高精度模具制造

2019年上海市技术发明特等奖 燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下： 1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。 2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。 3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。 4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。 本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。 金属双极板 金属双极板连续冲压成形   金属双极板多工位连续激光焊接 金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备 金属双极板生产

项目成果/简介:2019年上海市技术发明特等奖燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下：1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。金属双极板金属双极板连续冲压成形 金属双极板多工位连续激光焊接金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备金属双极板生产知识产权类型:发明专利 、 其他技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家高技术研究发展计划、上海市科技创新行动重大项目等

成果创新点 主要技术创新路径：申请人依据经典爆炸复合理论， 利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利 用水作为传压介质和约束材料，将水下爆炸产生的冲击波 和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管)，使覆管发生塑性 变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标：基复管精确定位、爆炸参数的合理选 择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等： 1) 降

主要技术创新路径：申请人依据经典爆炸复合理论，利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利用水作为传压介质和约束材料，将水下爆炸产生的冲击波和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管)，使覆管发生塑性变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标：基复管精确定位、爆炸参数的合理选择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等： 1) 降压：能够降低炸药爆轰的初始压力，削弱其对管材的损伤； 2)延时：利用爆炸产生的冲击波和水体动能作用于覆管，延长爆炸能量作用时间； 3)降温降烟：水的比热容很高，该方法既能够有效降低爆轰产物作用于管材的温度，保护管材，又能够有效降低爆炸后的炮烟，有利于现场操作

金属玻璃（又称非晶合金）是指在固态下原子排列具有短程有序而长程无序，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的金属合金。近十几年来，块体金属玻璃的发展更是其发展过程的一个里程碑，使得金属玻璃作为结构材料成为可能。 与传统晶体材料相比，块体金属玻璃具有较高的强度(～2GPa)、大的弹性极限（2%～3%）及良好的耐腐蚀性等突出优点。正是由于其独特性能，使得块体金属玻璃在体育用品、电子、医学及国防等领域得到了越来越广泛的应用。 然而金属玻璃在室温承载失效时几乎没有塑性应变产生，表现为典型的脆性断裂方式，因而严重限制了其作为工程材料的应用。围绕块体金属玻璃室温塑性的改善，国内外开展了广泛的研究。近年来的研究发现，在块体金属玻璃组织中引入第二相可以改变剪切带的分布从而增加其室温塑性，获得综合力学性能较好的新材料。这种第二相可以是外加的，也可以是内生的。其中，钨丝增强锆基金属玻璃复合材料因其独特的性能而备受关注。Zr基块体金属玻璃在拉应力或压应力作用下，会发生有剪切力引起的剪切断裂，断裂面在最大切应力的作用面内，有很好的自锐性，用钨丝增强后，提高了强度和密度，达到了高密度、自锐性的特殊要求，可以用作穿甲材料。通过合理的界面和体积分数控制，目前已经制备的这类复合材料中最大压缩断裂强度高达2600MPa，塑性达到13.5%。目前制备钨丝增强块体金属玻璃复合材料的主要方法是渗流铸造法，然而受金属玻璃合金玻璃形成能力的影响，该方法只能制备一些较小尺寸和简单形状（棒状和板状）的试样，极大的限制了这类材料的应用范围。 本项目是一种短流程、适合于大规模工业生产、并能获得完全清洁复合界面的金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺。 已申请专利：陈晓华， “一种金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺”，中国发明专利授权号：ZL200710120355.4.授权公告日：2009年10月28日

本成果开发了一套超结MOSFET器件的设计方法，并与上海华虹NEC(现上海华虹宏力)公司合作建立了基于深槽填充工艺的600~900 V级8英寸超结MOSFET工艺代工平台，这是国内第一个量产的超结工艺平台。所制备的超结MOSFET击穿电压最高可达900V，比导通电阻低至5.3Ω.mm2（900V器件）。该成果作为重要组成部分获得了2016年四川省科技进步一等奖（“功率高压MOS器件关键技术与应用”张波、乔明、任敏 等）。

