ä¸­å›½èˆªç©ºè£ å¤‡åˆ¶é€ ... - 上银优秀机械博士论文奖

目 录热 点 聚 焦 Current Topic起 飞 ! 中 国 航 空 装 备 制 造 业P03P06飞 行 器 结 构 整 体 化 制 造 工 程 中 的 焊 接 / 连 接 / 成 形 技 术专 家 连 线 Expert Opinion大 飞 机 需 要 举 全 国 之 力P11—— 专 访 中 国 科 学 院 院 士 曹 春 晓从 鲲 到 鹏 的 蜕 变 P14—— 访 北 京 第 一 机 床 厂 总 工 程 师 、 高 级 工 程 师 刘 宇 凌产 业 趋 势 Trends国 内 外 高 速 高 效 加 工 领 域 研 究 现 状 分 析 比 较 P162020 年 前 重 点 发 展 的 先 进 成 形 技 术 分 析 P19ESSEN 专 栏 Column北 京 埃 森 焊 接 展 上 海 开 幕 P23展 商 展 品 P24教 育 培 训 与 认 证 Education, Training and Certification2009 年 国 际 工 程 教 育 大 会 P26管 理 新 知 Management Insight创 新 的 边 界 P27学 会 动 态 CEMS News行 业 新 闻 Trade NewsContentsP29P30期 刊 精 粹 Collection of PeriodicalP32P03P11P14机 械 工 程 导 报MechanicalEngineeringTrends月 刊 1998 年 创 刊2009 年 第 4 期 ( 总 第 136 期 )2009 年 5 月 20 日 出 版主 办 : 中 国 机 械 工 程 学 会 工 作 总 部地 址 : 北 京 市 海 淀 区 首 体 南 路 9 号邮 编 :100048主 语 国 际 4 号 楼 11 层电 话 :010-68799049( 前 台 )010-68799045( 编 辑 部 )传 真 :010-68799050E–mail:huixun@cmes.org网 址 :www.cmes.org主 编 : 陈 超 志责 任 编 辑 : 文 佳 佳出 版 :《 机 械 工 程 导 报 》 编 辑 部发 行 : 中 国 机 械 工 程 学 会 工 作 总 部P16P1902 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

热 点 聚 焦Current Topic起 飞 ! 中 国 航 空 装 备 制 造 业文 /《 机 械 工 程 导 报 》 编 辑 部2 009 年 5 月 18 日 是 一 个 具 有 历 史 意义 的 日 子 , 由 天 津 工 厂 组 装 的 首 架国 产 空 客 A320 飞 机 , 在 天 津 滨 海 国 际机 场 试 飞 成 功 。2007 年 , 中 国 大 飞 机 项目 正 式 立 项 ,2008 年 5 月 , 中 国 商 用飞 机 有 限 责 任 公 司 在 上 海 揭 牌 成 立 , 标志 着 中 国 的 “ 大 飞 机 ” 研 制 工 作 开 始 实质 性 启 动 。 国 产 大 飞 机 的 首 个 型 号 已 正式 命 名 为 C919。 航 空 领 域 重 大 事 件 令人 应 接 不 暇 , 中 国 航 空 工 业 集 团 战 略 整合 、 天 津 空 客 A320 系 列 飞 机 总 装 线 投 产 、国 产 新 舟 600 下 线 、 国 产 ARJ21-700 下线 、COMAC919 大 型 民 用 客 机 招 募 零 部 件供 应 商 ……。 中 国 航 空 制 造 技 术 和 装 备的 发 展 则 是 我 们 最 关 注 的 , 也 是 中 国 飞机 问 鼎 蓝 天 的 关 键 。2009 年 4 月 21 日 , 在 天 津 滨 海新 区 召 开 了 “ 领 先 接 触 —— 民 用 飞 机制 造 技 术 及 装 备 高 层 论 坛 ”。 此 次 论 坛由 中 国 机 械 工 程 学 会 、 中 国 航 空 学 会 、天 津 市 科 学 技 术 委 员 会 、 天 津 市 科 学技 术 协 会 四 大 机 构 联 合 主 办 。 论 坛 主题 是 : 在 新 形 势 下 发 展 自 主 创 新 的 航空 装 备 制 造 业 。 下 文 撷 取 众 多 到 会 专家 之 观 点 进 行 综 述 。飞 行 器 结 构 整 体 化 制 造 工 程 中 的 焊接 、 连 接 、 成 形 技 术飞 行 器 ( 含 飞 机 及 其 动 力 装 置 )结 构 整 体 化 设 计 与 制 造 是 航 空 科 技 发展 的 一 大 趋 势 。 在 飞 行 器 结 构 整 体 化设 计 与 制 造 工 程 中 关 键 技 术 的 特 点 主要 有 四 : 其 一 , 复 合 材 料 结 构 件 整 体化 制 造 技 术 不 断 创 新 , 从 而 使 复 合 材料 用 量 大 幅 提 升 成 为 可 能 ; 其 二 , 数字 传 递 贯 穿 于 设 计 与 制 造 的 全 过 程 ,从 而 为 信 息 化 、 数 字 化 制 造 技 术 广 泛采 用 , 高 效 率 制 造 整 体 壁 板 、 梁 、 框结 构 和 实 现 柔 性 装 配 成 为 可 能 ; 其 三 ,先 进 焊 接 、 连 接 、 成 形 技 术 的 创 新 发 展 ,为 设 计 全 新 轻 合 金 结 构 注 入 新 理 念 ,从 而 使 轻 量 化 、 长 寿 命 、 高 可 靠 的 轻合 金 整 体 结 构 件 低 成 本 制 造 成 为 可 能 ;其 四 , 先 进 焊 接 、 连 接 、 成 形 技 术 的创 新 发 展 , 使 动 力 装 置 系 统 高 温 热 端部 件 的 新 材 料 、 新 结 构 加 工 、 成 形 整体 制 造 成 为 可 能 。 这 些 整 体 结 构 件 制造 关 键 技 术 的 突 破 , 丰 富 了 航 空 制 造体 系 , 形 成 了 诸 多 特 定 的 制 造 技 术 集群 和 新 的 专 业 化 制 造 技 术 领 域 。中 国 工 程 院 关 桥 院 士 侧 重 针 对 上述 关 键 技 术 的 后 两 个 特 点 , 从 三 方 面分 别 阐 述 了 焊 接 、 连 接 、 成 形 技 术 的创 新 性 进 展 及 其 在 航 空 制 造 工 程 中 的应 用 与 发 展 趋 势 。就 轻 合 金 整 体 结 构 的 焊 接 、 连 接 、成 形 制 造 而 言 , 在 飞 行 器 结 构 整 体 化制 造 的 发 展 中 , 电 子 束 焊 接 、 激 光 焊接 等 高 能 束 流 焊 接 和 摩 擦 焊 接 、 扩 散中 国 工 程 院 院 士 关 桥机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 03

热 点 聚 焦Current Topic焊 接 等 固 态 焊 接 两 大 类 焊 接 方 法 的 技术 推 动 力 显 示 出 强 劲 的 势 头 。 从 对 过去 半 个 世 纪 以 来 航 空 焊 接 技 术 发 展 的趋 势 分 析 来 看 , 在 诸 多 焊 接 方 法 中 高能 束 流 焊 接 和 固 态 焊 接 技 术 在 航 空 制造 工 程 中 的 应 用 面 在 不 断 地 扩 大 。谈 及 高 能 束 流 焊 接 、 连 接 、 成 形与 加 工 技 术 的 发 展 , 关 院 士 指 出 , 减重 和 低 成 本 , 是 彰 显 飞 行 器 高 性 能 的重 要 设 计 与 制 造 技 术 指 标 。 高 能 束 流( 电 子 束 、 激 光 束 ) 焊 接 , 是 满 足 这 些技 术 要 求 , 实 现 轻 合 金 结 构 整 体 化 制造 的 首 选 方 法 。 在 发 动 机 制 造 中 , 采用 电 子 束 焊 接 制 造 压 气 机 转 子 部 件 也是 一 个 整 体 化 制 造 的 典 型 范 例 。 近 年来 , 在 激 光 焊 接 、 连 接 、 成 形 、 加 工制 造 技 术 集 群 中 , 用 于 飞 行 器 结 构 整体 化 制 造 最 突 出 的 进 展 是 飞 机 带 筋 壁板 整 体 化 焊 接 制 造 。固 态 焊 接 、 连 接 、 成 形 与 加 工 技术 的 进 展 方 面 , 在 当 代 飞 行 器 性 能 大幅 提 升 的 需 求 牵 引 下 , 扩 散 连 接 (DB)技 术 不 断 创 新 发 展 。 已 经 有 用 扩 散 连接 制 造 飞 机 钛 合 金 整 体 承 力 梁 和 框 及波 纹 夹 层 壁 板 结 构 的 成 功 先 例 ; 在 高性 能 发 动 机 上 , 过 渡 液 相 连 接 (TLP)用 于 定 向 凝 固 气 冷 叶 片 或 空 心 单 晶 叶片 的 制 造 技 术 日 臻 成 熟 。一 代 材 料 , 一 代 飞 机中 国 科 学 院 曹 春 晓 院 士 回 顾 了一 百 多 年 来 飞 机 机 体 材 料 结 构 变 化 的历 程 , 从 二 十 世 纪 初 开 始 进 入 新 的 发展 阶 段 , 其 特 点 是 : 飞 机 机 体 材 料 结构 已 以 复 合 材 料 为 主 、 钛 合 金 用 量 不断 创 新 高 、 铝 合 金 和 钢 仍 占 不 可 或 缺的 地 位 。 然 后 详 细 分 析 了 出 现 这 一 新格 局 的 原 因 , 并 在 此 分 析 过 程 中 很 自然 地 呈 现 出 复 合 材 料 、 钛 合 金 、 铝 合金 和 钢 等 四 大 结 构 材 料 近 期 发 展 的 众多 亮 点 。曹 院 士 在 报 告 中 指 出 , 以 T800S/3900为 代 表 的 第 三 代 C 纤 维 环 氧 树 脂 复 合 材料 已 用 于 波 音 787, 波 音 787 复 合 材 料 整中 国 科 学 院 院 士 曹 春 晓体 机 身 段 是 新 一 代 大 型 飞 机 材 料 技 术 的第 一 亮 点 。F-22 和 F-35 率 先 采 用 复 合 材料 大 型 整 体 结 构 进 气 道 , 液 态 复 合 成 型(LCM) 和 自 动 化 铺 层 等 新 型 制 造 技 术 的 发展 和 应 用 如 虎 添 翼 地 促 进 了 复 合 材 料 的扩 大 应 用 。数 值 模 拟 、 热 等 静 压 和 新 型 热 处 理等 关 键 技 术 的 应 用 促 进 了 钛 合 金 大 型 整体 复 杂 构 件 精 铸 技 术 的 突 飞 猛 进 , 拉 伸强 度 、 断 裂 韧 度 、 疲 劳 性 能 、 抗 蚀 能 力均 明 显 优 于 300M 的 A100 超 高 强 度 钢 已 正式 应 用 于 F-22 和 F-35 的 起 落 架 。此 外 , 曹 院 士 认 为 ,A380 率 先 在 中央 翼 盒 上 大 量 采 用 复 合 材 料 是 新 一 代 大型 飞 机 材 料 技 术 的 另 一 亮 点 , 新 一 代 层间 混 合 复 合 材 料 的 出 现 进 一 步 扩 大 了 复合 材 料 的 应 用 范 围 , 高 强 β 型 钛 合 金和 高 损 伤 容 限 α+β 型 钛 合 金 的 全 面 推出 , 特 别 是 A380 用 的 特 大 Ti-1023 起落 架 模 锻 件 和 F-22 用 的 特 大 Ti-6A1-4V机 身 隔 框 模 锻 件 的 亮 相 吸 引 了 人 们 的 眼球 ,A380 率 先 采 用 全 钛 挂 架 反 映 了 钛 合金 飞 机 构 件 在 材 料 选 用 和 结 构 设 计 等 方面 的 技 术 更 趋 完 整 成 熟 。21 世 纪 推 出 的 “ 最 新 法 宝 ”7085合 金 扩 大 了 美 国 在 铝 合 金 领 域 的 优 势 ,为 特 大 铝 合 金 锻 件 在 A380 上 的 应 用 开辟 了 道 路 , 第 三 代 铝 锂 合 金 的 崛 起 ,促 使 曾 大 起 大 落 的 铝 锂 合 金 东 山 再 起 ,已 正 式 选 用 于 A350、A380 的 地 板 结 构 等 。我 国 制 造 装 备 发 展 的 技 术 路 线中 国 工 程 院 卢 秉 恒 院 士 报 告 的 主要 内 容 为 以 下 四 个 部 分 :一 是 中 国 制 造 业 发 展 的 三 个 里 程碑 与 装 备 制 造 : 家 电 制 造 、 汽 车 制 造 、飞 机 制 造 , 装 备 制 造 始 终 是 决 定 其 技术 价 值 和 自 主 发 展 能 力 的 关 键 因 素 。二 是 汽 车 、 飞 机 制 造 业 对 制 造 装备 的 重 要 需 求 , 具 体 体 现 在 高 速 、 精 密 、复 合 、 极 端 制 造 对 装 备 的 需 求 等 。“ 高档 数 控 机 床 与 基 础 装 备 ” 国 家 重 大 专项 已 就 上 述 产 品 分 别 设 立 了 项 目 。 根据 我 国 机 床 制 造 业 的 发 展 , 该 专 项 项目 还 需 滚 动 发 展 , 以 追 赶 国 际 新 水 平 ,争 取 某 些 产 品 的 超 越 。三 是 我 国 高 档 数 控 其 他 制 造 装 备发 展 的 瓶 颈 , 国 内 产 品 精 度 保 持 度 差 、自 主 开 发 能 力 弱 。 就 零 部 件 制 造 而 言 ,高 中 档 数 控 机 床 的 重 要 零 部 件 及 数 控系 统 大 部 分 甚 至 100% 依 靠 进 口 ; 在 可靠 性 方 面 , 国 内 外 产 口 在 无 故 障 工 作 时间 上 有 数 百 小 时 与 数 千 小 时 之 差 。 此外 , 强 调 了 共 性 技 术 的 重 要 性 , 掌 握共 性 技 术 是 不 断 实 现 工 艺 装 备 创 新 的中 国 工 程 院 院 士 卢 秉 恒04 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

热 点 聚 焦Current Topic关 键 , 不 能 仅 满 足 跟 踪 国 外 技 术 , 满足 已 有 设 备 类 型 的 生 产 。 应 勇 于 面 对新 的 工 艺 需 求 , 创 新 开 发 新 装 备 , 引领 国 际 装 备 制 造 技 术 。四 是 产 学 研 用 结 合 之 路 , 除 了 企业 努 力 提 高 可 靠 性 和 精 度 保 持 性 外 ,产 学 研 的 结 合 寄 希 望 于 企 业 在 开 发 规划 、 研 究 的 主 动 性 、 资 金 的 投 入 、 研发 条 件 建 设 等 方 面 真 正 成 为 创 新 的 主体 。 同 时 , 高 校 等 的 科 研 人 员 也 必 须深 入 企 业 , 针 对 产 品 的 实 际 问 题 , 开展 共 性 技 术 研 究 。 重 大 专 项 的 启 动 ,使 产 学 研 用 的 结 合 有 了 个 良 好 的 开 端 。我 们 还 必 须 不 断 的 进 行 机 制 创 新 , 寻求 产 学 研 用 结 合 的 有 效 途 径 。空 客 中 国 A320 系 列 飞 机 天 津 总 装 线项 目 介 绍天 津 港 保 税 区 管 委 会 副 主 任 、 空 客 ( 天 津 )总 装 公 司 董 事 长 赵 海 山天 津 滨 海 临 空 产 业 区 航 空 产 业 区( 航 空 城 ) 是 空 客 中 国 A320 系 列 飞 机天 津 总 装 线 项 目 所 在 地 。天 津 港 保 税 区 管 委 会 副 主 任 、 空客 ( 天 津 ) 总 装 公 司 董 事 长 赵 海 山 介 绍 ,作 为 滨 海 临 空 产 业 区 的 重 点 建 设 项 目 ,空 客 中 国 A320 系 列 飞 机 天 津 总 装 线 目前 整 体 运 行 良 好 。 总 装 线 占 地 面 近 60万 平 方 米 , 采 用 空 客 公 司 目 前 最 先 进的 移 动 站 位 技 术 , 将 空 客 公 司 提 供 并由 汉 堡 运 至 天 津 的 飞 机 前 后 机 身 、 机翼 等 大 部 件 和 其 它 供 应 商 提 供 的 发 动机 、 起 落 架 、 座 椅 等 进 行 总 装 、 喷 涂 、测 试 和 飞 行 试 验 , 并 交 由 空 客 公 司 独资 的 空 客 ( 天 津 ) 飞 机 交 付 中 心 进 行客 户 交 付 。目 前 总 装 线 包 括 总 装 厂 房 、 喷 涂厂 房 、 大 部 件 库 、 物 流 中 心 已 基 本 交 付 ,喷 漆 车 间 、 办 公 楼 、 动 力 车 间 、 后 装车 间 、 燃 油 试 车 间 等 其 余 建 筑 均 在 最后 的 安 装 调 试 阶 段 , 第 一 喷 漆 车 间 和垂 直 尾 翼 喷 漆 间 已 开 始 运 行 。 总 装 线厂 区 将 在 2009 年 11 月 达 到 整 体 完 工 。就 在 今 年 3 月 23 日 , 第 7 架 飞 机 进 入总 装 厂 房 开 始 组 装 , 第 一 架 飞 机 预 计于 今 年 6 月 份 正 式 交 付 , 年 内 计 划 总装 飞 机 11 架 。 总 装 线 将 于 2011 年 达到 月 产 4 架 飞 机 的 成 熟 速 率 , 预 计 截至 2016 年 第 一 季 度 交 付 A320 系 列 飞机 284 架 。发 展 先 进 数 控 装 备 满 足 民 机 制 造需 求中 航 工 业 北 京 航 空 制 造 工 程 研 究所 研 究 员 陈 小 明 分 析 了 民 机 产 品 的 安 全性 、 舒 适 性 、 经 济 性 、 短 周 期 发 展 趋 势 ,同 时 指 出 , 新 材 料 、 新 结 构 、 新 工 艺 的不 断 发 展 , 对 民 机 零 件 加 工 制 造 数 控 装备 提 出 了 新 要 求 , 除 了 在 加 工 效 率 、 加工 质 量 、 功 能 及 配 套 等 方 面 的 进 一 步 提高 外 , 先 进 航 空 数 控 装 备 正 在 向 大 型 、精 密 、 智 能 、 专 业 化 的 方 向 发 展 , 其 专业 性 、 功 能 性 、 可 靠 性 水 平 相 对 通 用 装备 有 了 很 大 的 提 高 。在 市 场 需 求 的 带 动 下 , 用 于 民 机 零件 加 工 制 造 的 先 进 数 控 装 备 正 在 快 速 发展 , 并 且 具 有 良 好 前 景 。 国 内 装 备 制 造业 借 助 近 年 来 国 民 经 济 的 快 速 增 长 , 通过 引 进 技 术 、 合 资 合 作 、 并 构 重 组 、 迁建 改 制 、 加 大 技 术 改 造 和 新 产 品 开 发 投中 航 工 业 北 京 航 空 制 造 工 程 研 究 所 研 究 员陈 小 明入 等 措 施 , 得 到 了 长 足 发 展 , 技 术 水 平快 速 提 高 。 虽 然 , 在 目 前 条 件 下 , 用 于民 机 制 造 的 专 用 先 进 数 控 装 备 , 国 内 差距 还 比 较 大 , 如 铺 带 机 、 铺 丝 机 、 长 桁加 工 机 床 、 用 于 机 身 蒙 皮 加 工 的 柔 性 工装 系 统 、 自 动 化 装 配 设 备 等 , 在 国 内 都只 是 刚 刚 开 始 研 究 , 还 不 能 提 供 成 熟 产品 进 行 生 产 应 用 , 但 在 高 档 数 控 机 床 方面 , 发 展 相 对 较 快 , 国 内 可 以 提 供 部 分产 品 替 代 进 口 设 备 , 用 于 民 机 零 件 加 工制 造 。《 机 械 工 程 导 报 》 读 者 有 奖 调 查 获 奖 名 单奖 项 姓 名 单 位一 等 奖 刘 远 伟二 等 奖 盖 秀 颖二 等 奖 林 仲二 等 奖 李 学 忠三 等 奖 丁 光 健三 等 奖 王 社 昌三 等 奖 蔡 志 武三 等 奖 姜 鸣三 等 奖 李 林 凌三 等 奖 李 根 梓三 等 奖 陈 元 通江 苏 淮 阴 工 学 院 江 苏 省 数 字 化制 造 技 术 重 点 建 设 实 验 室中 国 科 学 院 金 属 研 究 所福 建 多 棱 钢 业 集 团 公 司天 津 工 程 机 械 研 究 院安 治 化 工西 安 重 型 机 械 研 究 所 有 限 公 司江 铃 汽 车 股 份 公 司 技 术 中 心上 海 市 质 量 监 督 检 验 技 术 研 究院中 国 空 间 技 术 研 究 院北 京 时 代 之 峰 科 技 有 限 公 司北 方 重 工 集 团 有 限 公 司机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 05

