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1、广东省教育部产学研结合项目（2008B090500081）发动机气缸套的激光表面微造型技术研究与工艺装备的开发工作总结报告江门市硕普科技开发有限公司五邑大学江苏大学广东工业大学2011 年 11 月 28 日一、项目实施工作总结（项目实施总体情况描述，包括单位的基本概况、项目组织实施的管理机构、组织实施过程、项目中期进展汇报情况以及项目实施前后情况对比等。 ）本产学研结合项目（2008B090500081） “发动机气缸套的激光表面微造型技术研究与工艺装备的开发”由江门市硕普科技开发有限公司、五邑大学、江苏大学和广东工业大学共同承担完成。项目旨在研究激光微造型技术及其在发动机关键零部件上的应用
2、，探索激光微造型加工的最佳工艺参数、微造型技术的减摩抗磨机理、微造型参数的精准调控装备等等。通过项目的研究，形成具有自主知识产权的工艺装备，建立培养激光微造型技术高级专门人才的培养基地。项目实施以来，基本达到了上述目的，获得了一批具有自己特色的成果。本项目由江门市硕普科技开发有限公司牵头组织实施。江门市硕普科技开发有限公司为外向型的股份制企业，主要从事高档越野摩托车的设计、制造和销售，另外还涉及发动机及零部件先进技术的研究开发。公司现有职工总数110人，技术人员30人，公司产品100%出口欧美，年产值折合人民币约4353万。硕普科技开发有限公司属江门市民营高科技企业，非常注重产学研合作，长期与
3、地处江门市的五邑大学进行科研合作，先后攻克了多项摩托车领域的技术难题，开发的SP125-1越野摩托车于2007年获得江门市科学技术奖一等奖和广东省科学技术奖二等奖。公司设有“江门市工程技术研发中心” 、 “广东省知识产权示范单位” 、 “五邑大学产学研基地”和“五邑大学研究生工作站”等。五邑大学作为参与单位，主要依托学校的“摩托车研究院”以及江门市设立在校内的“江门市特种摩托车工程技术研发中心” 。其中摩托车研究院由五邑大学与江门市硕普科技开发有限公司、国家摩托车及配件质量监督检验中心等多个单位共同组建，成立摩托车研究院的目的和宗旨是，充分利用各种资源，服务江门市摩托车产业集群，全面开展摩托车
4、共性技术研究、产品研发、评价和人员培训，加速自主创新成果转化，推进企业技术升级和产品更新换代。摩托车研究院拥有各种仪器设备和各种大型工程分析软件，成立以来先后承担了国家、省部级等项目20余项，横向课题60余项，获部省级科技成果奖3项，申请或批准专利30余项，发表论文100余篇，其中被三大索引收录多篇。江苏大学是我国最早开展激光技术研究的高等院校之一，该校的机械工程学院拥有机械工程一级学科博士学位授权点和博士后流动站，现有教职工100余人，拥有激光技术研究所、精密与超精密加工技术研究所等12个研究所（中心） ，拥有省级重点学科机械设计及理论和机械制造及其自动化学科，拥有“江苏省光子制造科学与技术
5、重点实验室” 。近年来，先后承担国家863 项目、省部级项目100余项，横向课题200余项，获部省级科技成果奖17项，通过省科技成果鉴定40余项，获省部级科技成果奖30多项。出版学术专著、教材43部；发表论文1200 余篇，其中被SCI、EI、ISTP收录近百篇。广东工业大学是我省一所综合性大学，该校的机电工程学院拥有一支高素质的师资队伍，具有副高以上职称的教师比例达56.6%。机电工程学院在特种加工技术领域颇有建树，现拥有机械工程博士后流动站、机械工程一级学科博士点。另外学院还拥有机械工程省级重点一级学科，计算机集成制造省级重点实验室和2个省教育厅重点实验室（现代产品设计与制造实验室、先进设
6、计技术实验室） ，机械设计制造及其自动化和工业工程专业为广东省名牌专业。为了较好地完成本项目，各承担单位协商成立了专门的项目组织实施管理机构，制定规章、指定专人负责、专款专用，做到组织落实、人员落实和经费落实。考虑到项目的性质，做了适当的分工：江门市硕普科技开发有限公司作为总负责单位，负责协调各方，其任务为筹措补充经费、加工激光机的各种机架、采购控制系统、添置附件和易耗品、加工试件并负责试件的台架试验和装车路试；五邑大学负责激光设备的安装调试、实验室建设(激光设备及研究室设在五邑大学校内的摩托车研究院） 、研究生培养及高级人才培训；江苏大学负责激光设备及核心部件的选型、配合五邑大学进行软件系统
