总决赛创新组项目路演复盘|倪兴屹:基于数值模拟的飞机多形态半管精确成形技术研究及应用

2018-11-13

“我们确保了国产大运输机Y20、大型客机C919、大型水路两栖飞机AG600等代表我国技术综合实力、彰显我中华国微威的大国重器的顺利研究,为飞行安全、战时出勤率提供了有力的保障。”

西安飞机工业(集团)有限责任公司高级工程师倪兴屹先生进行项目路演。

10月12日 北京第三届中国航空创新创业大赛全国总决赛在全国双创周北京会场成功举办。

本届中国航空创新创业大赛由中国科学技术协会指导,由中国航空学会、商务部投资促进事务局、航空企业科协技术创新联盟、中国科协军民融合学会联合体联合主办,北京航空航天学会、国翊创新科技(北京)有限公司承办,旨在汇聚国内最具潜力的航空产业项目、挖掘顶尖创新创业人才、发现重大突破性技术、创业明星企业。

本届大赛历时半年,经历项目征集、路演选拔等环节,最终,20个进入决赛的项目齐聚中关村国家自主创新示范区会议中心,进行公开路演竞技,分别决出创新组、创业组一二三等奖。


创业项目 | 基于数值模拟的飞机多形态半管精确成形技术研究及应用

参赛团队 | 西安飞机工业(集团)有限责任公司

路演嘉宾 | 倪兴屹 

我们确保了国产大运输机Y20、大型客机C919、大型水路两栖飞机AG600等代表我国技术综合实力、彰显我中华国微威的大国重器的顺利研究,为飞行安全、战时出勤率提供了有力的保障。

——倪兴屹


  项目路演实录  

尊敬的各位专家、各位领导:大家早上好。我的参赛项目是基于数值模拟的飞机多形态半管精确成形技术研究及应用。

航空工业西安飞机工业是我国大型军用飞机的研制生产基地、国家一级企业,先后研制生产了30余种型号的军民用飞机,为我国国民经济做做出了不小的贡献。

设计一个发动机需要4年的时间,而制造一个高性能的发动机需要40年的时间,飞机制造同样是如此。管路好比飞机的血脉,被广泛应用于飞机燃油、操控等系统。受空间结构、成型极限、批量等因素影响,大量各种结构形式的半管,会面临多品种、小批量,且成型易压扁、起皱、破裂等难题。传统方法主要依靠挤捏经验、反复敲击、切割的落地方式进行。废品率高、质量差、效率低,一直是制约飞机研制、批产的技术瓶颈之一。为了满足Y20等国防重器对管路更高可靠性要求,我们立项研究高寿命、精确的成形技术。

关键技术及创新点。针对大曲率半弯管外侧毛坯面积差异大、成形过程受力不均、易压偏、起皱、破裂等共性问题,我们创造了对称件S形组合后变形互补、受理、毛坯精准展开局部断边减阻、模具局部加梗增加组的压边阻力强若结合的拉伸成形技术。针对T形三通半管,因前后结构不对称、成形过程受力不均衡,难以同时克服中部起皱、放边破裂互相矛盾等问题,对此我们创造了工艺耳片结合拉延埐局部增阻,实现高胀形中部防皱、低压边阻力放边缓裂,且受理平衡的拉深成形技术。

西安飞机工业(集团)有限责任公司高级工程师倪兴屹先生进行项目路演。

针对大长宽比、共性半扁管,因各截面深度差大,且大型模型模具加工变形、易出现压扁见习不均,拉伸同时起皱、开裂相互矛盾的问题,我们提出了曲面等高封压边、毛坯长端加料、柔性加垫以实现长边增加阻胀形防皱、宽边降阻缓裂的拉深成形技术。针对大厚度、地强度、低延伸率的铝合金三通弯半管,对材料塑性差、易压偏需带余量成形、成形过程易起皱、易开裂、成形后难切割等共性问题,我们提出了一种中部刚性、对向压紧的净边冲压新方法,对精确毛坯中部起皱区施加可控反向支撑力,达到防皱、防偏目的,实现了自动化净边成形。