江西制造职业技术学院是经江西省人民政府批准、国家教育部备案的全日制综合性公办普通高等职业院校，为江西省教育厅直属高校。学院前身是创办于1978年的江西省机械职工大学。2004年6月，经江西省人民政府批准在此基础上设置高等职业院校，更名为江西制造职业技术学院。同年11月，江西省机械科学研究所成建制并入学院。 学院现有艾溪湖、上海路、丁公路三个校区，占地面积400余亩，建筑面积近20万平方米。新校区位于风景如画的艾溪湖畔—南昌(昌东)高校园区。学院建设有数控技术、汽车维修等2个国家级职业教育实训基地和电子信息技术、模具制造技术、跨专业文科综合实训中心等3个省级专业技能实训中心，校内各类专业实验、实训室75个，教学科研仪器设备值4755.52万元，各类藏书近50万册。现有各类全日制在校学生近9000人，在职教职工456人，其中专任教师433人，高级职称教师108人。专任教师中，有9名江西省高校省级教学名师、学科带头人和中青年骨干教师，3名江西省技术能手，138名硕士以上学历学位教师。学院的“数控技术课程群教学团队”被评为江西省省级教学团队。 学院以培养制造业高技能人才为办学特色，构建了以机械制造类专业群为龙头，电子信息类专业群和经济管理类专业群并举的专业建设格局，设有机械工程系、机电工程系、信息工程系、经济管理系、基础课部、中专部等6个系部，有高职招生专业36个。确立了机电、数控、汽运、模具、应电、计应、电商和会计等8个学院重点建设的骨干特色专业，其中机电一体化技术专业被评为江西省特色建设专业。 学院积极发挥院所合并的优势，不断拓展科研开发领域。多年来，学院科研所承担了国家、部、省下达的科研、新产品开发等课题200多项，取得科技成果197项，其中有2项获国家发明奖、33项获省部级科学技术进步奖和优秀产品奖，在多个领域达到国内领先水平，每年实现科研生产销售收入达 600多万元。 在近40年的大专层次办学过程中，学院累计为国家培养输送数万名全日制毕业生，一批批学子已经成为国家大中型企业的管理人员和技术骨干。毕业生初次就业率始终保持在85%以上，位居全省同类院校前列。学院先后荣获机械电子工业部教育工作先进集体、全国机械行业文明单位、全省高校思想政治教育工作先进集体、全省高校就业工作优秀单位、全省高校平安校园示范学校、江西省省直机关文明单位等荣誉称号。

 为了解决大规格的螺旋伞齿轮的制造问题，我们开发了一个专用的软件包，可以在五轴联动加工中心上加工高质量的螺旋伞齿轮。采用该软件包加工的螺旋伞齿轮和采用Gleason制铣齿机加工的螺旋伞齿轮具有完全相同的齿面几何参数，保证了样机或维修后的设备与原设计具有完全的同一性。由于采用通用刀具，极大地缩短了加工准备周期，减少了刀具的初次投入费用，大幅度降低了大直径螺旋伞齿轮的制造成本、缩短了制造周期。该软件包的开发突破了国内大直径螺旋伞齿轮制造的瓶颈，填补了国内1.6米以上螺旋伞齿轮制造能力的空白，为许多重型设备的国产化铺平了道路。图中为2007年北京国际机床展览会上陕西秦川机床股份有限公司展出的正在进行加工的直径为1.6米的螺伞，其软件为王小椿教授开发。秦川的机床可以加工最大直径为2.4米的螺伞，而在此之前，世界上也只有德国的一家公司可以加工直径超过1.6米的螺伞，且其最大直径为2.2米。     本软件包包括齿坯设计/齿坯参数输入模块、干涉检验模块、承载能力计算模块、齿轮粗加工CAM模块、齿轮精加工CAM模块和齿面接触分析模块（TCA），可以满足生产、产品开发和设备维修的需要。

先进制造技术的一个重要目的就是要实现“绿色制造”，防止环境污染。目前的流体传动系统效率低，浪费能源，噪声大，工作介质矿物油不可生物分解，污染环境。流体传动中液压传动常用于大功率传动，总效率在75%～85%，每年大量浪费能源。气压传动的冲床也是如此，全国拥有50万台冲床，若使用我们开发的智能控制器，仅从节能角度考虑，每年最低就可节约5000万元。