大连理工大学科技成果——复杂型面整体叶轮叶盘旋转磨料流抛光设备及技术
大连理工大学科技成果——复杂曲面类零件的高效精密加工
复杂曲面类零件的高效精密加工
High-Efficient and Precise Machining of Complex Components with Free-Form Surface
一、课题背景和来源
自由曲面是工程中复杂而又经常遇到的曲面，在航空、造船、汽车、能源、国防等部门中许多零件的外形如各种叶片曲面、螺旋桨曲面、变距螺旋面以及模具工作表面等均为自由曲面，其形状复杂、材料难以加工、精度要求高，在整个部件生产过程中其加工质量和效率的高低举足轻重。
采用数控机床或加工中心加工曲面类零件是目前的主要方法，如何充分发挥多坐标数控机床的潜能，提高曲面类零件的加工精度及效率是该领域的研究热点。
获得国家自然科学基金（50105001、50775022）的资助。
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二、研究内容与关键技术
➢ 数控侧铣曲面的运动几何学模型建立；
➢ 密切法加工曲面的原理与误差控制； ➢ 数控侧铣加工曲面的整体优化模型与方法； ➢ 中轴变换的快速算法与应用；
三、创新与特色
提出了任意回转面刀具加工曲面的密切法和数控侧铣加工曲面的整体优化方法；揭示了中轴变换的几何学原理，提出了计算连续域中轴线/面的跟踪和迭代算法，可以解决数控加工中的等距自交、刀具路径C1连续、高速加工中刀具加速度连续变化、复杂型腔加工中刀具路径及刀轴姿态的确定等一系列关键问题。
四、研究成果
在国外期刊发表10篇论文，均被SCI 收录；部分成果在实际中得到了应用。
环面蜗杆与大型铣刀盘的五轴加工
航空发动机的叶片修复
五坐标加工中心与数控侧铣加工的鼓风机叶轮
圆锥刀侧铣刀位计算 螺旋桨仿真加工 ATC 凸轮的仿真加工 叶片加工误差分析。
大连理工大学科技成果——船体复杂曲面外板水火加工成型工艺参数预报系统
大连理工大学科技成果——船体复杂曲面外板水火
加工成型工艺参数预报系统
一、产品和技术简介：
“船体帆形外板水火加工成型工艺参数优化设计和自动预报的计算机软件系统”是由大连理工大学和大连新船重工有限责任公司经过十几年研究完成的。
该系统于1997年9月在大连新船重工有限责任公司正式投产，到2000年年末，已成功应用于该厂23艘出口船舶产品的建造中，是目前在国内外船厂中首先被应用于实际工程的软件系统，第一个实现了船体外板水火成型加工工艺的信息化，解决了船体外板水火加工成型工艺凭经验作业的生产瓶颈问题，产生了明显的经济和社会效益。
1997年12月通过中国船舶工业总公司（部级）组织的专家鉴定，成果水平为“国际领先”。
该成果获2000年国家科技进步二等奖、1999年中国船舶工业总公司（部级）科技进步一等奖和大连市政府科技进步一等奖。
该成果主要用于水火加工船体复杂曲面（帆形和鞍形）外板的生产中，系统可以自动提供水火加工工艺参数。
二、应用范围：
国内外造船企业。
大连理工大学科技成果——二氧化碳捕集与净化工业化技术
大连理工大学科技成果——二氧化碳捕集与净化工业化技术一、产品和技术简介：随着世界范围内工业化进程的加快，二氧化碳废气的排放量越来越大，既造成了严重的大气污染，形成可怕的温室效应，又浪费了宝贵的碳资源。
因此控制二氧化碳的排放量，对排放的二氧化碳进行回收、固定、利用及再资源化，已成为世界各国特别是发达国家十分关注的问题。
该二氧化碳捕集与净化工业化技术针对不同浓度二氧化碳气源，采用不同的回收技术进行富集和提纯。
复合脱碳溶液用于捕集低浓度二氧化碳气源中的CO2，技术核心是吸收剂对CO2的吸收容量大，解吸量大，解吸温度低，能耗小，抗氧化性能强，不腐蚀设备，操作压力低。
对于高浓度二氧化碳气源，通过吸附精馏技术将吸附法和精馏法结合，使用各种高效吸附剂有效脱除二氧化碳气体中的微量杂质，可以把二氧化碳提纯到99.99%以上，达到和超过国家最新食品添加剂（GB10621-006）和国际饮料协会标准。
二、应用范围和生产条件：该技术可以使用于各种化工厂、发电厂、炼钢厂、矿石分解等尾气的净化提纯。
所得二氧化碳产品广泛实用于人类生活的各行各业：医药、采油驱油剂、焊机保护气、干冰、食品添加剂等。
