科创中国

行业领域

制造业,铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业

需求背景

具有微细复杂内流道结构的零件在航空航天、船舶、核、汽车、模具等工业领域有着极其广泛的应用，特别是与流体动力系统相关的零部件常常具有微细流道、深小孔及微细流道与深小孔联通等复杂内腔结构，起到对流体的输运、交换或施加液压力等功能，如航空/航天/船舶/汽车各类发动机燃油喷嘴、热交换器、液压组件、油路控制节流器等。

可加工微细复杂内流道的工艺技术包括精密机加工、飞秒/水导/长脉冲激光加工、电火花加工及增材制造(3D打印)等。除增材制造技术外，其他单一工艺加工的微细复杂内流道结构相对简单，且长径比较小，需结合焊接等其他组合工艺才可加工微细复杂内流道。精密机加工的微细复杂内流道会产生毛刺、拐点尖角或接刀台阶等问题；飞秒激光加工的内流道表面会产生粘附的残渣颗粒和表面“台阶”效应；水导/长脉冲激光及电火花加工的内流道表面会产生重熔层；增材制造(3D打印)是一种将复杂三维结构零件模型离散为二维结构进行逐层叠加成形的技术，它使复杂微细复杂内流道零件一体化成型成为可能，因而在航空航天、汽车、模具等工业领域的应用日趋增多。然而，增材制造技术在成型零件过程中因存在温度梯度和逐层成型等自身工艺特点，导致零件内流道表面存在半烧结或粘结的粉末颗粒以及表面“台阶”效应。

需解决的主要技术难题

机加工毛刺、飞秒激光加工内流道粘附烧结颗粒、增材制造内流道表面粘结粉末等都会影响零件的使用性能和安全性：当内流道中通入的流体与表层高速摩擦造成毛刺、粘附残渣颗粒或粘结粉末脱落时会成为多余物而随流体到处扩散，或堵塞油路或引起机械磨损故障，从而造成重大安全事故；粗糙度大的内表面在长期使用过程中易成为疲劳裂纹源，若是高温油路系统还易导致积碳现象发生；机加工流道表面的刀纹、拐点尖角或接刀台阶，飞秒激光及增材制造加工内流道表面的“台阶”现象等都会导致流体运动过程产生湍流、涡流和流体沿程阻力急剧增加，甚至造成流体失控，产生振动而降低零件使用寿命。粗糙表面也会使流体中产生大量空化气泡影响燃烧和液力，甚至产生空化腐蚀；对于一些特定材质的零件(如空心叶片)内流道及联通小孔，因重熔层表面易出现微裂纹而导致零件过早失效，因而要求减少重熔层厚度或不允许出现重熔层。

因此，通过精密机加工、飞秒/水导/长脉冲激光加工、电火花加工、增材制造(3D打印)等技术加工流体动力零部件内流道表面时，会带来毛刺、粘结粉末和烧结颗粒等残留物、表面粗糙及重熔层等不利问题，需要采用合适的表面光整技术消除这些不利影响后才能满足产品的性能要求。

期望实现的主要技术目标

自主研发一套针对口径＜3mm、长径比>50且呈三维空间走向的三维空间走向的含S型弯、U型弯、O型弯、螺旋弯及分叉的增材制造微细内流道构件表面光整装备，形成不少于3份企业标准或规范；

光整后的内腔表面粗糙度Ra ≤ ***μm，流量提升50%及以上，内流道洁净度符合GJB 420B-2B标准及以上。

需求解析

解析单位：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团（北京八月瓜科技有限公司） 解析时间：2023-08-29

郭杰

中国机械科学研究院

教授

综合评价

项目的应用对象：微细流道、深小孔及微细流道与深小孔联通等复杂内腔结构，增材制造加工内流道表面的“台阶”现象等都会导致流体运动过程产生湍流、涡流和流体沿程阻力急剧增加，甚至造成流体失控，产生振动而降低零件使用寿命。 项目自主研发一套针对口径＜3mm、长径比>50且呈三维空间走向的三维空间走向的含S型弯、U型弯、O型弯、螺旋弯及分叉的增材制造微细内流道构件表面光整装备，形成不少于3份企业标准或规范；光整后的内腔表面粗糙度Ra ≤ 1.6μm，流量提升50%及以上，内流道洁净度符合GJB 420B-2B标准及以上。 去毛刺方法已经广泛应用于机械加工行业，存在多种处理方法，建议项目单位根据需要，对成熟技术改进后应用推广。

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处理进度