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高等教育領(lǐng)域數(shù)字化綜合服務(wù)平臺(tái)
簾床紙模古法造紙術(shù)實(shí)驗(yàn)套裝
紙張作為我國(guó)古代勞動(dòng)人民長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累和智慧的結(jié)晶，是人類文明史上一項(xiàng)不朽的發(fā)明創(chuàng)造。造紙術(shù)作為中國(guó)四大發(fā)明之一，其發(fā)端于西漢，改進(jìn)于東漢，并在歷史長(zhǎng)河中保有濃墨重彩的一筆。我司產(chǎn)品簾床紙模古法造紙術(shù)實(shí)驗(yàn)套裝即由“抄紙器”“抄紙簾”“烘烤支架”三個(gè)部分所組成，采取現(xiàn)代技術(shù)以在時(shí)間有限的課堂上還原再現(xiàn)古法造紙技藝。該實(shí)驗(yàn)套裝旨在加深學(xué)生對(duì)古法造紙的了解，親身體驗(yàn)古代造紙工藝的流程及其背后所隱藏的工藝傳承，加強(qiáng)歷史知識(shí)素養(yǎng)。
無(wú)錫羿飛教育科技有限公司
2021-08-23
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在鈉金屬薄膜和等離激元光子器件研究方面上的重要突破
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了獨(dú)特的液態(tài)金屬旋涂工藝，制成了金屬鈉薄膜，首次揭示了金屬鈉膜的優(yōu)異光波段等離激元特性。
北京大學(xué)
2021-04-11
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一種注塑機(jī)開(kāi)模路徑優(yōu)化方法
本發(fā)明公開(kāi)了一種注塑機(jī)開(kāi)模路徑優(yōu)化方法，包括以下步驟： 根據(jù)模具參數(shù)及開(kāi)模工藝參數(shù)進(jìn)行開(kāi)模路徑規(guī)劃；根據(jù)規(guī)劃的開(kāi)模路 徑進(jìn)行開(kāi)模動(dòng)作，獲得開(kāi)模結(jié)果數(shù)據(jù)；計(jì)算開(kāi)模誤差，判斷開(kāi)模誤差 是否在設(shè)定誤差范圍內(nèi)，如是，則優(yōu)化結(jié)束，如否，則通過(guò)迭代學(xué)習(xí) 方法對(duì)開(kāi)模路徑進(jìn)行重新規(guī)劃；通過(guò)多次開(kāi)模及路徑優(yōu)化，直至開(kāi)模 誤差小于設(shè)定誤差允許范圍，優(yōu)化過(guò)程結(jié)束，并保存開(kāi)?？刂茀?shù)。 通過(guò)本發(fā)明，在注塑機(jī)更換新的模具后，能夠在不需要人工調(diào)
華中科技大學(xué)
2021-04-14
零件與模具的無(wú)模直接制造方法
零件與模具的無(wú)模直接制造方法，屬于零件快速制造方法，步驟為：(1)設(shè)計(jì)零件的三維 CAD 模型；(2)對(duì)三維 CAD 模型進(jìn)行切片處理；(3)根據(jù)分層數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃，生成每層成形的數(shù)控代碼；(4)采用數(shù)控等離子熔積噴槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或粉末，在基板上按照每層數(shù)控代碼熔積成形；(5)熔積成形過(guò)程中，將等離子弧與激光復(fù)合；(6)按照上述步驟逐層熔積成形，直至達(dá)到零件尺寸形狀的要求。本發(fā)明保持等離子成形成本低、效率高，成形體易于達(dá)到滿密度的優(yōu)點(diǎn)，僅附加小功率激光，成本低于激光
華中科技大學(xué)
2021-04-14
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新型電力系統(tǒng)數(shù)字動(dòng)模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)UREP
新型電力系統(tǒng)仿真分析、測(cè)試驗(yàn)證。
一、項(xiàng)目分類
關(guān)鍵核心技術(shù)突破
二、成果簡(jiǎn)介