该技术已在全国成功推广不同气源的二氧化碳回收装置27套，产品二氧化碳包括工业级、食品级。
装置运行稳定，产品供不应求。
三、获得的专利等知识情况：ZL200710011329.8回收混合气体中二氧化碳的符合脱碳溶液200910011874.6一种从含二氧化碳气体中选择性脱除二氧化硫的吸收剂201110230570.6一种用复合脱碳溶液捕集混合气体中二氧化碳的方法ZL200310105015.6脱除二氧化碳中微量乙烯吸附剂ZL03238678.8吸附精馏提纯二氧化碳装置AL200810010905.1吸附精馏技术提纯二氧化碳装置US7，754，102B2 METHOD FOR RECLAIM OF CARBON DIOXIDE AND NITROGEN FROM BOILER FLUE GASZL200710101478.3锅炉烟道气回收净化注井采油装置ZL200710011508.1一种回收废气中二氧化碳用复合脱碳溶液ZL200720011443.6锅炉烟道气加压吸收二氧化碳液化驻京采用装置ZL200920013376.0锅炉烟道气回收二氧化碳液化注井采油装置ZL200920013375.6锅炉烟道气回收全气态注井采油装置ZL200720011439.X锅炉烟道气加压吸收二氧化碳气态注井采油装置ZL200720011438.5蒸汽二氧化碳氮气联注井采油装置四、规模与投资、成本估算：装置规模年产20万吨CO2五、提供技术的程度和合作方式：许可使用六、配图：低浓度二氧化碳富集提纯工艺流程吸附精馏法精制二氧化碳工艺流程七、产业化程度：产业化阶段。
大连理工大学科技成果——表面处理技术
大连理工大学科技成果——表面处理技术
一、项目简介
以功能型有机硅烷偶联剂对金属或非金属材料进行表面处理，提高表面能，进而有效提高涂层对基材的附着力；可处理铁板、镀锌板、铝板等多种基材。
采用硅烷偶联剂与微纳米技术实现材料的超疏水或超亲水性，使材料表面具有自清洁功能。
硅烷处理还可以防止金属腐蚀。
二、项目进展情况
基本完成实验室阶段研究。
三、经济效益预测
该技术简单实用，对基材表面形貌要求低，适用于铝材、建筑、金属防腐等领域，效益可观。
四、对产业提升的预测
利用硅烷技术可实现多种材料的高、低表面能，替代或补充其他传统技术，对铝材、建材、金属材料等相关行业的表面处理具有提升作用。
五、提供技术的程度和合作方式
技术咨询与服务。
大连理工大学科技成果——复合材料系列工具技术
大连理工大学科技成果——复合材料系列工具技术一、产品和技术简介航空航天等领域广泛应用的碳纤维/树脂复合材料具有各向异性，层间强度低，且碳纤维的硬度高(HRC=53～65)、强度大、导热性差等特性，导致诸如钻孔、锪窝、开窗口、大孔套料加工、切边、磨削等机械加工过程中，特别是制孔过程中极易产生毛刺、分层、撕裂等缺陷，属于典型的难加工材料。
多年来，航空航天和军工科研与生产企业为确保碳纤维复合材料构件的质量，不得已只能沿用金属加工工具及加工工艺，传统的机械加工方法和现有的手工作业方式不仅效率低下，远远满足不了批量生产的需求，而且极易产生毛刺和撕裂等加工缺陷，国内至今尚无针对C/E复合材料加工的系列专用刀具。
基于以上问题，开展了针对碳纤维/树脂基复合材料工具技术的系列研究，研制开发出系列电镀超硬磨料（金刚石）多刃套料工具及其组合制孔工具、微磨料群可控排布电镀超硬磨料磨削砂轮、超硬磨料超薄切割工具、金刚石纳米涂层螺旋面整体硬质合金制孔刀具、PCD制孔刀具等，并掌握了各种刀具的加工性能和最优工艺参数。
二、应用范围和生产条件复合材料在军工、航天航空领域应用越来越广泛，而相应的军工企业、研究所都不可避免的面临复合材料加工中出现的各种问题。
复合材料系列工具技术已部分应用与航空和航天企业，例如，中国运载火箭研究院703所、沈阳飞机（集团）有限公司，取得了良好的效果，同时，也为北京航空制造工程研究所的相关科研提供了刀具。
复合材料系列工具技术对于复合材料应用的航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本装置不包含复杂难加工零件，装配简单，不需要特殊的生产、装配条件，通过常规机械加工手段即可加工制造。
三、获得的专利等知识产权情况已获得中国发明专利：一种磨粒三维多层可控优化排布电镀工具制作方法；专利公开号：ZL200710010921.6。
