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1、“航空构件精密成形技术” 学科创新团队

(1)团队带头人:余欢

(2)团队现状

航空构件精密成形技术团队主要依托 “轻合金加工科学与技术”国防重点学科实验室”和航空科技“材料热加工技术”重点实验室开展科研工作,主要从事铸件精密成形、塑性精密成形及高精密化学铣切技术的研究,在薄壁精密铸件的反重力铸造技术、模具CAD/CAM/CAE/CAPP与快速精确成形、铝/钛合金化铣等技术等方面具有较强的实力。

本团队已建成一支结构合理、素质较高的学术梯队,学术梯队总人数为16人,其中教授 7名,副教授5名,博士生导师 1人,硕士生导师9人,江西省高校中青年学科带头人5人,江西省高校中青年骨干教师1人,具有博士学位教师10人。

近两年来,本团队承担了国家科技攻关项目、国家自然科学基金、总装预研基金、航空科学基金、省自然科学基金等国家级、省部级项目17项,发表SCI、EI收录论文28篇,获国家发明专利授权2项,申报授理2项,获江西省教学成果一等奖1项,二等奖1项。

(3)团队特色

航空构件的精密成形技术是飞机、机载设备和武器装备制造工业中最节省材料的零件制造技术,有利于武器装备的轻量化、无余量化、高精度及整体化发展,在国防科技工业中占有极其重要的地位,历来是世界航空强国优先发展的关键机密技术,不准出口或转让,更对中国严加封锁。本学科团队主要从事航空铸件精密成形、塑性精密成形及高精密化学铣切技术的研究,在薄壁精密铸件的反重力铸造技术、铝合金板料成形技术、模具CAD/CAM/CAE/CAPP与快速精确成形、铝/钛合金化铣等方面具有较强的实力。

在铸件精密成形技术方面,本方向针对薄壁、复杂铸件充型困难等问题,在国家及省部级科技项目的长期支持下,研究了反重力铸造成形机理和充型规律,同时利用有限元法对反重力铸造成形过程中的温度场、渗流场和浓度场等进行数值模拟,为反重力铸造过程的控制模型、智能化设备开发及铸件凝固控制技术提供了可靠的理论基础。自行研制和开发了系列智能控制的VCPC型真空差压铸造设备;为国内某航空企业开发了适用于铝合金铸件的VCPC-2型真空差压铸造系统,解决了复杂薄壁铝合金铸件生产的难题,取得了良好的经济效益。同时,智能控制VCPC型真空差压铸造系统已经为国防企业生产和试制了XX直升机发动机机匣、砂粒分离器,铸件最薄处仅为0.5mm,成品率达到90%以上。目前,在国防科工局的支持下,已开展了国防先进制造技术项目“真空差压铸造技术研究”的工作,系统研究了工艺模拟预测、生产过程和工艺参数实时监测与控制软硬件一体的集成化真空差压铸造技术及装备,满足国防工业领域的无余量、大型、薄壁、复杂的铝合金精密铸件的生产需求。

在塑性精密成形技术方面,针对航空航天等工业领域的特种成形技术,采用物理模拟和计算机模拟相结合的方法,研究了精确成形塑性、超塑性变形机理,优化了相关工艺参数。在钛合金超塑性变形机理方面,创新性地提出了最大m值超塑性成形、相变诱发超塑性成形的原理和方法,使钛合金变形量达到2300%,创造了钛合金超塑性的最高记录;所开发的钛合金等温精密模锻技术,成功用于飞机结构件的生产,曾获航空科技进步二等奖。研究了铝合金等温模锻精密成形、精密冷挤压理论及其技术,实现了铝合金小型复杂构件的精密、高效成型,项目鉴定处于国内先进水平;采用液态挤压精密成形技术对国防某型号航空仪表结构件、风帽、连接螺帽及弹筒进行了研制和试生产,成品率高,质量完全合格;基于选择性激光烧结(SLS)的快速成形技术和快速制模技术,成形精度达到1mm以下,快速模具成形精度达到0.1mm以下,填补了江西省空白。

