重型机械装备与成套技术
金属管材具有强度高、韧性好、承压大、抗冲击等优点,广泛应用于石油化工、水利船舶以及高压容器等领域。团队通过不断的理论研究与实践经验积累，在镁合金管、钛合金管以及无缝钢管斜轧穿孔、连轧、定/减径、精整等工序的辊型/孔型设计理论、工艺优化方法、智能控制系统等方面实现突破,研制出涵盖管材全规格的穿孔-轧制-矫直成套装备,形成具有自主知识产权的高端管材穿-轧-矫成形工艺与装备开发技术。产品在宝钢股份、江苏常宝、河南凤宝、衡阳华菱等多家大型管材企业得到推广应用。
针对高铁、轨道交通、大型工程机械等领域对大型轴类零件产品高效制造的需求,团队开展基于数据驱动的智能化大型轴类楔横轧装备研究,重点突破大型轴类楔横轧机结构的优化设计与集成,建立工艺参数的多目标协同优化模型,实现大型轴类件楔横轧机智能化控制,研制出可生产最大直径中250mm、最长2500mm的世界最大双机联动楔横轧机装备,制备方式与布置形式属国际首创,具有生产效率高、产品精度高、后续机加工序少、材料利用率高、生产成本低等优点,并在太重轨道交通现场成功完成首轧。
轻量化是当前汽车工业领域的研究热点之一,对提高燃油效率、降低碳排放、增强行驶性能和安全性方面具有重要意义。团队研发了一种2.0GPa级含Cu热成形钢,并对时效-淬火热处理工艺进行调控设计，实现了屈服强度>1700 MPa,抗拉强度>2150MPa,延伸率>7%的良好强韧性,可用于制备汽车a柱、b柱等安全结构件。此外,团队通过对合金钢微合金化、轧制和热处理工艺来调控马氏体不锈钢微观组织,并对其进行表面改性处理,分析梯度组织对其强韧性和耐磨性影响的微观机理，极大提高了切削刀具的质量和使用寿命。
面向钢铁企业对高品质、高附加值板材的多品种、多规格共线轧制技术的重大需求，提出了多品种、多规格柔性轧制工艺，研发了以板形板厚控制、平面形状控制为核心的轧制生产系统；提出了以辊系冗余自由度静定化为核心的轧机空间机构设计理论，构建了轧机高可靠性关键承载部件和高稳定性主传动系统的设计方法，开发出完全自主知识产权的高品质金属板材柔性化轧制技术与成套装备。研究成果应用于浙江滨海钢铁公司(4300mm宽厚板轧制生产线)和江苏天工国际集团(1450mm板材轧制生产线)。
作为宽厚板生产线和特种金属板材生产线上的关键设备之一,金属板材矫直装备保障了产品板形质量。团队研究出新的宽厚板矫直理论分析方法,建立了基于屈曲理论的不可展开与基于曲率积分方程新求解方法的可展开板形缺陷辊式矫直理论,发明了金属板自动矫直工艺参数优化方法、组合矫直辊系、矫直新型压下系统、分组传动微张力矫直等矫直关键技术,集成创造出7辊、9辊、11辊及15辊等新型钢板\特种金属板材矫直机,形成金属板材矫直机完整系列,在柳钢、首钢、鞍钢等十余条生产线上得到应用。
金属板材剪切装备是板材生产核心设备,长期被国外垄断,团队发明了单轴双曲柄RCE-2R-4S-PI级杆组新型空间滚动剪切机构,建立了剪切机构构型设计和空间多尺寸链优化分析方法,创新设计了非对称结构形式的空间剪切机构,解决了水平分力过大导致断口拉伸变形大的难题;提出了曲轴回转中心与连杆球面铰接中心偏置不同心方法,发明了空间剪切机构负偏置结构,解决了产生剪切断面台阶、肌瘤等难题,研发出机械式滚动剪切机整机装备,产品在太钢、酒钢、唐钢等大型钢企得到推广应用。
基于机械滚动剪切设备造价高、维护难度大等问题,团队发明了PR-3R-5C-PR I 级杆组剪切机构,控制双侧液压缸运动时序与速度,实现了滚切轨迹和开口度柔性可变调整,解决了全规格范围“纯滚动”剪切的国际难题;发明了液压缸卧式铰接增力结构,建立了其设计方法,提高了剪切能力,扩大了剪切厚度和宽度范围研发出世界首创、具有独立知识产权的“双缸-单剪刃”和“六缸-双剪刃”多缸协同控制的钢板横向和纵向剪切整机装备,产品在山钢、太钢、河钢等十余家企业得到推广应用。
压力矫平机主要用于消除大厚度、高强热轧钢板的不平直度,是金属宽厚板生产线上关键设备之一。团队建立了矫平过程工艺参数设定模型,实现矫平设备压头自移量、压下量及弯曲矫正点等矫正过程参数设定;以挠度和强度等要求为约束,实现工艺装备轻量化和生产高效化;提出大视场、高反光多投射动态三维精密测量方法和平直度在线智能控制算法,开发出高强宽厚板压力矫平工艺及智能化装备,克服传统辊式矫直装备难以矫平大厚度、高强钢板难题,提升表面平直度及产品质量,在沙钢、莱钢、酒钢等十九条宽厚板生产线得到应用。
针对传统空气锤锻造技术噪音大、效率低、不能一火成材等弊端,团队开展了金属快速锻造成形过程、工艺参数、组织性能、装备设计等系统性研究,揭示变形制度与变形速度对组织性能的影响规律,建立产品综合性能最优的快速锻造工艺参数设定模型,实现主机+操作机间设备运动协同控制,根据工艺要求与产品规格研制出快速锻造成套装备,掌握制约快速锻造成形质量的核心技术,实现锻造过程自动化、智能化。具有成形节奏快、工件质量高、停机时间短、材料同质性好、不受材料温度限制以及可一火成材等优点,并在江苏宏程锻压机床有限公司完成推广应用。
大型自移式排岩机工作条件复杂、环境恶劣、载荷突变,对关键零部件的可靠性要求较高。团队对自移式排岩成套装备不同工况进行动态设计和仿真分析,确定了排岩机的整机性能参数、整机主要工作尺寸参数、料臂电机等主要性能参数;研究了重型低比压履带行走装置设计技术、大块度物料在大运量、高带速、变倾角带式输送机上平稳输送及转载优化设计技术、排料臂与给料臂动态特性、关键结构轻量化设计技术,提高了整机稳定性,形成具有自主知识产权的大型露天煤矿自移式排岩成套装备研制技术，成果已应用于国内大型露天矿。