一种减缓碳纤维复合材料手工制孔出口速度的方法及其缓冲装置；专利公开号：ZL200910012749.7四、规模和效益、成本估算每件工具的结构、尺寸可以根据使用方的特殊加工需求进行调整；每件工具制造成本由具体结构、尺寸确定，根据使用方需求确定投资规模；可以很好的完成常规加工手段无法完成的复合材料加工任务，克服了传统加工中的毛刺撕裂和分层等缺陷，达到了碳纤维等高强纤维树脂基复合材料高效无缺陷加工的目的。
大连理工大学科技成果——万吨级规模自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵技术及装置
大连理工大学科技成果——万吨级规模自絮凝颗粒
酵母酒精连续发酵技术及装置
一、产品和技术简介
该技术提出的以酵母细胞自絮凝形成毫米级松散颗粒作为细胞固定化方法的无载体固定化细胞技术，建立的万吨级规模酒精连续发酵工业性实验装置，属国内外首创，达到国际先进水平。
自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵新技术还可以应用于现有酒精发酵行业的技术改造，在一定程度上解决这一传统产业面临的原料资源利用不合理和废糟液治理设备投资大、运行能耗高的突出问题，提升酒精发酵这一传统产业的工艺技术水平，降低生产成本，促进清洁生产。
二、应用范围
燃料酒精这一生物能源产业，还可以应用于现酒精发酵行业的技术改造。
三、规模与投资
建立的万吨级规模酒精连续发酵工业性实验装置，属国内外首创，达到国际先进水平。
四、提供技术的程度和合作方式
面议。
第二届“上银优秀机械博士论文奖”获奖论文
准 齿轮 的加工 要求 ； 提 出了两种 提高机 床分 度 系统 精 度 的改 进措 施 ： 可 调式 分 度盘 的“ 正 弦 消减 法 ” 及 端齿 自动
第 ２届上银 优秀 机械博 士论 文奖—— 银 奖
整 体 叶 盘 型 面 电解 加 工 装 备 的研 制 及 关 键 技 术研 究
作者 ： 朱栋 ； 毕业 学校 ： 南京航 空航 天大学 ； 指 导教 师 ： 朱荻
概要：
整体 叶盘 是航 空发动 机 的核 心部件 ， 其 质量好 坏直接 影 响发动 机 的性 能 。 由于整 体 叶盘 结构 复杂 、 材料难 加 工、 技术 要求 高 ， 其制 造 已成为新 型航 空发 动 机研 制 的 瓶颈 之 一 。论 文针 对 整 体 叶盘 型 面 电解 加 工 技术 展 开 研 究， 具有 重要 的理论 和现 实意 义。论 文主要 研究工 作 和取得 的创新 性成果 如下 ：
．
小 阴极 变形 。针 对具体 的 叶盘模 型 ， 研制 了薄 片工具 阴极 ， 并开展 了工 艺试验 ， 结果 表 明 ， 结构 优化后 的 阴极 变形
・ ｓ ２ ．
釜 耋
第＝届 Ｈ 上银优秀机械博 士论文奖＂ 获奖论文
（ ３ ） 提 出了薄 片阴极 空 间轨迹 控 制算 法 。针 对 阴极 进入 狭 窄 叶栅 通 道 困难 问题 ， 提 出 了薄 片 阴极 空 间运 动 轨 迹算 法 ， 动态 分 析 阴极 进入 叶栅 通道 的空 间轨 迹 ， 使结 构 优化 后 的 阴极 能够 无 干涉 地 进人 通 道 。在 此基 础 上 ，
大连理工大学科技成果——多相多元催化电解污水处理技术
大连理工大学科技成果——多相多元催化电解污水处理技术一、产品和技术简介：本技术的目的是给出一种基于多相多元催化电解氧化原理的可用于污水处理，给水净化，中水回用等过程的设备，特别是生化处理过程中对生物有抑制作用的污染物的脱除、生物代谢产物的脱除、微量有机物的脱除，达到水质彻底净化的目的。
本技术的基本思路是：将多相催化、电解分解、电解氧化、化学氧化、电絮凝等过程结合在一起，形成多元反应过程来解决多种污染物的脱除问题。
多相催化是指该技术中采用了固体催化剂和液体催化剂，反应体系为固、液、气三相。
多元是指该技术涉及的反应物是多种的：液相氧化剂和气相氧化剂；多元还指该技术涉及的污染物脱除过程是多种的：电解、电氧化、电絮凝、空气氧化等。
二、应用范围：该工艺可用于脱除各类污染物，包括城市生活污水，饭店宾馆生活及洗浴污水，油田采油污水，石油炼制污水，油品船运压舱水，石油化工厂污水，基本合成有机污水，农副产品综合利用加工（木糖醇生产等）废水，染料生产废水，印染污水，机械加工污水等等。