隨著“雙碳目標(biāo)”國(guó)家能源戰(zhàn)略的確定和新型電力系統(tǒng)概念的提出，我國(guó)能源轉(zhuǎn)型力度持續(xù)加大，逐步形成了大量新能源接入電力系統(tǒng)的局面。由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源與常規(guī)能源稟性差別很大，其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有顯著不確定性、波動(dòng)性和機(jī)械慣量缺失等特點(diǎn)。此外，高比例電力電子裝備、新一代直流輸電、多能互補(bǔ)的綜合能源、各類大規(guī)模儲(chǔ)能電站、各種通信及自動(dòng)化新技術(shù)裝置等因素使得新型電力系統(tǒng)組成要素愈加復(fù)雜，動(dòng)態(tài)特性蘊(yùn)含諸多未知，造成系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、裝備制造、系統(tǒng)集成和運(yùn)行控制等都面臨史無(wú)前例的挑戰(zhàn)。目前，電力科研院所、規(guī)劃設(shè)計(jì)單位、裝備制造廠家、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等對(duì)新型電力系統(tǒng)開(kāi)展仿真分析、測(cè)試驗(yàn)證的需求很大、很迫切。同時(shí)看到，新型電力系統(tǒng)的這些新型場(chǎng)景對(duì)仿真技術(shù)要求苛刻，門檻很高。
1）新型電力系統(tǒng)需要精細(xì)化動(dòng)態(tài)模擬。人們對(duì)新型電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的認(rèn)識(shí)還不夠深入，無(wú)論是基礎(chǔ)理論層面還是工程技術(shù)層面還處于廣泛討論、觀點(diǎn)碰撞或局部示范試驗(yàn)階段。然而，電力設(shè)施的新技術(shù)路線試錯(cuò)成本極高，不太可能對(duì)所有備選方案和技術(shù)選項(xiàng)都逐一示范。因此，開(kāi)展大量深入的仿真研究是推進(jìn)新型電力系統(tǒng)實(shí)施的必要手段。對(duì)于新型電力系統(tǒng)，需要深入開(kāi)展仿真研究的領(lǐng)域包括：①新型電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究；②新能源接入電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)； ③ 新能源電網(wǎng)保護(hù)與自動(dòng)化技術(shù)； ④源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制與優(yōu)化調(diào)度；⑤新型配電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與控制；⑥人工智能等新技術(shù)對(duì)新型電力系統(tǒng)的支撐。
2）新能源基地并網(wǎng)需要做穩(wěn)定性評(píng)估。大規(guī)模陸上及海上風(fēng)電集中接入局部電網(wǎng)有可能引發(fā)次/超同步振蕩、寬頻諧波諧振等電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問(wèn)題，需要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行機(jī)理及應(yīng)對(duì)策略分析。所以需要對(duì)包含多類型新能源裝備的局部電網(wǎng)做精細(xì)化動(dòng)模仿真測(cè)試。然而，百千臺(tái)級(jí)風(fēng)光機(jī)組電磁暫態(tài)詳細(xì)建模與仿真是一個(gè)卡脖子難題。
3）軟、硬件在環(huán)仿真是必要的。新能源及儲(chǔ)能電站的電力電子變流器控制及保護(hù)策略是廠家核心機(jī)密，對(duì)外不公開(kāi)。由于控保策略對(duì)裝置外特性及其接入系統(tǒng)的響應(yīng)特性有重要影響，故需要分析內(nèi)部核心控保策略。需要將新能源及儲(chǔ)能控制器實(shí)物或黑盒模型接入測(cè)試平臺(tái)開(kāi)展動(dòng)模仿真，以對(duì)其多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行精細(xì)化分析。軟、硬件在環(huán)試驗(yàn)對(duì)仿真平臺(tái)提出了更高要求。