热 点 聚 焦Current Topic飞 行 器 结 构 整 体 化 制 造 工 程 中 的焊 接 / 连 接 / 成 形 技 术文 / 关 桥 中 国 工 程 院 院 士■ 摘 要飞 行 器 ( 含 飞 机 及 其 动 力 装 置 ) 结构 整 体 化 设 计 与 制 造 是 航 空 科 技 发 展 的一 大 趋 势 。 在 飞 行 器 结 构 整 体 化 设 计 与制 造 工 程 中 , 先 进 焊 接 / 连 接 / 成 形 技术 的 多 学 科 交 融 创 新 发 展 有 了 长 足 的进 步 , 丰 富 了 航 空 制 造 体 系 , 形 成 了诸 多 特 定 的 制 造 技 术 集 群 和 新 的 专 业化 制 造 技 术 领 域 , 诸 如 : 高 能 束 流 ( 电子 束 、 激 光 束 ) 焊 接 / 连 接 / 成 形 /加 工 技 术 集 群 , 含 高 能 束 增 量 制 造 技术 、 电 子 束 物 理 气 相 沉 积 、 电 子 束 毛 化 ,激 光 束 与 电 弧 的 复 合 焊 接 技 术 等 ; 以及 固 态 ( 相 ) 焊 接 / 连 接 / 成 形 与 加工 技 术 集 群 , 包 括 有 : 扩 散 连 接 , 过渡 液 相 连 接 , 超 塑 性 成 形 / 扩 散 连 接 ,搅 拌 摩 擦 焊 , 线 性 摩 擦 焊 等 。 这 些 整体 结 构 件 制 造 关 键 技 术 的 突 破 , 为 设计 全 新 结 构 注 入 新 理 念 , 从 而 使 轻 量化 、 长 寿 命 、 高 可 靠 的 金 属 整 体 结 构件 低 成 本 制 造 成 为 可 能 ; 也 使 动 力 装置 系 统 高 温 热 端 部 件 的 新 材 料 、 新 结构 加 工 、 成 形 整 体 制 造 成 为 可 能 ; 正在 解 决 着 航 空 制 造 工 程 中 不 断 出 现 的特 需 的 关 键 性 难 题 。■ 前 言设 计 - 材 料 - 制 造 , 三 位 一 体 ,是 先 进 飞 行 器 赖 以 腾 飞 的 三 驾 马 车 。当 代 飞 行 器 ( 含 飞 机 及 其 动 力 装置 ) 结 构 整 体 化 设 计 与 制 造 是 航 空 科技 发 展 的 大 趋 势 。在 飞 行 器 结 构 整 体 化 设 计 与 制 造工 程 中 关 键 技 术 的 特 点 主 要 有 四 : 其一 , 复 合 材 料 结 构 件 整 体 化 制 造 技 术不 断 创 新 , 从 而 使 复 合 材 料 用 量 大 幅提 升 成 为 可 能 ; 其 二 , 数 字 传 递 贯 穿于 设 计 与 制 造 的 全 过 程 , 从 而 为 信 息化 、 数 字 化 制 造 技 术 广 泛 采 用 , 高 效率 制 造 整 体 壁 板 、 梁 、 框 结 构 和 实 现柔 性 装 配 成 为 可 能 ; 其 三 , 先 进 焊 接 /连 接 / 成 形 技 术 的 创 新 发 展 , 为 设 计全 新 轻 合 金 结 构 注 入 新 理 念 , 从 而 使轻 量 化 、 长 寿 命 、 高 可 靠 的 轻 合 金 整体 结 构 件 低 成 本 制 造 成 为 可 能 ; 其 四 ,先 进 焊 接 / 连 接 / 成 形 技 术 的 创 新 发展 , 使 动 力 装 置 系 统 高 温 热 端 部 件 的新 材 料 、 新 结 构 加 工 、 成 形 整 体 制 造成 为 可 能 。 这 些 整 体 结 构 件 制 造 关 键技 术 的 突 破 , 丰 富 了 航 空 制 造 体 系 ,形 成 了 诸 多 特 定 的 制 造 技 术 集 群 和 新的 专 业 化 制 造 技 术 领 域 。本 文 侧 重 于 针 对 上 述 关 键 技 术 的第 三 、 第 四 特 点 , 阐 述 焊 接 / 连 接 /成 形 技 术 的 创 新 性 进 展 及 其 在 航 空 制造 工 程 中 的 应 用 与 发 展 大 趋 势 。在 先 进 的 大 型 干 线 飞 机 设 计 与 制造 中 , 虽 然 复 合 材 料 用 量 大 幅 提 升 ,但 轻 合 金 结 构 所 占 比 例 , 仍 有 50% 左 右 。先 进 的 材 料 必 须 要 采 用 先 进 的 焊 接 /连 接 / 成 形 技 术 , 才 能 制 造 出 先 进 的飞 机 和 发 动 机 结 构 。 先 进 的 焊 接 / 连接 / 成 形 技 术 是 保 障 飞 机 及 其 动 力 装06 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

热 点 聚 焦Current Topic置 的 设 计 与 制 造 实 现 轻 量 化 、 低 成 本 、长 寿 命 、 高 可 靠 性 的 特 需 的 和 关 键 的制 造 技 术 。1) 轻 合 金 整 体 结 构 的 焊 接 / 连 接 /成 形 制 造与 复 合 材 料 结 构 相 媲 美 的 轻 合 金( 铝 合 金 、 钛 合 金 ) 焊 接 / 连 接 / 成形 整 体 结 构 的 制 造 , 是 设 计 并 实 现先 进 飞 行 器 轻 量 化 的 核 心 技 术 ; 轻合 金 焊 接 / 连 接 / 成 形 整 体 结 构 件在 飞 行 器 重 要 承 力 结 构 中 替 代 铆 接和 螺 栓 连 接 结 构 , 大 幅 度 地 减 少 零部 件 、 连 接 件 的 数 量 , 使 之 尽 可 能地 整 体 化 , 已 成 为 当 代 航 空 制 造 工程 发 展 的 大 趋 势 。随 着 航 空 制 造 技 术 的 不 断 创 新 ,复 合 材 料 结 构 与 轻 合 金 整 体 结 构 的用 量 在 飞 机 设 计 中 并 驾 齐 驱 地 提 升 。半 个 世 纪 以 来 , 在 飞 行 器 轻 合 金 焊接 / 连 接 / 成 形 整 体 结 构 件 的 扩 大应 用 方 面 , 具 有 标 志 性 的 技 术 进 步点 有 四 :(1) 上 世 纪 60 年 代 , 电 子束 焊 接 用 于 飞 机 和 发 动 机 钛 合 金 重要 承 力 结 构 的 整 体 化 制 造 ;(2)80年 代 , 钛 合 金 超 塑 性 成 形 / 扩 散 连接 技 术 在 飞 机 设 计 与 制 造 中 崭 露 头角 ;(3)90 年 代 , 激 光 焊 接 用 于 飞机 带 筋 壁 板 结 构 的 整 体 化 制 造 ;(4)进 入 21 世 纪 初 , 搅 拌 摩 擦 焊 用 于 铝合 金 飞 机 壁 板 、 梁 、 框 等 重 要 结 构的 整 体 化 制 造 。 航 空 焊 接 / 连 接 /成 形 技 术 发 展 和 应 用 的 大 趋 势 表 明 :高 能 束 流 ( 电 子 束 、 激 光 束 ) 焊 接技 术 在 航 空 制 造 各 类 熔 化 焊 接 方 法中 的 发 展 独 占 鳌 头 ; 而 固 态 焊 接 /连 接 技 术 ( 摩 擦 焊 、 扩 散 连 接 ) 的创 新 性 发 展 , 正 在 解 决 着 航 空 制 造工 程 中 新 出 现 的 特 需 的 关 键 性 难 题 。在 可 预 期 的 2030 年 之 前 , 先 进的 纤 维 金 属 层 板 结 构 (Fiber MetalLaminate) 和 自 适 应 智 能 结 构 (AdaptiveStructrue) 的 新 型 整 体 结 构 的 制 造 技术 呼 之 欲 出 , 将 会 推 动 飞 行 器 结 构 设计 与 制 造 理 念 的 新 变 革 。先 进 飞 机 的 机 翼 采 用 超 临 界 翼 型 ,铝 合 金 整 体 机 翼 壁 板 的 制 造 采 用 数 控加 工 , 将 预 拉 伸 的 厚 板 铣 切 成 带 筋 ( 或不 带 筋 但 有 加 强 肋 ) 壁 板 , 而 后 再 经喷 丸 成 形 ( 或 时 效 蠕 变 成 形 ) 为 超 临界 翼 型 ( 双 曲 面 ) 壁 板 。图 1 所 示 为 新 型 支 线 飞 机 ARJ-21 超 临 界 机 翼 整 体 壁 板 经 喷 丸 成 形后 的 双 曲 面 翼 型 。 该 机 翼 整 体 壁 板 长13.5m, 宽 2.1m。 而 在 大 型 干 线 飞 机 上的 超 临 界 机 翼 带 筋 整 体 壁 板 的 尺 度 可达 到 : 长 20 ~ 30m, 宽 3m, 筋 条 高 度80mm。 这 对 于 喷 丸 成 形 技 术 ( 含 大 型喷 丸 成 形 装 备 ) 的 发 展 将 构 成 新 的 机遇 与 挑 战 。图 1 喷 丸 成 形 ARJ-21 超 临 界 机 翼 壁 板(13.5m 长 ,2.1m 宽 )将 预 拉 伸 的 铝 合 金 厚 板 铣 切 成 带筋 壁 板 ( 尤 其 是 带 高 筋 的 壁 板 ), 其 材料 利 用 率 甚 低 , 仅 为 10% 左 右 , 费 时耗 资 。 而 采 用 激 光 束 , 将 挤 压 型 材 筋条 与 壁 板 焊 接 成 为 整 体 带 高 筋 壁 板 ,不 但 可 以 提 高 材 料 利 用 率 , 提 高 生 产效 率 , 降 低 成 本 , 更 可 免 除 对 大 厚 度板 材 供 货 的 依 赖 , 缓 解 对 大 厚 度 板 材预 拉 伸 重 型 装 备 的 需 求 。上 世 纪 80 年 代 , 欧 共 体 BRITE和 EURECA 工 业 技 术 基 础 研 究 计 划 实施 的 成 效 , 促 进 了 飞 机 带 筋 整 体 壁 板的 激 光 焊 接 制 造 技 术 日 臻 成 熟 ; 在 空客 机 种 上 激 光 焊 接 整 体 壁 板 的 数 量 :A318 机 型 上 有 一 块 ; 在 A380 机 型 上有 8 块 ; 在 A340 机 型 上 共 有 14 块 ( 下机 身 壁 板 )。飞 机 带 筋 壁 板 激 光 整 体 化 焊 接 制造 的 技 术 推 动 力 , 及 其 技 术 经 济 效 益 ,适 应 了 市 场 需 求 牵 引 方 向 , 也 符 合 我国 的 国 情 。 面 对 大 飞 机 的 自 主 创 新 设计 与 制 造 , 飞 机 结 构 整 体 带 筋 壁 板 的激 光 焊 接 制 造 技 术 和 专 用 大 型 装 备 的研 发 , 时 不 我 待 。如 上 所 述 , 在 飞 行 器 结 构 整 体 化制 造 的 发 展 中 , 电 子 束 焊 接 、 激 光 焊接 等 高 能 束 流 焊 接 和 摩 擦 焊 接 、 扩 散焊 接 等 固 态 焊 接 两 大 类 焊 接 方 法 的 技术 推 动 力 显 示 出 强 劲 的 势 头 。 从 图 2中 对 过 去 半 个 世 纪 以 来 航 空 焊 接 技 术发 展 的 趋 势 分 析 示 意 来 看 , 在 诸 多 焊接 方 法 中 高 能 束 流 焊 接 和 固 态 焊 接 接术 在 航 空 制 造 工 程 中 的 应 用 面 在 不 断地 扩 大 。下 面 就 高 能 束 流 焊 接 和 固 态 焊 接方 法 在 飞 行 器 结 构 整 体 化 制 造 中 的 发展 , 分 别 阐 述 。图 2 半 个 世 纪 以 来 航 空 焊 接 技 术 发 展 的 大趋 势机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 07

热 点 聚 焦Current Topic2) 高 能 束 流 焊 接 / 连 接 / 成 形 与 加工 技 术 的 进 展高 能 束 流 ( 电 子 束 , 激 光 束 ) 焊接 / 连 接 / 成 形 / 加 工 , 在 航 空 制 造工 程 中 是 一 个 专 业 制 造 技 术 集 群 , 可用 于 : 焊 接 , 釺 焊 , 制 孔 , 雕 刻 , 毛化 , 表 面 改 性 , 物 理 气 相 沉 积 (EB-PVD)和 增 量 制 造 (RPM- 快 速 原 型 制 造 , 又称 FFM,Free Form Manufacturing—自 由 成 形 制 造 , 或 称 Direct AdditiveManufacturing— 直 接 增 量 制 造 ) 等 。减 重 和 低 成 本 , 是 彰 显 飞 行 器 高性 能 的 重 要 设 计 与 制 造 技 术 指 标 。 高能 束 流 ( 电 子 束 , 激 光 束 ) 焊 接 , 是满 足 这 些 技 术 要 求 , 实 现 轻 合 金 结 构整 体 化 制 造 的 首 选 方 法 。在 大 型 飞 机 上 , 如 A380 上 发 动 机的 吊 舱 和 钛 合 金 挂 架 、 支 架 等 复 杂 结 构件 均 采 用 电 子 束 焊 接 制 造 。 早 期 的 F14钛 合 金 中 央 翼 盒 是 用 电 子 束 焊 接 制 造飞 机 整 体 结 构 的 一 个 典 型 范 例 。 该 翼盒 长 6.7m, 宽 84 ~ 94cm, 高 35.6cm,重 839kg, 用 电 子 束 焊 代 替 机 械 连 接 ,减 重 250kg。 初 期 由 55 个 钛 合 金 板 金件 或 锻 件 焊 成 ,89 条 电 子 束 焊 缝 , 后改 为 33 个 钛 合 金 件 ,70 条 电 子 束 焊缝 , 焊 接 厚 度 12.1 ~ 57.2mm, 焊 缝 总长 55m。 在 F22 后 机 身 上 的 钛 合 金 桁 架式 前 后 梁 也 都 采 用 电 子 束 焊 制 造 飞 机整 体 结 构 。 用 电 子 束 焊 替 代 落 后 的 潜弧 焊 , 实 现 SU27 后 机 身 框 梁 的 整 体 结构 电 子 束 焊 制 造 , 更 是 精 化 毛 坯 , 减少 切 削 加 工 量 , 提 高 质 量 , 降 低 成 本的 有 效 方 案 , 符 合 技 术 发 展 的 大 方 向 。在 发 动 机 制 造 中 , 采 用 电 子 束 焊接 制 造 压 气 机 转 子 部 件 也 是 一 个 整 体化 制 造 的 典 型 范 例 。 早 期 用 电 子 束 焊接 替 代 螺 栓 连 接 , 把 多 级 盘 焊 接 成 整体 鼓 筒 轴 盘 , 显 著 地 减 轻 了 重 量 , 提高 了 可 靠 性 。 上 世 纪 70 年 代 , 惯 性摩 擦 焊 技 术 也 开 始 应 用 于 压 气 机 转 子部 件 整 体 化 制 造 。 两 种 方 法 , 各 有 特点 , 专 业 化 航 空 发 动 机 制 造 公 司 按 照各 自 的 技 术 基 础 和 传 统 , 分 别 采 用 电子 束 焊 接 或 惯 性 摩 擦 焊 接 整 体 化 制 造压 气 机 转 子 部 件 。 各 占 有 一 定 的 市 场份 额 。值 得 提 及 的 是 电 子 束 物 理 气 相 沉积 (EB-PVD) 和 电 子 束 毛 化 与 增 量 制造 技 术 的 进 展 。图 3 所 示 为 电 子 束 物 理 气 相 沉 积形 成 的 叶 片 表 面 热 障 防 护 层 ; 与 等 离子 喷 涂 层 相 比 , 由 于 所 具 有 的 法 向 针状 结 构 , 提 高 了 抗 冷 热 疲 劳 性 能 , 不发 生 沉 积 层 的 剥 落 。图 3 电 子 束 物 理 气 相 沉 积 (EB-PVD) 形 成 的叶 片 表 面 热 障 防 护 层图 4 所 示 为 电 子 束 毛 化 在 钛 合 金零 件 表 面 生 成 的 毛 刺 状 凸 起 , 用 以 增大 与 复 合 材 料 部 件 胶 接 接 头 的 抗 剪 切能 力 。 为 提 高 金 属 与 复 合 材 料 连 接 接头 的 可 靠 性 , 整 体 化 制 造 异 种 材 质 的结 构 提 供 了 技 术 支 持 , 例 如 , 先 进 发动 机 复 合 材 料 机 匣 壳 体 与 其 上 诸 多 安装 座 的 连 接 。图 4 电 子 束 毛 化 在 钛 合 金 零 件 表 面 生 成 的 毛刺 状 凸 起 用 以 加 强 与 复 合 材 料 的 连 接高 能 束 流 增 量 制 造 技 术 , 采 用激 光 束 和 电 子 束 作 为 热 源 , 其 原 理相 同 , 比 之 电 弧 和 等 离 子 弧 等 作 为增 量 制 造 的 热 源 , 激 光 和 电 子 束 除能 量 密 度 高 外 , 更 具 有 柔 性 , 自 动化 可 控 性 好 , 能 更 好 地 实 现 CAD 与CAM 一 体 化 的 融 合 。近 年 来 发 展 加 快 , 获 得 了 长 足的 进 展 。 图 5 所 示 为 激 光 、 电 子 束增 量 制 造 成 形 的 整 体 构 件 。 激 光 束增 量 制 造 在 保 护 气 氛 中 , 可 采 用 铺粉 或 同 轴 送 粉 。 电 子 束 在 真 空 室 内可 用 铺 粉 或 添 加 丝 材 的 方 法 , 其 优点 是 防 止 了 气 体 介 质 可 能 带 来 的 污染 , 真 空 室 大 小 和 电 子 枪 运 动 均 可根 据 构 件 几 何 形 状 而 定 。在 国 外 , 已 有 报 道 , 把 激 光 增量 制 造 技 术 应 用 于 飞 机 结 构 件 ( 梁和 框 ) 的 整 体 化 制 造 , 其 性 能 与 技术 经 济 效 益 甚 至 优 于 在 大 批 量 生 产中 的 模 锻 件 。 究 竟 是 快 速 原 型 制 造 ,用 于 新 型 机 种 研 制 阶 段 合 理 ? 还 是在 大 批 量 生 产 中 替 代 模 锻 件 ? 尚 待在 工 程 实 践 中 进 一 步 从 技 术 和 经 济两 个 层 面 深 化 认 知 。在 国 内 , 诸 多 研 究 机 构 对 高 能束 流 增 量 制 造 技 术 所 取 得 的 进 展 表明 , 新 的 突 破 正 在 孕 育 之 中 。图 5 高 能 束 流 ( 激 光 束 和 电 子 束 ) 增 量 制 造直 接 成 形 的 整 体 结 构 件近 年 来 , 在 激 光 焊 接 / 连 接 / 成形 / 加 工 制 造 技 术 集 群 中 , 用 于 飞 行器 结 构 整 体 化 制 造 最 突 出 的 进 展 是 飞08 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

热 点 聚 焦Current Topic图 6 铝 合 金 厚 板 铣 切 成 带 筋 壁 板 与 焊 接 (LB 或 FSW) 带 筋 整 体 壁 板 技 术 方 案 对 比机 带 筋 壁 板 整 体 化 焊 接 制 造 。(FSW-Friction Stir Welding), 线 性 摩在 图 6 中 对 比 了 飞 机 带 筋 壁 板 采 擦 焊 (LFW-Linear Friction Welding)。用 厚 板 铣 切 加 工 与 整 体 化 焊 接 (LB 或 在 当 代 飞 行 器 性 能 大 幅 提 升 的 需FSW) 制 造 两 种 方 案 。 如 前 所 述 , 后 者 求 牵 引 下 , 扩 散 连 接 (DB) 技 术 不 断 创是 用 对 接 焊 方 法 把 挤 压 T 形 筋 条 型 材 新 发 展 。 已 经 有 用 扩 散 连 接 制 造 飞 机焊 在 带 有 加 强 肋 的 较 薄 壁 板 上 ; 或 将 钛 合 金 整 体 承 力 梁 和 框 及 波 纹 夹 层 壁有 筋 条 的 窄 幅 挤 压 型 材 对 接 焊 成 宽 幅 板 结 构 的 成 功 先 例 ; 在 高 性 能 发 动 机整 体 带 筋 壁 板 ; 其 节 材 , 省 时 的 效 果 上 , 过 渡 液 相 连 接 (TLP) 用 于 定 向 凝是 显 而 易 见 的 。 开 发 专 用 的 飞 机 壁 板 固 气 冷 叶 片 或 空 心 单 晶 叶 片 的 制 造 技整 体 化 焊 接 制 造 技 术 , 并 研 发 专 用 装 术 日 臻 成 熟 。备 作 为 工 艺 技 术 的 载 体 , 是 应 对 新 挑战 的 必 由 之 路 。激 光 束 与 熔 化 极 弧 焊 的 复 合 焊 接方 法 , 在 航 空 薄 壁 结 构 整 体 化 制 造 中的 优 势 在 于 : 不 仅 在 同 等 热 源 功 率 的条 件 下 , 增 大 熔 深 , 改 善 焊 缝 成 形 ,而 且 可 以 拓 宽 对 接 缝 的 装 配 间 隙 容 差裕 度 窗 口 。图 7 用 辊 轧 加 压 扩 散 连 接 法 制 造 纤 维 金 属 叠3) 固 态 焊 接 / 连 接 / 成 形 与 加 工 技层 材 料 (FML)术 的 进 展扩 散 连 接 (DB) 技 术 为 新 材 料 的 制在 飞 行 器 制 造 工 程 中 , 固 态 ( 相 ) 备 、 金 属 基 复 合 材 料 的 纤 维 界 面 反 应焊 接 / 连 接 / 成 形 与 加 工 技 术 集 群 包 括 提 供 着 科 学 技 术 支 撑 。 与 树 脂 基 复 合有 : 扩 散 连 接 (DB-Diffusion Bonding)、 材 料 结 构 的 制 造 技 术 不 同 , 在 纤 维 增过 渡 液 相 连 接 (TLP-Transient Liquid 强 金 属 基 复 合 材 料 结 构 的 制 造 中 , 扩Phase Joining)、 超 塑 性 成 形 / 扩 散 散 连 接 技 术 的 应 用 是 关 键 所 在 。 如 图连 接 (SPF/DB-Supper Plastic Forming / 7 所 示 , 用 辊 轧 加 压 扩 散 连 接 法 制 造Diffusion Bonding)、 搅 拌 摩 擦 焊 纤 维 金 属 叠 层 材 料 (FML) 是 有 待 突 破的 核 心 技 术 ; 而 将 纤 维 金 属 叠 层 材 料(FML) 制 造 成 飞 行 器 的 新 型 轻 质 整 体 结构 , 更 具 有 挑 战 性 。过 去 的 1/4 世 纪 , 在 飞 行 器 整 体结 构 制 造 中 , 扩 散 连 接 技 术 与 超 塑 性成 形 技 术 的 完 美 结 合 , 在 一 个 热 循 环中 完 成 钛 合 金 扩 散 连 接 和 超 塑 成 形 的组 合 工 艺 技 术 , 使 钛 合 金 轻 质 整 体 结构 的 应 用 面 显 著 扩 大 ; 尤 其 在 整 体 化制 造 薄 壁 多 层 夹 芯 壁 板 结 构 工 程 中 ,其 技 术 经 济 效 益 独 一 无 二 。图 8 为 采 用 超 塑 成 形 / 扩 散 连 接技 术 整 体 化 制 造 的 发 动 机 风 扇 钛 合 金宽 弦 叶 片 的 横 截 面 与 扩 散 连 接 接 头 的宏 观 金 相 组 织 。图 8 采 用 超 塑 成 形 / 扩 散 连 接 技 术 整 体 化制 造 的 发 动 机 风 扇 钛 合 金 宽 弦 叶 片 的 横 截 面( 上 ) 与 扩 散 连 接 接 头 的 宏 观 金 相 组 织 ( 下 )摩 擦 焊 接 , 作 为 固 态 ( 相 ) 连 接技 术 在 飞 行 器 结 构 整 体 化 制 造 中 的 创新 性 发 展 , 包 括 有 三 种 方 法 : 惯 性 摩擦 焊 (IFW)、 搅 拌 摩 擦 焊 (FTW)、 线性 摩 擦 焊 (LFW), 如 图 9 所 示 。如 前 述 , 惯 性 摩 擦 焊 (IFW) 应 用于 压 气 机 转 子 部 件 整 体 化 制 造 , 已 有近 30 年 的 历 史 , 与 电 子 束 焊 接 并 驾 齐驱 , 各 占 有 一 定 的 市 场 份 额 。搅 拌 摩 擦 焊 (FSW), 自 TWI 发 明机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 09

