项目简介

随着航空航天、能源、化工等领域高性能装备制造技术要求的不断提高，涌现出一大批高使役性能要求的动力传递类零件和金属增材制造一体化复杂结构零件，如航空飞机发动机整体叶盘、叶轮和叶环，大型石化压缩机三元叶轮、航海水下舰船用泵蜗壳、航空航天领域金属增材制造旋流器和燃油喷管等复杂结构零件，是我国急需的大型高端装备中的关重零件。此类零件的共同特点是：使役性能要求高、零件结构强几何干涉、材料难加工、具有内腔或内流道结构特征，此类强几何干涉和内腔表面采用传统的机械加工方法可达性差，甚至无法加工，面临“抛不到”、“抛不好”、“抛不快”的重大技术挑战。在国家科技重大专项、国家自然科学基金等课题资助下，项目团队历时13年产学研合作攻关研究，研发出高性能复杂内腔结构零件磨粒流光整加工技术与成套装备，取得重要创新与突破。

创新点1：提出了高触变性、高稳定性的粘弹性磨料介质制备方法。研发了聚硼硅氧烷基磨料介质制备新工艺，合成了具有高热稳定性的磨料介质基体；揭示了基于致密均匀高分子网络的磨料介质基体触变性构建机理，显著提高了磨粒的分散稳定性；揭示了利用分子间动态电子桥作用实现磨粒表面改性机制，显著增强了磨粒界面结合强度。

创新点2：提出了高滑移、低流阻磨料介质粘弹性流变性能表征与调控方法。设计开发了适用于磨料介质壁面滑移行为表征的测试系统，揭示了润滑剂在剪切力作用下向壁面迁移并形成润滑层是磨料介质壁面滑移的主要原因；揭示了磨粒粒径、磨粒质量分数、添加剂以及基体硼含量对聚硼硅氧烷基磨料介质流变特性的影响规律；通过优选高分子基体相、硬质磨粒相和粘弹性调控添加剂，开发介质化学反应配置形性调控工艺方法，实现了高性能零件内腔表面亚微米级粗糙度高质量镜面抛光。

创新点3：提出了抛光余量均匀调控的磨粒流抛光加工模具形性协同反求设计方法。揭示了磨料介质与加工表面作用机理及界面流变规律，构建了复杂流道几何特征约束下的磨料介质流道流动力学模型，开发出形性协同的磨粒流光整加工模具反求设计方法，解决了传统磨粒流加工“过抛”和“欠抛”难题，实现了内腔结构表面的抛光和复杂结构表面的精准控形光整加工。

创新点4：开发出回转类零件磨粒流抛光去毛刺、高光泽度表面弹性颗粒磨料介质喷射抛光、内流道表面挤压磨粒流抛光、大型异形壳体零件外表面振动光饰等四大类工艺与装备，实现了航空发动机整体叶盘、复杂内腔金属增材制造件等高性能零件精密抛光和推广应用。

项目成果获授权国家发明专利37 项、发表论文16 篇，形成4 大系列加工机床制备、3 大系列磨料介质产品。以王向明院士和丁汉院士为正副组长的成果鉴定专家组评价：项目技术难度大、创新性强，具有自主知识产权，整体技术达到国际先进水平，其中均匀余量精准调控的磨粒流光整加工模具形性协同设计技术居国际领先。项目研究开发的四大系列磨粒流抛光机床设备和介质产品成功应用于航空航天、船舶、能源等重点行业中，解决了包括航空发动机整体叶盘、叶环零件、大型机匣、金属增材制造旋流器和燃油喷杆内腔等多个国家重点型号工程高端装备关重零件的精密抛光“卡脖子”难题，在精密齿轮、轴承套圈和滚子抛光、各类压缩机挤出机机筒和螺杆、熔喷布喷丝板微孔、注塑模具等民用产品的精密抛光中得到推广应用。项目成果应用近三年实现新增销售20.04 亿元，新增利润3.01 亿元，经济和社会效益突出。