在高精密化学铣切技术方面,针对铝合金、钛合金的化铣研究解决了XX型战机研制中隐身结构加工制造的关键问题,其加工精度超过了美国波音公司和欧洲空客公司的标准,而加工现场几乎没有酸雾逸出,解决了化铣污染的难题,该技术已经确定将其作为XX型战机的制造技术,利用该技术研制的新型蒙皮已装机试飞。研究的高温合金化铣工艺在XX型发动机机匣研制中发挥了重要作用。高精密化铣可望形成从工艺及其化学用品到加工设备的全套自主知识产权技术。

随着国防建设的发展,新型武器装备的预研和型号试制不断增加,特别是四代机及航空发动机等重大科研项目的启动,对航空零部件的成形提出了精密化、轻量化、整体化和复杂化的迫切要求。近年来,总投资300亿元的南昌航空工业城已开工建设,其中大飞机部件的研制也列入一期规划之中。因此,深入开展并不断加强航空构件的精密成形技术研究,对提高我国国防工业制造水平及江西省区域竞争优势、促进地方经济发展具有重要作用。

2、“先进连接技术”学科创新团队

(1)团队带头人:柯黎明

(2)团队现状

先进连接技术属于一级学科“航空宇航科学与技术”中二级学科“航空宇航制造工程”的第1个学科研究范围。

“先进连接技术”团队现有教师11人,其中教授 3名,副教授(高级实验师)6名,博士生导师 1人,硕士生导师5人,江西省高校中青年学科带头人2人,江西省新世纪百千万人才工程第一、第二层次人选 1人,具有博士学位教师7人。

本团队依托于航空制造工程学院的“轻合金加工科学与技术”国防重点学科实验室和“先进连接技术”校级重点实验室,近两年来学校投入的科研设备费达100余万元,新购置搅拌摩擦焊设备数字化传动与控制系统、高温真空钎焊炉等设备。

近两年来,本团队承担了国家自然科学基金、航空科学基金、省自然科学基金和企业横向课题共24项,发表SCI、EI收录论文20篇,申报国家发明专利4项。获得“焊接技术与工程”国家级优秀教学团队称号。

(3)团队特色

本研究方向主要研究特种焊接技术、电阻焊工艺、设备与质量控制技术等。本方向结合汽车、飞机、发动机研发与制造中所存在的焊接技术问题,紧跟国内外研究前沿,在高速高效焊接新方法的研究与应用、新型材料及异种材料构件的连接技术、焊接生产信息化和管理现代化技术的研究与应用、焊接过程自动化和智能化的研究与应用,尤其是重、大、厚件和有色金属焊接工艺与设备及现场焊接的自动化技术方面具有较强的实力和独特的学术地位,形成了鲜明的特色。

在特种焊接技术方面,先后对微连接、扩散钎焊、铝合金和高强镀锌钢的激光焊、高温自蔓延合成焊接等先进焊接技术开展了系统的研究,较深入地研究了这些特种焊接过程的物理冶金、热力学、扩散动力学、组织性能演变、连接机理、计算分析数学模型、数值模拟以及工艺优化等基础科学问题。“高速公路隔离栅栏焊接过程控制及焊接生产线”通过江西省科委鉴定。

在电阻焊技术方面,开展了电阻焊工艺、装备与质量控制技术研究,发现了焊点形成过程中电极位移、动态电阻等参数的变化规律,实现了电阻焊质量的恒电流控制、神经网络控制等多参数控制方案,成功研制出了多规格、多功能的电阻焊专用装备,已用于航空航天、汽车制造等100余家企业的焊接生产。研制开发的“具有多参数质量检测平台的大功率三相次级整流点焊机”,经江西省科技厅鉴定,达到国际先进水平;所焊接的产品质量达到美国军用标准,解决了航空航天飞行器铝合金焊接难题,获得了江西省科技进步二等奖。为洪都航空工业集团公司L15飞机开发的铝合金S形进气道焊接技术,解决了高性能飞机研制过程中的制造技术难题。