热 点 聚 焦Current Topic此 外 , 对 工 件 装 配 和 装 卡 定 位 精 度 的要 求 更 高 。图 9 摩 擦 焊 接 的 三 种 方 法 : 惯 性 摩 擦 焊 (IFW)、 搅 拌 摩 擦 焊 (FSW)、 线 性 摩 擦 焊 (LFW)以 来 十 多 年 间 , 与 其 他 所 有 焊 接 方 法 飞 机 , 采 用 龙 门 式 搅 拌 摩 擦 焊 机 器 人相 比 , 其 发 展 速 度 和 规 模 都 是 空 前 的 。 正 在 组 装 焊 接 飞 机 的 整 体 机 身 。 该 飞作 为 新 兴 的 固 态 ( 相 ) 连 接 技 术 , 搅 机 已 于 2002 年 首 飞 ,2003 认 证 后 交拌 摩 擦 焊 在 铝 合 金 结 构 的 整 体 化 焊 接 付 用 户 , 投 入 批 生 产 。 在 支 线 和 大 型制 造 领 域 , 正 在 取 代 着 熔 化 焊 ( 钨 极 干 线 飞 机 的 设 计 、 制 造 中 搅 拌 摩 擦 焊或 熔 化 极 氩 弧 焊 ); 这 首 先 得 益 的 是 航 用 于 重 要 结 构 的 整 体 化 制 造 , 日 臻 成天 航 空 制 造 业 , 很 快 拓 展 到 造 船 、 轨 熟 , 应 用 面 正 在 扩 大 。道 交 通 、 机 械 、 电 器 等 行 业 。线 性 摩 擦 焊 是 高 推 重 比 涡 扇 喷 气 发这 一 特 殊 的 发 展 态 势 , 是 由 搅 拌 动 机 核 心 部 件 ( 风 扇 和 压 气 机 叶 盘 、 叶摩 擦 焊 技 术 本 身 独 具 的 优 点 所 决 定 :1) 环 ) 整 体 焊 接 制 造 的 创 新 技 术 。 与 常 规是 固 态 ( 相 ) 连 接 , 从 根 本 上 杜 绝 了 榫 头 连 接 相 比 , 其 减 重 效 果 非 常 明 显 。铝 合 金 熔 焊 接 头 中 的 裂 纹 、 气 孔 、 夹 渣 、 如 图 11 所 示 , 减 重 可 达 30% 或疏 松 等 缺 陷 ;2) 方 法 简 单 , 易 实 现 机 70%。 对 线 性 摩 擦 焊 接 专 用 装 备 的 技 术械 化 自 动 化 焊 接 而 不 依 赖 于 操 作 者 的 要 求 甚 高 , 根 据 材 料 ( 钛 合 金 或 高 温水 平 ;3) 是 一 种 绿 色 、 节 能 、 环 保 的 合 金 )、 焊 接 截 面 积 的 大 小 设 定 设 备 功制 造 技 术 。率 以 及 线 性 往 复 运 动 的 幅 度 和 频 率 。图 10 所 示 为 美 国 Eclipse 公 司 制造 N500 型 全 搅 拌 摩 擦 焊 接 (FSW) 商 务4) 结 束 语飞 行 器 结 构 整 体 化 设 计 与 制 造 是航 空 制 造 工 程 发 展 的 大 趋 势 。先 进 焊 接 / 连 接 / 成 形 技 术 的 创 新发 展 , 为 设 计 全 新 飞 行 器 结 构 注 入 新 理念 , 从 而 使 轻 量 化 、 长 寿 命 、 高 可 靠 的金 属 整 体 结 构 件 低 成 本 制 造 成 为 可 能 。一 大 批 新 兴 航 空 专 业 化 焊 接 / 连接 / 成 形 制 造 技 术 集 群 和 产 业 正 在 形成 , 诸 如 : 高 能 束 流 ( 电 子 束 、 激 光 束 )焊 接 / 连 接 / 成 形 加 工 制 造 产 业 , 增量 制 造 产 业 ; 固 态 焊 接 / 连 接 / 成 形加 工 制 造 产 业 等 。航 空 科 技 发 展 中 轻 合 金 结 构 整 体 化设 计 / 制 造 关 键 技 术 难 题 的 突 破 , 有 待焊 接 / 连 接 / 成 形 加 工 科 学 的 多 学 科 交融 创 新 发 展 。 尤 其 在 工 程 应 用 中 , 先 进的 装 备 是 工 艺 技 术 得 以 实 施 的 载 体 。当 前 , 焊 接 / 连 接 / 成 形 加 工 技 术发 展 的 推 动 力 尚 显 单 薄 , 必 需 大 幅 提 升创 新 发 展 的 技 术 推 动 力 , 以 资 与 强 劲 的市 场 牵 引 力 相 匹 配 ; 要 善 于 在 工 程 实 践中 发 现 问 题 , 科 学 地 抽 象 并 提 炼 出 深 入开 展 科 学 研 究 的 命 题 。图 10 采 用 龙 门 式 搅 拌 摩 擦 焊 机 器 人 正 在 组装 焊 接 商 务 飞 机 的 整 体 机 身图 11 与 榫 头 连 接 相 比 线 性 摩 擦 焊 整 体 化 制 造 风 扇 和 压 气 机 叶 盘 、 叶 环 减 重 可 达 30% 或 70%10 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

专 家 连 线Expert Opinion大 飞 机 需 要 举 全 国 之 力—— 专 访 中 国 科 学 院 院 士 曹 春 晓文 /《 机 械 工 程 导 报 》 编 辑 部力 量 融 合 。 同 时 能 上 市 的 都 尽 量 上 市 ,集 合 社 会 的 资 金 力 量 。 大 家 都 可 以 投 资 。目 前 , 无 论 是 中 国 商 用 飞 机 有 限 责任 公 司 还 是 中 国 航 空 工 业 集 团 公 司 的 管理 层 , 都 在 思 考 该 如 何 走 市 场 化 这 条 路的 问 题 。 而 且 在 军 机 方 面 , 我 也 主 张 军工 工 业 跟 地 方 的 无 形 壁 垒 必 须 打 破 , 融入 地 方 经 济 圈 中 才 有 活 力 。4 月 21 日 举 行 的 “ 领 先 接 触 ——在民 用 飞 机 制 造 技 术 及 装 备 高 层 论坛 ” 上 , 中 航 工 业 北 京 航 空 材 料 研 究 院研 究 员 、 中 国 科 学 院 院 士 曹 春 晓 作 了《 一 代 材 料 , 一 代 飞 机 》 的 报 告 。 曹 春晓 曾 作 为 大 飞 机 项 目 论 证 委 员 会 委 员 参与 项 目 的 论 证 。 目 前 该 项 目 已 立 项 两 年多 时 间 , 在 技 术 等 方 面 我 们 还 存 在 哪 些问 题 ? 在 大 飞 机 项 目 的 组 织 创 新 方 面 是否 在 按 照 既 定 的 模 式 发 展 ? 5 月 11 日 ,俗 称 大 飞 机 公 司 的 中 国 商 用 飞 机 有 限 责任 公 司 成 立 一 周 年 之 际 , 记 者 专 访 了 曹春 晓 院 士 。记 者 : 作 为 参 与 中 国 大 飞 机 项 目 论证 的 专 家 之 一 , 您 如 何 看 待 中 国 大 飞 机项 目 的 组 织 和 管 理 创 新 ?曹 春 晓 : 我 是 大 飞 机 方 案 论 证 委 员会 19 个 委 员 之 一 , 去 年 5 月 11 日 参 加了 中 国 商 用 飞 机 有 限 责 任 公 司 的 揭 牌 仪式 , 见 证 了 这 个 公 司 的 诞 生 。要 迅 速 缩 短 与 国 外 的 差 距 , 我 们的 组 织 模 式 很 关 键 , 我 认 为 市 场 化 非 常重 要 , 可 以 通 过 招 标 的 方 式 , 集 所 有 可以 集 合 的 技 术 力 量 来 制 造 我 们 的 大 型 客机 。 一 方 面 要 融 入 市 场 、 融 入 世 界 航 空产 业 链 中 , 另 一 方 面 也 要 跟 我 国 区 域 性记 者 : 大 飞 机 从 立 项 到 现 在 已 经 两年 多 了 , 大 飞 机 公 司 成 立 也 一 年 了 , 您觉 得 从 目 前 项 目 的 运 作 情 况 看 , 离 您 设想 的 市 场 化 模 式 还 有 多 大 差 距 ?曹 春 晓 : 总 的 感 觉 跟 过 去 相 比 进 步还 是 比 较 多 , 领 导 层 的 管 理 理 念 都 有 了很 大 的 变 化 。 中 国 航 空 工 业 集 团 从 1999年 开 始 分 为 第 一 集 团 和 第 二 集 团 , 当 时我 对 这 种 拆 分 就 不 赞 同 。 因 为 在 国 内 搞两 个 集 团 , 希 望 通 过 竞 争 的 办 法 来 提 升能 力 , 实 际 上 也 竞 争 不 起 来 , 根 本 解 决不 了 我 们 技 术 落 后 的 问 题 。 我 们 要 集 合力 量 跟 国 际 上 竞 争 , 在 自 身 力 量 本 来 就不 够 的 情 况 下 , 拆 分 就 把 力 量 分 散 了 。关 键 是 , 两 个 集 团 各 自 发 展 根 本 谈不 上 竞 争 , 还 做 了 很 多 重 复 的 工 作 。 所以 将 两 个 集 团 合 在 一 起 是 完 全 正 确 的 。即 使 下 面 要 分 , 也 不 是 采 用 过 去 的 分 法 ,机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 11

专 家 连 线Expert Opinion应 该 按 照 专 业 、 按 照 不 同 的 制 造 系 统 分 ,比 如 发 动 机 , 国 外 都 有 专 门 生 产 发 动 机的 企 业 。 现 在 中 航 工 业 集 团 下 属 就 成 立了 包 括 专 门 从 事 发 动 机 研 制 在 内 的 10个 子 公 司 。我 们 看 到 , 波 音 787 发 现 自 己 的 模式 有 些 过 头 , 过 于 放 手 交 给 承 制 商 , 后来 反 过 来 要 往 回 收 。 波 音 公 司 原 来 是 “ 风险 共 担 ”, 飞 机 的 设 计 工 作 也 让 别 人 来做 , 他 们 自 己 协 调 , 但 是 协 调 得 不 够 ,最 后 影 响 了 787 的 进 度 , 现 在 吸 取 教 训加 强 了 一 些 控 制 。 我 国 大 飞 机 在 组 织 管理 方 面 既 要 国 际 合 作 又 要 “ 以 我 为 主 ”。在 走 市 场 化 这 条 路 的 同 时 应 注 意 发 挥 我国 具 有 的 “ 能 集 中 力 量 办 大 事 ” 的 特 点 。记 者 : 大 型 客 机 从 设 计 到 制 造 , 给我 国 航 空 工 业 带 来 了 哪 些 挑 战 ? 大 飞机 项 目 上 马 之 前 有 人 总 结 了 十 大 技 术 难题 , 目 前 有 哪 些 进 展 ?曹 春 晓 : 这 个 项 目 从 设 计 到 制 造 ,我 们 最 大 的 问 题 就 是 经 验 不 足 , 在 技 术上 可 能 会 走 些 弯 路 。 管 理 上 , 中 国 商 用飞 机 将 设 计 、 总 装 、 市 场 营 销 、 客 户 服务 等 关 键 性 环 节 都 抓 在 自 己 手 上 , 制 造上 靠 整 个 中 国 航 空 工 业 等 共 同 努 力 。 当然 , 航 空 材 料 的 研 发 不 仅 需 要 航 空 系 统 ,更 需 要 靠 冶 金 系 统 等 搞 材 料 的 单 位 共 同参 与 , 就 更 要 靠 全 国 了 。有 的 专 家 过 去 提 出 的 大 飞 机 发 展 方面 的 十 大 关 键 技 术 是 值 得 大 家 重 视 的 ,但 也 应 看 到 , 实 际 上 这 十 大 关 键 技 术 主要 是 从 飞 机 设 计 的 角 度 提 出 的 , 并 没 有包 括 其 它 一 些 主 要 的 关 键 技 术 , 我 们 必须 充 分 关 注 和 理 解 温 总 理 讲 的 这 段 话 :“ 制 造 大 飞 机 不 容 易 , 要 突 破 许 多 关 键技 术 , 特 别 是 发 动 机 、 材 料 和 电 子 设 备 ”。作 为 核 心 部 件 , 发 动 机 是 至 关 重 要的 。 中 航 工 业 发 动 机 公 司 作 为 供 应 商 ,承 担 大 型 客 机 发 动 机 的 设 计 、 研 制 、 生产 、 销 售 、 维 修 、 服 务 、 技 术 开 发 和 技术 咨 询 等 工 作 。 目 前 来 看 , 我 国 掌 握 大飞 机 发 动 机 的 自 主 研 制 和 生 产 能 力 需 要一 定 的 时 间 。 从 这 个 角 度 来 说 , 我 们 对用 于 大 型 客 机 的 发 动 机 的 研 发 还 需 要 加快 速 度 。 我 们 必 须 赶 快 行 动 起 来 。 按 照规 划 , 大 型 客 机 首 先 要 购 买 国 外 成 熟 的发 动 机 实 现 首 飞 , 我 们 国 产 发 动 机 同 步进 行 研 制 , 在 适 当 时 机 换 上 中 国 自 主 研制 的 发 动 机 。当 然 , 从 材 料 的 角 度 来 说 , 发 动 机面 临 的 困 难 更 大 。 高 推 重 比 航 空 发 动 机的 成 功 ,70% 取 决 于 材 料 , 其 中 最 关 键的 材 料 是 镍 基 高 温 合 金 。 因 为 发 动 机 温度 高 的 时 候 有 1700℃ 左 右 , 现 在 镍 基 合金 的 熔 点 只 有 1350℃ 左 右 , 还 要 靠 空 心 、内 冷 叶 片 来 解 决 。 这 样 结 构 复 杂 的 空 心叶 片 中 , 有 些 要 做 成 单 晶 的 , 难 度 很 大 ,弄 不 好 容 易 报 废 。 在 这 一 点 上 , 国 外 的技 术 要 比 我 们 成 熟 很 多 , 他 们 早 已 实 现批 量 生 产 , 而 我 们 的 合 格 率 比 国 外 低 。机 载 系 统 包 括 很 多 电 子 元 件 , 也 是需 要 我 们 做 很 大 努 力 的 。记 者 : 作 为 材 料 专 家 , 您 认 为 在 飞机 上 采 用 复 合 材 料 具 有 哪 些 优 点 ?曹 春 晓 : 我 国 大 型 客 机 制 造 的 三 大关 键 技 术 之 一 点 就 是 材 料 。 目 前 , 飞 机上 越 来 越 多 的 采 用 复 合 材 料 , 比 如 在 波音 787 上 复 合 材 料 的 质 量 占 50%, 空 客350 原 来 采 用 了 37%, 但 是 飞 机 的 订 单 少 ,竞 争 不 过 波 音 787, 所 以 后 来 决 定 从 新设 计 , 改 变 设 计 后 空 客 350 在 复 合 材 料的 使 用 上 达 到 53%, 比 787 还 要 多 一 些 。因 为 大 量 采 用 复 合 材 料 后 , 飞 机 本 身 重量 减 轻 了 , 有 利 于 减 少 油 耗 。关 于 复 合 材 料 是 否 安 全 的 问 题 , 波音 与 空 客 还 发 生 了 争 论 。 之 前 , 空 客 认为 波 音 大 量 采 用 复 合 材 料 是 不 安 全 的 。实 际 上 经 过 证 实 , 这 样 做 还 是 安 全 的 。在 军 用 领 域 , 美 国 的 B2 轰 炸 机 是 很 能体 现 他 们 军 事 实 力 的 飞 机 , 上 面 就 采 用了 38% 的 复 合 材 料 。 那 是 他 们 上 世 纪 80年 代 就 开 始 设 计 的 。 美 国 认 为 复 合 材 料的 应 用 是 安 全 的 , 他 们 做 了 很 多 的 实 验和 应 用 研 究 工 作 , 并 经 过 大 量 应 用 的 考验 , 已 经 进 入 成 熟 阶 段 。对 金 属 材 料 来 说 , 人 们 直 观 感 觉可 靠 , 但 实 际 上 也 有 不 可 靠 的 地 方 。 飞机 长 期 飞 行 , 金 属 材 料 就 可 能 出 现 “ 疲劳 裂 纹 ”, 并 且 这 种 裂 纹 往 往 很 难 发 现 。材 料 在 反 复 受 拉 力 和 压 应 力 的 作 用 下 ,裂 纹 开 始 扩 展 , 裂 纹 越 来 越 大 , 材 料 就断 了 。 材 料 造 成 的 飞 机 事 故 大 部 分 都是 由 “ 疲 劳 裂 纹 ” 引 起 的 。 以 前 , 东 航2173 号 客 机 空 中 遇 险 的 原 因 是 飞 机 前 起落 架 的 销 子 断 裂 导 致 起 落 架 收 放 失 效 。经 鉴 定 后 发 现 , 飞 机 销 子 中 某 种 金 属 成分 含 量 过 高 , 成 分 构 成 不 合 理 , 导 致 金属 产 生 裂 缝 。 而 复 合 材 料 即 使 产 生 疲 劳裂 纹 , 其 扩 展 速 率 是 很 慢 的 , 即 使 有 裂纹 , 只 要 不 超 过 一 定 的 长 度 还 是 可 以 用 ,不 会 马 上 断 。 因 为 复 合 材 料 有 增 强 用 的碳 纤 维 在 里 面 , 基 体 是 高 分 子 树 脂 , 当裂 纹 遇 到 碳 纤 维 时 就 拦 截 , 并 产 生 桥 接作 用 , 这 样 裂 纹 扩 大 的 速 度 就 很 慢 。现 在 复 合 材 料 基 体 是 树 脂 , 主 要 靠碳 纤 维 增 强 。 也 有 使 用 其 他 的 纤 维 来 增 强的 , 如 采 用 玻 璃 纤 维 , 但 效 果 不 如 碳 纤 维 ,不 过 玻 璃 纤 维 价 格 便 宜 , 塑 性 也 比 较 好 。碳 纤 维 强 度 最 高 , 也 最 轻 。 现 在 飞 机 复合 材 料 中 绝 大 部 分 都 是 碳 纤 维 增 强 。还 有 金 属 基 的 复 合 材 料 , 就 是 在 金属 里 面 放 纤 维 , 例 如 在 钛 合 金 里 面 用 碳化 硅 纤 维 增 强 , 但 是 价 格 昂 贵 。 现 在 国外 虽 然 已 经 采 用 钛 基 复 合 材 料 , 但 还 是少 量 的 。 今 后 钛 基 复 合 材 料 的 价 格 会 慢12 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

专 家 连 线Expert Opinion慢 的 降 低 , 那 时 将 会 被 大 量 采 用 。记 者 : 我 国 复 合 材 料 技 术 目 前 与 国 际上 有 怎 样 的 差 距 ? 大 飞 机 立 项 对 我 国 航 空材 料 技 术 发 展 应 该 是 一 次 难 得 的 机 会 。曹 春 晓 : 我 国 航 空 材 料 技 术 与 国 际先 进 水 平 相 比 还 存 在 一 定 的 差 距 , 包 括应 用 水 平 、 材 料 基 础 、 制 造 工 艺 、 设 计方 法 等 方 面 。 大 飞 机 的 立 项 肯 定 是 为 我们 提 供 了 很 好 的 发 展 机 遇 , 我 们 应 该 抓住 这 个 机 遇 , 提 高 自 主 研 发 能 力 。材 料 是 航 空 制 造 业 的 前 提 , 材 料 、设 计 、 工 艺 在 航 空 制 造 业 中 的 关 系 非 常密 切 , 这 一 点 尤 其 体 现 在 复 合 材 料 上 。 在大 飞 机 上 不 断 加 大 复 合 材 料 的 使 用 , 也需 要 设 计 、 材 料 和 加 工 技 术 的 不 断 升 级 。我 们 国 内 已 经 有 不 少 的 地 方 用 了 复合 材 料 , 但 大 都 是 少 量 应 用 在 飞 机 的 垂直 尾 翼 和 水 平 尾 翼 上 , 都 是 比 较 小 的 飞机 , 不 是 大 飞 机 。 飞 机 尾 翼 不 是 主 要 承力 件 , 主 要 承 力 件 是 机 翼 和 机 身 。 现 在我 国 机 身 上 还 没 有 用 到 , 在 机 翼 上 有 少量 的 应 用 。我 国 大 型 客 机 用 的 复 合 材 料 一 开 始从 国 外 采 购 的 比 较 多 , 大 飞 机 项 目 主 要方 针 是 “ 全 球 采 购 ”, 但 是 我 们 关 键 的材 料 一 定 要 立 足 于 国 内 。国 际 上 复 合 材 料 做 得 最 好 的 是 日 本和 美 国 , 意 大 利 也 不 错 。 理 论 上 , 民 用飞 机 上 的 复 合 材 料 零 部 件 不 存 在 采 购 上的 障 碍 , 在 复 合 材 料 方 面 国 外 主 要 封 锁的 是 核 心 技 术 , 产 品 相 对 是 开 放 的 , 我们 可 以 买 到 成 品 结 构 件 , 但 是 高 质 量 的碳 纤 维 买 不 到 。除 了 制 造 上 的 困 难 , 生 产 设 备 也 很重 要 。 如 果 我 们 要 把 复 合 材 料 使 用 到 机身 上 , 就 需 要 采 用 自 动 铺 丝 设 备 。 自 动铺 放 设 备 有 两 种 : 自 动 铺 丝 设 备 和 自 动铺 带 设 备 。 自 动 铺 丝 设 备 由 于 技 术 尖 端 ,从 国 外 还 买 不 到 , 我 们 正 在 组 织 这 方 面力 量 开 发 。如 曹 院 士 所 言 , 大 飞 机 的 立 项 对 我国 航 空 制 造 业 有 很 大 的 带 动 作 用 。 航 空工 业 具 有 产 业 链 长 的 特 点 , 涉 及 的 先 进技 术 很 多 , 是 制 造 业 的 一 个 制 高 点 , 发达 国 家 都 在 争 夺 这 个 制 高 点 , 我 们 不 能再 失 去 机 会 了 。机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 13