针对飞机半管品种多、薄板成形易压偏、起皱、割裂,工艺方法通用性差的问题,我们提出了一种技术通用性强的柔性对向压紧冲压新技术。其原理是将半固态粘性截至,密闭于体积自适应体调整的通用下模内,达到了对板料施加持续、柔性反向支撑力防皱的目的,其有点是模具成本低,不受产品形状限制。

我们共取得了19项完全属于我公司的知识产权成果,获发明授权6项目、受理2项、新型授权3项,发表论文5篇,形成规范3份。先后荣获 “陕西省职工发明创造奖”,“陕西省国防科技进步一等奖”、“中国国防职工创新成果二等奖”等荣誉。

我们的优势如下。第一,产品寿命指标高、变薄率是判断寿命指标标准,我们典型产品最大变薄率分别为18%、12%、12%、5%、8%。由于国内行业标准允许极限,经测试疲劳收枰提高了40%~70%。优势二,加工产品成本低,研究成果获得大量可应用试验数据,可以不经过实物投产,及时发现、消除起皱、破裂等缺陷,避免模具重复投产、反复试错生产巨额浪费,可平均降低研制成本60%。优势三,机械化程度高,实现多数半管成形过程中的零割、零敲击、零缺陷,一次精确成形,提高平均成形效率达数倍,部分产品实现自动化冲压,提升成形效率数十倍。

我们的产品共完成了300余项产品上万件零件推广、产品加工质量及效率提升,总体技术成熟达7级。

应用需求市场方面。我们能够高效率、低成本生产高寿命飞机产品。国内正在量产的型号飞机共涉及半管5000余项,年产量达数万件,一直是劳动密集的产业。因此我们急需加快解决方式落后、质量差、效率低下等生产难题,全面推广后年利润至少可达7500万。

军事意义上面,该成果确保了国产大运输机Y20、大型客机C919、大型水路两栖飞机AG600等代表我国技术综合实力、彰显我中华国微威的大国重器的顺利研究,为飞行安全、战时出勤率提供了有力的保障。

经济、社会效益上,我们近3年自行实施效益累计达8400万,预计5年内可实现年效益5000万,将助推更多国际畅销机型关键部件落户国内赚取外汇;为加速我国航空产业及校友产业链发展提供了新机遇。

发展目标上,我们希望成为行业内该制造技术的领先者和优秀的零件供应商,可对需求方进行技术转让或提供优质产品。发展模式上,我方出技术,进行股份制合作经营、成果分享。股份分配方面我公司占51%,投资方占49%。

我们近期计划,建立大数据工艺知识库,形成完善的技术体系,加快提高项目技术成熟度,为全面工程化应用奠定基础。在风险防控方面,我们会为合作方提供完整的生产线规划、成熟的产品加工技术方案,降低合作方投资风险。

  参赛团队及项目简介  

大直径管路作为飞机的动脉,在飞机的液压、燃油等系统应用广泛;飞机的发动机、方向舵、起落架等核心部件都依赖于管路提供能量实现相应功能。因此提升管路质量是确保飞行安全、战时出勤率的保障,直接决定着战争胜负。

国内飞机大直径管路特点是品种多、批量小、以半管加工为主、且多型号混线模式生产,实现机械化加工成本高、难度大。长期处于依靠技能经验多道次停顿、敲击除皱、切割缓裂的落后加工现状,急需解决半管加工机械化程度低、寿命指标低的难题。

本项目通过开展半管常用材料的物性参数和成形工艺性研究,采用了数值模拟与材料流动控制相结合的方法,掌握了克服多种半管成形缺陷的关键技术,实现多种飞机半管低成本、高效率精确成形;突破了国内飞机半管品种多、批量小、基数大、混线模式生产现状难以实现机械化批产的技术瓶颈。

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