复杂服役环境工模具表面损伤仿生功能化数字修复新技术

无忧课题
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2024-07-10 11:00:45

  模具号称“工业之母”,在汽车、高铁和大型工程机械等关键制造领域发挥着不可替代的作用。长期以来,我国制造产业中工模具修复技术粗放、保持度差、维修频繁和自动化程度低等问题,严重制约企业生产效率、制造成本和产品质量。吉林大学仿生耐磨与增材制造创新团队联合江苏徐工工程机械研究院有限公司、一汽铸造有限公司等多家单位历经12年潜心研究与攻关,将仿生设计、增材制造、数字制造与表面工程技术有机融合,开发了仿生增材数字修复制造的功能化设计技术和控形控性技术,首创熔覆-熔丝联合构建仿生结构抵御疲劳裂纹技术、激光熔覆同步改性技术、原位固体润滑和仿生强化支撑复合技术,有效解决了传统技术工艺复杂、成本高、精度低和耐久性差等修复难题,延长了工模具服役寿命,提高了企业生产效率,减少了生产线维修次数,取得了显著的经济社会综合效益。该技术荣获2023年度吉林省技术发明奖一等奖。

  团队率先提出了工模具表面仿生增材数字修复的结构化与功能化设计新方法,构建了数字修复的指标体系和工艺参数体系,突破了仿生增材修复的控形控性技术难题,研制了专门用于工模具增材修复的数字制造装备。开发的仿生增材功能化数字修复关键技术,较新品寿命提升150%,较传统技术提升70%,抗疲劳等级达2-3级,抗腐蚀达10级;面向复杂工况工模具表面损伤提出的精确修复新技术,修复后加工余量1 mm,模具变形量≤0.1 mm/100 mm,修复效率提升30%至3倍。研究成果提升了我国工模具表面修复水平,推动了精准高效的智能修复技术及装备发展。

  在代表我国制造水平的汽车、高铁和工程机械制造领域,号称“工业之母”的模具和“工作母机”的数控机床在批量化生产和高精密加工中发挥着不可替代的作用。该项目第一完成人张志辉教授介绍说,我们以乘用车为例,一台整车的成型大约需要1000-1500套模具来完成,频繁的机械冲压极易发生模具磨损,模具磨损又容易引发冲压环节模具的频繁更换以及焊装整车环节大量钣金件的返修,其表面质量直接影响到车身制品的良品率和制造效率。由此可见,仿生修复是提升模具质量、延长模具使用寿命有效手段,既是实现绿色制造高质量发展之路的朝阳产业,亦是实现碳达峰、碳中和战略目标的重要支撑。