专 家 连 线Expert Opinion从 鲲 到 鹏 的 蜕 变—— 访 北 京 第 一 机 床 厂 总 工 程 师 、 高 级 工 程 师 刘 宇 凌文 /《 机 械 工 程 导 报 》 编 辑 部子 在 《 逍 遥 游 》 中 描 述 了 大 海庄里 的 鲲 变 成 鹏 奋 起 而 飞 的 故 事 。看 过 之 后 , 一 直 疑 惑 , 同 样 是 不 知 大到 几 千 里 , 为 什 么 鲲 还 要 变 成 鹏 ? 本次 的 北 京 第 一 机 床 厂 之 行 , 北 一 的 发展 之 路 解 开 了 这 个 疑 惑 , 答 案 就 是 要摆 脱 现 有 的 束 缚 , 追 求 更 高 的 境 界 。记 者 带 您 和 北 京 第 一 机 床 厂 总 工 程 师 、高 级 工 程 师 刘 宇 凌 一 起 回 溯 北 一 从 鲲到 鹏 的 蜕 变 之 路 。顺 义 林 河 开 发 区 北 京 第 一 机 床 厂高 大 明 亮 的 新 厂 房 里 , 机 器 有 条 不 紊地 快 速 运 转 着 , 从 容 地 操 作 着 高 度 自动 化 机 器 的 工 人 ……, 这 就 是 北 一 给我 们 展 示 的 全 新 现 代 化 的 生 产 现 场 。北 一 机 拥 有 重 型 事 业 部 、 中 型 事 业 部 、钻 机 事 业 部 、 第 三 分 厂 事 业 部 、 精 密零 件 事 业 部 5 大 部 门 ,14 家 境 内 主 要 参 、控 股 子 公 司 ,1 家 境 外 控 股 子 公 司 德 国阿 道 夫 • 瓦 德 里 希 科 堡 机 床 有 限 两 合公 司 ,10 大 类 主 要 产 品 , 覆 盖 9 大 重点 用 户 行 业 ……, 这 些 构 建 了 北 京 第一 机 床 厂 的 庞 大 体 系 。成 绩 斐 然刘 总 介 绍 道 , 北 一 机 2008 年 的 销售 收 入 是 2000 年 的 8.3 倍 , 是 十 五 末期 的 4.5 倍 。 人 均 销 售 收 入 从 2000 年的 5.5 万 元 提 高 到 2008 年 的 75.5 万元 。2008 年 的 利 润 是 2000 年 的 近 80 倍 ,是 十 五 末 期 的 9 倍 。在 机 械 工 业 重 点 联 系 企 业 主 要 经济 效 益 综 合 指 数 全 国 整 体 排 名 中 , 北一 机 由 “ 十 五 ” 末 期 的 第 86 名 已 跃 至今 年 的 第 6 名 。 截 至 2008 年 12 月 底 ,北 一 机 在 国 内 金 切 机 床 行 业 中 , 销 售收 入 排 名 第 三 , 利 润 排 名 第 一 。 通 过战 略 聚 焦 , 北 一 机 的 中 高 端 数 控 机 床特 别 是 重 型 机 床 占 销 售 收 入 的 比 例 ,由 “ 十 五 ” 末 期 的 20% 提 升 到 60%。2005 年 10 月 , 北 一 全 资 收 购 德国 瓦 德 里 希 科 堡 机 床 厂 有 限 公 司 。 刘总 表 示 , 收 购 三 年 来 的 实 践 证 明 这 是中 国 企 业 跨 国 并 购 最 成 功 的 范 例 之 一 。并 购 后 科 堡 公 司 与 并 购 时 的 指 标 相 比 ,14 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

专 家 连 线Expert Opinion销 售 收 入 增 长 3 倍 , 利 润 总 额 增 长 5倍 , 合 同 订 单 增 长 10 倍 , 增 加 就 业 岗位 40%。北 一 在 产 品 上 取 得 了 重 要 进 展 ,对 重 型 机 床 产 品 系 列 进 行 扩 展 , 优 势地 位 得 以 巩 固 , 进 入 国 际 市 场 , 占 总收 入 比 例 由 “ 十 五 ” 末 期 的 20% 提 升到 了 60%, 连 续 三 年 刷 新 国 内 金 切 机 床单 台 售 价 之 最 的 纪 录 。 中 型 数 控 机 床自 主 知 识 产 权 的 新 产 品 达 到 国 际 先 进水 平 。北 一 成 功 三 级 跳北 一 如 何 从 传 统 的 机 床 企 业 一 步步 成 长 为 国 际 化 企 业 , 刘 总 介 绍 了 北一 成 功 蜕 变 的 历 程 , 他 认 为 北 一 是 通过 技 术 引 进 和 一 系 列 合 资 、 合 作 措 施 ,使 北 一 用 最 短 的 时 间 , 缩 短 并 逐 步 赶上 与 世 界 先 进 水 平 的 差 距 , 成 为 世 界性 的 知 名 机 床 企 业 。1949 年 , 北 京 第 一 机 床 厂 成 立 ,这 是 中 国 第 一 家 制 造 铣 床 的 企 业 , 也是 中 国 第 一 批 生 产 现 代 加 工 设 备 的 企业 之 一 。 北 一 具 有 从 产 品 设 计 、 生 产制 造 到 销 售 服 务 完 整 的 经 营 体 系 , 年产 近 40 个 品 种 、 数 千 台 各 类 机 床 , 是中 国 最 大 的 铣 床 制 造 企 业 。作 为 国 内 机 床 企 业 的 18 罗 汉 厂 之一 , 北 一 一 直 是 国 内 的 重 点 机 床 生 产厂 。 在 市 场 的 变 化 中 , 北 一 机 觉 察 到 ,要 在 激 烈 的 市 场 竞 争 中 占 有 一 席 之 地 ,就 要 靠 不 断 超 越 现 有 的 束 缚 , 接 受 新的 挑 战 。 趁 2000 年 搬 迁 的 机 会 , 北 一确 定 发 展 的 定 位 在 工 厂 内 部 开 展 了 一系 列 的 改 革 工 作 。 经 过 改 造 以 后 , 北 一由 原 来 在 大 北 窑 的 一 个 工 厂 变 成 了 四个 分 厂 : 毛 坯 生 产 基 地 、 零 件 加 工 基 地 、普 通 机 床 生 产 基 地 、 数 控 机 床 生 产 基地 。 业 务 重 组 以 后 , 对 北 一 的 信 息 化也 提 出 了 更 高 的 要 求 。 北 一 通 过 搬 迁调 整 , 加 快 了 创 新 步 伐 , 奠 定 了 向 现代 化 企 业 迅 速 迈 进 的 基 础 。 在 搬 迁 前 ,北 一 产 品 数 字 化 占 有 率 仅 占 14%, 目 前已 经 提 升 到 60%。 实 际 上 , 北 一 大 隈 的数 字 化 生 产 的 工 艺 水 平 已 经 接 近 90%,加 工 线 上 100% 都 是 数 控 机 床 。 北 一 的精 密 零 件 厂 的 数 控 化 率 达 到 了 70%。北 京 第 一 机 床 厂 总 工 程 师 、高 级 工 程 师 刘 宇 凌在 搬 迁 之 后 , 北 一 又 面 临 着 产 品水 平 和 技 术 上 的 问 题 。 北 一 明 确 了 ,通 过 与 国 内 外 的 厂 商 合 资 合 作 , 达 到设 计 与 技 术 上 与 世 界 接 轨 的 发 展 方 向 ,当 时 北 一 缺 乏 关 键 技 术 的 支 撑 , 如 独特 的 关 键 功 能 部 件 , 特 别 是 在 数 控 系统 的 二 次 开 发 上 。 这 就 要 有 世 界 水 平的 加 工 厂 为 北 一 提 供 设 计 和 技 术 上 的支 持 。 当 时 北 一 引 进 了 大 隈 的 中 高 档机 床 , 解 决 了 北 一 的 技 术 来 源 。 与 日本 大 隈 的 合 作 使 北 一 具 有 核 心 竞 争 能力 , 在 市 场 中 逐 步 占 有 主 导 地 位 , 并开 始 能 与 国 际 先 进 企 业 抗 衡 。 北 一 又适 时 地 与 国 外 设 计 公 司 合 资 组 建 了 北一 精 机 设 计 公 司 , 为 北 一 设 计 自 主 知识 产 权 的 产 品 。2005 年 10 月 , 北 一 成 功 收 购德 国 瓦 德 里 希 科 堡 公 司 , 使 其 成 为北 一 100% 控 股 的 子 公 司 , 整 个 北一 的 经 营 开 始 国 际 化 , 正 在 成 为 具有 全 球 竞 争 力 的 机 床 制 造 与 服 务 供应 商 。北 一 发 展 的 基 石北 一 近 几 年 发 展 的 历 史 就 是 自 觉实 践 科 学 发 展 观 的 一 个 真 实 过 程 。 工业 总 产 值 平 均 年 增 幅 34.6%, 万 元 产 值能 耗 平 均 降 幅 34.5%。 北 一 自 觉 依 照 发展 为 了 人 民 , 发 展 依 靠 人 民 , 发 展 成果 由 人 民 共 享 的 原 则 , 近 三 年 来 , 使员 工 的 平 均 收 入 实 现 翻 番 。刘 总 认 为 , 北 一 之 所 以 能 不 断 超越 自 身 , 在 于 北 一 一 直 坚 持 “ 自 主 创新 促 进 可 持 续 发 展 ”, 一 直 通 过 合 资 合作 , 引 进 消 化 吸 收 国 际 先 进 技 术 , 促进 管 理 升 级 ; 产 学 研 结 合 ; 培 养 造 就技 术 专 家 和 技 术 带 头 人 ; 研 制 具 有 自主 知 识 产 权 的 新 产 品 。北 一 一 直 坚 守 “ 有 效 益 的 增 长 ,有 现 金 的 利 润 ” 的 经 营 理 念 。“ 十 一 五 ”以 来 , 开 始 从 建 设 好 新 北 一 向 经 营 好新 北 一 转 变 , 将 拥 有 的 优 势 资 源 转 化为 核 心 竞 争 力 。 近 年 来 北 一 高 速 发 展的 成 绩 经 得 起 人 民 、 实 践 和 历 史 的 检验 , 也 为 北 一 未 来 的 腾 飞 奠 定 了 坚 实的 基 础 。刘 总 告 诉 记 者 , 北 一 的 使 命 是 为股 东 创 造 持 久 的 高 回 报 , 为 员 工 赢 得社 会 尊 重 , 做 用 户 的 工 艺 师 , 做 装 备工 业 的 脊 梁 。 北 一 的 愿 景 是 成 为 具 有全 球 竞 争 力 的 机 床 制 造 商 与 服 务 供 应商 。 全 球 竞 争 力 方 面 , 参 与 全 球 竞 争 ,建 立 核 心 竞 争 能 力 。 作 为 机 床 制 造 商和 服 务 供 应 商 , 北 一 将 紧 紧 围 绕 机 床制 造 这 一 核 心 业 务 , 做 专 业 化 的 机 床制 造 商 。 在 向 客 户 提 供 单 机 产 品 的 基础 上 , 提 供 全 面 解 决 方 案 。北 一 已 成 功 实 现 了 由 鲲 到 鹏 的完 美 变 身 , 鹏 奋 起 而 飞 , 期 待 北 一不 断 突 破 , 跻 身 国 际 一 流 机 床 制 造商 行 列 。机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 15

产 业 趋 势Trends编 者 按 : 本 文 取 材 自 中 国 机 械 工 程 学 会 生产 工 程 分 会 组 织 专 家 编 写 的 《2008—2009 机 械工 程 学 科 发 展 报 告 》, 该 书 已 于 2009 年 正 式 出版 。 本 文 力 求 提 纲 携 领 , 深 入 浅 出 , 但 因 篇 幅所 限 , 只 是 引 用 了 原 文 的 部 分 内 容 , 难 免 有 含颇 之 处 , 望 各 位 读 者 指 正 。国 内 外 高 速 高 效 加 工 领 域研 究 现 状 分 析 比 较文 / 邓 朝 晖 刘 战 强 盛 晓 敏速 高 效 加 工 的 主 要 目 的 是 提 高 生高产 效 率 、 加 工 质 量 和 降 低 成 本 。在 工 业 发 达 国 家 , 高 速 高 效 加 工 已 在 航空 航 天 、 汽 车 、 高 速 机 车 、 能 源 装 备 、模 具 和 通 用 机 械 等 行 业 广 泛 应 用 , 成 为切 削 加 工 的 发 展 趋 势 和 主 流 。国 家 中 长 期 科 技 发 展 规 划 将 “ 高档 数 控 机 床 与 基 础 制 造 装 备 ” 列 为 16项 重 大 专 项 之 一 。 高 性 能 数 控 机 床 的设 计 制 造 和 高 速 高 效 加 工 技 术 关 系 到国 家 安 全 和 尖 端 科 技 的 发 展 , 获 得 具有 自 主 知 识 产 权 的 高 速 高 效 加 工 关 键技 术 和 装 备 是 国 家 的 一 项 战 略 需 求 。对 国 外 高 速 加 工 机 床 涉 及 的 基 础理 论 、 设 计 技 术 和 工 艺 基 础 的 深 入 系统 研 究 , 将 提 高 我 国 机 床 功 能 部 件 的制 造 水 平 , 把 机 床 设 计 制 造 与 应 用 提高 到 一 个 崭 新 的 水 平 , 进 而 提 高 我 国机 床 工 业 和 机 械 制 造 业 的 整 体 水 平 。( 一 ) 高 速 切 削 磨 削 理 论1. 高 速 切 削 理 论1931 年 德 国 C.Salomon 博 士 获 得“method of machining metal or ofmaterials behaving similarly whenbeing machined with cutting tools”的 专 利 。 自 该 专 利 提 出 高 速 切 削 理 念 以来 , 人 们 对 高 速 切 削 进 行 了 不 倦 的 探 索 。1979 ~ 1988 年 , 德 国 Dermstadt 工 业 大学 进 行 高 速 铣 削 铝 合 金 、 高 速 铣 削 铁 系和 非 铁 系 材 料 的 基 础 理 论 研 究 及 高 速 切削 刀 具 和 机 床 技 术 、 高 速 切 削 工 艺 和 高速 切 削 加 工 技 术 的 实 际 应 用 探 索 , 获 得了 许 多 有 价 值 的 重 要 成 果 , 为 高 速 切 削加 工 技 术 的 发 展 和 应 用 奠 定 了 重 要 基 础 。高 速 切 削 切 屑 形 成 试 验 研 究 表 明 :在 高 速 切 削 条 件 下 切 屑 的 形 成 过 程 和 普通 切 削 时 不 同 , 随 着 切 削 速 度 的 提 高 ,塑 性 材 料 的 切 屑 形 态 将 从 带 状 、 片 状 到碎 屑 不 断 演 变 , 单 位 切 削 力 初 期 呈 上 升趋 势 , 尔 后 急 剧 下 降 , 塑 性 变 形 区 变 浅 ,残 余 应 力 及 硬 度 变 化 减 小 。高 速 切 削 研 究 的 热 点 理 论 问 题 为工 件 材 料 在 高 速 切 削 过 程 中 的 变 形 理论 , 包 括 Johnson-Cook(JC) 本 构 方 程 、锯 齿 状 切 屑 的 形 成 、 切 削 过 程 的 计 算机 模 拟 仿 真 等 。 较 通 用 的 本 构 方 程 为JC 本 构 模 型 。V.D.Kuznetsuv 等 人 提出 了 高 速 切 削 的 冲 击 波 理 论 。 日 本 的篠 塚 淳 等 人 用 有 限 元 法 按 冲 击 波 理 论研 究 超 高 速 切 削 机 理 , 表 明 超 高 速 切削 时 , 刀 具 与 工 件 冲 击 接 触 , 切 削 速度 的 变 化 会 造 成 材 料 应 力 的 变 化 。在 高 速 切 削 机 理 与 应 用 基 础 方 面 ,我 国 高 校 在 切 屑 形 成 机 理 、 切 削 力 与切 削 温 度 规 律 、 切 削 方 程 式 、 刀 具 磨损 机 理 等 方 面 开 展 了 大 量 的 研 究 。 研究 了 切 屑 弯 曲 、 金 属 材 料 的 动 态 力 学性 能 与 热 塑 剪 切 失 稳 机 理 , 探 讨 了 切削 条 件 对 金 属 变 形 、 变 形 速 度 和 材 料的 物 理 力 学 性 能 等 的 影 响 , 提 出 了 金属 切 削 最 小 能 量 耗 散 原 理 和 非 自 由 切削 力 学 理 论 体 系 。 山 东 大 学 研 究 了A12O3 基 陶 瓷 刀 具 高 速 硬 切 削 ( 车 和 端铣 ) 的 切 削 力 、 切 削 温 度 模 型 、 刀 具磨 损 与 破 损 理 论 、 加 工 表 面 质 量 变 化16 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

产 业 趋 势Trends规 律 等 。 研 究 了 模 具 高 速 切 削 加 工 技术 与 策 略 以 及 高 速 切 削 数 据 库 技 术 等 。研 究 了 多 场 耦 合 的 高 速 切 削 变 形 行 为 ,创 建 了 融 合 切 削 学 和 陶 瓷 材 料 学 于 一体 的 基 于 切 削 可 靠 性 的 陶 瓷 刀 具 材 料设 计 新 理 论 ; 建 立 了 高 速 切 削 已 加 工表 面 位 错 硬 化 动 力 学 模 型 , 研 究 了 高速 切 削 加 工 的 不 均 匀 热 - 力 耦 合 场 对 表面 变 质 层 不 同 的 影 响 , 探 索 了 高 速 切削 加 工 表 面 变 质 层 形 成 的 微 观 特 征 。南 京 航 空 航 天 大 学 提 出 了 难 加 工材 料 锯 齿 形 切 屑 形 成 模 型 和 相 应 的 切削 方 程 式 , 应 用 有 限 元 技 术 按 集 中 剪切 滑 移 理 论 仿 真 模 拟 了 锯 齿 形 切 屑 形成 过 程 。 上 海 交 通 大 学 研 究 了 高 速 切削 变 形 的 本 构 方 程 , 研 究 了 钛 合 金 高速 铣 削 工 艺 、 薄 壁 件 高 速 铣 削 精 度 控制 、 铝 合 金 高 速 铣 削 表 面 的 温 度 动 态 变化 规 律 ; 针 对 大 型 航 空 整 体 薄 壁 构 件加 工 变 形 控 制 和 大 型 燃 气 轮 机 转 子 轮槽 加 工 精 度 与 表 面 质 量 控 制 开 展 研 究 。天 津 大 学 开 展 了 高 速 插 铣 动 力 学 分 析 ,钛 合 金 高 速 插 铣 温 度 场 实 验 、 建 模 与仿 真 研 究 等 。 北 京 理 工 大 学 研 究 了 高速 铣 削 软 钢 、 灰 铸 铁 、 高 强 度 装 甲 钢 时 ,建 立 了 刀 具 寿 命 方 程 及 相 应 的 切 削 数据 库 。 西 北 工 业 大 学 研 究 超 高 速 铣 削钛 合 金 时 的 刀 具 适 配 和 参 数 优 化 问 题 。综 上 所 述 , 高 速 切 削 过 程 中 的 工件 与 刀 具 高 速 冲 击 、 碰 撞 作 用 , 刀 具材 料 和 工 件 材 料 交 互 作 用 发 生 的 力 学 、物 理 与 化 学 行 为 的 本 质 研 究 甚 少 , 高速 切 削 加 工 层 材 料 学 行 为 的 科 学 实 质还 有 待 进 一 步 揭 示 。2. 高 速 磨 削 机 理关 于 高 速 磨 削 机 理 的 研 究 , 可 以用 最 大 切 屑 ( 磨 屑 ) 厚 度 hmax 来 解 释高 速 磨 削 中 诸 多 磨 削 现 象 : 在 保 持 其他 参 数 不 变 , 仅 增 大 磨 削 速 度 Vs 情 况下 ,hmax 减 小 , 每 个 磨 削 刃 上 的 作 用切 削 力 减 小 ,hmax 减 小 也 能 改 善 表 面粗 糙 度 Ra 和 减 缓 切 削 力 对 砂 轮 磨 损 的影 响 。 另 外 , 总 磨 削 力 随 Vs 增 大 而 减 小 ;在 保 持 hmax 不 变 , 即 增 大 Vs 同 时 成比 例 地 提 高 工 件 进 给 速 度 Vw, 每 个 磨削 刃 上 的 作 用 切 削 力 及 磨 削 力 并 没 有改 变 , 但 随 Vw 提 高 而 成 比 例 地 提 高 材料 磨 除 率 。1979 年 , 法 国 Werner P.G 博 士 提出 了 高 效 深 磨 热 机 理 学 说 , 预 言 了 高效 深 磨 区 的 存 在 合 理 性 , 超 高 速 磨 削时 , 在 很 短 暂 的 磨 屑 形 成 时 间 内 完 成的 切 屑 的 高 应 变 率 ( 可 近 似 认 为 等 于磨 削 速 度 ) 形 成 过 程 与 普 通 磨 削 有 很大 的 差 别 , 表 现 为 工 件 表 面 的 塑 性 变形 层 变 浅 , 磨 削 沟 痕 两 侧 因 塑 性 流 动而 形 成 的 隆 起 高 度 变 小 , 使 磨 屑 形 成过 程 中 的 耕 犁 和 滑 擦 距 离 变 小 , 以 及使 工 件 表 层 硬 化 及 残 余 应 力 倾 向 减 小 。随 后 国 内 外 对 高 效 深 磨 磨 削 工 艺 、 机理 等 开 展 了 研 究 。 德 国 Bremen 大 学 、Aachen 工 业 大 学 在 铝 合 金 、 钛 合 金 、康 镍 合 金 等 难 磨 材 料 方 面 进 行 高 效 深磨 的 探 索 。 国 内 的 东 北 大 学 、 湖 南 大学 等 对 高 效 深 磨 技 术 进 行 了 一 系 列 理论 和 试 验 研 究 。 东 北 大 学 提 出 了 冲 击成 屑 理 论 , 并 对 高 效 深 磨 的 传 热 机 制进 行 了 系 统 的 理 论 研 究 , 建 立 了 倾 斜移 动 热 源 的 传 热 模 型 , 对 高 速 钢 的 高效 深 磨 进 行 试 验 研 究 。 湖 南 大 学 黄 含等 人 在 工 程 陶 瓷 高 效 深 磨 方 面 进 行 了大 量 的 工 作 , 探 讨 了 工 程 陶 瓷 高 效 深磨 磨 削 力 和 磨 削 能 的 特 征 及 形 成 机 理 ,并 从 断 裂 力 学 和 陶 瓷 的 显 微 结 构 等 方面 对 磨 除 机 理 进 行 了 分 析 。 湖 南 大 学在 自 主 研 制 开 发 的 314m/s 超 高 速 平 面磨 削 试 验 台 上 分 别 应 用 CBN 砂 轮 和 金刚 石 砂 轮 对 TC4 钛 合 金 进 行 了 高 效 深磨 试 验 , 砂 轮 线 速 度 达 到 150m/s。 发现 在 高 效 深 磨 条 件 下 , 钛 合 金 单 位 面积 法 向 和 切 向 磨 削 力 明 显 下 降 , 同 时也 能 减 小 比 磨 削 能 , 在 提 高 加 工 效 率的 同 时 获 得 了 更 好 的 加 工 质 量 。 高 效深 磨 钛 合 金 时 以 塑 性 去 除 方 式 为 主 ,材 料 主 要 以 滑 擦 和 耕 犁 的 形 式 被 去 除 ,CBN 砂 轮 更 适 宜 于 高 效 深 磨 钛 合 金 。( 二 ) 高 速 主 轴 单 元 关 键 技 术高 速 加 工 机 床 主 轴 理 想 结 构 是 采用 “ 电 主 轴 ” 单 元 结 构 , 其 特 点 是 结构 紧 凑 、 重 量 轻 、 惯 性 小 、 响 应 性 能好 并 可 避 免 振 动 和 噪 声 。 国 内 外 用 于高 速 机 床 主 轴 支 撑 的 轴 承 主 要 有 : 陶瓷 球 轴 承 、 静 压 轴 承 、 动 静 压 轴 承 、气 浮 轴 承 、 磁 悬 浮 轴 承 。 陶 瓷 球 轴 承寿 命 有 限 , 我 国 目 前 尚 不 具 备 生 产 高精 度 的 陶 瓷 球 轴 承 能 力 ; 气 浮 轴 承 可满 足 高 转 速 要 求 , 但 能 提 供 的 主 轴 刚度 有 限 , 难 适 用 于 铣 削 等 冲 击 切 削 负载 的 场 合 ; 静 压 轴 承 抗 过 载 能 力 低 。动 静 压 轴 承 综 合 了 动 压 与 静 压 轴承 的 优 点 , 有 较 大 的 提 速 空 间 , 是 高速 机 床 最 具 竞 争 潜 力 的 主 轴 支 承 形 式 。近 年 来 西 安 交 通 大 学 建 立 了 动 静 压 混合 润 滑 轴 承 瞬 态 三 维 热 流 体 润 滑 的 数学 模 型 , 比 较 全 面 研 究 了 低 粘 度 动 静压 轴 承 性 能 的 数 学 模 型 。 湖 南 大 学 开发 了 可 调 间 隙 节 流 , 腔 内 孔 式 回 油 液体 静 动 压 主 轴 , 发 明 了 高 刚 性 液 体 动静 压 砂 轮 电 主 轴 。 高 速 加 工 机 床 润 滑方 式 主 要 有 油 气 润 滑 、 喷 注 润 滑 、 突入 滚 道 式 润 滑 方 式 等 。高 速 机 床 电 主 轴 结 构 设 计 应 保 证良 好 的 动 刚 性 、 抗 振 性 、 热 特 性 、 动平 衡 性 , 在 保 证 其 他 动 静 态 特 性 下 ,尤 其 是 其 高 速 下 的 动 平 衡 性 能 , 平 衡等 级 必 须 达 到 G0.4 以 上 。 电 主 轴 电机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 17

