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

本发明提供了一种电磁脉冲助推式渐进拉深成形方法，包括将 待成形板料置于凹模与凸模之间；实施预成形，使位于凸模底部的待 成形板料被压入凹模内；在待成形板料位于凸模底部的部分施加电磁 力，向下推送待成形板料；同时在待成形板料的周边均施加电磁力， 向凹模的中心推送待成形板料，使待成形板料流入凹模内；在凸模上 施加下压力，使凸模下行，使待成形板料位于凸模下部的部分被向下 拉深；反复执行冲压拉深与电磁脉冲拉深，直至完成待成形板

（专利号：ZL 201410495292.0） 简介：本发明公开一种带辅助底座的板料渐进成形方法，属于金属塑性加工成型技术领域。该成形方法首先在现有数控渐进成形机床上设置一套辅助底座装置，将圆锥形辅助底座的底部固定在液压缸上面，通过调节液压缸的推力和行程以控制所述圆锥形辅助底座的升降；在数控渐进成形机床的夹具内安装辅助底座装置，并把液压缸的底部固定在数控渐进成形机床上；然后三维建模以及调整圆锥形辅助底座的倾角，将待成形板料固定在夹具上，操

含芯棒和无芯棒的旋锻工艺参数优化、缺陷预防以及产品设计。

研究成果有效减少了螺纹花键同轴零件成形时间、提高了零件机械性能，特别是易于保证螺纹和花键相对位置稳定，实现高性能、高精度零件的低成本、短周期、低能耗的成形制造。相关研究成果丰富了零件滚轧成形理论和技术，拓展了滚轧成形工艺应用范围。已建立了完备的螺纹花键同步滚轧工艺理论体系，工艺试验也已取得较好的效果。

随着我国经济的飞速发展，在公路工程项目建设中修筑了许多大跨径的梁桥，而正交异性钢桥面板具有重量轻、跨度大等优点，在国内大跨径钢桥中得到了广泛的应用，如江阴大桥、南京长江三桥、佛山平胜大桥、天津富民桥、湛江海湾大桥等。然而使用传统的复合改性沥青混凝土施工铺装，出现了温度变化大，易产生脱层推移、车辙和裂缝等病害特征，虎门大桥在通车一年内即出现病害，采用灌缝填缝等修补手段均难以阻止病害的进一步发展，多座桥梁的SMA铺装已进行翻修，甚至二次大修。在分析比较目前国际应用较为成熟的钢桥面铺装技术的基础上，对用于钢桥面铺装的联结层、铺装层进行了系统的调查研究后，设计开发施工简便、既经济又易维护的，在钢桥面铺装领域具有创新和国内自主知识产权的环氧沥青组合体系新型钢桥面铺装技术。 环氧沥青钢桥面铺装技术是首先在钢板层上，采用改性环氧树脂粘结一层3～5mm粒径的碎石形成碎石与环氧及环氧与钢板粘结牢固的防水防腐又粗糙且耐高温的抗滑界面，一步实现钢桥铺装界面的防水和防剪切滑移，这种新型界面形式称为环氧粘结碎石层界面（Epoxy Bonding Chips Layer, EBCL）; 冷拌沥青混凝土整体化层（Resin Asphalt，RA）由树脂沥青和矿料拌和组成, 在其完全固化前，表面均匀洒布一层10～13mm粒径的石子，采用胶轮压路机进行碾压，要求撒布石料粒径的一半以上嵌入RA表层；当上述RA层完全固化后，在其表面洒布防水沥青层，用于增强层间的防水和粘结；最后铺装传统的复合改性沥青混凝土，形成表面功能层。ERS的设计，旨在通过EBCL层中环氧树脂及RA层中树脂沥青两类材料性能的突破，实现桥面材料极性的梯度化过渡，实现弱极性的沥青混凝土在强极性钢桥面上的铺装，解决传统工艺下脱层等的病害。

