揭秘上�？萍吉�(jiǎng)特獎(jiǎng)：為飛機(jī)、火箭制“外衣”

twq19810302

在航空領(lǐng)域，蒙皮是決定飛機(jī)疲勞壽命的主承載零件，占機(jī)身面積80%，重量 21%。在國產(chǎn)大飛機(jī)上，蒙皮已采用了輕量化高強(qiáng)度的鋁鋰合金新材料，最薄處僅和雞蛋殼差不多。國產(chǎn)大飛機(jī)能夠自主生產(chǎn)精度如此之高的關(guān)鍵部件，離不開一項(xiàng)關(guān)鍵國產(chǎn)設(shè)備的誕生。

2023年5月26日，2022年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)授獎(jiǎng)揭曉。上海交通大學(xué)王宇晗團(tuán)隊(duì)“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸鏡像銑削技術(shù)與裝備”項(xiàng)目獲技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

在傳統(tǒng)飛機(jī)蒙皮生產(chǎn)技術(shù)中，一般采用化銑方式進(jìn)行加工，也帶來了精度低、污染重等問題。尤其是大尺寸大柔性超薄曲面材料生產(chǎn)過程中，無法采用常規(guī)機(jī)械銑削加工， 這是國際公認(rèn)的制造難題。

而隨著國產(chǎn)大飛機(jī)和運(yùn)載火箭項(xiàng)目“上馬”，對于高端銑削設(shè)備的需求也更加緊迫。如何解決這一難題，當(dāng)時(shí)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出“三條”路徑來實(shí)現(xiàn)我國航空、航天領(lǐng)域的自立自強(qiáng)。第一條是買世界最先進(jìn)的，第二條是與國內(nèi)頂尖廠商合作研發(fā)，第三條是攻堅(jiān)克難實(shí)現(xiàn)自研。

經(jīng)過兩年的努力，我國相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)采購世界最先進(jìn)的部件仍達(dá)不到鏡像銑性能提升要求，與國內(nèi)專業(yè)廠家的聯(lián)合研發(fā)也以廠家研發(fā)失敗而告終。擺在中國科研人面前的只有組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)這一條道路。

在“雞蛋殼”材料上，跳出高精度加工之“舞”

在航空航天界，有一句至理名言：“要把一克重量送上天，需要花費(fèi)一克黃金�！卑�裹在飛機(jī)外殼的蒙皮，為了降低減輕重量而被加工成如同雞蛋殼一樣薄，以至于只要用手指輕輕一壓，蒙皮就會發(fā)生變形。

過去，為了加工一張飛機(jī)蒙皮，需要將其放在化學(xué)試劑里浸泡腐蝕，通過22道化銑工序，產(chǎn)生大量污染之后才能制作完成。如今，通過高精度數(shù)控機(jī)床，以及“一托一刀”的對稱精準(zhǔn)同步運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，上海拓璞數(shù)控科技有限公司實(shí)現(xiàn)了在“雞蛋殼”上高精度“舞蹈”。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人同時(shí)也是拓璞創(chuàng)始人、上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院教授王宇晗說，將高精尖技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化到企業(yè)最終走向市場的“習(xí)舞”之路，是一條充滿荊棘的道路，也是一條充滿希望的自主創(chuàng)新之路。

自主研發(fā)，突破鏡像銑核心技術(shù)

王宇晗清楚地記得，剛開始投入自主研發(fā)時(shí)，鏡像銑把工件銑穿的事故，如同家常便飯，幾乎天天都會發(fā)生。在不斷研發(fā)過程中，研究團(tuán)隊(duì)給鏡像銑安裝了壓力、厚度、位移等各種傳感器，同時(shí)不斷迭代更新控制軟件。慢慢地，銑穿工件的出現(xiàn)頻率不斷降低，直到完全歸零。此后整整3年里再?zèng)]有出現(xiàn)過一次。隨后，研究團(tuán)隊(duì)提出了應(yīng)力線封閉的空間框中框新構(gòu)型，發(fā)明了臥式雙五軸裝備新結(jié)構(gòu)和雙五軸空間精度和同步精度檢測儀器，鏡像銑空間精度、同步精度達(dá)到國際領(lǐng)先水平。拓璞數(shù)控研制的全球首臺立式雙五軸鏡像銑裝備，加工角度范圍較國際水平提高70%，加工的最薄壁厚僅為一張身份證的厚度；研制的全球尺寸最大的12米臥式雙五軸鏡像銑裝備，空間精度比國際水平提高1倍，解決了大尺寸蒙皮精密加工難題；發(fā)明了柔性裝卡-在機(jī)建模-加工規(guī)劃成套工藝系統(tǒng)與軟件實(shí)現(xiàn)了任意形狀蒙皮的快速裝卡與自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提升了加工效率。

上海拓璞提供的資料顯示，研制成功后，國內(nèi)所有鏡像銑裝備均由該企業(yè)提供。上海拓璞實(shí)現(xiàn)了蒙皮從化銑到鏡像銑的升級換代。目前，該技術(shù)應(yīng)用于我國航空航天重點(diǎn)企業(yè)，有力支撐了我國大飛機(jī)及運(yùn)載火箭等型號的研制與批產(chǎn)。

傲立航空航天，發(fā)力通用市場

基于多年的技術(shù)積累，拓璞數(shù)控以市場需求為導(dǎo)向持續(xù)行業(yè)創(chuàng)新，于2023年初推出高端五軸車銑復(fù)合i500。憑借高精度、高穩(wěn)定性、高效率，i500能有效助力客戶解決金屬加工難題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)降本增效。拓璞董事長王宇晗：整個(gè)廠房占地18000平，這是我們的純國產(chǎn)設(shè)備，它整個(gè)核心部件全是我們拓璞的，能解決現(xiàn)在國內(nèi)的‘卡脖子’問題，中國機(jī)床的驕傲——首臺套“雙五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床”橫空出世，實(shí)現(xiàn)高端裝備制造“零”的突破；數(shù)十年潛心攻關(guān)“人工骨”，打破國外壟斷造福患者；錨定新材料領(lǐng)域“核爆點(diǎn)”，引領(lǐng)“介孔世界”從0到10的全過程創(chuàng)新。本年度上�？萍吉�(jiǎng)成果里，蘊(yùn)含著創(chuàng)新的“上海特點(diǎn)”，更是科研人員攻克“卡脖子”難題的底氣。

王宇晗團(tuán)隊(duì)的科研之路，是中國高端工業(yè)母機(jī)從被“卡脖子”走向“自強(qiáng)”的縮影。

來自星星的猩猩

科技強(qiáng)，國家強(qiáng)！