产 业 趋 势Trends机 一 般 采 用 宽 调 速 交 流 变 频 电 机 直 接驱 动 , 且 多 采 用 先 进 的 控 制 技 术 确 保主 轴 在 低 转 速 时 的 全 额 恒 扭 矩 , 功 率全 额 输 出 和 主 轴 电 机 快 速 启 动 、 制 动和 准 确 停 止 。( 三 ) 高 速 进 给 单 元 与 控 制 技 术高 速 机 床 对 进 给 系 统 提 出 新 要 求如 : 高 进 给 速 度 , 良 好 的 快 速 响 应 特性 , 高 加 、 减 速 度 , 其 值 一 般 要 求 高 达1 ~ 10g。 高 速 机 床 进 给 系 统 最 理 想 的方 案 是 采 用 直 线 电 机 直 驱 的 结 构 形 式 ,传 统 的 “ 旋 转 电 机 + 滚 珠 丝 杠 ” 的 轴 向进 给 方 案 受 其 本 身 结 构 的 限 制 , 一 般 其进 给 速 度 很 难 超 过 60m/min, 加 速 度 很难 超 过 1 ~ 1.5g, 满 足 不 了 高 速 加 工 的要 求 。 直 线 电 机 高 速 进 给 单 元 与 传 统 滚珠 丝 杠 进 给 系 统 的 参 数 对 比 如 表 1。高 速 加 工 条 件 下 , 必 须 具 有 高的 数 据 运 算 处 理 速 度 和 丰 富 的 功 能化 特 性 , 以 实 现 高 速 插 补 和 快 速 反应 , 提 高 刀 具 或 工 件 的 进 给 运 动 轨迹 控 制 精 度 , 保 证 零 件 的 加 工 质 量 。高 速 加 工 CNC 控 制 系 统 需 使 用 多 数据 位 和 多 个 微 处 理 器 (CPU), 同 时要 采 用 先 进 的 轮 廓 控 制 技 术 等 , 保证 具 有 快 速 反 应 能 力 而 且 功 能 丰 富 、高 效 、 高 精 度 。( 四 ) 高 速 加 工 的 工 具 技 术 及 系 统高 速 加 工 刀 具 的 核 心 问 题 是 材 质 、形 状 及 其 组 合 效 果 。 高 速 切 削 刀 具 材料 及 结 构 设 计 理 论 、 高 速 切 削 摩 擦 学 、刀 具 磨 损 机 理 、 刀 具 寿 命 以 及 刀 具 几何 参 数 、 切 削 用 量 、 冷 却 润 滑 条 件 等的 影 响 已 成 为 金 属 切 削 刀 具 研 究 的 热点 理 论 问 题 。目 前 用 于 高 速 高 效 加 工 的 刀 具 材料 主 要 包 括 金 刚 石 (PCD)、 陶 瓷 刀 具 、硬 质 合 金 涂 层 刀 具 和 超 细 晶 粒 硬 质 合金 刀 具 等 。 合 理 选 用 刀 具 材 料 是 成 功进 行 切 削 加 工 的 关 键 , 切 削 刀 具 材 料与 加 工 对 象 二 者 的 力 学 性 能 、 物 理 性能 和 化 学 性 能 要 相 匹 配 , 以 获 得 最 长的 刀 具 寿 命 和 最 大 的 切 削 加 工 生 产 率 。超 高 速 磨 削 用 砂 轮 的 磨 具 材 料 主要 有 立 方 氮 化 硼 (CBN) 和 聚 晶 金 刚 石(PCD)。 近 期 发 展 的 高 温 钎 焊 砂 轮 , 因其 界 面 上 的 化 学 冶 金 结 合 而 改 善 磨 料 、结 合 剂 、 基 体 三 者 间 的 结 合 强 度 , 使砂 轮 寿 命 大 大 提 高 , 砂 轮 工 作 线 速 度可 达 到 300 ~ 500m/s。随 着 粉 末 冶 金 技 术 、 模 具 制 造 技 术 、五 轴 联 动 数 控 刃 磨 技 术 的 高 度 发 展 , 现代 金 属 切 削 刀 具 的 切 削 部 分 已 可 加 工 成十 分 复 杂 的 形 状 。 刀 具 厂 家 不 断 创 新 ,为 了 断 屑 , 可 转 位 刀 片 的 切 削 部 分 也 设计 出 具 有 复 杂 形 状 的 刃 形 和 断 屑 槽 。 计算 机 辅 助 设 计 使 得 刀 具 的 设 计 、 计 算 简便 、 容 易 , 免 去 刀 具 复 杂 图 形 的 绘 制 ,并 能 参 数 化 快 速 设 计 刀 具 、 有 利 于 提 高刀 具 的 设 计 水 平 。在 主 轴 / 刀 柄 联 结 中 , 针 对 传 统BT 联 结 所 存 在 的 问 题 , 德 国 、 美 国 、瑞 典 和 日 本 等 西 方 工 业 发 达 国 家 投 入大 量 人 力 、 物 力 开 发 了 多 种 新 型 主 轴 /刀 柄 联 结 系 统 , 其 中 HSK 为 代 表 的 新性 能滚 珠 丝 杠进 给 系 统型 主 轴 / 刀 柄 联 结 表 现 出 比 传 统 BT 联结 更 优 越 的 性 能 , 得 到 了 迅 速 的 发 展 。此 外 还 有 采 用 锥 形 三 角 体 传 递 扭 矩 的CAPTO 刀 柄 、 热 装 联 结 以 及 液 压 夹 紧 联结 刀 柄 等 , 这 些 结 构 方 式 传 递 扭 矩 能力 大 、 刚 度 高 、 结 构 对 称 性 好 、 精 度 高 。( 五 ) 高 速 机 床 设 计 技 术机 床 设 计 主 要 涉 及 结 构 设 计 、 整机 动 静 热 特 性 的 分 析 与 预 测 、 机 电 系统 的 耦 合 等 。 设 计 时 必 须 要 求 其 具 有足 够 的 强 度 、 刚 度 和 高 的 阻 尼 特 性 。必 须 用 足 够 厚 的 钢 板 将 切 削 区 封 闭 起来 , 确 保 人 身 和 设 备 安 全 。 通 过 新 型换 刀 结 构 设 计 , 保 证 高 速 切 削 加 工 下换 刀 方 便 、 可 靠 、 迅 捷 。在 高 速 机 床 整 机 性 能 研 究 方 面 ,通 常 采 用 现 有 的 商 用 软 件 对 整 机 的 机械 部 分 进 行 建 模 , 分 析 整 机 刚 度 以 及动 特 性 等 问 题 。 在 整 机 的 机 电 耦 合 方面 , 国 内 外 对 机 床 误 差 分 析 与 补 偿 的研 究 工 作 虽 然 不 少 , 但 涉 及 到 高 速 进给 机 构 的 动 态 误 差 分 析 与 补 偿 的 研 究工 作 却 少 有 报 道 。 现 有 的 研 究 均 是 基于 现 有 机 床 的 动 静 热 特 性 分 析 , 依 据分 析 结 果 进 行 局 部 的 改 进 , 而 对 整 机集 成 方 面 的 研 究 还 很 不 足 。表 1 直 线 电 机 高 速 进 给 单 元 与 传 统 滚 珠 丝 杠 进 给 系 统 的 参 数 比 较直 线 电 机 进 给 系 统现 状 展 望 (2015 年 )最 高 速 度 (m/s) 0.67 2 3~4最 高 加 速 度 (g) 0.5~1 1~1.5 2~10静 态 刚 度 (N/µm) 88~176 69~265 /动 态 刚 度 (N/µm) 88~176 157~206 /稳 定 时 间 (ms) 100 10~12 /最 大 进 给 力 (N) 26700 9000 15000工 作 可 靠 性 (h) 6000~10000 50000 /数 据 来 源 于 GE FANUC18 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

产 业 趋 势Trends2020 年 前重 点 发 展 的 先 进 成 形 技 术 分 析文 / 李 新 亚 机 械 科 学 研 究 总 院 先 进 成 形 技 术 与 装 备 国 家 重 点 实 验 室进 成 形 技 术 代 表 成 形 加 工 业 的 未先来 , 一 直 得 到 国 家 的 高 度 关 注 。近 几 十 年 来 , 先 进 成 形 技 术 在 国 内 外的 快 速 发 展 促 进 了 成 形 生 产 的 优 质 、高 效 、 低 耗 、 清 洁 、 灵 活 。先 进 成 形 技 术 将 向 精 密 化 、 数 字化 、 智 能 化 和 绿 色 化 的 方 向 发 展 , 成为 未 来 制 造 业 赖 以 生 存 的 基 础 和 可 持续 发 展 的 关 键 。 结 合 目 前 我 国 成 形 技术 及 装 备 制 造 的 现 状 及 世 界 先 进 成 形技 术 与 装 备 的 发 展 趋 势 ,2020 年 前 要重 点 发 展 的 先 进 成 形 技 术 及 装 备 主 要体 现 在 以 下 方 面 。一 、 精 密 成 形 技 术 及 装 备在 装 备 制 造 业 的 发 展 中 , 精 密 成形 技 术 是 未 来 成 形 技 术 领 域 中 的 “ 基础 之 基 础 ”, 在 未 来 的 成 形 技 术 竞 争 中将 起 到 关 键 作 用 。2020 年 前 , 我 国 重 点 发 展 的 精 密成 形 技 术 包 括 :(1) 轻 金 属 精 密 铸 造技 术 : 大 型 、 薄 壁 、 复 杂 钛 合 金 铸 件熔 模 精 密 铸 造 技 术 ; 汽 车 复 杂 铝 、 镁合 金 高 真 空 压 铸 技 术 ; 铝 合 金 精 密 砂型 铸 造 成 套 技 术 。(2) 精 密 塑 性 成 形技 术 : 整 体 等 温 成 形 技 术 ; 薄 壁 复 杂轻 量 化 构 件 塑 性 成 形 理 论 与 技 术 , 精密 轧 制 成 形 技 术 , 冷 温 塑 性 成 形 技 术 。(3) 粉 末 冶 金 零 件 的 高 精 度 成 形 技 术 :粉 末 温 压 成 形 技 术 、 注 射 成 形 技 术 、高 速 压 制 技 术 、 全 自 动 粉 末 精 密 成 形装 备 设 计 与 制 造 。(4) 精 密 连 接 新 技术 : 高 速 搅 拌 摩 擦 焊 及 曲 面 零 件 的 搅拌 摩 擦 焊 技 术 ; 异 种 材 料 点 焊 、 摩 擦 焊 、激 光 焊 接 技 术 。随 着 镁 铝 合 金 大 型 压 铸 件 需 求 量的 大 幅 增 长 , 急 需 研 制 3000 吨 以 上 的大 型 精 密 压 铸 成 套 设 备 。 最 大 空 压 射 速度 要 达 到 8m/s, 压 射 力 达 1500kN。 目前 , 我 国 汽 车 发 动 机 缸 体 、 缸 盖 、 曲 轴 、变 速 箱 等 重 要 铸 件 的 精 密 成 形 设 备 仍然 依 赖 于 进 口 。 因 此 要 研 制 全 自 动 静压 造 型 设 备 , 设 计 生 产 率 240 箱 / 小 时 ,年 产 70 万 只 轿 车 缸 体 铸 件 。 该 设 备 包括 多 触 头 压 实 装 置 , 快 速 自 动 更 换 模板 机 构 。二 、 复 合 成 形 技 术 及 装 备随 着 工 业 的 发 展 , 一 些 特 殊 材 料以 及 极 限 零 件 的 成 形 制 造 造 就 了 一 批复 合 新 工 艺 。 复 合 成 形 新 技 术 包 括 定向 凝 固 熔 模 铸 造 、 新 材 料 管 材 塑 性 成形 技 术 、 冷 温 塑 性 成 形 技 术 、 复 合 热源 焊 接 技 术 、 超 塑 成 形 / 扩 散 连 接 技 术 、电 磁 与 冲 压 复 合 成 形 技 术 、 无 模 碾 压数 字 化 成 形 技 术 等 。(1) 激 光 - 电 弧 复 合 热 源 焊 接激 光 - 电 弧 复 合 热 源 焊 接 技 术 对镁 、 铝 、 钛 等 轻 合 金 以 及 新 型 钢 材 的焊 接 具 有 重 要 的 意 义 , 它 克 服 了 激 光机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 19

产 业 趋 势Trends焊 对 部 件 组 装 非 常 苛 刻 的 缺 点 , 使 激光 焊 接 技 术 可 以 进 行 大 型 船 体 的 高 速焊 接 , 航 天 、 航 空 燃 料 箱 、 飞 机 整 流 罩 、尾 翼 等 关 键 部 件 成 型 模 具 的 精 密 焊 接与 修 复 。 图 1 是 激 光 - 电 弧 复 合 焊 接技 术 在 Audi A8 上 的 应 用 , 焊 缝 总 长4.5m, 位 于 车 顶 侧 面 框 架 。图 1 激 光 - 电 弧 复 合 焊 接 技 术 在 Audi A8 上 的应 用(2) 定 向 凝 固 熔 模 铸 造随 着 航 空 工 业 发 展 的 需 求 及 技 术的 发 展 , 传 统 的 失 蜡 铸 造 已 经 发 展 成为 定 向 凝 固 熔 模 铸 造 精 确 成 形 新 技 术 ,可 以 直 接 生 产 高 温 合 金 单 晶 体 燃 气 轮机 叶 片 , 这 是 精 确 铸 造 成 形 技 术 在 航空 航 天 工 业 中 应 用 的 杰 出 范 例 。 图 2显 示 了 高 温 合 金 叶 片 由 等 轴 晶 到 定 向凝 固 , 再 到 单 晶 的 发 展 过 程 。 图 3 示意 说 明 了 我 国 以 及 国 外 铸 造 高 温 合 金发 展 概 况 。 在 该 领 域 我 国 与 美 国 等 工业 发 达 国 家 相 比 , 仍 然 存 在 较 大 差 距 ,是 需 要 重 点 发 展 的 领 域 。图 2 高 温 合 金 叶 片 的 三 个 发 展 阶 段近 年 来 , 随 着 激 光 填 丝 焊 和 激 光电 弧 复 合 焊 接 技 术 的 研 究 , 我 国 引 进了 德 国 通 快 6005 五 轴 激 光 加 工 机 , 国内 自 行 研 制 了 多 种 激 光 加 工 专 用 工 装夹 具 。 到 2020 年 , 我 国 要 自 行 研 制 大功 率 激 光 焊 接 设 备 。 激 光 的 功 率 要 达到 6kW 以 上 , 具 有 激 光 填 丝 焊 和 激 光电 弧 复 合 焊 接 、 激 光 熔 覆 、 修 复 等 多元 功 能 , 智 能 化 自 适 应 控 制 。图 3 我 国 及 国 外 铸 造 高 温 合 金 发 展 概 况三 、 数 字 化 成 形 技 术 及 设 备数 字 化 成 形 是 在 虚 拟 现 实 、 计 算机 网 络 、 数 字 控 制 、 数 据 库 等 数 字 技术 支 撑 下 , 对 成 形 过 程 进 行 数 字 化 定量 、 表 述 、 存 储 、 处 理 和 控 制 , 实 现对 产 品 性 能 预 估 和 可 成 形 性 分 析 。我 国 在 成 形 制 造 过 程 模 拟 仿 真 技术 研 究 方 面 , 特 别 是 在 铸 造 、 锻 造 、 轧制 、 焊 接 及 热 处 理 等 过 程 的 宏 观 模 拟 技术 方 面 也 已 取 得 重 要 进 展 , 有 关 成 果 在生 产 实 际 中 得 到 一 定 应 用 。 但 总 的 来 说 ,在 成 形 制 造 过 程 的 模 拟 研 究 方 面 起 步 较晚 , 仍 需 进 一 步 加 强 更 深 入 的 理 论 研 究 。基 于 建 模 与 仿 真 的 数 字 化 成 形 制 造 技 术的 重 点 发 展 方 向 为 : 成 形 制 造 过 程 中 的多 尺 度 、 多 功 能 、 多 学 科 、 高 精 度 、 高效 率 模 拟 仿 真 理 论 与 方 法 及 加 工 制 造 过程 建 模 与 仿 真 技 术 平 台 ; 成 形 制 造 工 艺知 识 工 程 理 论 与 方 法 ; 复 杂 零 件 、 复 杂工 艺 的 高 效 快 速 计 算 ; 成 形 制 造 过 程 智能 化 控 制 技 术 。虚 拟 现 实 技 术 在 我 国 的 正 式 研 究起 步 较 晚 , 发 展 到 现 在 已 初 步 取 得 了一 些 成 果 , 但 与 发 达 国 家 相 比 还 有 很大 的 差 距 。 到 2020 年 , 我 国 的 大 部 分汽 车 制 造 企 业 都 要 建 成 自 己 的 虚 拟 现实 开 发 中 心 , 建 立 面 向 汽 车 虚 拟 设 计 、零 部 件 虚 拟 制 造 、 虚 拟 装 配 、 维 护 和维 修 的 虚 拟 现 实 系 统 。四 、 智 能 成 形 技 术 及 装 备智 能 成 形 的 本 质 是 应 用 人 工 智 能理 论 和 技 术 解 决 成 形 中 的 问 题 。 智 能成 形 技 术 已 逐 渐 渗 透 到 先 进 成 形 领 域的 各 个 环 节 。 目 前 , 锻 造 产 品 及 锻 造模 具 设 计 的 智 能 优 化 , 锻 造 过 程 的 智能 控 制 已 成 为 锻 造 发 展 的 重 要 方 向 。焊 接 更 是 智 能 程 度 较 高 的 一 个 领 域 。一 个 焊 接 过 程 自 动 控 制 系 统 , 除 去 对焊 接 设 备 本 身 的 性 能 要 求 外 , 还 要 涉及 焊 接 过 程 传 感 、 焊 接 过 程 建 模 和 控制 器 设 计 三 方 面 关 键 技 术 。 图 4 是 北京 奔 驰 车 厂 机 器 人 白 车 身 装 焊 。 虽 然在 目 前 的 汽 车 行 业 , 焊 接 仍 然 是 机 器人 的 主 要 应 用 领 域 ( 如 焊 接 过 程 的 自动 跟 踪 、 自 适 应 控 制 和 焊 后 焊 缝 的 自动 质 量 检 测 ), 但 是 各 汽 车 公 司 正 利 用飞 速 发 展 的 计 算 机 技 术 不 断 地 扩 展 机器 人 的 适 用 范 围 。 图 5 是 德 国 KUKA 机器 人 在 铸 造 车 间 的 应 用 图 示 , 其 大 跨度 的 承 载 范 围 可 由 16kg 增 至 570kg,机 器 人 活 动 半 径 可 达 3700mm, 因 此 创造 了 更 多 的 工 作 空 间 , 并 可 以 直 接 安装 在 压 铸 机 上 , 非 常 灵 活 方 便 。图 4 北 京 奔 驰 车 厂 机 器 人 白 车 身 装 焊20 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

