本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 铸造是我国装备制造的基础工艺，无论是农业机械、机床、汽车、船舶，还是航空航天以及国防军工等领域的发展都离不开铸件。我国现已成为世界铸件生产大国，2020年我国各类铸件总产量达到5195万吨，较2019年同比增长6.6%，约占世界总产量45%，位居世界第一位。 铸造主要有砂型铸造、金属型铸造和特种铸造等，砂型铸造由于其原材料来源广泛、成本低、铸型制造简便以及应用合金种类多等优点，世界上80%的铸件都是采用砂型铸造。对于砂型铸造工艺来说，模样、芯盒等模具的设计制造是非常复杂并且耗时的过程，该过程首先需要根据铸造方案进行模具的设计，然后通过翻模制作砂型和砂芯，之后再将制作好的砂型和砂芯经过组芯、合箱以及浇铸从而完成金属毛坯的制造。而高性能复杂整体金属结构件又是航空航天、国防军工、轨道交通等领域高端装备的核心组成部分。因此构件的短流程、高精密、高性能制造是实现我国高端装备自主研发及制造的关键环节。 传统的金属成形如模具铸造、模压锻造等需要木模、金属模的成形工艺，存在工序多、流程长、形性精确控制难等世界性难题，无法满足多品种、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研发新型精密成形基础前沿机制与方法。本项目将构建数字化精密成形理论体系，涵盖数字化无模铸造复合成形和数字化多材质复合铸型等两方面，突破了复杂整体构件高效率、高性能、高精度无模成形技术，变革了采用模具造型的传统砂型铸造和模压锻造生产模式，推动传统金属成形模式的创新发展。 复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究针对复杂铸件整体制造难、制模周期长、资源消耗大等难题，构建无模铸造复合成形原理及机制，发明复杂砂型/芯数字化柔性挤压近成形、切削净成形方法，研发出砂型挤压/切削复合成形工艺，省去木模、金属模制造过程。揭示了挤压工艺对砂型透气性、砂型强度等性能的影响规律，发明了梯度紧实的柔性挤压成形方法，实现了砂型/芯梯度紧实柔性挤压近成形。 复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究针对传统单一铸型对结构复杂、壁厚差异大、铸件形性调控难、尺寸精度差等难题，提出了多材质复合铸型技术及与铸件相匹配的多材质复合铸型及其坎合组装方法，通过建立多材质复合铸型与高性能铸件一体化精确铸造成形的计算分析模型，构建了多材质复合铸型的调控原理与方法。揭示了多材质复合铸型对铸件温度场、微观组织及力学性能的影响规律，研制出石英砂、宝珠砂、铬铁矿砂等构成的形性可控铸型材料配方，实现了铸型透气性、固化强度、切削性能的协同调控。研究了传统铸型与复合铸型的凝固温度曲线，对比了不同工艺所制铸件的强度，掌握了各铸型单元的热力学参数及型砂种类对铸件性能的影响规律，揭示了金属液与不同铸型间的热力耦合作用机理。 三、创新点及主要技术指标 1.复杂砂型/芯曲面柔性挤压近成形、切削净成形的数字化无模铸造复合成形技术与装备 本研究揭示了砂粒移位、桥连断裂、空穴弥合的砂型/芯切削机理，建立了非均质离散体砂型切削模型，发明了一种切削排砂一体化的无模铸型数字化快速制造方法，实现了高精高效制造，铸件制造周期缩短50%以上，成本降低30%以上。 2.复杂铸件形性精确调控的数字化多材质复合成形技术与装备 本研究实现了对铸件充型凝固过程的精确调控，提高了复杂铸件内在质量与外在精度，实现了铸件性能主动精确调控，使铸件废品率从5%～10%降至2%～4%，减重10%～20%。 四、知识产权及获奖（成果基础） 知识产权情况： 成果获授权发明专利46件，其中美日等国际发明专利18件；软件著作权12件；起草制定国家、行业等标准规范14项；出版专著《无模铸造》（机械工业出版社，2017）。成果入选并被列为国家工信部《机械基础件、基础制造工艺、基础材料产业“十二五”规划》（工信部规[2011]509号）中“50项推广应用的先进绿色制造工艺”的首项技术。 获奖情况： 2020年国家科学技术进步奖二等奖； 2018年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2017年国家技术发明二等奖； 2016年中国机械工业科学技术奖特等奖； 2016年中国专利金奖； 2014年国家科学技术进步奖一等奖； 2012年北京市科学技术奖一等奖； 2011年国家科学技术进步奖二等奖。 五、成果图片

