高端五轴联动超高压水切割装备研发及航空航天制造应用

     项目针对我国高压水切割技术水平提升,应对航空航天先进复材加工难题,解决航空航天高端水切割装备大量引进、受制于人的现状,组织产学研用联合攻关团队,在国家863计划、国机集团发展基金等科研项目的支持下,突破了超高压发生设备、五轴联动切割头系统等关键技术,研发了高端五轴联动超高压水切割装备,制定了系列化切割机技术标准,推广了航空航天制造应用。取得了以下创新成果:
    (1) 500MPa超高压发生设备。攻克了压力500MPa超高压增压器的往复密封、单向阀组及承压缸体等设计制造关键技术,提出了双组超高压增压器并联结构技术,国内首次开发出最高压力500MPa、流量3~6L/min的系列化超高压增压器机组,为高端水切割机研发了超高压大流量主机。
    (2) 500MPa超高压五轴联动水切割头系统。攻克了五轴联动水切割机构及专用的水切割数控软件、500MPa超高压控制阀、磨料喷嘴与水喷嘴一体化对中结构的水切割头等核心部件的研发技术,国内首次开发出五轴联动水切割头系统,将传统的水切割技术从平面切割拓展至曲面三维加工应用领域。
    (3) 航空制造应用。针对碳纤维复材飞机蒙皮的精密切割加工难题,在切割废液回收“C”型杯五轴水切割头、大型水切割平台及浮动点阵柔性托架等方面取得突破,匹配压力500MPa、流量6L/min主机及一体化数控系统,国内首次研制出工作行程15m×5m的大型五轴联动精密水切割装备,建立了碳纤维复材的水切割工艺参数模型,制定了机翼方向舵水切割工艺规范,10m以上全尺寸切割误差≤0.75mm。
    (4) 航天制造应用。针对碳陶材料火箭发动机零部件的加工难题,研发出七轴五联动水射流加工平台、超高压水射流铣削刀头等部件,国际上首次研制出集切削、钻孔、铣削及抛光等多功能于一体的超高压水射流加工装备,制定了碳陶材料零部件水射流加工工艺规范。
    项目成果打破了国外在超高压水切割技术装备领域的垄断。项目整体技术达到国际先进水平,其中超高压多功能水射流加工设备的铣刀头技术居国际领先。高端五轴联动水切割通用装备实现了产业化,在制造业广泛应用并竞争性出口欧美国家,产业水平处于国际前列;实现了大型五轴联动精密水切割装备技术的自主可控,在我国航空航天制造业取得技术应用,对于发展先进制造技术具有重要意义。