界面新聞記者 | 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，離不開一項(xiàng)關(guān)鍵國產(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)獎授獎揭曉。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)明獎特等獎。
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，也帶來了精度低、污染重等問題。尤其是大尺寸大柔性超薄曲面材料生產(chǎn)過程中，無法采用常規(guī)機(jī)械銑削加工， 這是國際公認(rèn)的制造難題。
而隨著國產(chǎn)大飛機(jī)和運(yùn)載火箭項(xiàng)目“上馬”，對于高端銑削設(shè)備的需求也更加緊迫。如何解決這一難題，當(dāng)時項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出“三條”路徑來實(shí)現(xiàn)我國航空、航天領(lǐng)域的自立自強(qiáng)。
第一條是買世界最先進(jìn)的，第二條是與國內(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)過兩年的努力，我國相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)采購世界最先近的部件仍達(dá)不到鏡像銑性能提升要求，與國內(nèi)專業(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，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)不僅專業(yè)應(yīng)用于鏡像銑加工場景，核心參數(shù)也全面領(lǐng)先競爭對手，還實(shí)現(xiàn)了零部件全國產(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程中，在材料的正反兩面同時銑削，“相當(dāng)于在一個足球場上，同時快速奔跑的兩個運(yùn)動員，腳下的兩個球的運(yùn)動軌跡要一模一樣。只有正反兩面的運(yùn)動軌跡絲毫不差，才能保證不會銑穿薄且軟的材料，不造成材料報廢。”王宇晗解釋。
該套設(shè)備的多個參數(shù)領(lǐng)先于國際同類技術(shù)。
據(jù)介紹，王宇晗團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全球首臺立式雙五軸鏡像銑裝備，加工角度范圍較國際水平提高70%，滿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，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，空間精度比國際水平提高1倍，解決了多種型號飛機(jī)大尺寸蒙皮精密加工難題。
針對多類型大柔性蒙皮/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)動控制方法，發(fā)明了異種構(gòu)型、雙五軸聯(lián)動鏡 像同步控制技術(shù)、雙五軸聯(lián)動與壁厚/實(shí)時閉環(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化生產(chǎn)。零件加工精度達(dá)到國際領(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，讓中國航空、航天從“手搓”時代一躍進(jìn)入批量生產(chǎn)時代。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換代。目前，該技術(shù)應(yīng)用于我國航空航天重點(diǎn)企業(yè)，有力支撐了我國大飛機(jī)及運(yùn)載火箭等型號的研制與批產(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，在國內(nèi)訂單紛至沓來時，臃腫的產(chǎn)品類別也一度讓按時交貨成為難題。好在通過及時的內(nèi)部梳理，企業(yè)形成了高效的管理。
正當(dāng)上海拓璞幫助國內(nèi)企業(yè)擺脫國際廠商制約，實(shí)現(xiàn)高端“工業(yè)母機(jī)”自立自強(qiáng)時，來自國際競爭對手的“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)明專利24項(xiàng)，軟件著作權(quán)15項(xiàng)，因此并不畏懼。”王宇晗表示。
國際競爭對手的打壓無法阻止中國高端制造設(shè)備進(jìn)入國際市場。來自上海拓璞內(nèi)部人士消息，目前上海拓璞的相關(guān)產(chǎn)品已有國際廠商前來洽談采購，有望進(jìn)一步打入國際市場。
王宇晗團(tuán)隊(duì)的科研之路，是中國高端工業(yè)母機(jī)從被“卡脖子”走向“自強(qiáng)”的縮影。
王宇晗同時也擔(dān)任了國家機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員。他向界面新聞記者表示，中國高端工業(yè)母機(jī)雖然仍與國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。國內(nèi)科研技術(shù)工作者要抱有信心，憑借國內(nèi)強(qiáng)大的工業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，加之國家的強(qiáng)有力支持，一定能夠最終實(shí)現(xiàn)突破，完成自強(qiáng)夢。