系统可实现在网络环境下，完成注塑模具的并行设计。通过智能化提示，进行参数化绘图，自动生成三维模型，并由三维模型直接或通过标准的 IGES 格式转换进入不同系统的 CAM 模块，实现设计与制造信息共享，达到 CAD/CAM 一体化。提高模具设计质量，缩短设计制造周期。

XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为6部件：女性骨盆带第五腰椎、韧带、血管、神经、盆底肌群、及子宫部分直肠等6部件；其中子宫、膀胱、直肠又可以剖开成2部分，显示肛门外括约肌、尿道外括约肌、会阴浅横肌、会阴深横肌、球海绵体肌、坐骨海绵体肌、会阴中心腱、肛提肌各个部位均可拆卸，直肠、连带输卵管与卵巢的子宫及阴道作正中矢状切可分成2部件，骨盆模型的右半部能显示髂总动脉、髂内外动脉及髂总静脉、髂外静脉分布及解剖结构，显示右骶丛、右坐骨神经与右阴部神经，显示骨与韧带及左右两侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨、带椎间盘的第五腰椎。模型通过第五腰椎、骶骨与尾骨的正中矢状切骨盆可分成左右两部分，并能显示锥管中的马尾成分，第五腰椎体的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可显示骨盆韧带及腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、骶髂前韧带、骶腰韧带、前纵韧带、骶髂骨间韧带、骶髂后韧带，以及闭孔膜等结构。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材质：PVC材料

XM-130B男性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-130B男性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为7部件，显示了男性骨盆的骨骼、韧带、血管、神经以及盆底肌肉和外部性器官的彼此连接，通过一个正中切面展示了整个骨盆，右边的外部肛门括约肌、坐骨海绵体肌、会阴浅横肌和深横肌，以及球海绵体肌均可拆除， 直肠、膀胱、前列腺和阴茎也可在正中一拆为二，阴茎部分的皮肤和筋膜已部分去除，因此可见血管和神经，阴囊和精索区域的部分皮肤也已去除，因此睾丸和附睾是可见的。在左侧，精索以不同层进行显示，在右侧，睾提肌以及精索内筋膜已经暴露。右半部分骨盆显示了常见的外部和内部髂动脉及外部髂静脉，显示了彼此之间的位置关系。仙骨神经丛、坐骨神经丛、阴部神经丛、阴茎背神经丛、阴囊前神经、会阴神经、肛门神经以及输精管均有显示。模型还展示了以下骨骼及韧带：双侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨以及第五腰椎和椎间盘。正中切面通过第五腰椎、骶骨以及尾骨，因此骨盆可以被拆分成两半，这意味着马尾(脊尾)在椎管内可见。第五腰椎的左半部分可以被拆除。以下韧带也可见：腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、髂骶前韧带、髂腰韧带、前纵韧带、棘上韧带、骶髂骨间韧带、骶髂骨后韧带、骶尾外侧韧带、骶尾后浅韧带、闭锁膜以及腔隙韧带。 尺寸：自然大，17×18×30cm 材质：PVC材料

XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型   XM-131D女性骨盆带韧带、血管、神经、盆底及器官模型可拆分为6部件：女性骨盆带第五腰椎、韧带、血管、神经、盆底肌群、及子宫部分直肠等6部件；其中子宫、膀胱、直肠又可以剖开成2部分，显示肛门外括约肌、尿道外括约肌、会阴浅横肌、会阴深横肌、球海绵体肌、坐骨海绵体肌、会阴中心腱、肛提肌各个部位均可拆卸，直肠、连带输卵管与卵巢的子宫及阴道作正中矢状切可分成2部件，骨盆模型的右半部能显示髂总动脉、髂内外动脉及髂总静脉、髂外静脉分布及解剖结构，显示右骶丛、右坐骨神经与右阴部神经，显示骨与韧带及左右两侧髋骨、耻骨联合、骶骨、尾骨、带椎间盘的第五腰椎。模型通过第五腰椎、骶骨与尾骨的正中矢状切骨盆可分成左右两部分，并能显示锥管中的马尾成分，第五腰椎体的左半部分可以拆卸，模型的右半部分可显示骨盆韧带及腹股沟韧带、骶结节韧带、骶棘韧带、骶髂前韧带、骶腰韧带、前纵韧带、骶髂骨间韧带、骶髂后韧带，以及闭孔膜等结构。 尺寸：自然大，27×19×22cm 材质：PVC材料