尤其适用于污水回用和给水处理中微量有机物的脱除。
三、生产条件：实施该项目的原材料国内大部分都可以解决，主要是钢结构件及配件、测量仪器与仪表等。
目前有配套设备加工协作单位，可以承担设备加工制作安装任务。
部分测量仪表由国外相关专业公司提供。
四、成本估算：该工艺的处理成本主要取决于污染物的浓度和无机盐的浓度，只要无机盐浓度不高（不大于2000mg/L），以处理COD在1000mg/l以下的污水为例，电耗在0.2～0.8KWH/吨水。
五、规模与投资：对处理规模没有限制。
六、市场与效益：该技术的使用，可以使大批污水经过处理后达到回用标准，对于减轻环境污染有不可估量的意义。
每年可节水上百亿吨，对于节约淡水资源、增加工业可用水量有极大的促进作用。
预计今后随着环保要求的日益严格，国内市场需求量逐年增加。
其中染料、印染行业市场需求量较大。
七、提供技术的程度和合作方式：可提供各种不同处理规模的脱硫处理工艺及设备图纸。
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大连理工大学科技成果——复杂型面整体叶轮/叶盘旋转磨
料流抛光设备及技术
一、产品和技术简介：
采用此旋转磨料流体抛光设备，在整体叶轮表面创成出具有特定形状、尺寸和分布规律的微形貌和结构纹理，可显著改善叶轮表面近壁流体的输运特性，对于提升飞机发动机的压气效率、推重比和热导率等关键指标意义重大。
通过旋转磨料流抛光技术可对整体叶轮复杂表面进行几何形状的精确创成，为形成具有特定微形貌和表层性态特征的功能表面的数字化制造奠定了坚实的基础。
二、应用范围：
我国将大飞机研制作为国家战略，希望大飞机成为一个有竞争力的产业，带动整个产业链的同步大发展。
整体叶轮作为代表性难加工零件，开展相关制造技术的基础科学研究对实现我国高性能复杂航空零件自主制造能力的突破具有重要意义。
其制造能力和水平体现了一个国家制造业的核心竞争力，是我国大飞机自主研制必须突破的关键技术，在我国航空领域有着巨大的军事，经济及社会效益。
三、生产条件：
大连理工大学机械学院在复杂曲面数字化制造理论与应用及精密测量数字化控制、难加工材料精密和超精密加工理论和技术等领域具有深厚的研究基础。
研究成果广泛地应用于能源、航天和国防等领域，获得包括2008年国家技术发明一等奖在内的国家和省部级奖10余项、发明专利10余项。
四、获得的专利等知识产权情况：
申请发明专利2项
1）一种整体叶轮类零件抛光方法（专利申请号：201210103154.4）2）一种整体叶轮类零件抛光装置（专利申请号：201210103751.7）
五、成本估算：
整体叶轮，叶盘类零件在国内主要靠手工抛光，抛光单个叶轮需要一个月左右时间，且加工纹理不规则，加工环境差，废品率高。
通过本技术应用，研制自动化光整加工设备，可在原有基础上，使加工效率提高十几倍，设备成本约300万元。
六、规模与投资：
据预测，到2020年，我国大约需新增干线客机1600架左右，总价值1500亿美元至1800亿美元；而到2050年，我国大约还需要更新和新增干线客机3000多架，加上各类支线客机和民用运输机，总价值在3500亿美元至4000亿美元之间。
未来二十年我国航空工业面临着前所未有的发展机遇，在此背景下，所研制的旋转磨料流加工技术与设备为上述需求提供了广泛的应用前景。
七、提供技术的程度和合作方式：
大连理工大学的旋转磨料流磨抛技术，可针对于复杂型面，细长孔，复杂阀体内腔，特别是飞机整体叶轮类，零件表面进行加工，目前已经申请发明专利两项，归属权为大连理工大学，希望转让知识产权或提供技术指导方式合作，以便促成产学研结合，促进机械行业的进步及行业的发展并带来社会效益！
八、配图：
针对钛合金整体叶轮等难加工复杂曲面的难加工特点，具体设备及试验结果如下：
1）研制了拥有自主知识产权的粗抛及半精抛挤压式旋转磨料流设备如图1所示；
2）并在此基础上细化磨抛工艺，设计并制造了抽吸式旋转磨料流的精抛加工设备如图2所示；
3）并研制了专用粗精抛磨料，并结合试验及仿真方法建立加工数据集，其经过粗精抛后的航空整体叶轮如图3所示。
图1 旋转磨料流粗抛半精抛设备
图2 旋转磨料流精抛设备
图3 旋转磨料流光整加工后叶轮。