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TUhjnbcbe - 2024/6/14 17:47:00
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鲁迅先生曾经说过:“我们自古以来就有埋头苦干的人,有拼命硬干的人……他们是中国的脊梁!”王奔,正是这样的人。作为沈阳航空航天大学教授、博士生导师,他长期紧密结合我国先进航空发动机及大型飞机关键复杂零部件对高质、高效、智能化制造技术的迫切需求,面向先进航空发动机及飞机科研和生产,长期开展航空难加工结构件加工理论和新技术的研究,解决了航空制造领域的重大难题,对航空工业发展和国家安全产生了深远意义。

一、攻坚克难,创世界一流品质

众所周知,航空工业是国家安全和大国地位的重要战略保障,对国民经济和科技发展有着巨大的带动作用。航空领域的竞争日益白热化,对我国航空制造技术的快速发展提出了迫切需求。在航空构件整体化需求的推动下,构件尺寸越来越大且设计有大量复杂局部结构特征。航空构件的制造技术直接影响其可靠性、安全性等使役性能,且新型先进飞机构件的制造批量及精度要求日益提高,从而对航空制造技术提出了极高的要求。航空构件制造过程要求的特殊性与其高精度、高效率制造之间的矛盾,已经成为航空制造领域中亟待解决的难题之一。

针对限制新型航空构件研制能力提高及航空制造企业量产能力的一系列关键问题,王奔先后主持国家自然基金面上项目、国家自然基金青年科学基金等多项国家及省部级相关项目,通过综合采用科学试验、仿真模拟等研究方法,以高温合金、钛合金、复合材料等航空典型难加工材料为对象,开展了系统性研究,在航空结构件数控高效加工应用技术及基础理论研究方面均实现了重要突破,取得了多项具有自主知识产权的重大科技成果,并已在多个新型重点型号产品中得到了应用。

截至目前,王奔的研究成果已经获得中国航空学会技术发明一等奖1项、国防科技进步二等奖1项、辽宁省科技进步二等奖1项、中国机械工程学会科技进步一等奖1项、沈阳市自然学术成果三等奖1项、大连市专利一等奖1项、年产学研合作创新奖(个人)1项。其中,“先进航空结构件数控加工损伤和变形控制方法与关键技术”在年被鉴定为:达到国际先进水平。发表论文60余篇,其中SCI/EI检索近30篇;以第一完成人授权国家发明专利18项,国防发明专利1项,实用新型专利5项,软件著作权1项。撰写的论文先后入选年和年中国精品科技期刊顶尖学术论文(领跑者)。

二、社会中坚,踩下串串延伸的脚印

如果针对某些社会现象取得新的科研突破是学科发展的一小步,那么将科研成果应用于社会实践则是学科发展的一大步。在将多个新型重点型号产品应用于工程实践过程中,王奔始终以抓铁有印、踏石留痕的劲头,踩下了一串串不断延伸的脚印。

(1)航空发动机低压二级高温合金机匣低变形高效加工技术。

机匣是航空发动机的关键零部件,对发动机的结构及使役性能至关重要。某型号航空发动机低压二级机匣,材料为高温合金。由于机匣结构件的壁厚较薄且加工余量大,同时高温合金材料为典型的难加工材料,导致机匣在加工及使用后变形严重。机匣件的变形导致加工精度及装配/安装尺寸均难以保证,严重影响了发动机的制造周期及使役性能。现有技术条件下,加工变形严重,因此需增加热处理等多道工序以减小变形。

为实现该机匣加工变形的有效控制,王奔在对机匣残余应力测试分析的基础上,对切削加工参数、走刀路径等影响加工变形的关键因素进行了分析及优化。采用提出的低变形高效加工方法以及针对高温合金结构件的新型加工刀具、高可靠性夹具等先进技术手段,实现了对高温合金薄壁机匣零件加工变形的有效预测及控制。加工后的机匣件,大幅度降低了该零件加工变形的可能性,满足了应用单位对该机匣件的技术指标要求,同时减少了后续工序,缩短了产品制造周期。