4）超大規(guī)模儲(chǔ)能電站的仿真難度大。①單個(gè)儲(chǔ)能機(jī)組的設(shè)備形態(tài)發(fā)生改變，從兩/三電平變流器向模塊化多電平變流器（MMC）的復(fù)雜結(jié)構(gòu)演變，甚至采用儲(chǔ)能跟變流器集成，故需要對(duì)這種復(fù)雜新形態(tài)做精細(xì)化測(cè)試驗(yàn)證。②超大規(guī)模、超大機(jī)組的儲(chǔ)能電站包含較多并聯(lián)儲(chǔ)能單元或者儲(chǔ)能機(jī)組，吉瓦時(shí)級(jí)儲(chǔ)能電站，需上百臺(tái)機(jī)組并聯(lián)。另外，儲(chǔ)能變流器的控制策略正從電流源型向電壓源型轉(zhuǎn)變，控制策略趨于復(fù)雜化，故需要大量的儲(chǔ)能變流器的控制裝置接入測(cè)試平臺(tái)，才能對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能單機(jī)以及多機(jī)之間協(xié)調(diào)控制性能測(cè)試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模、超大機(jī)組的儲(chǔ)能電站的精細(xì)化仿真。
5）現(xiàn)代直流輸電控制與保護(hù)測(cè)試提出更高要求。超/特高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用于新能源基地外送的控制保護(hù)策略及其硬件在環(huán)試驗(yàn)對(duì)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)硬件資源要求苛刻，既要對(duì)直流輸電系統(tǒng)建模，又要對(duì)新能源基地建模，應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜性對(duì)仿真平臺(tái)要求更高。
1 技術(shù)分析（創(chuàng)新性、先進(jìn)性、獨(dú)占性）
1.1 國(guó)產(chǎn)化實(shí)時(shí)仿真技術(shù)現(xiàn)狀
實(shí)時(shí)仿真是指仿真模型執(zhí)行進(jìn)度與系統(tǒng)時(shí)鐘完全同步的一類仿真，具備這種特性的仿真裝置稱為實(shí)時(shí)仿真器。新型電力系統(tǒng)的認(rèn)知、試驗(yàn)、生產(chǎn)、培訓(xùn)需求快速增長(zhǎng)，形成了實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域巨大潛在市場(chǎng)。但目前RTDS、RT-LAB等進(jìn)口設(shè)備依舊壟斷市場(chǎng)，對(duì)于大規(guī)模新能源場(chǎng)站、縣域規(guī)模萬(wàn)節(jié)點(diǎn)級(jí)電力系統(tǒng)、多端特高壓直流輸電等應(yīng)用場(chǎng)景電磁暫態(tài)仿真，所需的仿真資源巨大，平臺(tái)造價(jià)極高。且關(guān)鍵核心技術(shù)處于卡脖子狀態(tài)，平臺(tái)應(yīng)用的靈活性和開(kāi)放性受到很大限制。只有開(kāi)發(fā)和推廣國(guó)產(chǎn)化實(shí)時(shí)仿真技術(shù)才能為順利推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中的研究和生產(chǎn)提供自主可控的工具和手段。
1.2 UREP與進(jìn)口設(shè)備的對(duì)比試驗(yàn)
為了實(shí)現(xiàn)電力實(shí)時(shí)仿真器的國(guó)產(chǎn)化替代，徹底解決電力實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域的技術(shù)“卡脖子”問(wèn)題，國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)仿真器UREP需要與國(guó)際主流技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，力求達(dá)到甚至超過(guò)目前世界最先進(jìn)的技術(shù)。對(duì)標(biāo)對(duì)象為行業(yè)公認(rèn)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真儀（RTDS）和行業(yè)廣泛使用的RTLAB，以上兩款設(shè)備均為加拿大生產(chǎn)。對(duì)比試驗(yàn)方案如圖1-1所示。制定標(biāo)準(zhǔn)（典型）測(cè)試算例，分別在UREP、RTDS和RTLAB環(huán)境下搭建測(cè)試算例的仿真模型，在完全相同的測(cè)試條件和試驗(yàn)內(nèi)容下得到各種仿真器的仿真結(jié)果，比較仿真結(jié)果的一致性。同時(shí)比對(duì)仿真規(guī)模、建模效率和編譯時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)。
圖1-1 國(guó)產(chǎn)UREP與進(jìn)口設(shè)備對(duì)標(biāo)方案
1.2.1電氣網(wǎng)絡(luò)仿真對(duì)比
