本项目通过完善结构化焊接技术，研发视觉伺服机器人，研究焊缝图像处理算法和炉筒与大小炉盖的结构以及密封槽的设计，实现非结构化焊接制造蓝宝石炉，使其炉体性能可靠、制造工艺稳定、生产高度自动化。本项目的实施实现了如下的技术突破和创新：(1) 研发成功视觉伺服方法进行焊接机器人的焊缝跟踪控制，首次实现焊接环境的监控。(2) 研究晶体生长炉加热后对炉筒、大小炉盖等部件密封性能的影响；合理布置了电极与抽气管道装置；获得能在生产过程中安排合理的制作工艺和技术，保证晶体生长炉的密封性、粗糙度、同心度、平行度、垂直度达标及产品量产的稳定性。(3) 研发智能制造操作平台，可对蓝宝石炉进行结构化智能焊接。(4) 研发新型宝石炉，使蓝宝石炉的智能焊接制造技术获得突破性进展。●应用前景： 我国焊接自动化的市场容量在不断扩大，作为需求导向型行业，焊接自动化在工程机械和石油化工等行业中得到广泛应用。此外，在提高劳动生产率、提升产品质量和增强竞争力等方面，焊接自动化装备作为重要的基础装备之一，对我国未来先进制造技术的核心竞争力具有重要意义。而且对中国企业现有产能的焊接设备进行技术改造升级，也将产生巨大的焊接自动化装备需求，中国焊接自动化装备市场已进入高速发展阶段。 

本项目主要为企业提供机械装备关键零部件的修复和加工工艺等关键技术， 通过激光熔覆、热喷涂等技术优化了再制造产品修复的工艺参数，提高修复层 的性能，实现修复层的精密低应力平整化加工，提高修复产品的表面质量，形 成薄壁、弱刚性零件辅助加固高效高精度加工技术，降低加工过程中产生的振 动，避免出现加工变形，为企业进行机械产品再制造提供技术支持。

本项目采用五电弧协同增材制造，提高成形构件的堆积效率；利用激光约束电弧，提高成形金属构件的表面精度，减小加工余量；构筑出融合五电弧协同增材制造、激光稳定电弧、高速摄像监测、构件成形尺寸三维测量、工艺数字化监控等功能的多电弧协同增材制造装备。 1、 形成复杂空间曲面构件分区原则、切片方法与路径规划策略，建立五电弧协同增材制造高性能大型金属构件工艺方法、模型与窗口； 2、 研制出多电弧协同增材制造工艺规划与系统总控软件； 3、 开发了专用于高性能大型金属构件多电弧协同增材制造的专用金属丝材。 实现大型舰船艉轴架、运载火箭过渡端框架与高层建筑多向钢节点的高质量、高效率、低成本增材制造，并进行组织与性能预测。 图1 多电弧协同增材制造设备图 图2 多电弧协同增材制造典型产品 【技术优势】 项目成果有效解决了高性能大型金属构件采用电弧增材整体制造时，面临的堆积效率较低，制造大型金属构件周期长；成形金属构件表面精度低，加工量较大；成形金属构件的晶粒粗大，各相异性明显的难题，将目前大型金属构件电弧增材制造的效率提高到了新高度。 【技术指标】 五束电弧协同增材制造装备： 1）装备包括 CMT电源5台、六轴机器人系统3台、激光系统、工艺数字化系统、三维测量系统、高速摄像系统与缺陷除去系统； 2）三维测量系统的测量范围在300mm以内，可测量金属构件壁厚最大尺寸不低于250mm，测量误差在±1.0mm以内； 3）可成形高度大于2m、长度大于5m、宽度大于3.5m的金属构件，变形控制在0.2mm/100mm以内； 4）堆积效率≥1800cm3/h，连续工作时间不低于360小时； 五束电弧协同增材制造工艺总体软件： 1）具有模型解析重构、子模型选择、分区切片与9轴工艺路径规划、曲面切片、G代码及机器人离线编程代码生成、多电弧协同增材制造系统控制功能与工艺数据库； 2）可实现金属构件组织、性能预测及成形质量主动控制，并显示构件材料 CCT图； 3）模型解析、拓扑重构时间低于10分钟，切片轮廓精度优于±0.1mm，单层切片时间＜2s。 4）支持2000万以上三角形面片、尺寸4m以上STL模型； 5）支持任意空间曲面模型的路径规划，成形尺寸≥4000mm； 6）支持 6轴机器人+3轴龙门式床身协同控制的9轴工艺路径规划，成形效率达 1800cm3/h，全程误差≤0.5%，路径输出方式为G代码、机器人离线编程代码； 7）工艺数据库覆盖控制系统参数及工艺及材料参数，并建立典型工艺参数，加工误差范围≤0.5%；