在摩擦焊接技术方面,在国内最早开展了搅拌摩擦焊焊缝成形理论及应用的研究,提出了焊缝成形的“抽吸-挤压”理论和空腔模型,创新性地提出了旋转摩擦挤压合金化技术,其成果在搅拌摩擦焊工艺、焊缝成形质量的预测等方面获得了应用,并为焊接过程数值模拟提供了可信的物理模型。建立了铝合金搅拌摩擦点焊焊点形成机理,为飞机蒙皮制造中用焊接方法代替铆接方法提供了理论与实验基础。开展了适用大飞机制造的线性摩擦焊技术、摩擦钎焊技术研究,与某航天企业合作进行了运载火箭燃料贮箱搅拌摩擦焊接的可行性研究,解决了铝合金导弹贮运箱的焊接问题,合作方已创造出年均超过亿元的经济效益。 “搅拌摩擦焊接头形成机理及工艺研究”通过江西省科技厅鉴定,处于国内领先地位;研究成果“搅拌摩擦焊技术及应用”获江西省科技进步二等奖, “飞行器轻合金构件低变形连接的关键技术、成套装备及应用”项目2010年获江西省科技进步一等奖。

3、“航空高效数控加工技术”学科创新团队

(1)团队带头人:秦国华

(2)团队现状

航空高效数控加工技术属于一级学科“航空宇航科学与技术”中二级学科“航空宇航制造工程”的第3个学科研究范围。

“航空高效数空加工技术”团队现有教师5人,其中教授 2名,副教授1名,博士生导师 1人,硕士生导师4人,江西省高校中青年学科带头人2人,江西省新世纪百千万人才工程第一、第二层次人选 2人,具有博士学位教师4人。

本团队依托于航空制造工程学院的航空宇航校级重点实验室,拥有Mikron五坐标高速数控加工中心、意大利海克斯康三坐标测量机等设备。近两年来学校投入的科研设备费达150余万元,新购置高性能计算中心、液压夹具及电控系统、Kistler测力仪、多功能转子振动试验系统等分析测试设备。

近两年来,本团队承担了国家自然科学基金、航空科学基金、省自然科学基金等国家级省部级项目9项,发表SCI、EI收录论文30余篇,申报国家发明专利3项。

(3)团队特色

该方向围绕现代国防工业多品种、小批量、快速批量转换和加工精度要求高的特点,以航空宇航复杂产品及关键零部件为对象,开展了航空宇航制造领域中切削过程建模与仿真、工件装夹分析与优化设计、高速加工过程检测监控、切削工艺参数优化与误差控制等重大理论和实际问题的研究。

在复杂零件装夹设计和加工仿真分析方面,针对数控加工过程中航空整体结构件装夹难、加工变形大、表面质量难以控制等问题,建立了定位正确性、定位准确性分析模型以及定位方案优化设计方法,实现了定位基准表面、定位元件数目、尺寸以及安装位置的自动化设计;建立了工件稳定性、夹紧合理性、夹紧顺序合理性等分析模型和夹紧方案、夹紧顺序优化设计模型及其相应算法等复杂零件装夹设计新方法、新理论,在合理确定支撑元件数目、位置以及夹紧力大小、作用点、夹紧顺序等方面得到应用。提出了基于非规则有限元网格的铣削力模型及其计算方法,建立了铣削过程中表面形貌的预测模型,实现了切削用量、走刀路径的优化设计,取得了一系列具有影响的理论和成果。相关成果在美国《ASME J. Manuf. Eng.》、英国《Int. J. Adv. Manuf. Tech.》、《机械工程学报》等国内外权威刊物上发表学术论文63篇,其中SCI收录12篇,EI收录30篇。2006年由航空工业出版社出版的学术专著《机床夹具的现代设计方法》。

在机械设备故障诊断方面,将小波包分解技术运用于叶片裂纹故障信号处理,采用分形盒维数对裂纹转子振动信号的分形特征进行识别研究,丰富了信号处理方法在故障诊断中的应用;建立了旋转机械振动信号(频率、幅值)、测点位置与振动故障的模糊关系,运用类核函数进行聚类分析,为在故障类层次进行模式识别提供了理论基础;研发了基于网络的大型风机等旋转机械远程在线监测及故障智能诊断系统。

在高速加工过程智能监控方面,将测控领域的知识应用于机械加工过程,采用振动、声发射、功率、温度等多种传感器采集高速干切削加工过程中的各种信号,用小波变换和神经网络等方法进行信号处理与信息融合,提取特征信号,从而优化工艺参数,提高加工效率与质量,并据此对加工过程实施主动模糊控制,解决加工过程的一个关键技术问题。

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