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在贵州大学机械与工程学院, 有张大斌团队的实验室。在这个实验室里, 研究人员立于一座占据大约2平方米面积的操作台前。之后, 研究人员启动设备开关。随着开关启动, 五轴三维测量机的激光开始进行扫描。经过3至4分钟即可完成扫描, 随后便能成功收集、处理完毕一个飞机发动机叶片的上百万个数据。
有一个科研团队, 成员是贵州大学的博士, 同时也是工程师, 他们开展的科研项目是 “航空叶片三维重建与协同加工技术研究”。
实验室的设备链接, 关联着有着“制造业的皇冠”之称的航空发动机制造技术, 这是张大斌教授团队“博士工程师”项目的最新成果, 相关技术已在搞推广应用, 着重解决了航空叶片微孔电火花加工过程里自动化率低的问题, 还解决了产品质量依赖人工等难题, 此番成果推动了航空叶片加工生产线的升级。
叶片之上动真格
发动机叶片陈列着, 一排, 这些叶片有着复杂异形曲面, 泛着金属光泽, 外形精致, 气膜孔复杂, 参观者不禁发出感叹: “这并非工业品, 更像是工艺品。”。
气膜孔, 在叶片之上, 细致又精密, 然而, 它恰恰是那直接对航空发动机工作效能以及使用寿命产生影响的“关键部分”。
航空装备在从设计开始, 到制造以及再到最后的测试这个过程当中, 统统都需要高端技术来提供支撑。长久以来, 航空叶片微孔电火花加工一直都高度依仗工人的经验来进行, 其自动化程度是比较低的, 并且产品质量的好坏是依赖于人工操作的。因为航空叶片微孔加工具备复杂性, 所以导致航空叶片的产量提升进程是十分缓慢的。张大斌如此说道。
张大斌团队在航空领域关键性核心的零部件方面, 专注于高度精密且高效的智能制造, 尤其对于叶片气膜孔而言, 更对制造技术有着支撑需求, 制造质量精度要求很高, 制造过程具备高度可靠性以及经济性。
的智能微孔电加工生产线
2023年5月8日, 张俊飞博士带领智能交叉团队核心团队成员进驻, 目的是解决这一技术难题。其进驻是在张大斌教授的指导下进行的, 借助创新的电火花协同加工航空叶片理论和方法, 成功运用线激光动态扫描技术获取叶片空间面域三维数据了, 还用叶片三维面域点云数据对三维模型进行重构了。之后通过自动计算并输出加工详细参数, 实现一套算法的自适应了, 此算法能适用于多种叶片型号产品的柔性重构和配准。
在前期的研究里头, 张大斌所在的团队成功将叶片三维数据自动计算所面临的困难予以克服了, 并且针对叶片的安装形位偏差以及微孔矢量等一系列详细参数展开了系统的解析, 借由这样的基础, 他们凭借学科所具备的优势开发出了数字化协同模型系统, 达成了航空叶片千万级独立测量点的单次扫描采集。
经实际测试, 以及实验验证显示, 当下已成功达成了多种叶片型号此类产品的柔性三维重构, 还有配准, 且具备显著的质量优势, 以及效率优势。该数字化协同测量系统成功开发, 证实了航空叶片产量得以提升的可行性, 致使航空叶片质量改良步入了快速迭代的轨道。
方寸之间见真章
“做科研有什么绝招？”
“必须理解所研究的问题，准确判断它的发展方向。”
张大斌讲, 搞科研实际上是项需要下笨功夫的事, 他自家也存在进展不顺畅的阶段, 然而鉴于基础打得很牢固, 阅读的文献数量众多, 所以明白这是一个真实存在的问题。他还表示, “认准了大方向, 察觉到国家的需求, 我们便拥有信心去战胜前行道路上的重重困难。”。
