摘要:
    朋友都清楚,古時寶劍、現代民航機框梁、打著機增壓盤均為鍛件,至古起來先鑄后鍛,步驟步驟長而混亂,且是沒法產品 的制作業麻煩化的品質鍛件。從他們中國重要意愿原型看你,航空航天打著機、大民航機、趨勢手機平臺請求高強固、高勞累使用期限與輕細化品質鍛件,年意愿大于等于2000萬億美元,如今90%以上內容依靠進口量,比如,C919訂單生產近800架,起伏架等定購周期怎么算將近2年,價格多少比較。對於這類一定品質鍛件,利用傳統藝術制作業高技術限制內在步驟乳狀液與步驟步驟長,設備改變能力差,是沒法產品 的制作業麻煩化形態亦或是均值的原材料的器件,且原因魔幻配備成型欠勻,水耗高與廢棄物重,出現其制成品率低,料工費特別高。

    增(zeng)材(cai)創(chuang)(chuang)造(zao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)不(bu)是種短(duan)工(gong)(gong)作(zuo)步驟操(cao)作(zuo)流(liu)(liu)程的(de)創(chuang)(chuang)造(zao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu),但其(qi)在創(chuang)(chuang)造(zao)步驟操(cao)作(zuo)流(liu)(liu)程中用(yong)找不(bu)到由(you)熱鍛工(gong)(gong)作(zuo),聚(ju)集的(de)性(xing)能(neng)存有(you)(you)各向(xiang)異性(xing)聊天,就沒有(you)(you)辦法立(li)即得(de)到 高強度耐磨性(xing)的(de)鍛件(jian)。由(you)此屏(ping)蔽(bi)屏(ping)蔽(bi),傳(chuan)統藝術(shu)(shu)(shu)(shu)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)就沒有(you)(you)辦法短(duan)工(gong)(gong)作(zuo)步驟操(cao)作(zuo)流(liu)(liu)程產品 創(chuang)(chuang)造(zao)繁(fan)瑣鍛件(jian),而(er)增(zeng)材(cai)創(chuang)(chuang)造(zao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)又就沒有(you)(you)辦法創(chuang)(chuang)造(zao)高損(sun)(sun)耗期(qi)鍛件(jian),到底能(neng)不(bu)能(neng)科(ke)學(xue)發明(ming)高損(sun)(sun)耗期(qi)高檔次鍛件(jian)短(duan)工(gong)(gong)作(zuo)步驟操(cao)作(zuo)流(liu)(liu)程產品 創(chuang)(chuang)造(zao)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)成根(gen)本性(xing)挑戰。

    微鑄鍛銑復合增材制造技術——
    · 原理創新。基于時空交變剛柔性能量場作用的非平衡加熱凝固與半固態變形再結晶的熱力學過程宏微觀機理研究,發明“鑄鍛同步、融合銑削”的半固態超短流程、復雜形狀與高疲勞性能并行創制的新方法。
    · 工藝變革。發明自由時空可控多能場復合作用鑄鍛調質一體化、創制均勻等軸細晶大型復雜鍛件新工藝。

    · 裝備發明。發明緊湊變胞微鍛機構、形貌缺陷原位檢測及修復系統集成新裝備,實現復雜鍛件高可靠性制造。


    a 公民權擠壓鑄造                                                        b 微鑄鍛(duan)和好擠壓鑄造

3D復印機等軸細晶(jing)鍛態合金屬相對圖

    靈活變胞微鍛培訓機構:數據同步功能于熔積剛溶化區,完成用不著1公斤的自動化機械力微鍛,與8萬噸鍛壓成效比較。

原位(wei)檢查及休復(fu)體統:發簡練mri和電(dian)磁感應包(bao)覆原位(wei)檢查配置(zhi),層(ceng)層(ceng)原位(wei)檢查障礙、出現(xian)后取除并休復(fu),確保無(wu)障礙塑壓。

    形貌測量與動圖路線方案:開發技術網絡形貌測量和動圖定型路線自動化方案模式,維持少剩余明確定型。
    ——Scripta Materialia指明說明,張海鷗團隊協作圖片微鑄鍛銑云同步組合開發(HDMR)技藝系天昱創新科技團隊協作圖片首推,有所差異于英國的Cranfield本科大學的弧光增材-帶鋼串行技藝。

    問答摘要:
    沈真:張教授您好,我對您的研發成果很感興趣,因為中國飛機零件特別是單一鍛件,一直是航空航天領域十分關注的事情,您的這個裝備能打印的最大尺寸是多大?
    張海鷗:我們目前可以打印大到4米左右,將來還會更大。
    沈真:因為大鍛件還有一個很重要的問題是疲勞壽命的問題,那么制件疲勞性能怎樣?
    張海鷗:我們這項技術采用電弧和等離子弧技術,冶金過程非常充分,在韌性、疲勞性能方面,相對于其他技術來講有更好的性能和優勢。我們的檢測結果也表明,在疲勞性能以及損傷容限方面確實高于傳統技術也高于其他的技術,這是我們技術特點,在強度方面并不是特別突出,但是在塑性、韌性、疲勞性能方面有很大的優勢。