圖1-2表示了一個(gè)多支路網(wǎng)絡(luò)，基于圖1-1中三種仿真器搭建該模型，通過(guò)不斷增加支路數(shù)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，直到仿真器過(guò)載，得到仿真器的算力極限。
圖1-2 多支路電氣網(wǎng)絡(luò)
在50us仿真步長(zhǎng)下，對(duì)于圖1-2案例RTLAB最大仿真規(guī)模為78個(gè) 三相節(jié)點(diǎn)，UREP也為78個(gè) 三相節(jié)點(diǎn)，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時(shí)間為3分52秒，UREP編譯時(shí)間為1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。
圖1-3 基于RTDS的仿真模型
當(dāng)基于RTDS建模時(shí)，如圖2-5，每塊PB5最多允許24個(gè)節(jié)點(diǎn)；當(dāng)基于NovaCor建模時(shí)，在超大步長(zhǎng)150us下可以達(dá)到100節(jié)點(diǎn)，在50us步長(zhǎng)下仿真規(guī)模未知。
2.2.2 雙饋風(fēng)機(jī)仿真對(duì)比
雙饋風(fēng)機(jī)含有電機(jī)、傳動(dòng)鏈、電力電子變流器和控制系統(tǒng)，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步長(zhǎng)下，對(duì)于如圖1-4案例，RTLAB最大仿真規(guī)模為6臺(tái)，UREP也為6臺(tái)，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時(shí)間為7分0秒，UREP編譯時(shí)間為2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。
圖1-4 雙饋風(fēng)機(jī)測(cè)試案例
2.2.3 直流輸電仿真對(duì)比
直流輸電是最復(fù)雜的電力電子裝備，有換流閥、閥控制器、極控制器、站控制器等一次和二次系統(tǒng)，是實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域的難點(diǎn)，也是檢驗(yàn)仿真器能力的試金石。圖1-5是雙端單極直流輸電系統(tǒng)測(cè)試用例，每端包含2個(gè)六脈波橋，控制保護(hù)包括了閥控、極控和主控模型，封裝于藍(lán)色模塊內(nèi)。
圖1-5 雙端單極直流輸電系統(tǒng)測(cè)試用例
將圖1-5所示算例分別在RTLAB和UREP中建模運(yùn)行，在單核可用資源下，若仿真對(duì)象為電氣主系統(tǒng)和控制保護(hù)組成的整個(gè)系統(tǒng)，則RTLAB過(guò)載，UREP也過(guò)載。若仿真對(duì)象僅為電氣主系統(tǒng)（即雙側(cè)電源、交直流濾波器和4個(gè)6脈波橋），則RTLAB和UREP均不過(guò)載。在編譯速度方面，RTLAB編譯時(shí)間為3分40秒，UREP編譯時(shí)間為1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。
2.2.4 同步發(fā)電機(jī)組仿真對(duì)比
同步發(fā)電機(jī)目前仍是電力系統(tǒng)主力電源，是電力系統(tǒng)的主要仿真對(duì)象。同步發(fā)電機(jī)組模型包括同步發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及升壓變。搭建多臺(tái)同步電機(jī)并列運(yùn)行算例，如圖1-6所示。
圖1-6 同步電機(jī)并列運(yùn)行算例
在50us仿真步長(zhǎng)下，對(duì)于圖1-6案例RTLAB最大仿真規(guī)模為11臺(tái)，UREP為13臺(tái)。在編譯速度方面，RTLAB編譯時(shí)間為3分51秒，UREP編譯時(shí)間為1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。
2.2.5 最小步長(zhǎng)對(duì)比
基于CPU的最小仿真步長(zhǎng)能夠體現(xiàn)仿真計(jì)算時(shí)間的抖動(dòng)問(wèn)題，抖動(dòng)越小，允許的仿真步長(zhǎng)就越小。因此，通過(guò)比較最小仿真步長(zhǎng)，也可以反映仿真器的計(jì)算性能。仿真對(duì)象采用單臺(tái)雙饋風(fēng)機(jī)，模型包括風(fēng)力機(jī)、繞線異步電機(jī)、機(jī)側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、主動(dòng)系統(tǒng)、所接入的配電網(wǎng)等元素，如圖1-7所示。
