实现机械结构的轻量化，不仅可降低产品成本，而且可减小装备总装机功率，改变驱动形式，提高作业效率和操作性能，因此结构轻量化技术已成为我国机械产品技术创新升级的关键，是机械产品向高端化发展必须突破的关键技术瓶颈。自 2005 年起，项目组以实现轻量化机械结构，从而进一步实现机械产品升级换代为目标，开展了机械结构轻量化设计的关键技术攻关。在国家和省部级多个项目的支持下，通过校企深度合作研究，发明了多项机械结构轻量化设计关键技术，并在实现结构轻量化的基础上，发明了典型机械产品关键零部件的多项创新技术，最终集

（专利号：ZL 201510046441.X） 简介：本发明公开了一种消除核电管道铸造不锈钢中σ相的热处理方法，属于金属材料热处理领域。本发明采用同一热处理设备对含不同数量σ相的奥氏体‑铁素体型核电管道用铸造不锈钢进行900～1000℃等温退火处理，退火时间0.25～35h，退火后水淬处理至室温。通过该方法可以有效的消除核电管道不锈钢中的σ相，材料由于σ相析出而导致的脆化现象消除，硬度、冲击韧性等力学性能恢复到不含σ相的状态。  

近净形高品质流变铸造系列技术是以非牛顿流变学和凝固理论为基础，以凝固行为和流变行为的有效控制为技术核心，以实现无缺陷、高可靠性、近净形、高性能、长寿命产品生产为目的绿色铸造新技术。它根据合金熔体具有的良好流变性能进行成形，使用永久型，彻底摆脱了“翻砂”，减小了环境负荷；在压力作用下充型、凝固和补缩，取消了传统铸造中的冒口，使工艺出品率显著提高；利用流变与凝固的耦合控制技术，实现细晶均质化铸造，产品性能与锻件相当；从熔炼到铸件成形的短流程机械化作业，使能耗和排放显著降低，绿色度高。 该系列技术吸纳了传统锻造技术的高品质优势和传统铸造技术的广泛适应性优势，可以解决锻造技术对设备吨位要求高和受零件结构复杂性限制的问题，还可以解决传统铸造技术所得产品质量均匀性、稳定性和安全可靠性低的问题。 该系列技术代表了材料成形技术的发展方向，国内外都已经获得工业应用。用于接触网零件生产，取代现有的精密铸造方法，不仅使材料利用率提高到75－85％以上，而且因组织细密，屈服强度提高一倍以上。用于煤矿支护设备液压阀体，使材料利用率由圆钢车制时的48％提高到82％以上，性能达到了与轧制圆钢车制相当的程度。用于车辆零件（轴箱体、钩舌、测速齿轮等）生产，有效解决了缩孔、缩松等难以解决的缺陷，使产品可靠性大幅度提高。用于高锰钢、高铬铸铁等抗磨材料成形生产，使产品抵抗异常破坏的能力大幅度提高，而成本与砂型铸造相当。    主要应用范围： 本项目技术是一种通用性很强的材料成形技术，在汽车零件、军工航天零件、机车车辆零件、抗磨零件、电力配件等各种重要零件生产领域具有广阔的市场化前景。 汽车和轨道交通领域的机车车辆零件正在向轻量化、绿色化方向发展。轻量化和绿色化的关键途径之一是提高材料性能水平。本项目提供的流变成形系列技术可以为此提供技术支撑。 军工产品和载运工具零件的高安全可靠性和高复杂性对材料成形技术提出了严峻挑战，现有传统铸锻技术难以满足要求，本项目技术可以发挥其优势，为军工、航天等重要领域提供高品质近净形零件。 抗磨材料及其产品的国内外需求都很大，目前的生产方法主要是铸造。而传统铸造产品组织性能的不均匀性和高缺陷率使抗磨产品经常出现早期异常破坏，造成严重的材料浪费。本项目技术的高致密、均质化特点可以使这一问题得到根本的解决，推广应用前景看好。 金属基复合材料以铸造成形成本最低，但因复合材料的铸造工艺性能不好，铸造生产难度较大，应用受到限制。采用本项目技术可以方便地生产各种金属基颗粒增强复合材料及其零件，使其应用范围大幅度扩展。

本发明公开了一种三维喷印成形铸造型芯的方法，包括以下步 骤：(1)将覆膜砂铺成薄层，利用三维喷印设备将粘结液选择性地喷射 入覆膜砂中，使覆膜砂颗粒相互粘结形成第 1 层；(2)用同样的方法再 在第 1 层上成形第 2 层，重复此过程直至零件完全成形，静置在粉床 中一段时间，即完成初始形坯的成形。(3)将初始形坯在 170℃～220℃ 加热直至粘结液完全挥发，且酚醛树脂交联固化，即完成型芯的铸造。 通过本发明，简化了三