“用于飞机发动机叶片的气膜孔电加工, 其要求是极为严苛的。”张大斌讲道: “每一批等待加工的叶片, 都存在着不同程度的形貌方面的误差, 以及装夹方面的偏差, 以往都是凭借人工通过肉眼去进行观察, 然后与标准样件作比对, 逐个地去核对孔位, 然而每个叶片平均打孔的次数多达几百个, 这样做既耗费时间, 又耗费人力。”。
张大斌教授现场指导团队操作细节
在航空制造领域的高新技术产业发展进程当中, 高效智能的生产起着至关重要的作用, 张大斌进行介绍时表明: 每一个铸件, 都需要在设备范围之内, 反反复复地进行2至3次的拆装操作, 而且每一次进行拆装之后, 又得再次依据标准件来对孔。
而当下, 借助自主研发的“飞机发动机叶片电火花智能加工生产线”, 工人师傅先把叶片安放在工装上, 接着把装夹好的零件放置到物料库, 随后由机械手自动抓取并转运至测量系统, 于5分钟内完成上千万个空间面域点云数据的收集以及分析处理, 再调度机械手把测量后的零件放置于加工设备上以便加工, 同时产品经测量机扫描后, 误差补偿后的新加工程序会径直传输至电火花加工机床, 自动对加工位置予以调整并打孔。
五轴三维测量系统把“智看”的问题给解决掉了, 这就如同是给这条生产线配备了一双“智慧眼”, 生产效率由此得到了极大程度的提高。
产研融合现真效
2023年5月19日, 团队9名成员进入安吉华元的生产车间场地，着手开展航空叶片加工技术需求方面的协调, 进行模型重建调研的协调, 开展条件保障方面的协调。
在 6 月 21 日的时候, 技术团队于现场采集到了, 多组叶片激光测量的基础数据, 并且研究着叶片三维面域点云数据重构, 这样的技术路线。
7月25日的时候, 团队成员之中有张俊飞, 还有何海军, 另外还有刘鹏飞等, 他们在公司之内, 针对该项目开发进程当中的电加工工艺技术路线, 展开了仔细的梳理工作, 最终明确了航空叶片微孔电加工的协同加工工艺, 以及控制逻辑。
团队开会研讨项目进度
…………
项目团队和贵州安吉华元科技发展有限公司构建起了良好的产学研合作关系, 设立了联合创新研发基地, 针对航空航天, 各类非标设备以及智能化产线联合开发, 科技课题联合申报, 人才联合培养等多领域, 深入开展了产学研项目合作。
从技术层面展开讨论, 进而实现技术突破, 最终达成技术应用。张 大斌团队紧密紧扣企业当下在航空叶片的微孔里, 进行电火花加工所处过程当中呈现出的自动化比率较低, 产品质量极大程度得依靠人工经验去确保等诸多方面的问题, 展开凭借线激光动态扫描的航空叶片空间面域三维重建技术方面的攻关以及获取突破, 打算构建航空叶片的数字点云面域模型, 研发并集成航空叶片自主协同加工系统, 解决复杂且异型的叶片型面有着误差, 以及微孔加工工艺难度偏大, 电火花加工定位精度偏低, 自适应协同加工虚实映射困难, 还有生产效能欠缺等一系列现实层面的问题。
现今, 智能微孔电加工生产线投入使用, 仅需一名操作人员就能负责十余台电加工设备的生产管理工作, 能大幅节省设备维护、人工校准以及重复装夹所需要花费的时间, 预估航空叶片电火花加工效率能够提高超过50%, 每年能够多加工2000件叶片组件, 依据每件5000元来估算, 能够增加年产值大约1000万元。预计微孔加工合格率能够提升最少10%, 依照航空叶片的年生产量以及每件产品价值来估算, 能够最少节省质量成本大概200万元。
其时, 叶片气膜孔经电加工后, 成形质量获可靠保证, 赢得客户高度认同。同时, 借由技术合作与进行创新, 于企业开展航空叶片微孔电火花加工进程里, 并使产品合格率从70％升至90％以上。当下于成果层面, 团队跟企业联袂申报且受理发明专利2项, 发表SCI论文一篇。
贵州日报天眼新闻记者 赵旭婉婷
编 辑 陈 阳
二 审 王 雨
三 审 岳 振