产 业 趋 势Trends图 5 KUKA 机 器 人 进 行 铸 造 操 作目 前 , 国 际 大 型 汽 车 企 业 基 本 都采 用 连 续 激 光 焊 接 车 身 技 术 。 我 国 汽车 整 体 焊 接 和 零 部 件 焊 接 都 需 要 自 动化 程 度 较 高 的 焊 接 成 套 设 备 。 焊 接 自动 化 成 套 设 备 , 包 括 由 1 种 车 型 生 产变 成 多 种 车 型 混 线 生 产 , 单 侧 激 光 焊缝 焊 接 时 间 为 13s, 实 现 5m 以 上 直 径大 型 薄 壁 储 箱 整 体 焊 接 装 配 与 自 动 化焊 接 的 稳 定 化 生 产 。我 国 虽 已 掌 握 了 弧 焊 机 器 人 、 点焊 机 器 人 、 喷 涂 机 器 人 、 搬 运 机 器 人等 设 计 、 制 造 和 应 用 技 术 , 但 在 机 器人 性 能 、 可 靠 性 和 大 型 应 用 工 程 方 面和 国 外 还 有 很 大 差 距 。 要 开 发 六 自 由度 焊 接 机 器 人 , 负 载 能 力 6 ~ 165kg,弧 焊 的 重 复 定 位 精 度 为 ±0.08mm, 点焊 的 重 复 定 位 精 度 为 ±0.4mm, 具 有 现场 总 线 通 讯 和 以 太 通 讯 功 能 。( 一 ) 绿 色 化 成 形 技 术 及 装 备绿 色 浪 潮 目 前 已 成 为 世 界 各 国 尤其 是 发 达 国 家 关 注 的 热 点 , 我 国 更 是 在“ 国 家 中 长 期 科 学 和 技 术 发 展 规 划 纲 要(2006-2020 年 )” 中 提 出 了 经 过 15 年的 努 力 , 使 我 国 主 要 工 业 产 品 单 位 能 耗指 标 达 到 或 接 近 世 界 先 进 水 平 的 目 标 ,2008 年 更 是 在 科 技 部 设 立 “ 工 业 领 域 节能 减 排 技 术 重 大 专 项 ”, 为 各 种 绿 色 成形 制 造 技 术 的 研 究 搭 建 了 一 个 更 广 阔 的平 台 。 今 后 一 段 时 间 , 主 要 发 展 的 绿 色成 形 制 造 技 术 包 括 : 铸 造 废 砂 回 收 再 利用 技 术 、 奥 贝 球 铁 短 流 程 熔 炼 技 术 、 大型 铸 件 无 模 组 装 造 型 技 术 、 大 型 铸 锻 件余 热 回 收 利 用 技 术 、 工 业 炉 节 能 降 耗 技术 、 汽 车 和 航 空 所 用 轻 质 、 高 强 度 框 架材 料 成 形 技 术 等 。我 国 要 开 发 大 型 砂 型 数 控 成 形 机 ,用 于 切 削 加 工 大 型 铸 件 的 砂 型 , 提 高大 型 铸 件 的 生 产 效 率 , 铸 件 精 度 , 节约 大 量 木 材 。 要 开 发 大 型 铸 锻 件 余 热回 收 成 套 设 备 , 对 大 型 铸 锻 件 生 产 中的 高 温 金 属 件 余 热 进 行 回 收 , 提 高 能源 利 用 率 。( 二 ) 新 材 料 成 形 技 术 及 装 备随 着 多 种 难 熔 难 加 工 高 温 结 构 金属 间 化 合 物 合 金 、 柱 晶 、 单 晶 、 超 细晶 及 纳 米 晶 等 特 殊 合 金 材 料 、 金 属 基复 合 材 料 的 使 用 , 很 多 新 的 方 法 也 将广 泛 应 用 于 新 材 料 的 先 进 成 形 过 程 。激 光 直 接 制 造 技 术 , 是 基 于 激 光 快 速成 形 的 “ 离 散 堆 积 ”、“ 添 加 式 制 造 ”的 基 本 概 念 和 激 光 熔 覆 技 术 而 发 展 起来 的 金 属 零 件 全 密 度 全 功 能 快 速 直 接成 形 制 造 技 术 。 其 实 质 都 是 利 用 送 粉式 激 光 熔 覆 逐 点 逐 层 添 加 沉 积 实 现 三维 任 意 形 状 高 性 能 金 属 零 件 的 近 成 形 。它 将 先 进 材 料 技 术 与 先 进 成 形 技 术 有机 融 为 一 体 , 不 但 要 保 证 零 件 成 形 的形 状 和 尺 寸 精 度 , 更 要 保 证 零 件 的 成分 、 组 织 和 性 能 达 到 使 用 要 求 。作 为 一 项 从 微 观 组 织 — 宏 观 性能 — 零 件 性 能 全 过 程 控 制 的 技 术 , 激光 直 接 制 造 主 要 包 括 从 常 用 合 金 粉 末到 高 性 能 金 属 零 件 的 实 现 、 梯 度 材 料的 制 备 与 梯 度 复 杂 零 件 的 制 造 、 特 种材 料 的 直 接 合 成 与 特 种 材 料 复 杂 零 件的 制 造 ; 陶 瓷 零 件 激 光 CVD 特 种 连 接技 术 , 将 实 现 SiC、Si3N4 及 其 复 合材 料 构 件 的 高 质 量 连 接 及 特 种 智 能 陶瓷 结 构 的 制 造 ; 快 速 凝 固 激 光 熔 敷 表面 加 工 制 造 技 术 将 在 钛 合 金 、 镍 基 高温 合 金 、 铝 合 金 等 零 件 表 面 制 备 出 性能 优 异 的 MoSi2、Ti5Si3 等 高 温 或超 高 温 金 属 硅 化 物 耐 磨 涂 层 、NiAl、TiAl 等 金 属 铝 化 物 涂 层 及 Cr3Si/Cr2Ni3Si、Mo2Ni3Si/NiSi 等 具 有 反常 磨 损 温 度 、 反 常 磨 损 速 度 、 不 粘 性等 性 能 的 多 元 多 相 过 渡 金 属 耐 磨 耐 蚀多 功 能 涂 层 材 料 。( 三 ) 大 型 铸 锻 焊 件 成 形 技 术 及 装 备目 前 国 内 大 型 铸 锻 焊 件 生 产 制 造的 整 体 水 平 与 发 达 国 家 相 比 , 不 论 是装 备 还 是 工 艺 技 术 水 平 , 还 是 产 品 品种 与 等 级 , 均 存 在 着 较 大 差 距 。 目 前我 国 部 分 产 品 国 内 尚 无 法 生 产 , 仍 需从 国 外 进 口 大 量 高 质 量 的 大 型 铸 锻 焊件 。 要 重 点 发 展 的 成 形 技 术 有 : 大 型高 质 量 铸 锻 焊 件 的 材 料 冶 炼 与 控 制 技术 , 大 型 复 杂 铸 件 的 少 余 量 制 造 工 艺与 质 量 控 制 技 术 , 单 件 、 小 批 量 大 型铸 件 无 模 数 字 化 快 速 制 造 技 术 。 力 学行 为 分 析 及 精 度 控 制 、 结 构 件 连 接 技术 和 铸 锻 件 热 处 理 技 术 、 大 型 铸 锻 工艺 优 化 及 缺 陷 预 测 、 大 型 铸 锻 焊 件 微观 组 织 模 拟 及 性 能 预 测 、 热 处 理 后 精确 非 破 坏 性 的 残 余 应 力 测 量 技 术 、 大型 锻 件 热 态 在 线 测 量 技 术 。航 空 及 燃 气 轮 机 模 锻 件 、 大 型船 用 模 锻 件 、 大 型 电 站 用 模 锻 件 、核 电 和 压 力 容 器 锻 件 等 , 需 要 使 用大 型 模 锻 压 机 制 造 。 我 国 要 自 行 研制 8 万 吨 模 锻 压 力 机 , 工 作 台 面4m×8m 量 级 , 闭 合 高 度 4.5m 量 级 ,要 解 决 主 机 架 、 主 工 作 缸 、 活 动 横 梁 、移 动 工 作 台 设 计 技 术 ; 超 大 、 超 长 、超 重 铸 锻 件 的 制 造 技 术 ; 液 压 传 动及 同 步 控 制 系 统 等 技 术 。机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 21

产 业 趋 势Trends( 四 ) 微 纳 成 形 技 术 及 装 备中 国 微 纳 米 技 术 的 发 展 已 步 入 了一 个 健 康 的 轨 道 , 已 经 从 “ 能 看 不 能用 ”, 走 向 实 用 化 与 产 业 化 。 重 点 发 展的 方 向 为 : 采 用 具 有 批 量 特 征 的 制 造方 法 , 向 单 片 集 成 或 混 合 集 成 技 术 发展 , 以 求 提 高 性 能 、 扩 大 规 模 、 降 低成 本 ; 注 重 微 系 统 技 术 与 纳 米 技 术 结合 , 利 用 特 征 尺 寸 小 于 100nm 的 微 纳结 构 表 现 出 的 优 异 特 性 , 开 发 高 精 度器 件 ; 与 生 物 技 术 结 合 , 使 生 化 与 医疗 微 纳 器 件 与 系 统 的 研 究 十 分 活 跃 ;与 非 硅 技 术 融 合 , 基 于 非 硅 材 料 加 工技 术 的 发 展 , 非 硅 MEMS 器 件 呈 现 增 长趋 势 , 充 分 发 挥 在 三 维 复 杂 加 工 及 在加 工 制 动 器 等 方 面 的 优 势 , 提 高 了 微纳 制 造 能 力 ; 从 材 料 制 造 向 结 构 和 器件 制 造 发 展 , 利 用 尺 度 效 应 , 研 究 高性 能 ( 高 精 度 、 高 灵 敏 度 、 高 功 能 密 度 )微 纳 结 构 和 器 件 。仿 壁 虎 爬 壁 机 器 人 是 模 仿 自 然 界中 壁 虎 的 精 巧 结 构 、 运 动 原 理 和 行 为方 式 的 机 器 人 系 统 。 它 采 用 由 微 纳 米加 工 工 艺 制 成 的 仿 壁 虎 吸 附 装 置 来 模拟 壁 虎 的 脚 趾 , 这 种 装 置 对 环 境 和 接触 表 面 的 适 应 性 远 远 地 强 于 传 统 的 吸附 装 置 , 且 吸 附 性 能 好 , 控 制 系 统 简单 。 这 类 机 器 人 在 核 工 业 、 石 油 企 业 、建 筑 行 业 、 消 防 部 门 以 及 造 船 业 、 公共 和 国 家 安 全 领 域 具 有 广 泛 而 迫 切 的需 求 。 我 国 要 自 行 研 制 出 一 种 对 环 境的 适 应 性 强 、 结 构 轻 巧 、 系 统 稳 定 可靠 、 运 动 灵 活 的 新 型 仿 壁 虎 爬 壁 机 器人 , 爬 行 速 度 要 达 到 和 超 过 20mm/s,爬 行 坡 面 角 度 要 超 过 65 o 。( 五 ) 自 动 检 测 和 无 损 检 测 技 术 及 装 备目 前 , 在 国 内 虽 然 大 规 模 的 制 造 企业 都 有 检 测 与 试 验 中 心 , 根 据 不 同 的成 形 工 艺 和 产 品 , 配 备 不 同 的 检 测 仪器 和 设 备 。 同 时 , 对 生 产 线 和 重 要 工位 , 还 配 备 了 在 线 检 测 仪 器 和 大 型 检测 设 备 。 但 自 动 检 测 和 无 损 检 测 水 平同 国 际 先 进 企 业 比 较 还 有 较 大 的 差 距 。2020 年 前 要 重 点 发 展 的 技 术 为 : 工 件成 形 过 程 中 不 同 工 序 的 高 效 率 、 高 精度 的 智 能 在 线 测 量 和 分 选 技 术 , 基 于CCD 或 激 光 原 理 的 非 接 触 式 在 线 或 在 位测 量 技 术 , 大 型 铸 锻 件 超 声 波 自 动 检测 技 术 、 热 态 在 线 测 量 技 术 及 高 能 射线 无 损 检 测 技 术 , 针 对 微 小 型 零 部 件的 微 纳 测 量 技 术 。针 对 重 大 装 备 领 域 的 精 密 测 量 要求 , 要 研 制 大 尺 寸 空 间 坐 标 测 量 系 统 ,以 解 决 大 型 、 超 大 型 工 件 整 体 尺 寸 与局 部 空 间 复 杂 之 间 的 矛 盾 , 提 高 大 尺度 、 超 大 尺 度 空 间 坐 标 测 量 范 围 和 精度 。 该 系 统 适 用 于 工 业 现 场 测 量 使 用 ,空 间 测 量 范 围 60m×40m×20m 以 上 ,分 辨 率 优 于 0.01mm, 终 端 测 量 站 测 量精 度 优 于 ±0.025mm, 全 局 测 量 精 度 优于 ±0.02mm/m。( 六 ) 故 障 预 警 和 诊 断 技 术 及 设 备在 材 料 的 成 形 加 工 过 程 中 对 设 备及 整 个 生 产 系 统 进 行 故 障 预 警 和 诊 断是 未 来 先 进 成 形 技 术 中 的 重 要 方 面 , 要重 点 发 展 的 技 术 包 括 : 远 程 在 线 实 时故 障 预 警 技 术 , 远 程 在 线 实 时 诊 断 和离 线 精 密 诊 断 相 结 合 的 技 术 , 诊 断 信息 的 通 用 化 、 标 准 化 的 传 递 和 共 享 技术 , 多 传 感 器 信 息 拾 取 与 融 合 的 综 合智 能 决 策 系 统 , 成 形 加 工 过 程 中 的 监控 策 略 、 故 障 特 征 提 取 、 诊 断 知 识 库管 理 , 针 对 重 大 装 备 的 故 障 模 式 、 原因 及 解 决 方 法 的 数 据 库 的 建 立 , 对 未遇 到 过 的 或 无 法 预 计 的 成 形 加 工 状 态及 异 常 、 故 障 状 态 进 行 自 动 分 析 、 处 理 、监 控 的 技 术 。采 用 监 控 设 备 “ 积 木 式 ” 组 合 方式 来 搭 建 监 控 平 台 , 同 时 提 供 软 件 的通 用 化 标 准 接 口 及 监 测 设 备 的 自 诊 断 、自 适 应 功 能 模 块 。 用 户 可 以 运 用 基 本的 、 标 准 的 各 模 块 单 元 简 单 而 快 速 的搭 建 适 用 的 诊 断 系 统 , 并 最 终 实 现 软硬 件 系 统 的 高 度 集 成 应 用 。总 之 , 随 着 精 密 成 形 、 复 合 成 形 、数 字 化 成 形 、 智 能 成 形 、 绿 色 化 成 形 、新 材 料 成 形 、 大 型 铸 锻 焊 件 成 形 、 微纳 成 形 、 自 动 检 测 和 无 损 检 测 、 故 障预 警 和 诊 断 等 先 进 成 形 技 术 的 研 究 与设 备 开 发 , 到 2020 年 , 我 国 工 业 增 加值 将 占 国 内 生 产 总 值 的 37.7% 左 右 ,制 造 科 技 的 总 体 水 平 将 进 入 国 际 先 进行 列 。 我 国 先 进 成 形 技 术 的 自 主 创 新能 力 将 大 大 增 强 , 重 大 装 备 国 产 化 比例 以 及 高 技 术 产 业 产 值 占 制 造 业 产 值的 比 重 将 大 幅 度 提 高 , 真 正 形 成 以 企业 为 主 体 的 技 术 创 新 体 系 , 在 先 进 成形 技 术 与 装 备 制 造 领 域 提 供 一 批 世 界一 流 的 创 新 成 果 。本 文 选 自 李 新 亚 《2020 年 先 进 成形 技 术 与 装 备 发 展 构 想 》 一 文 , 此 为第 二 部 分 , 第 一 部 分 已 在 4 月 刊 中 刊 登 ;第 三 部 分 将 在 6 月 刊 中 发 表 。22 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

BEIJINGESSEN2009北 京 埃 森 焊 接 展 上 海 开 幕北京 埃 森 焊 接 展 , 经 过 22 年的 发 展 已 成 为 当 今 世 界 传 播焊 接 技 术 , 展 示 新 产 品 的 国际 焊 接 行 业 盛 会 。2009 年 6 月 2 ~ 5日 在 上 海 浦 东 新 国 际 博 览 中 心 举 办 的第 十 四 届 北 京 埃 森 焊 接 与 切 割 展 览 会 ,总 共 报 名 展 商 近 900 家 , 预 定 展 位3600 多 个 , 展 览 面 积 70000 多 平 方 米 ,比 上 届 增 加 20% 左 右 , 而 且 今 年 将 仍有 部 分 展 商 的 展 位 预 定 需 求 得 不 到 满足 。 由 中 国 机 械 工 程 学 会 及 其 焊 接 分会 、 中 国 焊 接 协 会 、 中 国 电 器 工 业 协会 电 焊 机 分 会 、 德 国 焊 接 学 会 、 德 国埃 森 展 览 公 司 共 同 举 办 的 北 京 埃 森 焊接 与 切 割 展 览 会 是 目 前 亚 洲 最 大 、 世界 第 二 大 规 模 的 焊 接 专 业 展 览 会 。受 全 球 经 济 危 机 的 影 响 , 部 分 国际 企 业 的 经 营 受 到 影 响 , 今 年 的 参 展计 划 做 了 大 幅 缩 减 , 但 是 广 大 国 内 企业 , 参 展 依 然 踊 跃 , 甚 至 有 部 分 国 内企 业 于 危 机 之 际 , 积 极 扩 大 营 销 力 度 ,拓 展 市 场 , 大 幅 增 加 了 展 台 面 积 , 因而 整 个 展 会 的 面 积 依 然 能 保 持 增 长 的态 势 。 从 北 京 埃 森 焊 接 展 这 个 小 窗 口 ,我 们 看 出 中 国 焊 接 企 业 在 本 次 全 球 经济 危 机 中 表 现 出 来 的 顽 强 而 且 积 极 的经 营 理 念 。在 展 会 组 委 会 的 协 调 安 排 下 , 每届 北 京 埃 森 焊 接 与 切 割 展 览 会 闭 会 后均 出 一 期 “ 展 后 技 术 报 告 ”, 力 求 本 着权 威 性 、 科 学 性 、 公 正 性 的 原 则 , 总结 焊 接 与 切 割 行 业 各 领 域 的 技 术 发 展现 状 与 趋 势 。 此 举 也 是 为 了 充 分 发 挥好 北 京 埃 森 焊 接 展 作 为 焊 接 行 业 综 合平 台 的 作 用 , 使 展 会 成 为 当 今 了 解 世界 焊 接 行 业 发 展 的 窗 口 、 学 习 国 际 先进 焊 接 技 术 的 课 堂 、 开 展 与 国 际 同 行交 流 合 作 的 平 台 , 同 时 也 是 中 国 企 业参 与 全 球 焊 接 市 场 竞 争 的 舞 台 。当 前 经 济 形 势 不 容 乐 观 , 展 会 方希 望 能 积 极 发 挥 行 业 组 织 的 作 用 , 带领 焊 接 行 业 应 对 危 机 。 组 委 会 相 关 各配 套 学 术 活 动文 /《 机 械 工 程 导 报 》 编 辑 部方 中 , 由 中 国 焊 接 协 会 牵 头 , 会 同 国家 焊 接 材 料 监 督 检 测 中 心 、 中 国 电 器工 业 协 会 电 焊 机 分 会 , 及 中 国 焊 接 协会 下 属 的 焊 接 材 料 、 焊 接 设 备 及 焊 割机 具 三 个 专 业 委 员 会 联 合 举 办 了 2009年 度 焊 接 材 料 、 焊 割 机 具 行 业 高 峰 会议 及 焊 接 设 备 行 业 研 讨 会 , 专 门 探 讨了 在 当 前 经 济 背 景 下 焊 接 行 业 的 应 对措 施 , 强 调 发 挥 行 业 组 织 的 作 用 , 构建 和 谐 有 序 的 竞 争 氛 围 , 号 召 各 个 企业 加 大 自 主 创 新 的 力 度 , 调 整 产 品 结构 , 适 应 市 场 和 用 户 需 求 以 求 获 得 更快 发 展 。 通 过 全 方 位 多 渠 道 努 力 , 争取 在 危 机 的 背 景 下 为 展 商 搭 建 更 为 综合 有 效 的 会 展 平 台 , 和 展 商 一 起 努 力争 取 把 危 机 变 机 遇 。活 动 名 称 时 间 地 点IFWT2009 激 光 焊 接 国 际 论 坛 6 月 1 日 上 海 交 通 大 学2009 中 国 焊 接 产 业 论 坛 - 焊 接 自 动 化 6 月 1 日 上 海 仁 和 宾 馆2009 年 焊 接 材 料 行 业 协 会 会 员 大 会 6 月 1~3 日 良 安 大 饭 店中 国 焊 接 培 训 与 资 格 认 证 委 员 会(CANB) 委 员 会 议6 月 3 日 上 午 上 海 仁 和 宾 馆中 国 焊 接 协 会 第 五 届 理 事 会 第 四 次 会 议 6 月 4 日 上 海 仁 和 宾 馆中 国 电 器 工 业 协 会 电 焊 机 分 会 五 届 二 次会 员 大 会6 月 3 日 下 午 上 海 新 国 际 博 览 中 心机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 23