通过实验研究发现,提高上冷床时螺纹钢表面的温度可以使螺纹钢表面生成连续、致密的氧化层，对提高螺绞钢表面的抗锈浊性有重要的影响。

研究领域 以企业的生产需要为出发点，以研发新产品、新设备、新工艺为目标，进行光机电一体化成套设备及新技术的研究与开发，解决企业发展过程中的瓶颈问题。围绕创新制造工艺、机电控制及自动化，开展绿色化、系统化智能机电一体化技术及其在生产过程中的应用研究。主要研究方向有：（1）绿色新能源生产技术及设备（2）特种加工机械（3）新型包装机械（4）根据企业实际需求定制光机电一体化成套设备（生产线）的研发。科研成果及简介 所承担主要项目： 锌空燃料电池极片干嵌法成形过程控制的理论与技术(国家自然基金) ·高速水墨柔性印刷模切机CL1224 （国家科技部） ·机械软起动控制系统的开发（天津市教委） ·柔性传动行星轮差速机构的研究 （河北省教育厅） ·机械液压自动控制软启动系统（石家庄科技局） ·自动分页装订机的开发研究（河北省教委） 横向课题： 纸管机开发（天津巨业衣架制造有限公司） 盘料螺纹钢滚丝机（天津市天鹏建筑器材有限公司） 五金平台自动机械手的研制（庆辉五金制品有限公司） 乒乓胶皮海绵上料系统的研发（天津七二九体育器材开发有限公司） 电池极片卷绕设备（海裕百特锂能设备有限公司） 锂电池极片轧制卷绕线 ； 流延膜挤压收卷装置及控制系统的合作研发； 瓦棱机生产线控制系统的研制； KSQ-500电池极片卷绕设备开发 木工挖船机（威卢克斯有限公司） WS-260卫生巾生产线获奖与专利一种布料机                  发明专利           专利号：200910068754.x一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号：200910069172.3一种双向水泥土搅拌桩机      发明专利           专利号：200910069171.9一种双向水泥土搅拌桩钻杆    发明专利           专利号：200910069170.4一种收获机                  发明专利           专利号：200910069269.4可转让项目 可承担（合作开发）科研项目与技术合作光机电一体化成套设备（生产线）的研发

在冶金过程中，炉渣的控制对钢质量有着重要的影响。特别是随着用户对钢质量要求愈来愈高，炉渣的控制技术也显得愈来愈重要。许多高质量的钢种，对冶金精炼渣提出了极为苛刻的要求。这就迫切要求炼钢生产厂家对冶炼过程中的各类渣系的冶金精炼性能有清晰的了解，从而达到在冶炼各过程中能做到充分利用和精确控制精炼渣的根本目的，为洁净钢生产服务。北京科技大学在冶金渣方面的研究已有几十年的历史，无论在理论上还是在工艺上，均已经积累了丰富的经验，形成了自己的特色。 主要的技术有： 极低硫钢(≤0.0020%)冶炼的精炼渣控制技术。 该技术根据企业实际冶炼或精炼设备提出最佳脱硫工艺以及提供相应的精炼渣控制技术。 低磷钢(≤0.0050%)冶炼的精炼渣控制技术。 该技术根据企业实际冶炼或精炼设备提出最佳脱磷工艺以及提供相应的精炼渣控制技术。 低氮钢冶炼过程中脱氮和防治吸氮渣系控制技术。    氮是钢中较难去除的杂质元素，该技术主要是从改进工艺出发，在脱除部分氮的同时，尽可能防治氮从大气中的吸收。在这方面，造渣技术起着重要的作用。 铝脱氧钢吸收Al2O3 夹杂精炼渣控制技术。 铝作为强脱氧剂，在炼钢过程中有着广泛的应用。但由此形成的Al2O3夹杂对钢非常有害，该技术结合企业铝脱氧工艺，提出最佳的吸收Al2O3夹杂精炼渣系。 无铝脱氧工艺低氧钢精炼渣控制技术。 对于许多质量要求较高的钢种，采用无铝脱氧，这样必然加大了钢液脱氧难度，而合理的精炼渣控制技术会使无铝脱氧钢液氧含量显著降低。 精炼过程中夹杂物的去除和控制技术 。 该技术主要是通过合理地控制精炼渣成分来有效地控制钢液中夹杂物形成元素的含量，从而达到控制夹杂物成分和形态的根本目的。

采用多元合金化，并通过调整合金中硅、锰含量，获得一种马氏体-贝氏体低合金耐磨钢。该钢种不仅具有较高的强度和硬度（HRC>52），并且具有较高的韧性（Ak>25J/cm2）。适用于具有一定冲击力，又要求材料具有较高抗磨性的工况，如大型球磨机的衬板等。目前该材料已用于四川省电力局江油发电厂引进的法国机组φ5.000m×24.0m球磨机，已运转4年，