针对干喷存在的粉尘大、强度低、回弹率高等现状，先后与山东能源新巨龙煤矿、同煤集团同忻煤矿、徐工-施维英公司、中煤王家岭煤矿展开湿喷技术及配套装备研究合作，现已成熟应用。湿喷机采用防粘度技术成功解决了料腔粘料、堵管问题。在同忻煤矿首次实现了水、水泥、砂子、石子及各种添加剂全程定量的喷混凝土作业控制，能够保证喷混凝土性能稳定。为提高机械化程度，在王家岭矿首次采用喷浆机械手，通过远距离遥控器操作机械手来实现喷浆作业，解除了喷浆工人的繁重体力劳动，提高了施工效率、喷浆质量。根据不同矿井条件，设计了不同湿喷砼模式。在新巨龙矿成功应用了“地面配料+大巷搅拌站+井下湿喷”系统，研究成果获山东省煤炭科技进步二等奖；在同忻矿成功应用了“地面配料和搅拌+罐车运输+井下湿喷”系统，用防爆罐车把砼（加入水化控制剂）运至湿喷地点，接着把罐车内砼加入到湿喷机进行喷射，山西省科技厅组织有关专家对其进行了成果鉴定，研究成果获部级三等奖；在王家岭矿采用“地面配料+井下搅拌并给入湿喷机+机械手喷浆”系统，进一步提高了机械化程度。研究团队现拥有一种高强度低耗能的煤矿湿喷系统及湿喷方法（2013106765591）、喷浆机械手（2014100645459）、一种矿用螺旋式定量配水输送车（2013106812342）、一种矿井用混凝土搅拌运输罐车（2014205178627）等专利六项。

采用有限单元法、光测弹性力学法、极限载荷测试以及链条系列产品的计算机辅助设计（CAD）等先进技术，使产品的设计水平大为提高。通过链板应力场及位移场分布特征的研究，改善了危险断面的应力水平分布，提高了产品的极限破坏载荷。 通过对产品的材质和热处理研究，提出了满足高强度要求的新材质及合理的热处理工艺，细化了晶粒，减少了表面脱碳和变形，提高了零件的高温强度和抗回火稳定性等性能。 该链条与传统产品相比，其强度提高了10—20%，使用寿命提高3—4倍，具有明显的经济效益和社会效益。 该项成果曾通过原冶金部技术鉴定，被评定为国内领先水平，并获得冶金部科技成果三等奖。其产品先后被评为冶金部优质产品及国家科委和冶金部推荐推广使用的优质产品。已在生产中应用。

成果与项目的背景及主要用途：机械镀锌是一种在常温、常压下利用化学吸 附沉积和机械冲击作用，使金属锌粉在工件表面形成镀层的工艺，它是 50 年代 初由美国 Tainton 公司的 Erith Clayton 发明的一种金属构件表面防腐涂层技术。 一般机械镀锌产品可分为两类：当镀层厚度小于 25m 时称为 mechanical plating， 主要用于替代电镀锌产品；当镀层厚度大于 25m、小于 110m 时称为 mechanical galvanizing，主要用于替代热浸镀锌产品。这两类机械镀涂层除厚度及用途上有 所区别外，镀覆工艺基本相同。 机械镀锌工艺的突出特点是没有氢脆，镀层均匀，可处理复杂表面工件，并 且可以在铁素体金属、铜合金、不锈钢及粉末烧结材料表面形成镀层。机械镀锌 可以处理电镀或热浸镀锌很难处理的螺纹构件，是替代上述工艺进行紧固件处理 的有效防护技术。由于机械镀锌所具有的突出优势，这使得机械镀锌技术在北美 洲和欧洲表面涂饰工业中获得广泛应用。目前，在国内的五金构件(如紧固件、 钢钉及连接件等)防腐加工中也在不断推广应用机械镀技术。 技术原理与工艺流程简介：机械镀锌工艺原理是在室温下，将活化剂、金属 锌粉、冲击介质和一定量的水混合为浆料，与工件一起放入一个特制的滚桶中， 在滚桶转动产生的机械能、促进剂化学作用及冲击介质机械碰撞的共同作用下， 将经活化剂活化的金属粉末不断镀覆到工件表面上，从而在金属构件表面逐渐形 成光滑、均匀、致密的具有一定厚度的防腐涂层。机械镀工艺流程包括以下步骤： (1)前处理(包括对工件表面进行除油、除锈、清洗等)；(2)镀铜(包括闪铜、清洗 等)；(3)镀锡(包括闪锡、清洗等)；(4)镀锌过程(包括逐步添加锌粉、滚动冲击等)； 126天津大学科技成果选编 127 (5)分离(包括磨光、冲洗、分离、烘干等)；(6)钝化处理(包括钝化液浸泡、清洗、 烘干等)。 技术水平及专利与获奖情况：目前该技术处于国内先进水平。 应用前景分析及效益预测：机械镀锌工艺在金属构件防腐领域具有很强的市 场竞争力，该技术具有以下突出特点；1）对工件机械性能没有影响、没有氢脆； 2）非常适合于小型金属构件和具有凸凹表面的工件表面镀覆，镀层均匀质量高； 3）生产过程耗能少、成本低。试验表明：机械镀锌的电耗仅为电镀的 5％。而 锌耗仅为热镀锌的 30%-50%，成本远低于热镀和电镀；4）环境污染少、废水容 易处理，是绿色洁净生产技术；5）工艺范围宽、镀层性能较好。现代的机械镀 锌工艺，厚度可在 l0-100mm 之间任意调节，完成全过程的时间仅需 30-40min。 机械镀锌形成的镀层外观光滑，具有色调一致的银白色，但色泽不如电镀亮。 镀层的耐蚀性能优良，相同厚度的镀层，其耐蚀性处于电镀锌与热镀锌之间，耐 中性盐雾试验 240 小时以上。机械镀的另一个优点是可以形成合金镀层及复合镀 层。由于机械镀工艺具有上述突出特点，因而在小型金属连接件、零件及紧固件 等防腐加工领域具有广泛应用。 应用领域：机械镀锌工艺适用于各种五金零件的表面涂饰和防护，如高强度 螺栓、螺钉、管件、射钉、铁链等铁基工件等，尤其适用于垫圈及弹性工件、射 钉、环链、铰链、农用暖棚搭扣、水暖管件接头等的表面防腐处理，这些五金件 主要远销美洲、澳洲、欧洲等国家和地区。 合作方式及条件：技术合作、转让和技术服务，设备销售和产品加工。