目前,采用该项目研究成果加工的机匣件已经在某型号发动机中得到了成功应用,有力推动了我国航空发动机高温合金等机匣件加工技术的发展。

(2)钛合金/碳纤维复合材料叠层结构高质量长寿命制孔刀具研制技术。

近年来,先进航空飞行器上碳纤维复合材料与钛合金的使用量日益增加,且碳纤维复合材料构件与钛合金构件之间存在大量的连接/装配需求,因此其加工质量已经成为影响飞行器使役性能的关键因素之一。然而,碳纤维复合材料与钛合金叠层构件连接孔的高质量加工技术一直被认为是限制航空工业连接/装配及制造技术发展最大的绊脚石,更是航空制造企业迫切需要解决的关键技术难题之一。

王奔课题组在研究中发现,钛合金/碳纤维复合材料叠层结构长寿命制孔刀具是决定连接孔加工质量的关键因素之一。于是,针对碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔过程中,复合材料极易产生加工损伤的技术难题,他们研究建立了制孔过程中碳纤维复合材料的撕裂、分层损伤的分析模型。针对叠层结构制孔过程中刀具磨损速度过快、刀具磨损后加工质量难以保证的技术难题,提出了高效长寿命刀具的优化设计方法。研制了具有阶梯结构的铰锪复合刀具,实现了叠层结构扩、铰、锪复合制孔工艺,提高了制孔效率和稳定性。

(3)低压压气机钛合金轴承罩加工变形控制技术。

某型号航空发动机低压压气机钛合金轴承罩,由于钛合金的切削特点及轴承罩的结构特征导致加工变形及刀具磨损均十分严重。针对这些问题,王奔带领课题组研发了低压压气机钛合金轴承罩加工变形控制技术,并通过对加工工艺及夹具的优化,结合对加工变形的检测,表明采用此项研究成果可实现对加工变形的有效控制,各尺寸加工精度均满足设计要求。同时,该钛合金轴承罩在某低压压气机上的应用结果表明基于该项目研究成果研制的钛合金轴承罩,零件的加工精度、变形量控制、表面粗糙度等技术指标均满足使用要求。

目前,王奔课题组研发的高质量加工技术已经在航空制造企业得到成功应用,不仅取得了显著的经济效益,而且推动了航空构件的有效减重,大幅度提升了航空构件的使役性能,有力推动了我国航空难加工材料结构件的制造水平,提高了相关型号产品的量产能力,缩短了产品研制周期,必将有力地促进多领域中难加工材料复杂构件制造技术水平,为我国航空制造领域的技术进步和国防安全做出重要贡献。

近年来,王奔课题组针对航空难加工结构件先进技术,推动成立了沈阳航空航天大学-中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司“薄壁件先进加工技术”联合实验室,并依托该实验室牵头和组织了一系列企业技术难题攻关项目,部分技术填补了国内空白,达到了国际先进水平,大幅度提升了航空构件的使役性能,并缩短了制造周期。

如果针对某些社会现象取得新的科研突破是学科发展的一小步,那么将科研成果应用于社会实践则是学科发展的一大步。在将多个新型重点型号产品应用于工程实践过程中,王奔始终以抓铁有印、踏石留痕的劲头,踩下了一串串不断延伸的脚印。

三、大儒情怀,用行动缔造不凡

《荀子·儒教》中将儒者分为三类:“俗儒”“雅儒”和“大儒”。荀子表彰的大儒能够将求真与致用相结合,在社会实践中兼顾长远目标与当前任务。王奔堪称一位年轻的“大儒”,年仅37岁便先后入选辽宁省百千万人才工程千层次人才,被评为辽宁省优秀硕士学位论文指导教师、沈阳市优秀研究生导师、沈阳市高级人才,是中国机械工程学会高级会员、国家自然基金函评专家、辽宁省创新团队“先进航空发动机结构件数字化加工技术”骨干成员等,在理论创新的同时,他坚持将创新成果付诸实践,取得了卓尔不凡的成就。

面对未来,王奔深知航空制造事业还有更多亟待解决的难题,这让他更加感到“天地转,光阴迫……一万年太久,只争朝夕。”矢志在未来的科研征程上再创佳绩。

(作者张小雪)

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