本发明提供一种薄膜非连续卷绕输送模切装置，包括：放料辊，用于对成卷柔性薄膜的放卷；收料辊，用于对成卷柔性薄膜的收卷；输送对辊，设在所述放料辊和收料辊之间，用于完成薄膜进给；摩擦对辊和设在放料辊上的滑差轴，用于协作保持薄膜在进给过程中的张力稳定；模切机，用于完成薄膜裁切；工业相机，用于对薄膜的模切切痕成像；工业计算机，用于对模切切痕成像进行图像处理，处理得到的误差作为薄膜输送进给步长的精度补偿。本发明通过视觉装置识别薄膜上的模切切痕，图像处理所得薄膜进给误差，补偿下一步薄膜进给步长，有效保证薄膜非连续卷绕进给工况下，模切机薄膜进给精度和裁切切口均匀性。

本实用新型公开了一种双层卷制滴灌管。双层卷制滴灌管包括抗老化带层和弹性带层，抗老化带层的内表面上设置有消能凹槽，抗老化带层的内表面的一边缘设置有多条出水凹槽，出水凹槽与消能凹槽连通，消能凹槽整体呈蛇形结构；弹性带层贴在抗老化带层的内表面上形成管带，消能凹槽与弹性带层之间形成消能流道，出水凹槽与弹性带层之间形成出水流道，出水流道在管带的对应侧边形成出水口，弹性带层上开设有多个与消能流道连通的进水孔；其中，管带上具有出水口的侧部为第一连接部，管带的另一侧部为第二连接部，第一连接部搭接在第二连接部的外部。实现提高双层卷制滴灌管的使用可靠性和使用寿命。

1 成果简介大型复杂的设备（如船舶、飞机等）或工厂产房（如化工、炼油）设计中的管线布置是一项复杂而又耗时的工作，特别是同时考虑管线成本、设计要求和空间约束等。现有的 CAD系统软件还不具备同时考虑上述因素的自动布管功能，基于经验和试错(Trial and Error)的方法仍为目前此类设计的主流。 清华大学自行研发的具有自动布管功能的软件引擎，可以在同时考虑管线成本、设计要求和空间约束的情况下快速找出较优的管线布置方案。 简单示例如下： （ 1） 原始设备  （ 2） 用鼠标选定起始点  （ 3） 通过菜单设定设计边界  （ 4） 自动产生管线路径 2 应用范围应用于船舶和飞机制造设计或炼油化工企业的工厂布局等，也可以应用于城市地下管线的布置。3 效益分析软件的应用可以提高布管的效率， 以及节省管线的成本，具有良好的经济效益和社会效益。4 合作方式技术投资、转让等多种形式的合作。可以按照用户具体要求，为用户定制设计、开发、安装、维护及培训的交钥匙工程。

针对目前数控弯管机一般不配有仿真系统的状况，本仿真系统通过建立数控弯管机的总体仿真模型和运动模型，实现弯管加工过程的三维仿真动画显示；提供机床库或机床各独立部件库，根据需要可从机床库或部件库中调入相关部件装配成所需要的弯管机床，实现模胎夹具的自动装配。可自定义仿真加工环境，包括弯管机床、地面、相邻的机床、车间中的其它加工设备、厂房以及特殊情况下的为导管弯曲设置的地面沟槽，进行导管与加工环境的碰撞干涉检测，建立了系列数控弯管机的机床库和模胎库以及导管样件库和相关的NC代码库。 系统采用SolidWorks为支撑平台的二次开发实现。

Ø  成果简介：针对目前数控弯管机一般不配有仿真系统的状况，本仿真系统通过建立数控弯管机的总体仿真模型和运动模型，实现弯管加工过程的三维仿真动画显示；提供机床库或机床各独立部件库，根据需要可从机床库或部件库中调入相关部件装配成所需要的弯管机床，实现模胎夹具的自动装配。可自定义仿真加工环境，包括弯管机床、地面、相邻的机床、车间中的其它加工设备、厂房以及特殊情况下的为导管弯曲设置的地面沟槽，进行导管与加工环境的碰撞干涉检测，建立了系列数控弯管机的机床库和模胎库以及导管样件库和相关的N