界面新聞?dòng)浾?| 楊舒鴻吉
在航空領(lǐng)域，蒙皮是決定飛機(jī)疲勞壽命的主承載零件，占機(jī)身面積80%，重量 21%。
在國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)上，蒙皮已采用了輕量化高強(qiáng)度的鋁鋰合金新材料，最薄處僅和雞蛋殼差不多。國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)能夠自主生產(chǎn)精度如此之高的關(guān)鍵部件，離不開(kāi)一項(xiàng)關(guān)鍵國(guó)產(chǎn)設(shè)備的誕生。
2023年5月26日，2022年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)授獎(jiǎng)揭曉。上海交大王宇晗團(tuán)隊(duì)“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸鏡像銑削技術(shù)與裝備”項(xiàng)目獲技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。
在傳統(tǒng)飛機(jī)蒙皮生產(chǎn)技術(shù)中，一般采用化銑方式進(jìn)行加工，也帶來(lái)了精度低、污染重等問(wèn)題。尤其是大尺寸大柔性超薄曲面材料生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)法采用常規(guī)機(jī)械銑削加工， 這是國(guó)際公認(rèn)的制造難題。
而隨著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)和運(yùn)載火箭項(xiàng)目“上馬”，對(duì)于高端銑削設(shè)備的需求也更加緊迫。如何解決這一難題，當(dāng)時(shí)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出“三條”路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)我國(guó)航空、航天領(lǐng)域的自立自強(qiáng)。
第一條是買(mǎi)世界最先進(jìn)的，第二條是與國(guó)內(nèi)頂尖廠商合作研發(fā)，第三條是攻堅(jiān)克難實(shí)現(xiàn)自研。
經(jīng)過(guò)兩年的努力，我國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)采購(gòu)世界最先近的部件仍達(dá)不到鏡像銑性能提升要求，與國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)廠 家的聯(lián)合研發(fā)也以廠家研發(fā)失敗而告終。擺在中國(guó)科研人面前的只有組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)這一條道路。
此時(shí)，上海交通大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師王宇晗帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了加工壁厚的高精度控制。該技術(shù)不僅專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于鏡像銑加工場(chǎng)景，核心參數(shù)也全面領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，還實(shí)現(xiàn)了零部件全國(guó)產(chǎn)化。
由其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的是一款“五軸鏡像銑削技術(shù)裝備”，其原理是在蒙皮材料加工過(guò)程中，在材料的正反兩面同時(shí)銑削，“相當(dāng)于在一個(gè)足球場(chǎng)上，同時(shí)快速奔跑的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)員，腳下的兩個(gè)球的運(yùn)動(dòng)軌跡要一模一樣。只有正反兩面的運(yùn)動(dòng)軌跡絲毫不差，才能保證不會(huì)銑穿薄且軟的材料，不造成材料報(bào)廢。”王宇晗解釋。
該套設(shè)備的多個(gè)參數(shù)領(lǐng)先于國(guó)際同類(lèi)技術(shù)。
據(jù)介紹，王宇晗團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全球首臺(tái)立式雙五軸鏡像銑裝備，加工角度范圍較國(guó)際水平提高70%，滿(mǎn)足了新一代火箭整體箱底/大彎曲角度加工需求，且最薄壁厚僅為一張身份證的厚度，提高了火箭有效載荷。
同時(shí)，項(xiàng)目組還研制了全球尺寸最大的12米臥式雙五軸鏡像銑裝備，空間精度比國(guó)際水平提高1倍，解決了多種型號(hào)飛機(jī)大尺寸蒙皮精密加工難題。
針對(duì)多類(lèi)型大柔性蒙皮/變形大、壁厚難以控制等難題，項(xiàng)目組提出了雙五軸雙通道/狀態(tài)共享與規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)控制方法，發(fā)明了異種構(gòu)型、雙五軸聯(lián)動(dòng)鏡 像同步控制技術(shù)、雙五軸聯(lián)動(dòng)與壁厚/實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了任意形狀蒙皮的快速裝卡與自動(dòng)化生產(chǎn)。零件加工精度達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
工欲善其事，必先利其器。關(guān)鍵工業(yè)設(shè)備的技術(shù)突破，讓中國(guó)航空、航天從“手搓”時(shí)代一躍進(jìn)入批量生產(chǎn)時(shí)代。王宇晗團(tuán)隊(duì)也在交大科技成果轉(zhuǎn)化模式下，成立了上海拓璞數(shù)控科技股份有限公司，相關(guān)技術(shù)正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段
上海拓璞提供的資料顯示，研制成功后，國(guó)內(nèi)所有鏡像銑裝備均由該企業(yè)提供。上海拓璞實(shí)現(xiàn)了蒙皮從化銑到鏡像銑的升級(jí)換代。目前，該技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)航空航天重點(diǎn)企業(yè)，有力支撐了我國(guó)大飛機(jī)及運(yùn)載火箭等型號(hào)的研制與批產(chǎn)。
從科學(xué)家到企業(yè)家，上海拓璞數(shù)控科技股份董事長(zhǎng)王宇晗向記者坦言，企業(yè)管理曾一度讓這家新生的科創(chuàng)企業(yè)折戟商場(chǎng)，在國(guó)內(nèi)訂單紛至沓來(lái)時(shí)，臃腫的產(chǎn)品類(lèi)別也一度讓按時(shí)交貨成為難題。好在通過(guò)及時(shí)的內(nèi)部梳理，企業(yè)形成了高效的管理。
正當(dāng)上海拓璞幫助國(guó)內(nèi)企業(yè)擺脫國(guó)際廠商制約，實(shí)現(xiàn)高端“工業(yè)母機(jī)”自立自強(qiáng)時(shí)，來(lái)自國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的“惡意訴訟”又打得上海拓璞措手不及?！半m然大家同為鏡像銑削設(shè)備，但是技術(shù)路線完全不同，且拓璞已有發(fā)明專(zhuān)利24項(xiàng)，軟件著作權(quán)15項(xiàng)，因此并不畏懼?！蓖跤铌媳硎尽?/p>
國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的打壓無(wú)法阻止中國(guó)高端制造設(shè)備進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。來(lái)自上海拓璞內(nèi)部人士消息，目前上海拓璞的相關(guān)產(chǎn)品已有國(guó)際廠商前來(lái)洽談采購(gòu)，有望進(jìn)一步打入國(guó)際市場(chǎng)。
王宇晗團(tuán)隊(duì)的科研之路，是中國(guó)高端工業(yè)母機(jī)從被“卡脖子”走向“自強(qiáng)”的縮影。
王宇晗同時(shí)也擔(dān)任了國(guó)家機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員。他向界面新聞?dòng)浾弑硎?，中?guó)高端工業(yè)母機(jī)雖然仍與國(guó)際水平存在較大差距，但是在一些具體領(lǐng)域已經(jīng)具備“掰手腕” 的能力。國(guó)內(nèi)科研技術(shù)工作者要抱有信心，憑借國(guó)內(nèi)強(qiáng)大的工業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加之國(guó)家的強(qiáng)有力支持，一定能夠最終實(shí)現(xiàn)突破，完成自強(qiáng)夢(mèng)。