圖1-7 測(cè)試最小步長(zhǎng)算例
經(jīng)測(cè)試，RTLAB最小仿真步長(zhǎng)為24us，UREP最小仿真步長(zhǎng)為20us?？梢?jiàn)，UREP具有更小的仿真抖動(dòng)。
2.2.6 仿真精度對(duì)比
為了驗(yàn)證國(guó)產(chǎn)UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉對(duì)比驗(yàn)證方法說(shuō)明UREP的仿真精度。電力系統(tǒng)仿真包括電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)，因此，從電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)考慮各種應(yīng)用場(chǎng)景，以覆蓋各種情形。電磁暫態(tài)檢測(cè)案例的電網(wǎng)拓?fù)淙鐖D1-8所示。
圖1-8 電磁暫態(tài)檢測(cè)使用案例
無(wú)窮大電源電壓等級(jí)為110kV，頻率為50Hz，系統(tǒng)內(nèi)阻抗為；L1、L3線路阻抗為，L2、L4線路阻抗為， T1、T2兩變壓器的額定容量均為，短路電壓，空載損耗，空載電流，短路損耗，變比，高低壓繞組均為Y形聯(lián)結(jié)；假設(shè)系統(tǒng)A1、B1、A、B處供電負(fù)荷為(5+j1)MVA，C1和C處供電負(fù)荷為1+j0.1MVA。UREP建模如圖1-9所示。
圖1-9 電磁暫態(tài)檢測(cè)案例的UREP仿真模型
基于RTDS建立電磁暫態(tài)案例的仿真模型如圖1-10所示，其電壓過(guò)零點(diǎn)短路控制如圖1-10所示。
圖1-10 RTDS仿真模型
圖1-11 RTDS電壓過(guò)零點(diǎn)短路控制結(jié)構(gòu)
對(duì)上述模型，分別使用UREP和RTDS進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，仿真時(shí)間為0.2s，短路故障發(fā)生在0.06s-0.16s之間，仿真步長(zhǎng)為100微秒，橫軸表示在0.2s時(shí)間內(nèi)仿真采樣點(diǎn)數(shù)，縱軸表示母線電壓、電流，單位分別為V、A。在母線A點(diǎn)處發(fā)生三相短路，短路前后及短路期間的三相電壓波形如圖16-7。為了顯示細(xì)微之處，將圖1-12局部放大后，如圖1-13。
圖1-12 A點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)三相電壓波形
圖1-13 A點(diǎn)處發(fā)生三相短路時(shí)三相電壓波形局部放大
點(diǎn)劃線為RTDS仿真結(jié)果，虛線為UREP仿真結(jié)果?？梢钥闯?，兩種仿真結(jié)果高度重合，表現(xiàn)出電磁暫態(tài)仿真結(jié)果的高度一致。電磁暫態(tài)過(guò)程除了表現(xiàn)在電壓動(dòng)態(tài)還表現(xiàn)在電流動(dòng)態(tài)，短路前后及短路期間的三相短路電流波形如圖1-14。
圖1-14 A點(diǎn)處發(fā)生三相短路時(shí)三相電流波形
圖1-15 A點(diǎn)處發(fā)生三相短路時(shí)三相電流波形局部放大圖
1.3 對(duì)標(biāo)結(jié)論
（1）在內(nèi)核資源完全等同條件下，國(guó)產(chǎn)UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即內(nèi)核授權(quán)數(shù)相同條件下，具有相同的仿真規(guī)模。
（2）國(guó)產(chǎn)UREP的建模效率和編譯速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于RTLAB。小規(guī)模場(chǎng)景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大規(guī)模場(chǎng)景下UREP是RTLAB的45倍左右。
（3）在仿真對(duì)象完全相同的條件下，國(guó)產(chǎn)UREP和RTDS的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果完全相同，二者交叉對(duì)比沒(méi)有差別。
貴州大學(xué)
2022-08-15
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基于網(wǎng)絡(luò)的注塑模三維CAD系統(tǒng)