小型柔性取样机械臂采用柔性带曲度的弹簧钢作为取样臂，达到了收缩体积小、质量轻和功耗低等优点，可搭在在各种移动车体上或移动机器人上进行取样分析。主要应用在如环境污染区域等高污染危险环境的泥土、砂石等取样分析，在某些人迹罕至的恶劣环境下亦可有其应用价值。该设备加工精度要求较高，目前已发展了3代样机，技术已趋于成熟。希望能够和精密机械加工及力学分析领域的专家合作。

本专利公开了一种机械传动的分度机构，属于机械传动设备技术领域。该机构由主动轴、主动盘、从动盘、输出轴、摆块、定位套、左棘爪、右棘爪等零件组成。针对机构任意等分分度的要求进行设计，通过主动轴和外部动力机构相连，带动主动盘旋转，主动盘上的摆块带动从动盘上的左棘爪，实现输出轴运动的正向输出；反向旋转时，主动盘带动摆块顺时针转动，由于摆块的顶面进入右棘爪底部时的径向尺寸小，加之右棘爪能够做一定的摆动，摆块滑过右棘爪后，转动到左棘爪的底部，初始阶段摆块的顶面进入左棘爪底部时径向尺寸小，接触后，左棘爪作逆时针摆动到达死点后，左棘爪底部强行压迫摆块的顶部使摆块亦作逆时针转动，使摆块定位面和主动盘定位面接触，实现摆块的重新定位，由于两个主动盘定位面的高度差异，继续转动后，摆块的右侧面顶点高于右棘爪的左侧面低点，摆块的右侧面则靠在右棘爪的左侧面，带动从动盘转动，实现运动的反向输出。本专利利用输出轴与主动轴少转一整转的转数差以及主动轴和输出轴连接的机械传动机构，实现设计要求的机构的任意等分分度，分度精度较高，且结构简单可靠。

机械手无损检测系统由关节式机械手、超声检测仪器、超声换能器和液浸槽等构件组成，采用高性能计算机实现机器人和超声检测仪器的集成控制，采用创新的软硬件接口技术保证扫查点位置坐标数据和超声检测信号的同步采集，实现高检测分辨力和检测重复性。机械手无损检测系统的特点有检测精度高、速度快，灵活性好；位置信息和超声信号同步采集，精准定位缺陷位置；全波数据采集与存储功能，可实现任意深度成像观测；多种成像方式，可实现多种物理特性观测与分析；显示直观，快速扫描显示工件内部缺陷。机械手无损检测系统主要针对复杂曲面的金属和复合材料构件的超声无损检测与评估难题，采用单（双）机械手夹持换能器或工件实现快速准确的自动化无损检测，完成人工无法实现的扫查工作。 机械手无损检测系统目前已经应用在西安航空发动机（集团）有限公司，兵器工业集团内蒙古一机集团，航天材料及工艺研究所等单位；并在2017年11月由北京理工大学申请，国家质量技术监督局颁布国家标准《无损检测 机械手超声检测方法》（GB/T34892-2017），2018年6月1日开始实施；同时机械手无损检测系统申请多项国家发明专利。