我国新型显示产业规模和在建产线均居世界第一，但主要核心装备依赖进口，制约我国新型显示产业自主可控发展。新型显示器件向大尺寸、超高清、柔性化方向发展，其面临的重大挑战是如何在大面积柔性基板上实现纳米特征-微米结构-米级器件跨尺度高精度制造。光刻/蒸镀技术受限于模板尺寸和平面工艺，传统喷印受制于打印分辨率低（>20μm），均无法满足大尺寸/超高清/柔性化新型显示高精度/高效率/高可靠制造要求，急需发明新的制造原理、技术与装备。 针对新型显示器件高精高效制造国际难题，本项目原创高分辨率电流体喷印新原理，发明了电流体喷印新喷头、新技术和新装备，国际首创多款柔性新型显示器件并占领高端市场。 目前提出的“拉伸式”高分辨率电流体喷印新原理，实现<200nm结构的喷印制造，兼具按需点喷、射流直写、雾化制膜等不同喷射模式，突破了传统喷墨打印技术分辨率低、材料适用范围窄、喷射模式单一的问题。 本成果发明了阵列化独立可控电流体喷印系列喷头、高速视觉测量装置等核心装置与智能控制算法，开发了国际首台新型显示电流体喷印装备。部分核心专利作价3000万元实现成果转化，创新技术支持下开发的系列装备在显示龙头企业测试应用，实现了高分辨率OLED/QLED/PeLED（>300PPI）等新型显示器件集成制造。

塑性精密成形是坯料在外力作用下，使金属在模具中发生塑性变形而成为所需形状、尺寸和性能的产品加工过程。该工艺能够解决材料切屑加工困难、加工量大、材料利用率低等问题，既减少了人力物力的浪费，又提高了产品的尺寸精度和使用性能。 1、铝合金、钛合金等温精密模锻工艺应用 某型号飞机铝合金法兰盘无斜度、无余量等温精锻件，图1所示，该锻件通过一次性成形达到零件外形设计尺寸，内孔和外形无须机械加工。 图1 铝合金法兰盘精密成型件 某型号飞机Ti-1023钛合金护板接头等温精锻件，图2所示，该等温精锻件外形无余量，为简单毛坯一次成形。   图2 钢板焊接件及钛合金精锻件 某型号Ti-1023钛合金摇臂等温精锻件，图3所示，已通过装机试飞测试，属于无斜度无余量精锻件。                                                                          图3(a) 钢摇臂机加件     图3(b) 钛合金摇臂等温精锻件 图4所示为某型号发动机TC6钛合金等温精锻件摇臂和指针。研制的钛合金等温精锻件的复杂程度处于国内领先水平。 图4 钛合金等温精锻件 2、液态模锻（挤压铸造）工艺应用 该工艺可解决铝合金小型复杂结构件的精密、高效的成型问题。针对气泵上盖零件，图5所示，实现了一模成形（多）两件、带侧孔抽芯、钢镶嵌件等工艺特点，简化了原加工工艺，降低了制造成本。 图5 气泵上盖液态模锻件 与某军工厂合作完成了多功能炮弹壳体液态模锻工艺研究，图6所示，炮弹毛坯内孔不加工，材料利用率大幅提高，加工工时大幅度下降，炮弹试验件经靶场试验测试满足设计要求。 图6 气泵上盖液态模锻件 某航空仪表电器厂传感器法兰盘，图7所示，材料为Ly12，采用液态模锻技术制取通用毛坯，替代原工艺采用的挤压棒料直接加工，可加工出8种尺寸规格的零件，降低了材料消耗，缩短了加工周期，节省了加工费用，已实现批量生产。 图7 气泵上盖液态模锻件 电器安装基板，如图8所示，材料为6063铝合金，采用液态模锻技术，实现了一模成形两件，将原数控加工的槽沟一次成形，尺寸达到设计要求，简化了该零件的加工工艺，缩短了加工周期，提高了生产效率。 图8 电器安装基板液态模锻件 3、铝合金精密冷挤压工艺应用 变形铝合金薄壁深筒“液压锁缸体”零件，图9所示，原工艺采用棒料直接加工而成，加工难度大、材料利用率低；利用冷挤压技术直接成形，挤压件要求外形及内孔不加工，表面质量要求高，通过工艺及模具设计优化，零件尺寸精度均达到设计要求，内外表面均不需要加工。 图9 液压锁缸体挤压件 手机电池用铝壳毛坯，图10所示，一次冷挤压成形工艺，铝壳壁厚0.3mm，外形尺寸可按要求设计，同时解决了挤压件的表面质量问题，所开发的工艺可用于成型矩形的各种尺寸规格手机电池铝壳。 图10 手机电池壳挤压件 铝合金电器屏蔽罩，图11所示，截面尺寸29×43mm，长度160mm，壁厚1.2mm，采用简单毛坯一次性挤压成形，表面质量好，尺寸精度高。 图11 铝合金电器屏蔽罩挤压件