ESSEN 专 栏 COLUMNE1258 德 国 雷 姆 焊 接 技 术 有 限 公 司rehmcn@126.com www.rehmcn.cnMEGAPULS 数 字 双 脉 冲 MIG/MAG 焊 机 、MEGA.ARC 和 SYNERGIC.PRO 数 字 MIG/MAG 焊 机 、TIGER( 虎 )AC/DC 数 字 脉 冲 氩 弧 焊 机 和 INVERTIG.PRO AC/DC 脉 冲 氩 弧 焊 机 等 。 全 系 列 焊 机 暂 载 率 均 达 100%。E1722 上 海 韦 戈 技 术 工 程 有 限 公 司info@shwgec.com www.shwgec.comINVERPULSE 420 双 脉 冲 多 功 能 焊 机意 大 利 泰 尔 稳 (TELWIN) 公 司 研 发 的 数 字 化 程 序 控 制 双 脉 冲 MIG/MAG 焊 机 , 集 MIG/MAG/TIG/MMA 各种 焊 接 方 式 于 一 体 ; 内 置 50 个 专 家 程 序 和 40 个 自 主 设 定 程 序 ; 各 种 金 属 焊 接 应 付 自 如 。E2254 上 海 施 威 焊 接 产 业 有 限 公 司se@shiweiweld.com www.shiweiweld.comNB-500IV 逆 变 气 体 保 护 焊 机1. 慢 送 丝 引 弧 , 引 弧 成 果 率 高 。2. 具 有 收 弧 消 小 球 功 能 。3. 可 自 由 设 定 电 弧 特 性 , 焊 接 过 程 稳 定 ,飞 溅 小 。4. 采 用 清 晰 直 观 的 数 字 表 , 可 显 示 预 置 电 压 和 送 丝 速 度 。5.IGBT 高 频 逆 变 技 术 , 体 积 小 , 重 量 轻 ,节 能 省 电 , 高 温 工 作 环 境 适 应 性 强 。E2342 哈 尔 滨 华 崴 焊 切 股 份 有 限 公 司uvc828@126.com www.huawei-group.comT 型 钢 组 、 焊 、 矫 三 位 一 体 生 产 线 是 将 切 割 好 的 直 条 钢 板 按 工 艺 要 求 自 动 组 立 、 焊 接 成 T 型 材的 焊 接 设 备 。 有 普 通 T 型 钢 生 产 线 和 多 头 T 排 两 种 T 型 材 生 产 设 备 , 适 用 于 造 船 、 冶 金 、 建 筑 、 钢结 构 等 行 业 。E2502 唐 山 开 元 机 器 人 系 统 有 限 公 司info@robotweld.com.cn www.robotweld.com.cn中 厚 板 焊 接 机 器 人 系 统 : 针 对 工 程 机 械 、 重 容 重 机 、 铁 道 车 辆 、 钢 结 构 、 桥 梁 、 机 床 制 造 等 多 个 焊接 领 域 , 为 用 户 提 供 最 佳 的 焊 接 解 决 方 案 。 窄 间 隙 MAG/MIG、 窄 间 隙 热 丝 TIG 焊 接 系 统 应 用 于 核 电 、 锅 炉 、重 型 机 械 等 行 业 。E2702 上 海 正 特 焊 接 器 材 制 造 有 限 公 司zhengte@zhengte.net www.zhengte.net率 先 在 国 内 推 出 输 入 电 压 220V 抽 头 气 保 焊 机 。 适 用 范 围 0.8mm 以 上 中 薄 板 的 焊 接 , 可 焊 接 碳 钢 、不 锈 钢 、 铜 、 铝 。 有 连 续 焊 、 点 焊 、 小 电 弧 补 焊 功 能 。 效 率 高 , 低 飞 溅 , 成 形 美 观 , 无 渣 , 明 弧 , 便 于观 察 , 有 利 于 实 现 焊 接 过 程 的 机 械 化 和 自 动 化 。24 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

COLUMN ESSEN 专 栏E3642 上 海 沪 工 电 焊 机 制 造 有 限 公 司 / 上 海 气 焊 机 厂hugong@hugong.com www.hugong.comNB-500 适 用 于 中 碳 钢 、 低 碳 钢 、 低 合 金 钢 及 不 锈 钢 等 , 中 、 薄 板 金 属 的 全 位 置 焊 接 , 采 用 IGBT 逆变 控 制 技 术 , 拥 有 NBK 和 NBC 焊 机 所 有 功 能 , 抗 电 网 电 压 波 功 能 力 强 , 焊 枪 带 自 锁 功 能 焊 接 电 压 连 续 可 调 。E4476 igm Robotersysteme AGoffice@igm-china.com www.igm-china.comigm RTI330 系 列 机 器 人 专 为 焊 接 设 计 , 全 数 字 控 制 的 多 达 16 个 轴 协 同 运 动 , 偏 置 式 空 心 设 计可 避 免 焊 接 电 缆 的 缠 绕 , 基 于 windows 下 的 编 程 软 件 全 中 文 显 示 , 内 嵌 多 层 焊 等 多 种 软 件 包 , 操 作便 捷 , 简 单 易 学 , 可 以 实 现 钢 、 铝 合 金 等 材 料 的 单 双 丝 焊 接 。E5013 上 海 威 特 力 焊 接 设 备 制 造 股 份 有 限 公 司chendakang@126.com www.wtl.com.cnWS/WSM 系 列 全 数 字 化 直 流 / 脉 冲 氩 弧 焊 机WS/WSM SERIES DIGITAL CONTROL DC PULSED TIG WELDER 采 用 高 性 能 MCU, 人 机 交 互 界 面 、 智能 高 频 、 划 擦 引 弧 技 术 。E5362 上 海 华 瓯 电 焊 机 有 限 公 司master@htweld.com www.htweld.com逆 变 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 机 ,Inverter CO2/MIG/MAG Gas Shielded Welder, 该 设 备 采 用 IGBT和 波 控 技 术 , 飞 溅 小 , 电 流 和 电 压 可 持 续 调 节 , 而 且 调 节 范 围 教 宽 , 暂 载 率 高 , 焊 接 变 形 小 , 焊 缝成 型 好 。E5402 上 海 通 用 重 工 集 团 有 限 公 司tayor@sh-tayor.com www.sh-tayor.comNB- 逆 变 IGBT 半 自 动 气 体 保 护 焊 机 ( 软 开 关 控 制 )NB-Series Soft Switch Inverter SelfAuto Gas-Shielded Welding Machine 电 流 、 电 压 匹 配 容 易 , 适 应 范 围 宽 。 自 锁 功 能 , 降 低 焊 工 在大 规 范 长 焊 缝 焊 接 时 的 劳 动 强 度 。 负 载 持 续 率 高 , 可 长 时 间 连 续 焊 接 。 整 机 效 率 高 , 节 能 省 电 。E6742 德 国 ELMATECH- 阿 尔 马 泰 公 司sale@mdyc-l.com www.mdyc-L.comVARIO MIG 4002-600 具 有 MIG/MAG 焊 接 、MIG/MAG 脉 冲 焊 接 、MIG 铜 焊 ; 一 体 式 送 丝 装 置DV48-ROB 是 为 自 动 焊 接 设 备 和 机 器 人 配 备 的 最 佳 送 丝 装 置 , 通 过 可 选 的 焊 枪 , 可 快 速 存 取 多 达 15种 焊 接 程 序 等 。机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 25

教 育 培 训 与 认 证Education, Training and Certification学 科 交 叉 融 合 是 工 程 教 育 面 临 的 现 实 问 题 ,全 球 不 同 教 育 体 系 和 教 育 标 准 融 合 是 未 来 趋 势 ……教 育 界 与 企 业 的 互 动 是 工 程 人 才 培 养 的 关 键 ,工 程 师 的 职 业 发 展 也 需 要 教 育 界 与 企 业 互 动 ……企 业 发 展 的 根 本 动 力 是 创 新 ,创 新 型 工 程 人 才 的 培 养 是 教 育 界 和 企 业 界 的 共 同 目 标 ……融 合 · 互 动 · 创 新------ 面 向 社 会 需 求 , 服 务 科 学 发 展 的 工 程 教 育中 国 科 学 技 术 协 会 联 合 国 家 相 关 部 门 , 诚 邀 教 育 界 、 产 业 界 、 科 技 界 等 全 球 工 程 教 育 专 家 、 高 校 领 导 、 企 业 领 袖 、人 力 资 源 总 监 等 , 以 “ 融 合 • 互 动 • 创 新 ” 为 主 题 共 同 探 讨 面 向 企 业 需 求 , 服 务 科 学 发 展 的 工 程 教 育 。主 办 单 位 : 中 国 科 学 技 术 协 会支 持 单 位 : 中 华 人 民 共 和 国 教 育 部 中 国 人 力 资 源 和 社 会 保 障 部 中 国 科 学 技 术 部 中 国 住 房 和 城 乡 建 设 部 中 国 科学 院 中 国 工 程 院联 合 承 办 : 中 国 机 械 工 程 学 会 中 国 公 路 学 会 中 国 汽 车 工 程 学 会 中 国 电 机 工 程 学 会 中 国 电 工 技 术 学 会 中 国仪 器 仪 表 学 会 中 国 电 子 学 会 中 国 计 算 机 学 会 中 国 腐 蚀 与 防 护 学 会 美 国 电 气 电 子 工 程 师 学 会 英 国 工 程 技 术 学 会澳 大 利 亚 工 程 师 学 会 美 国 机 械 工 程 师 学 会 ……协 办 媒 体 :《 商 务 周 刊 》时 间 :2009 年 10 月 21 ~ 22 日 地 点 : 北 京 • 科 技 会 堂大 会 组 成 单 元 及 日 程2009 年 10 月 20 日 , 星 期 二 会 议 注 册18:00-20:00 欢 迎 晚 宴2009 年 10 月 21 日 , 星 期 三8:30 开 幕 式大 会 主 席 、 中 国 科 学 院 院 长 路 甬 祥 教 授 致 词 , 中 国 科 协 及各 协 办 部 门 领 导 讲 话 。09:10 - 15:30 大 会 报 告Lueny Morell, 国 际 工 程 教 育 学 会 联 合 会 主 席 《 历 史 关 键时 刻 下 的 21 世 纪 工 程 教 育 与 创 新 》潘 云 鹤 , 中 国 工 程 院 常 务 副 院 长 《 走 向 创 新 - 中 国 创 新 型工 程 科 技 人 才 研 究 》顾 秉 林 , 清 华 大 学 校 长 《 开 放 变 革 、 合 作 创 新 - 全 球 化 背景 下 中 国 工 程 教 育 的 发 展 》Archie Johnston, 悉 尼 科 技 大 学 工 程 与 信 息 技 术 系 主 任《 企 业 与 高 校 合 作 关 系 》姜 澄 宇 , 西 北 工 业 大 学 校 长 《 工 程 教 育 实 践 与 思 考 》Erkki Ormala, 诺 基 亚 公 司 全 球 副 总 裁 题 目 待 定15:40 - 18:00 教 育 与 企 业 关 系 之 高 端 对 话 ( 拟 邀 嘉 宾 )余 寿 文 , 中 国 工 程 教 育 认 证 专 家 委 员 会 常 务 副 主 任2009 国 际 工 程 教 育 大 会杨 叙 ,INTEL 公 司 大 中 华 区 总 裁赵 福 全 , 吉 利 集 团 副 总 裁 ……18:20-20:00 招 待 晚 宴2009 年 10 月 22 日 , 星 期 四9:00-12:00分 会 场 一 : 工 程 教 育 专 业 认 证国 际 工 程 教 育 互 认 与 工 程 教 育 专 业 认 证 。分 会 场 二 : 工 程 创 新 人 才 成 长 之 路工 程 创 新 人 才 的 培 养 , 创 新 文 化 环 境 的 培 育 以 及 工 程 师职 业 发 展 与 继 续 教 育 。分 会 场 三 : 面 向 企 业 需 求 的 工 程 教 育面 向 企 业 需 求 的 工 程 师 培 训 、 工 程 硕 士 及 项 目 驱 动 模 式的 人 才 培 养 等 。12:00 会 议 闭 幕* 会 议 语 言 是 英 语 , 提 供 中 英 文 互 译 的 同 声 传 译 服 务 。详 情 请 联 系 : 中 国 机 械 工 程 学 会联 系 人 : 梁 莹 电 话 :010-68799037传 真 :010-68799050 E-mail :liangy@cmes.org地 址 : 北 京 市 海 淀 区 首 体 南 路 9 号 主 语 国 际 4 号 楼 11 层邮 编 :10004826 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

管 理 新 知Management Insight创 新 的 边 界记 得 安 然 公 司 吗 ? 就 是 那 个 曾 在还全 球 500 强 中 排 名 第 7 的 公 司 ,那 个 年 营 业 收 入 上 千 亿 美 元 的 公 司 。如 果 不 是 “ 鬼 使 神 差 ”, 它 现 在 可 能 还在 世 界 能 源 市 场 呼 风 唤 雨 , 可 能 还 被奉 为 传 统 行 业 的 创 新 典 范 。拿 蒙 牛 和 安 然 相 比 似 乎 不 太 恰 当 。不 过 二 者 确 有 相 似 之 处 : 同 样 蜗 居 传统 行 业 , 创 新 能 力 同 样 很 强 , 也 同 样地 出 事 了 。今 年 2 月 2 日 , 国 家 质 检 总 局 向内 蒙 古 自 治 区 质 量 技 术 监 督 局 发 出 公函 , 要 求 该 局 责 令 蒙 牛 公 司 停 止 向 “ 特仑 苏 ” 牛 奶 添 加 OMP 物 质 。 学 者 方 舟子 认 为 ,OMP 物 质 与 IGF-1( 胰 岛 素样 生 长 因 子 , 一 种 激 素 类 蛋 白 ) 应 是同 一 种 物 质 , 而 IGF-1 会 增 加 癌 症 发病 率 。此 事 已 然 沸 沸 扬 扬 。 在 三 聚 氰 胺事 件 中 损 失 惨 重 的 蒙 牛 再 遭 重 重 一 棒 ,其 中 是 非 且 按 下 不 表 。 我 们 要 说 的 是 ,蒙 牛 出 事 的 是 其 高 端 产 品 特 仑 苏 , 而这 也 是 蒙 牛 的 创 新 性 产 品 。 创 新 , 并不 总 是 给 企 业 带 来 高 额 利 润 , 还 可 能带 来 无 尽 的 麻 烦 。 越 来 越 多 的 事 例 告诉 我 们 , 创 新 是 有 边 界 的 。创 新 最 为 人 所 熟 知 的 一 条 边 界 是成 效 边 界 。 创 新 需 要 偏 执 与 狂 热 。 然而 , 企 业 的 创 新 与 个 体 发 明 家 不 同 的是 , 后 者 可 以 穷 其 毕 生 精 力 去 追 求 某个 目 标 , 而 企 业 却 必 须 关 注 创 新 的 成效 —— 不 仅 要 有 成 果 , 而 且 还 要 高 效 。2001 年 , 杨 元 庆 到 华 为 参 观 时 表 示 ,联 想 要 加 大 研 发 投 入 , 做 高 科 技 的 联想 。 华 为 老 总 任 正 非 对 他 说 :“ 开 发 可不 是 一 件 容 易 的 事 , 你 要 做 好 投 入 几十 个 亿 , 几 年 不 冒 泡 的 准 备 。” 这 句 话的 另 一 层 不 适 合 明 言 的 意 思 是 : 如 果最 终 能 冒 出 泡 来 , 已 经 是 谢 天 谢 地 谢人 的 结 果 了 , 最 可 怕 的 是 巨 额 资 金 投机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 27

管 理 新 知Management Insight入 后 常 常 连 泡 都 不 冒 。 东 芝 公 司 在 高清 DVD 开 发 方 面 的 投 入 不 可 谓 少 , 但最 终 结 果 却 是 2008 年 不 得 不 忍 痛 退 出高 清 DVD 业 务 。 因 此 , 对 于 创 新 , 企业 不 能 仅 仅 看 到 美 好 的 愿 景 , 还 必 须充 分 考 虑 到 越 过 成 效 边 界 后 企 业 的 承受 能 力 , 并 做 好 预 案 以 应 对 “ 不 冒 泡 ”的 最 坏 结 局 , 必 要 时 还 要 设 定 好 “ 止损 点 ”, 以 防 企 业 因 此 而 被 拖 垮 。创 新 的 第 二 条 边 界 是 风 险 边 界 。这 里 所 说 的 风 险 特 指 除 法 律 、 道 德 等风 险 之 外 的 直 接 的 业 务 创 新 风 险 。 在金 融 行 业 , 该 边 界 更 为 明 显 。 次 贷 危机 的 原 因 复 杂 , 其 中 的 一 个 原 因 就 与无 视 风 险 边 界 的 金 融 创 新 有 关 。花 旗 向 来 以 大 胆 的 金 融 创 新 而 著称 , 次 级 债 就 是 其 “ 创 新 力 作 ” 之 一 。但 是 在 创 新 的 同 时 , 它 对 风 险 边 界 视而 不 见 , 并 披 着 金 融 创 新 的 外 衣 不 断放 纵 其 越 界 的 冲 动 。 在 J.P. 摩 根 等 公司 开 始 抛 售 次 债 相 关 产 品 时 , 花 旗 还逆 势 而 为 。 最 终 , 藏 在 创 新 背 后 的 毒蛇 露 出 了 狰 狞 的 面 目 , 花 旗 被 狠 狠 咬了 一 口 , 不 得 不 接 受 美 国 政 府 的 施 救 。这 场 金 融 危 机 给 了 我 们 太 多 的 警 示 。第 三 条 边 界 是 法 律 边 界 。 创 新 是一 种 突 破 , 一 些 创 新 不 仅 是 对 技 术 的突 破 , 也 是 对 现 行 法 律 的 突 破 。 有 时 ,很 难 评 判 这 样 的 突 破 是 否 合 理 , 因 为法 律 本 身 就 有 其 不 完 备 之 处 , 即 使 最完 善 的 法 律 制 度 也 很 难 避 免 漏 洞 , 遇到 很 多 在 当 初 制 定 法 律 时 没 有 遇 到 或没 有 考 虑 到 的 问 题 。 企 业 要 做 的 是 认真 评 估 在 创 新 越 过 法 律 边 界 后 可 能 付出 的 代 价 。 在 这 些 代 价 中 , 有 些 是 企业 能 承 担 得 起 的 , 有 些 对 企 业 来 说 却是 灭 顶 之 灾 。英 国 有 一 家 保 险 公 司 曾 推 出 过 两款 “ 创 新 性 ” 的 保 险 产 品 , 一 是 “ 吸毒 者 保 险 ”, 二 是 “ 妓 女 保 险 ”, 专 门为 吸 毒 者 和 妓 女 在 吸 毒 或 卖 淫 活 动 时可 能 遭 遇 的 各 种 意 外 或 死 亡 、 伤 残 等提 供 保 险 。 两 款 产 品 推 出 后 , 遭 到 了英 国 公 众 的 普 遍 反 对 。 他 们 认 为 这 与英 国 社 会 道 德 观 念 和 价 值 观 相 冲 突 ,无 异 于 纵 容 道 德 败 坏 行 为 。 迫 于 公 众压 力 , 该 公 司 不 得 不 废 除 这 两 款 产 品 。在 英 国 , 该 公 司 的 此 类 创 新 或 许 只 涉及 道 德 问 题 。 如 果 在 我 国 或 其 他 一 些国 家 , 此 举 就 不 仅 仅 是 道 德 问 题 了 ,而 是 越 过 了 法 律 的 边 界 。第 四 条 边 界 是 道 德 边 界 。 也 许 有人 会 质 疑 , 创 新 无 关 乎 道 德 , 其 实 不 然 。尽 管 并 非 所 有 创 新 都 会 涉 及 道 德 问 题 ,但 这 同 样 也 并 不 意 味 着 所 有 创 新 都 不可 以 将 道 德 视 如 无 物 。 某 种 创 新 可 能不 涉 及 违 法 问 题 , 但 如 果 它 与 社 会 最基 本 的 价 值 观 相 抵 触 , 那 么 它 也 是 有风 险 的 。 蒙 牛 事 件 即 如 此 。 姑 且 不 论添 加 OMP 是 否 违 法 , 蒙 牛 的 所 为 起 码有 夸 大 宣 传 和 损 害 消 费 者 知 情 权 的 嫌疑 —— 我 们 时 刻 不 应 忘 记 创 新 本 身 的模 糊 性 。大 多 数 企 业 并 非 毫 不 知 晓 这 些 边界 的 存 在 , 为 什 么 因 此 而 出 事 的 例 子仍 屡 见 不 鲜 ? 创 新 是 要 付 出 成 本 的 。有 些 成 本 是 显 性 的 ( 如 资 金 和 人 力 的投 入 ), 有 些 却 是 隐 性 的 。 很 多 企 业往 往 只 关 注 显 性 成 本 , 以 为 只 有 这 些成 本 才 会 决 定 创 新 的 成 败 乃 至 企 业 的成 败 。 殊 不 知 隐 性 成 本 同 样 不 可 忽 视 ,有 时 甚 至 更 为 关 键 。 不 论 金 融 危 机 也好 , 蒙 牛 事 件 也 罢 , 都 从 不 同 角 度 诠释 了 重 视 创 新 边 界 的 重 要 性 。对 于 创 新 成 效 问 题 的 解 决 , 更 多地 要 依 赖 于 技 术 和 思 维 的 突 破 。 一 些企 业 正 在 进 行 许 多 有 益 的 尝 试 , 以 新的 思 路 进 行 创 新 。 这 些 新 思 路 可 以 概括 为 : 全 员 创 新 和 全 源 创 新 。 所 谓 全员 创 新 是 指 公 司 内 部 所 有 员 工 参 与 创新 , 而 全 源 创 新 则 是 指 善 于 利 用 客 户 、供 应 商 乃 至 竞 争 对 手 等 多 种 来 源 的 力量 进 行 创 新 。 当 然 , 成 效 边 界 问 题 不是 仅 靠 这 个 就 能 彻 底 解 决 的 , 它 还 涉及 到 创 新 管 理 、 企 业 内 部 制 度 、 企 业文 化 等 具 体 问 题 , 需 要 系 统 地 加 以 解决 。对 于 风 险 边 界 问 题 , 尤 为 值 得 注意 。 在 创 新 中 , 企 业 不 能 只 见 馅 饼 不 见陷 阱 , 只 见 收 益 不 见 风 险 。 对 一 些 创 新性 产 品 , 要 对 潜 在 风 险 有 足 够 的 估 计 ,并 密 切 注 意 预 警 信 号 。J.P. 摩 根 给 了我 们 一 个 很 好 的 启 示 。 在 次 贷 危 机 中 ,该 公 司 的 损 失 明 显 小 于 花 旗 和 美 林 等公 司 , 这 是 因 为 它 更 早 地 发 现 了 预 警信 号 。2005 ~ 2006 年 , 美 国 金 融 行 业的 证 券 化 抵 押 贷 款 业 务 进 入 狂 热 之 中 。2006 年 10 月 ,J.P. 摩 根 在 一 次 零 售银 行 月 度 业 务 总 结 中 发 现 次 级 贷 款 的拖 延 还 贷 率 正 以 令 人 担 忧 的 速 度 攀 升 ,此 外 他 们 还 发 现 了 更 多 值 得 警 惕 的 信号 。 该 公 司 据 此 判 断 , 其 中 的 风 险 已经 相 当 高 。2006 年 10 月 中 旬 , 该 公 司CEO 给 正 在 卢 旺 达 度 假 的 证 券 化 产 品 总裁 威 廉 姆 • 金 紧 急 打 电 话 , 命 令 他 尽快 设 法 解 决 该 问 题 。2006 年 底 ,J.P. 摩根 开 始 抛 售 其 持 有 的 次 级 债 , 将 其 120多 亿 美 元 的 次 贷 相 关 产 品 几 乎 悉 数 抛尽 , 从 而 避 免 了 重 大 损 失 。对 于 法 律 边 界 和 道 德 边 界 , 企 业更 多 地 需 要 有 一 种 自 我 约 束 力 , 因 为外 在 约 束 必 须 通 过 内 在 约 束 方 起 作 用 。在 现 代 社 会 中 , 信 息 已 成 为 像 空 气 一样 的 公 共 物 品 , 企 业 时 刻 处 在 公 众 的视 线 之 内 , 这 要 求 企 业 必 须 比 以 往 更为 坚 定 地 抵 挡 高 法 律 风 险 和 高 道 德 风险 利 润 的 色 诱 。28 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