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，完成注塑模具的并行設(shè)計(jì)。通過(guò)智能化提示，進(jìn)行參數(shù)化繪圖，自動(dòng)生成三維模型，并由三維模型直接或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的IGES格式轉(zhuǎn)換進(jìn)入不同系統(tǒng)的CAM模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造信息共享，達(dá)到CAD/CAM一體化。提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)制造周期。
大連理工大學(xué)
2021-04-14
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數(shù)字化無(wú)模鑄造精密成形技術(shù)與裝備
本研究針對(duì)復(fù)雜鑄件整體制造難、制模周期長(zhǎng)、資源消耗大等難題，構(gòu)建無(wú)模鑄造復(fù)合成形原理及機(jī)制，發(fā)明復(fù)雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復(fù)合成形工藝，省去木模、金屬模制造過(guò)程。
一、項(xiàng)目分類
關(guān)鍵核心技術(shù)突破
二、成果簡(jiǎn)介
鑄造是我國(guó)裝備制造的基礎(chǔ)工藝，無(wú)論是農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、汽車、船舶，還是航空航天以及國(guó)防軍工等領(lǐng)域的發(fā)展都離不開(kāi)鑄件。我國(guó)現(xiàn)已成為世界鑄件生產(chǎn)大國(guó)，2020年我國(guó)各類鑄件總產(chǎn)量達(dá)到5195萬(wàn)噸，較2019年同比增長(zhǎng)6.6%，約占世界總產(chǎn)量45%，位居世界第一位。
鑄造主要有砂型鑄造、金屬型鑄造和特種鑄造等，砂型鑄造由于其原材料來(lái)源廣泛、成本低、鑄型制造簡(jiǎn)便以及應(yīng)用合金種類多等優(yōu)點(diǎn)，世界上80%的鑄件都是采用砂型鑄造。對(duì)于砂型鑄造工藝來(lái)說(shuō)，模樣、芯盒等模具的設(shè)計(jì)制造是非常復(fù)雜并且耗時(shí)的過(guò)程，該過(guò)程首先需要根據(jù)鑄造方案進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)，然后通過(guò)翻模制作砂型和砂芯，之后再將制作好的砂型和砂芯經(jīng)過(guò)組芯、合箱以及澆鑄從而完成金屬毛坯的制造。而高性能復(fù)雜整體金屬結(jié)構(gòu)件又是航空航天、國(guó)防軍工、軌道交通等領(lǐng)域高端裝備的核心組成部分。因此構(gòu)件的短流程、高精密、高性能制造是實(shí)現(xiàn)我國(guó)高端裝備自主研發(fā)及制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)的金屬成形如模具鑄造、模壓鍛造等需要木模、金屬模的成形工藝，存在工序多、流程長(zhǎng)、形性精確控制難等世界性難題，無(wú)法滿足多品種、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研發(fā)新型精密成形基礎(chǔ)前沿機(jī)制與方法。本項(xiàng)目將構(gòu)建數(shù)字化精密成形理論體系，涵蓋數(shù)字化無(wú)模鑄造復(fù)合成形和數(shù)字化多材質(zhì)復(fù)合鑄型等兩方面，突破了復(fù)雜整體構(gòu)件高效率、高性能、高精度無(wú)模成形技術(shù)，變革了采用模具造型的傳統(tǒng)砂型鑄造和模壓鍛造生產(chǎn)模式，推動(dòng)傳統(tǒng)金屬成形模式的創(chuàng)新發(fā)展。
復(fù)雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無(wú)模鑄造復(fù)合成形技術(shù)與裝備
本研究針對(duì)復(fù)雜鑄件整體制造難、制模周期長(zhǎng)、資源消耗大等難題，構(gòu)建無(wú)模鑄造復(fù)合成形原理及機(jī)制，發(fā)明復(fù)雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復(fù)合成形工藝，省去木模、金屬模制造過(guò)程。揭示了擠壓工藝對(duì)砂型透氣性、砂型強(qiáng)度等性能的影響規(guī)律，發(fā)明了梯度緊實(shí)的柔性擠壓成形方法，實(shí)現(xiàn)了砂型/芯梯度緊實(shí)柔性擠壓近成形。
復(fù)雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復(fù)合成形技術(shù)與裝備