在国家“863”计划的支持下，合作研制开发的铝合金半固态成形技术及设备已经成熟，研制的电磁搅拌制备铝合金半固态坯料连铸设备可以制造直径为50~100mm的铝合金非枝晶半固态连铸棒料，研制的感应加热技术可以将铝合金非枝晶坯料快速加热到固液两相区，半固态坯料温度差可控制在1~2℃之内，研制的铝合金半固态成形技术可成形各种铝合金零件毛坯。目前，该项目已经通过国家“863”计划组织的专家委员会的验收。 目前制备铝合金半固态连铸坯料的最佳工艺是电磁搅拌方法，该工艺制备的半固态连铸坯料纯净, 不易卷入气体, 控制方便, 产量大。铝合金半固态连铸坯料的最佳重熔加热工艺是电磁感应加热，该工艺加热速度快、效率高，组织均匀，坯料不易变形。非枝晶铝合金在半固态成形中不会喷溅，凝固收缩小，毛坯致密，能够热处理强化；毛坯不存在宏观偏析, 性能更均匀；可以实现近终成形，大为减少机加工量，降低生产成本；易于实现机械化或自动化操作，生产效率高；减轻了模具的热冲击, 提高了模具的寿命。 目前，铝合金半固态成形应用主要集中在汽车零件和耐压阀体零件毛坯，如汽车制动总泵壳、油道、轮毂等，也可以应用于其他要求较高的零件毛坯，如航空、摩托车用铝合金零件等。

本发明公开了一种能够自动脱模的热电单元成形装置。底座中心开有凹槽，下模冲包括长方体阴模和连接在长方体阴模两侧的顶杆，长方体阴模嵌合在底座的凹槽内并开有腰形通槽，竖直的两个顶杆穿过底座凹槽两侧各自的孔；N型热电臂阴模和P型热电臂阴模并列地安装在下模冲的长方体阴模上，N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上方安装有上模冲，上模冲下的两个冲头分别穿过N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上的模腔孔。本发明模块化安装的方式，可对需要不同直径大小的热电臂的热电单元进行制造，利用热电臂阴模相贴并列嵌入底座的方法，可使成形后的试样和热电臂平整且朝向规则整齐；并可快速脱模，提高生产效率。

本发明公开了一种能够自动脱模的热电单元成形装置。底座中心开有凹槽，下模冲包括长方体阴模和连接在长方体阴模两侧的顶杆，长方体阴模嵌合在底座的凹槽内并开有腰形通槽，竖直的两个顶杆穿过底座凹槽两侧各自的孔；N型热电臂阴模和P型热电臂阴模并列地安装在下模冲的长方体阴模上，N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上方安装有上模冲，上模冲下的两个冲头分别穿过N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上的模腔孔。本发明模块化安装的方式，可对需要不同直径大小的热电臂的热电单元进行制造，利用热电臂阴模相贴并列嵌入底座的方法，可使成形后的试样和热电臂平整且朝向规则整齐；并可快速脱模，提高生产效率。

钢管是经济建设中重要的原材料之一，属经济型断面型材，素有工业“血管”之称。钢管广泛地被用作机械工业用管(主要是液压与气动缸体管、液压输油管、汽车传动轴管和半轴套管、轴承钢管、皮带传送托辊管、印染辊管等)、石油地质工业用管(油泵管、钻探管、油管、套管、钻杆等)、化工用管(石油裂化管、化肥用高压管、化工设备及管道用管)、电站锅炉和热交换器管等。特别是进入WTO后，我国钢铁工业将会面临更加激烈的竞争环境，如何降低生产成本，提高产品质量，开发新的产品品种，以增强企业竞争力成为首要课题。北京科技大学冶金机械研究所“管材深加工科研小组” 二十余年来，从事管材塑性成形加工新工艺新设备的研究、推广工作，开发的“高精度冷拔钢管技术”正是这样一项降低生产成本，提高产品质量的新产品新技术。该项技术已在全国７个省市推广应用，并被国家科委列入《国家科技成果重点推广计划》指南中,编号为I4-1-4-21。随着市场和技术发展的需求，该“管材深加工科研小组”近来又先后开发出锥管冷拔成形新工艺和设备，大口径（建筑用）方管冷拔新工艺和设备。

针对汽车轻量化及安全法规对汽车用超高强钢的需求，完成超高强钢合金体系设计、强化机理、显微组织调控等关键技术研究，突破 1200-2000MPa 热成形钢批量制备技术。系统研究了超高强热成形钢的微观组织结构及力学性能特征，改善了塑韧性和氢致断裂敏感性，2000MPa 级热成形钢的抗拉强度达到 2083MPa，总伸长率达到 8.5%，弯曲角≥60°。使热成形零件满足汽车行业的使用要求，替代进口热成形钢，支撑国内汽车轻量化及安全碰撞要求的超高强汽车用钢的需求，为汽车轻量化新材料的发展提供技术支撑。