学 会 动 态CEMS News■ 中 国 机 械 工 程 学 会 首 次 举 行 见 习工 业 工 程 师 资 格 考 试2009 年 4 月 11 日 , 中 国 机 械 工程 学 会 首 次 开 展 “ 见 习 工 业 工 程 师 资格 考 试 ”。 共 有 109 名 工 业 工 程 专 业 的学 生 参 加 了 考 试 。 见 习 工 业 工 程 师 资格 考 试 是 中 国 机 械 工 程 学 会 根 据 企 业 、社 会 对 见 习 工 业 工 程 师 的 需 求 设 立 的 ,属 于 机 械 工 程 师 资 格 认 证 中 专 业 工 程师 资 格 认 证 范 畴 。■ 中 国 机 械 工 程 学 会 8 种 期 刊 入 选中 国 科 协 精 品 科 技 期 刊 工 程2009 年 度 中 国 科 协 精 品 科 技 期 刊示 范 项 目 和 英 文 版 期 刊 国 际 推 广 项 目评 审 结 果 日 前 公 布 , 中 国 机 械 工 程 学会 主 办 的 《 机 械 工 程 学 报 》 获 得 中 国科 协 精 品 科 技 期 刊 示 范 项 目 B 类 资 助 ,《 中 国 机 械 工 程 》、《 焊 接 学 报 》《 特 种铸 造 及 有 色 合 金 》《 塑 性 工 程 学 报 》《 中国 表 面 工 程 》《 润 滑 与 密 封 》 入 选 非 资助 项 目 ,《 中 国 机 械 工 程 学 报 ( 英 文 版 )》获 得 英 文 版 期 刊 国 际 推 广 项 目 资 助 。■ 2009 全 国 青 年 摩 擦 学 及 工 业 应 用学 术 会 议 在 湖 南 召 开2009 全 国 青 年 摩 擦 学 及 工 业 应 用学 术 会 议 于 2009 年 5 月 8 ~ 10 日 在湖 南 省 长 沙 召 开 , 会 议 由 中 国 机 械 工程 学 会 摩 擦 学 分 会 和 摩 擦 学 分 会 青 年工 作 委 员 会 主 办 , 承 办 单 位 为 中 南 大学 和 湘 潭 大 学 。会 议 期 间 召 开 了 湖 南 省 摩 擦 学 会成 立 大 会 , 还 召 开 了 青 年 工 作 委 员 会工 作 会 , 并 颁 发 第 九 届 青 年 工 作 委 员会 聘 书 。■ 激 光 先 进 制 造 技 术 应 用 学 术 研 讨会 在 北 京 召 开中 国 机 械 工 程 学 会 特 种 加 工 分 会和 中 国 光 学 学 会 激 光 加 工 专 业 委 员 会于 2009 年 4 月 10 ~ 12 日 在 北 京 联 合举 办 了 “ 激 光 先 进 制 造 技 术 应 用 学 术研 讨 会 ”, 会 议 由 北 京 工 业 大 学 激 光 工程 研 究 院 承 办 。■ 中 国 机 械 工 程 学 会 在 沈 鸿 家 乡 海宁 举 行 科 普 周 活 动5 月 18 日 , 中 国 机 械 工 程 学 会 在沈 鸿 的 家 乡 —— 海 宁 开 展 数 字 化 制 造 科普 活 动 。 本 次 活 动 由 海 宁 市 人 民 政 府 与中 国 机 械 工 程 学 会 主 办 , 海 宁 市 科 学 技术 局 、 海 宁 市 科 学 技 术 协 会 承 办 , 海 宁市 经 贸 局 、 海 宁 市 教 育 局 、 中 共 海 宁 市委 党 校 、 海 宁 市 史 志 办 协 办 。预 告■ 2009 年 中 国 机 械 工 程 学 会 年 会主 办 单 位 : 中 国 机 械 工 程 学 会支 持 单 位 : 中 国 机 械 工 业 联 合 会 、中 国 科 学 技 术 协 会 、 中 国 工 程 院 机 械与 运 载 工 程 学 部 、 国 家 自 然 科 学 基 金委 员 会 工 程 与 材 料 科 学 部 、 北 京 市 科学 技 术 协 会会 议 主 要 内 容 及 日 程 安 排1. 国 际 机 械 工 程 学 会 联 合 会 主 题报 告 会 ( 面 向 公 众 开 放 , 限 额 参 加 )时 间 :2009 年 10 月 20 日地 点 : 中 国 机 械 工 业 集 团 公 司 总 部报 告 主 题 : 微 纳 米 制 造 技 术 、生 物 工 程 、 能 源 、 可 持 续 发 展 、 机械 工 程 人 力 资 源 开 发 、 行 业 与 政 府的 关 系2. 第 十 六 届 工 业 工 程 与 工 程 管 理国 际 学 术 会 议主 题 : 构 建 和 谐 北 京 发 展 的 工 业工 程 与 管 理 创 新时 间 :2009 年 10 月 21 ~ 23 日3. 第 三 届 国 际 机 械 工 程 与 力 学 会 议时 间 :2009 年 10 月 19 ~ 25 日地 点 : 北 京 友 谊 宾 馆主 题 : 节 能 、 减 灾 与 环 境 保 护内 容 :“ 关 键 结 构 健 康 监 测 的 理论 、 方 法 与 应 用 ”,“ 减 灾 与 防 灾 力 学 ”,“ 可 持 续 性 产 品 开 发 中 的 理 论 与 方 法 ”,“ 绿 色 制 造 ”。 以 及 机 械 工 程 和 力 学 领域 的 其 它 新 理 念 、 新 方 法 、 新 算 法 以及 试 验 与 应 用 研 究 。联 系 方 式联 系 人 : 左 晓 卫电 话 :010-68799033传 真 :010-68799050Email :2009nh@cmes.org■ 第 九 届 全 国 摩 擦 学 大 会 暨 中 国 机械 工 程 学 会 摩 擦 学 分 会 成 立 30 周 年庆 典中 国 机 械 工 程 学 会 摩 擦 学 分 会 第七 届 委 员 会 主 任 会 议 决 定 于 2009 年 10月 18 ~ 20 日 在 北 京 召 开 第 九 届 全 国摩 擦 学 大 会 暨 庆 祝 中 国 机 械 工 程 学 会摩 擦 学 分 会 成 立 30 周 年 会 议 。主 办 单 位 : 中 国 机 械 工 程 学 会 摩擦 学 分 会承 办 单 位 : 清 华 大 学 摩 擦 学 国 家重 点 实 验 室联 系 方 式联 系 人 : 白 秀 琴 13871203123吴 伊 敏 13886191506电 话 :027-83641630Email :tribo@cmes.org机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 29

行 业 新 闻Trade News■ 全 国 机 械 设 计 教 学 研 究 会 成 立二 十 周 年 暨 第 十 一 届 全 国 机 械 设 计教 学 研 讨 会 议由 中 国 机 械 工 程 学 会 机 械 设 计 分会 主 办 的 “ 纪 念 全 国 机 械 设 计 教 学 研究 会 成 立 二 十 周 年 暨 第 十 一 届 全 国机 械 设 计 教 学 研 讨 会 议 ”, 定 于 2009年 7 月 22 ~ 27 日 在 武 汉 召 开 。会 议 主 题 :1. 全 国 机 械 设 计 教 学研 究 二 十 年 回 顾 、 展 望 暨 第 四 届 全 国 大学 生 机 械 创 新 设 计 大 赛 有 关 信 息 发 布 ;2.《 机 械 设 计 》 课 程 教 学 质 量 、 教 学 改革 研 讨 与 经 验 交 流 ;3.“ 见 习 机 械 设 计工 程 师 资 格 考 试 ” 认 证 与 经 验 交 流 。联 系 方 式会 务 负 责 人 : 姜 柳 林电 话 :027-62990352Email :jiangll@hust.edu.cn■ 大 飞 机 项 目 确 定 首 批 8 个 博 士 后 项 目从 5 月 8 日 举 行 的 中 国 商 用 飞 机有 限 责 任 公 司 博 士 后 科 研 工 作 站 揭 牌仪 式 上 获 悉 , 作 为 我 国 大 飞 机 项 目 科研 攻 关 重 要 抓 手 的 博 士 后 科 研 工 作 站 ,目 前 已 确 定 2009 年 度 首 批 8 项 博 士 后立 项 项 目 , 开 始 接 受 申 请 人 的 申 请 。首 批 确 定 的 8 个 项 目 分 别 为 : 大型 客 机 机 翼 / 发 动 机 系 统 的 颤 振 特 性研 究 ; 发 动 机 短 舱 吊 挂 与 机 翼 融 合 式设 计 研 究 ; 大 型 客 机 增 升 装 置 综 合 优化 设 计 ; 新 型 合 金 材 料 精 密 热 处 理 技术 ; 数 字 化 自 动 对 接 装 配 工 艺 设 计 与仿 真 技 术 ; 飞 机 机 身 环 铆 系 统 研 制 及自 动 化 装 配 技 术 研 究 ; 面 向 柔 性 装 配的 钣 金 精 确 成 形 工 艺 设 计 与 仿 真 技 术 ;大 型 客 机 机 壁 板 制 造 中 的 激 光 焊 接 技术 研 究 。■ 三 维 金 属 纳 米 结 构 飞 秒 激 光 加 工获 重 要 进 展中 科 院 理 化 技 术 研 究 所 段 宣 明 团队 、 日 本 理 化 学 研 究 所 河 田 聪 团 队 通过 合 作 , 近 日 在 利 用 飞 秒 激 光 多 光 子纳 米 加 工 技 术 进 行 三 维 微 纳 结 构 制 备的 研 究 中 获 得 重 要 进 展 , 成 功 突 破 了光 学 衍 射 极 限 , 实 现 了 纳 米 尺 度 的 三维 金 属 纳 米 结 构 加 工 。近 年 来 , 利 用 飞 秒 激 光 直 写 技 术进 行 三 维 纳 米 结 构 加 工 , 已 成 为 一 个广 泛 受 到 关 注 的 研 究 工 作 。 该 研 究 团队 利 用 基 于 非 线 性 光 学 原 理 的 飞 秒 激光 多 光 子 直 写 纳 米 加 工 技 术 , 突 破 衍射 极 限 , 利 用 多 光 子 聚 合 反 应 成 功 地获 得 纳 米 尺 度 加 工 分 辨 率 , 并 实 现 了功 能 性 纳 米 复 合 材 料 的 三 维 微 纳 结 构加 工 。■ 海 峡 两 岸 机 械 科 技 论 坛 征 文由 北 京 、 重 庆 、 福 建 、 广 东 、 甘 肃 、贵 州 、 湖 北 、 海 南 、 吉 林 、 山 东 、 四 川 、云 南 等 省 区 市 机 械 工 程 学 会 联 合 主 办 、海 南 省 机 械 工 程 学 会 承 办 的 海 峡 两 岸机 械 科 技 论 坛 拟 于 2009 年 9 月 在 海 口市 举 行 。 征 文 内 容 如 下 :论 坛 主 题 : 自 主 创 新 、 绿 色 制 造征 文 内 容 :1. 机 械 工 程 先 进 制 造技 术 ;2. 制 造 业 新 工 艺 、 新 材 料 、 新产 品 、 新 设 备 的 研 究 及 推 广 应 用 ;3. 国内 外 机 械 工 业 领 域 最 新 科 技 发 展 动 态 ;4. 企 业 自 主 创 新 与 实 践 等 。论 文 要 求 : 论 文 应 围 绕 主 题 、 内容 充 实 、 数 据 准 确 , 字 数 控 制 在 4 千字 以 内 , 文 责 自 负 。联 系 方 式联 系 人 : 李 基 雄 13907521260伍 庆 瑶 13707533118传 真 :0898-65315573Email :hnjxxh@163.com■ 美 发 明 新 型 纳 米 装 置 将 光 子 变 为机 械 能研 究 人 员 日 前 研 制 出 一 种 纳 米 装置 , 能 够 在 遭 遇 激 光 时 产 生 振 动 。 这种 设 备 非 常 灵 敏 , 甚 至 能 够 感 知 单 个光 子 的 能 量 。 研 究 人 员 相 信 , 它 将 加速 光 学 通 讯 系 统 的 发 展 , 同 时 帮 助 科学 家 更 为 精 密 地 探 知 物 质 的 一 些 基 本属 性 。德 国 加 兴 市 马 普 学 会 量 子 光 学 研究 所 的 物 理 学 家 Tobias Kippenberg表 示 , 科 学 家 可 以 利 用 这 种 纳 米 量 级的 装 置 探 究 物 质 在 量 子 范 围 的 属 性 ,而 这 是 普 通 电 子 装 置 无 法 实 现 的 。 由于 这 种 装 置 的 振 动 发 生 频 率 在 每 秒 钟1000 万 次 到 1.5 亿 次 之 间 , 因 此 能 够极 大 地 改 善 原 子 力 显 微 镜 的 分 辨 能 力 。用 这 种 装 置 来 研 究 分 子 和 原 子 , 每 秒钟 可 以 完 成 数 千 次 操 作 。Kippenberg表 示 :“ 这 种 装 置 在 基 础 研 究 和 新 应 用上 都 具 有 光 明 的 前 景 。”■ 我 国 研 制 成 功 救 灾 救 援 自 主 飞 行机 器 人一 种 名 为 “ 旋 翼 飞 行 机 器 人 ” 的空 中 多 功 能 自 主 飞 行 机 器 人 , 最 近 在中 科 院 沈 阳 自 动 化 研 究 所 研 制 成 功 。5月 12 日 , 这 种 飞 行 机 器 人 已 经 在 北 京完 成 地 震 废 墟 搜 救 实 战 演 习 , 目 前 可以 小 批 量 投 入 生 产 。 飞 行 机 器 人 在 空中 可 以 实 现 全 自 主 飞 行 , 无 需 人 员 驾驶 和 操 控 , 设 定 目 标 坐 标 后 , 它 可 以自 主 起 飞 、 降 落 、 巡 航 。 飞 行 机 器 人由 机 器 人 学 国 家 重 点 实 验 室 历 经 近 4年 时 间 自 主 研 发 成 功 , 技 术 水 平 已 经达 到 国 际 同 期 先 进 水 平 。据 介 绍 , 这 种 机 器 人 可 用 于 地 震 、水 灾 、 火 灾 灾 情 调 查 救 援 ; 重 要 设 施连 续 监 控 ; 化 工 厂 等 场 所 有 毒 气 体 浓度 监 测 ; 输 电 线 路 、 输 油 管 线 巡 查 ;区 域 性 空 - 地 、 空 - 海 通 讯 中 继 ; 农 田 、林 区 农 药 喷 洒 等 多 种 用 途 。30 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报

机 械 工 程 导 报 │ 2009 年 05 月 │ 31

期 刊 精 粹Collection of Periodical大 型 锻 件 锻 造 镦 精 表 面 无 开 裂条 件——《 中 国 机 械 工 程 》2009 年 第 20 卷 第8 期为 了 描 述 镦 粗 过 程 变 形 的 不 均匀 程 度 , 将 损 伤 力 学 的 临 界 空 穴 扩张 比 理 论 用 于 镦 粗 变 形 表 面 开 裂 的研 究 中 。 引 入 了 瞬 时 鼓 形 系 数 的 概念 , 数 值 计 算 表 明 : 在 给 定 的 端 面摩 擦 条 件 下 , 相 对 压 下 量 是 影 响 瞬 时 鼓 形 系 数 大 小 的 因 素 ;镦 粗 过 程 中 鼓 形 顶 点 处 纬 向 应 力 、 经 向 应 力 仅 是 瞬 时 鼓 形 系数 的 函 数 。 得 到 了 损 伤 力 学 变 量 应 力 三 轴 度 与 不 均 匀 变 形程 度 变 量 瞬 时 鼓 形 系 数 的 关 系 。 借 助 临 界 空 穴 扩 张 比 理 论和 塑 性 力 学 方 程 , 建 立 大 型 锻 件 锻 造 镦 精 表 面 无 开 裂 条 件 ,并 通 过 实 验 证 明 了 该 条 件 的 正 确 性 。 研 究 结 果 表 明 :(1) 定义 了 描 述 镦 粗 变 形 不 均 的 变 量 一 瞬 时 鼓 形 系 数 , 端 面 摩 擦 和相 对 压 下 量 大 小 决 定 其 大 小 。(2) 侧 表 面 鼓 形 顶 点 处 的 经 向应 力 、 纬 向 应 力 仅 是 瞬 时 鼓 形 系 数 的 函 数 。(3) 利 用 损 伤 力学 空 穴 扩 张 比 理 论 和 塑 性 力 学 方 程 建 立 的 镦 粗 侧 表 面 无 开裂 条 件 是 正 确 的 。预 热 时 间 对 搅 拌 摩 擦 焊 接 的 影 响——《 机 械 工 程 学 报 》2009 年 第 45 卷 第 4 期搅 拌 摩 擦 焊 接 技 术 作 为 一 种 新型 的 连 接 技 术 , 已 经 迅 速 应 用 到 航空 航 天 等 工 业 领 域 , 对 其 性 能 以 及缺 陷 产 生 的 研 究 对 于 搅 拌 摩 擦 焊 接技 术 的 工 业 化 应 用 尤 为 重 要 。 基 于固 体 力 学 有 限 元 法 建 立 搅 拌 摩 擦 焊接 过 程 的 热 力 耦 合 分 析 模 型 , 并 以此 为 基 础 , 研 究 预 热 时 间 对 搅 拌 摩 擦 焊 接 过 程 的 影 响 。 搅 拌摩 擦 焊 接 所 需 的 有 效 功 率 不 会 随 预 热 时 间 的 变 化 发 生 明 显 改变 , 但 是 搅 拌 头 的 搅 拌 效 应 随 着 预 热 时 间 的 延 长 而 变 得 更 加明 显 。 研 究 得 出 如 下 结 论 :(1) 采 用 完 全 热 力 耦 合 模 型 计 算 得到 的 搅 拌 摩 擦 焊 接 中 的 最 高 温 度 和 材 料 流 动 形 式 与 试 验 结 果吻 合 , 从 而 说 明 该 模 型 的 有 效 性 和 正 确 性 。(2) 预 热 时 间 过 短会 导 致 孔 洞 缺 陷 的 形 成 , 而 预 热 时 间 过 长 会 导 致 飞 边 现 象 变得 非 常 严 重 , 预 热 时 间 需 要 控 制 在 1.000 ~ 3.281s 之 间 。(3)功 率 不 会 随 预 热 时 间 的 变 化 发 生 明 显 改 变 。(4) 搅 拌 摩 擦 焊 接过 程 中 的 最 高 温 度 随 着 预 热 时 间 的 延 长 而 略 有 增 加 。(5) 搅 拌头 的 搅 拌 效 应 随 着 预 热 时 间 的 延 长 而 变 得 更 加 明 显 。高 硅 铝 合 金 初 晶 硅 变 质 效 果的 热 分 析 研 究——《 铸 造 》2009 年 第 58 卷 第 4 期利 用 新 开 发 的 热 分 析 技 术 研 究了 A1-20Si-1.5Cu-1Ni-0.5Mn 合 金的 初 晶 Si 变 质 效 果 。 通 过 对 不 同的 P 变 质 剂 加 入 量 和 保 温 时 间 下 的热 分 析 曲 线 和 金 相 组 织 的 分 析 表 明 ,随 着 P 加 入 量 的 增 加 ,A1-20Si-1.5Cu-1Ni-0.5Mn 合 金 初 晶 Si 变 质 效 果 越 来 越 好 ,TG 不 断升 高 ,△ TG 不 断 增 大 , 合 金 的 平 均 Si 晶 粒 尺 寸 不 断 减 小 ,当 P 加 入 量 为 0.08% 时 , 变 质 效 果 最 好 , 如 果 P 加 入 量 继 续增 加 , 由 于 产 生 过 变 质 , 变 质 效 果 会 稍 有 减 弱 。 在 较 长 的 保温 时 间 内 ,P 变 质 剂 都 能 起 到 很 好 的 变 质 效 果 ,△ TG 和 平均 Si 晶 粒 尺 寸 大 小 都 比 较 稳 定 , 说 明 P 是 一 种 长 效 变 质 剂 。△ TG 和 高 硅 铝 合 金 的 初 晶 硅 平 均 晶 粒 大 小 有 较 好 的 对 应 关系 , 可 以 把 △ TG 作 为 评 判 初 晶 硅 变 质 效 果 的 评 判 依 据 , 当△ TG 为 35 ~ 45℃ 时 , 有 较 好 的 变 质 效 果 。低 压 电 弧 喷 涂 涂 层 组 织 及 其后 处 理 工 艺——《 焊 接 学 报 》2009 第 30 卷 第 4 期采 用 4Cr13、 铝 和 钛 喷 涂 丝 材分 别 在 大 气 环 境 和 低 度 真 空 环 境 中制 备 了 喷 涂 层 。 通 过 金 相 组 织 分 析和 定 点 成 分 分 析 对 比 了 涂 层 的 组 织形 态 、 化 合 物 的 数 量 及 分 布 状 态 ;并 通 过 加 压 试 验 分 析 了 涂 层 在 压 力作 用 下 , 涂 层 内 部 孔 隙 弥 合 的 情 况 ; 最 后 通 过 加 热 使 涂 层 组织 中 发 生 再 结 晶 , 研 究 了 再 结 晶 处 理 对 涂 层 组 织 的 影 响 。 结果 表 明 , 采 用 低 压 电 弧 喷 涂 制 备 了 4Cr13、 铝 和 钛 涂 层 , 组织 和 成 分 分 析 结 果 表 明 , 该 种 喷 涂 工 艺 可 以 显 著 降 低 涂 层 中的 氧 化 物 和 氮 化 物 含 量 , 但 对 涂 层 中 孔 隙 的 数 量 没 明 显 影 响 。对 于 低 压 电 弧 喷 涂 的 4Cr13 和 铝 涂 层 , 由 于 扁 平 化 粒 子 边 界处 的 氧 化 物 数 量 较 少 , 通 过 加 压 和 再 结 晶 等 后 处 理 工 艺 后 ,再 结 晶 晶 粒 可 以 穿 越 粒 子 边 界 形 成 冶 金 结 合 。 利 用 低 压 电 弧喷 涂 钛 涂 层 时 , 虽 然 可 以 使 喷 涂 粒 子 得 到 一 定 程 度 的 保 护 ,但 涂 层 中 仍 存 在 一 定 量 的 氮 化 物 , 此 时 , 采 用 加 压 和 加 热 等后 处 理 工 艺 也 难 以 在 涂 层 中 获 得 良 好 的 冶 金 结 合 。32 │ 2009 年 05 月 │ 机 械 工 程 导 报