本研究針對(duì)傳統(tǒng)單一鑄型對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差異大、鑄件形性調(diào)控難、尺寸精度差等難題，提出了多材質(zhì)復(fù)合鑄型技術(shù)及與鑄件相匹配的多材質(zhì)復(fù)合鑄型及其坎合組裝方法，通過(guò)建立多材質(zhì)復(fù)合鑄型與高性能鑄件一體化精確鑄造成形的計(jì)算分析模型，構(gòu)建了多材質(zhì)復(fù)合鑄型的調(diào)控原理與方法。揭示了多材質(zhì)復(fù)合鑄型對(duì)鑄件溫度場(chǎng)、微觀組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律，研制出石英砂、寶珠砂、鉻鐵礦砂等構(gòu)成的形性可控鑄型材料配方，實(shí)現(xiàn)了鑄型透氣性、固化強(qiáng)度、切削性能的協(xié)同調(diào)控。研究了傳統(tǒng)鑄型與復(fù)合鑄型的凝固溫度曲線，對(duì)比了不同工藝所制鑄件的強(qiáng)度，掌握了各鑄型單元的熱力學(xué)參數(shù)及型砂種類對(duì)鑄件性能的影響規(guī)律，揭示了金屬液與不同鑄型間的熱力耦合作用機(jī)理。
三、創(chuàng)新點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)
1.復(fù)雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無(wú)模鑄造復(fù)合成形技術(shù)與裝備
本研究揭示了砂粒移位、橋連斷裂、空穴彌合的砂型/芯切削機(jī)理，建立了非均質(zhì)離散體砂型切削模型，發(fā)明了一種切削排砂一體化的無(wú)模鑄型數(shù)字化快速制造方法，實(shí)現(xiàn)了高精高效制造，鑄件制造周期縮短50%以上，成本降低30%以上。
2.復(fù)雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復(fù)合成形技術(shù)與裝備
本研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)鑄件充型凝固過(guò)程的精確調(diào)控，提高了復(fù)雜鑄件內(nèi)在質(zhì)量與外在精度，實(shí)現(xiàn)了鑄件性能主動(dòng)精確調(diào)控，使鑄件廢品率從5%～10%降至2%～4%，減重10%～20%。
四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng)（成果基礎(chǔ)）
知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況：
成果獲授權(quán)發(fā)明專利46件，其中美日等國(guó)際發(fā)明專利18件；軟件著作權(quán)12件；起草制定國(guó)家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范14項(xiàng)；出版專著《無(wú)模鑄造》（機(jī)械工業(yè)出版社，2017）。成果入選并被列為國(guó)家工信部《機(jī)械基礎(chǔ)件、基礎(chǔ)制造工藝、基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》（工信部規(guī)[2011]509號(hào)）中“50項(xiàng)推廣應(yīng)用的先進(jìn)綠色制造工藝”的首項(xiàng)技術(shù)。
獲獎(jiǎng)情況：
2020年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；
2018年中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)；
2017年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)；
2016年中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)；
2016年中國(guó)專利金獎(jiǎng)；
2014年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；
2012年北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；
2011年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
五、成果圖片
南京航空航天大學(xué)
2022-08-12
基于網(wǎng)絡(luò)的注塑模三維CAD系統(tǒng)