    陳志平:我對成本比較感興趣,跟傳統鍛造工藝比較,你們的技術大概節省多少成本?
    張海鷗:這分很多方面。從能耗來講大概節約70%以上,因為在生產中我們進行了實測,比如中航工業的一個起落架,我們工藝的能耗是傳統工藝的10%。另外從過程來講,我們的采用的是電弧,熱源里面最便宜的,所用的絲材的價格也相當便宜,是粉材的十分之一。目前來講,總成本不會高于模鍛,而將來隨著規模的擴大,成本會繼續下降。
    陳志平:我們對傳統鍛造比較熟悉,它具有三個維度的壓力,你們的技術也是這樣的嗎?
    張海鷗:我們也可以做到三個維度,有像萬能軋機這樣一種裝置,保證在成形過程當中處于三向壓力的狀態,性能得到很大的提高。
    陳志平:設備投入大概是什么量級?
    張海鷗:這樣說吧,美國西亞基公司做電子束成形的,他們成形尺寸跟我們差不多,它號稱要500萬美元。我認為我們設備的功能和價值遠高于它,你可以以此來來做一個參照。
    陳志平:您如何從商業適應性的角度評價您的技術?
    張海鷗:我們開創了“邊鑄邊鍛”技術,開拓了新的市場,主導了增材制造市場的差異化,至于長久的未來,基于我們技術的市場會越來越大,我們的產品性價比也會領先于市場。

    張嘉振:您提到了很多C919飛機上的需求,對我們來說最關鍵是適航復合性,說白了就是穩定性,穩定性怎樣,有沒有評估,內部和測試呢?
    張海鷗:我們正在進行測試,這個是很不容易的事情,這是所有企業都要努力的方向,適航不是一次做成,要做10次甚至更多,過程相當漫長。單講穩定性的話,我們的技術在塑性、韌性、疲勞性能方面尤其突出,這就足以說明了其穩定性。
    張嘉振:與挪威鈦公司(Norsk Titanium)、航天211比較,你們有哪些優勢?
    張海鷗:挪威鈦公司采用的是等離子技術,通過融化金屬絲后層層堆積的方式構建3D實體。以前我們也做過等離子,后來放棄了,因為當時都采用粉末,粉末比較貴,而現在挪威鈦公司用該技術實現了金屬絲材融化堆積,確實取得了較大的突破,但是他的設備成本是比我們高的,加上它沒有復合塑性,余量和變形難以做到精確。

    跟(gen)人(ren)(ren)們(men)高(gao)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)高(gao)技(ji)術近(jin)幾(ji)天似、最有必然聯系的(de)(de)(de)(de)或許(xu)是(shi)(shi)(shi)美(mei)國(guo)克蘭菲(fei)爾德綜合讀書的(de)(de)(de)(de)高(gao)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)高(gao)技(ji)術,這些(xie)跟(gen)人(ren)(ren)們(men)都是(shi)(shi)(shi)樣的(de)(de)(de)(de)用電弧焊接(jie)增材的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)式方(fang)(fang)法,差異的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)(shi),這些(xie)熔積1層完畢以來,再(zai)實(shi)現軋鋼(gang),學(xue)習質量(liang)是(shi)(shi)(shi)較(jiao)好低,建筑體不(bu)透(tou)(tou)亮。人(ren)(ren)們(men)是(shi)(shi)(shi)邊熔邊鍛,是(shi)(shi)(shi)可以獲得是(shi)(shi)(shi)非常透(tou)(tou)亮的(de)(de)(de)(de)超細(xi)等軸(zhou)晶。克蘭菲(fei)爾德綜合讀書的(de)(de)(de)(de)威廉姆斯(si)教學(xue)近(jin)日也來過人(ren)(ren)們(men)裝修公司,他(ta)判定(ding)人(ren)(ren)們(men)此(ci)方(fang)(fang)式方(fang)(fang)法在學(xue)習質量(liang)成本低上(shang)高(gao)于這些(xie),但這些(xie)是(shi)(shi)(shi)冷扎(zha)高(gao)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)高(gao)技(ji)術是(shi)(shi)(shi)較(jiao)好不(bu)穩(wen)可靠,或許(xu)人(ren)(ren)們(men)現已(yi)抑制(zhi)了(le)高(gao)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)高(gao)技(ji)術困境,雙方(fang)(fang)不(bu)穩(wen)可靠性是(shi)(shi)(shi)都是(shi)(shi)(shi)樣的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)。


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