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，完成注塑模具的并行設(shè)計(jì)。通過(guò)智能化提示，進(jìn)行參數(shù)化繪圖，自動(dòng)生成三維模型，并由三維模型直接或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 IGES 格式轉(zhuǎn)換進(jìn)入不同系統(tǒng)的 CAM 模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造信息共享，達(dá)到 CAD/CAM 一體化。提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)制造周期。
大連理工大學(xué)
2021-04-13
女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模
XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型
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XM-131D女性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型可拆分為6部件：女性骨盆帶第五腰椎、韌帶、血管、神經(jīng)、盆底肌群、及子宮部分直腸等6部件；其中子宮、膀胱、直腸又可以剖開(kāi)成2部分，顯示肛門外括約肌、尿道外括約肌、會(huì)陰淺橫肌、會(huì)陰深橫肌、球海綿體肌、坐骨海綿體肌、會(huì)陰中心腱、肛提肌各個(gè)部位均可拆卸，直腸、連帶輸卵管與卵巢的子宮及陰道作正中矢狀切可分成2部件，骨盆模型的右半部能顯示髂總動(dòng)脈、髂內(nèi)外動(dòng)脈及髂總靜脈、髂外靜脈分布及解剖結(jié)構(gòu)，顯示右骶叢、右坐骨神經(jīng)與右陰部神經(jīng)，顯示骨與韌帶及左右兩側(cè)髖骨、恥骨聯(lián)合、骶骨、尾骨、帶椎間盤的第五腰椎。模型通過(guò)第五腰椎、骶骨與尾骨的正中矢狀切骨盆可分成左右兩部分，并能顯示錐管中的馬尾成分，第五腰椎體的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可顯示骨盆韌帶及腹股溝韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶、骶髂前韌帶、骶腰韌帶、前縱韌帶、骶髂骨間韌帶、骶髂后韌帶，以及閉孔膜等結(jié)構(gòu)。
尺寸：自然大，27×19×22cm
材質(zhì)：PVC材料
上海欣曼科教設(shè)備有限公司
2021-08-23
男性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模
XM-130B男性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型
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XM-130B男性骨盆帶韌帶、血管、神經(jīng)、盆底及器官模型可拆分為7部件，顯示了男性骨盆的骨骼、韌帶、血管、神經(jīng)以及盆底肌肉和外部性器官的彼此連接，通過(guò)一個(gè)正中切面展示了整個(gè)骨盆，右邊的外部肛門括約肌、坐骨海綿體肌、會(huì)陰淺橫肌和深橫肌，以及球海綿體肌均可拆除，
直腸、膀胱、前列腺和陰莖也可在正中一拆為二，陰莖部分的皮膚和筋膜已部分去除，因此可見(jiàn)血管和神經(jīng)，陰囊和精索區(qū)域的部分皮膚也已去除，因此睪丸和附睪是可見(jiàn)的。在左側(cè)，精索以不同層進(jìn)行顯示，在右側(cè)，睪提肌以及精索內(nèi)筋膜已經(jīng)暴露。右半部分骨盆顯示了常見(jiàn)的外部和內(nèi)部髂動(dòng)脈及外部髂靜脈，顯示了彼此之間的位置關(guān)系。仙骨神經(jīng)叢、坐骨神經(jīng)叢、陰部神經(jīng)叢、陰莖背神經(jīng)叢、陰囊前神經(jīng)、會(huì)陰神經(jīng)、肛門神經(jīng)以及輸精管均有顯示。模型還展示了以下骨骼及韌帶：雙側(cè)髖骨、恥骨聯(lián)合、骶骨、尾骨以及第五腰椎和椎間盤。正中切面通過(guò)第五腰椎、骶骨以及尾骨，因此骨盆可以被拆分成兩半，這意味著馬尾(脊尾)在椎管內(nèi)可見(jiàn)。第五腰椎的左半部分可以被拆除。以下韌帶也可見(jiàn)：腹股溝韌帶、骶結(jié)節(jié)韌帶、骶棘韌帶、髂骶前韌帶、髂腰韌帶、前縱韌帶、棘上韌帶、骶髂骨間韌帶、骶髂骨后韌帶、骶尾外側(cè)韌帶、骶尾后淺韌帶、閉鎖膜以及腔隙韌帶。
尺寸：自然大，17×18×30cm
材質(zhì)：PVC材料
上海欣曼科教設(shè)備有限公司
2021-08-23