7、开发和调试、并升级和改造江苏大学内的激光微造型设备、加工部分样品试件、同时利用其博士点培养指导激光技术的博士生和硕士生；广东工业大学负责配合协作五邑大学完成激光微造型设备的系统调试、参数选配等。项目组织实施过程总体而言尚算顺利，省科技厅经费到位后，由江门市硕普科技开发有限公司组织各单位召开了多次专门会议，研究部署具体操作细节。会议决定激光微造型设备设立专门的实验室，并交由五邑大学筹建专门实验室；江苏大学利用其先前积累的经验，进行激光设备的选型并指导五邑大学进行硬件和软件设计。2008年-2009年，项目组先后三次在江苏大学召开会议并进行技术研讨，与此同时五邑大学派出硕士研究生到江苏大学学习专门
8、知识。2008年-2011年，组织人员多次参加国内有关学术会议和国内相关设备展。项目的大致进程为：2008年完成设备选型，包括方案设计、样机功能定位、基本参数选配及关键设备的制式等；2009年进行专用实验室建设（在五邑大学内） 、同时与供应商接洽购买设备，设计并制造专用台架，改造并升级江苏大学原有的初级激光设备、利用江苏大学激光机进行初步工艺参数调试、试打部分微造型样品；2010年完成专用实验室的建设工作、初步完成激光设备的安装、并完成软件初步设计；2010年至2011年，进行激光微造型工艺参数的研究。在项目实施的中期，也遇到了一些问题，主要是资金比较短缺，后由江门市硕普科技开发有限公司积极筹
9、措终于度过资金难关，顺利完成了实验室建设和激光设备的安装调试，并能进入正常运行。本项目实施后，对参与企业、学校以及参与人员带来了巨大的和积极的变化：首先，对于江门市硕普科技开发有限公司来说，通过本项目的立项研究，已完全了解并掌握了激光加工设备的工艺及关键技术，公司也因此从传统的技术企业升格为掌握先进制造技术的高新技术企业，为公司的转型升级奠定了良好的基础；另外公司还培养了一批具有创新精神、协作精神和艰苦奋斗精神的科研骨干，为公司的未来发展拓展了巨大的空间和可能；以此为契机和平台，公司先后与北京航天航空大学、清华大学等国内一些知名学校院所进行富有成效的合作，先后承接了若干国家级项目的孵化和转化，
10、如公司2009年成功立项广东省教育部产学研结合项目“新型高性能碳基制动材料产业化关键技术研究” （立项经费30万） 、省经贸局“集成一体式液压无级变速摩托车发动机研发” （立项经费50万） 、省科技攻关项目“全地形车关键技术的研发及先进工艺的开发” （立项经费10万） ，2010年广东省教育部产学研结合项目“新型变速结构摩托车发动机的研发”（立项经费40万）等；特别是由于公司由以前的劳动密集型、资金密集型的模式成功转变为依靠知识、依靠技术打天下的发展模式，不仅使公司成功度过金融危机，而且在金融危机期间还有所发展壮大。其次，对于地方院校五邑大学来说，本项目的实施给其带来的变化可以用惊人来形容，建
11、立了激光技术实验室使其研究设备和研究手段有了质的飞跃，学科建设有了坚实的发展基础，并获得一批对学科乃至学校来说都是具有里程碑意义的成果：作为重要支撑硬件之一，2009年使学校成功立项广东省科技厅重大科技专项项目“广东省摩托车产业技术路线图研究及编制” （立项经费50万元） 、2010年使学校成功立项为“广东省教育厅摩托车先进设计与制造工程技术中心” （立项经费90万元） 、2010年与成都飞机工业（集团）有限公司签约项目“高强度钢激光冲击强化技术研究” （合同经费30万元） 、2011年获广东省自然科学基金“精密滚珠丝杠副动力学性能的分析与实验研究” （项目经费3万元） ；另外，在学科建设上也
12、有重大突破， “机械工程”成为了五邑大学首批一级学科硕士点、并成为该校首批获批“高级职称评审委员会”资格的两个校内单位之一，2010年“江门市工业设计中心”成功落户机电工程学院也与摩托车研究院的影响和成果密不可分；本项目的立项促成的“激光技术实验室”已成为五邑大学培养高级技术人才的重要基地之一，一批青年教师和研究生也因此脱颖而出，如项目组核心人员康献民老师在项目的精密控制方面获得杰出成果，他本人在“中国机械工程”等重要学术刊物上发表了多篇学术论文，并以此为课题获得西安理工大学的博士学位、项目组的另一位青年教师吴勇华获得了西北工业大学的博士学位并成功主持成都飞机工业（集团）的激光强化某型军用飞机
13、核心部件的项目；除此之外，五邑大学基于该项目平台还培养毕业了多名硕士研究生，如马俊同学完成了题为“发动机缸套激光微造型理论与加工工艺参数研究”的硕士学位论文、周盈同学完成了题为“激光微造型加工控制系统的研究与实现”的学位论文，另外还有若干在读研究生正在做与激光技术相关的研究。发生改变的还有江苏大学，作为我国最早开展激光技术研究的高校，江苏大学亦通过本项目的立项而受益，主要表现在成功立项了多项国家级项目，包括国家自然科学资金和863项目，使得学校继续在激光技术研究领域保持领头羊的地位；通过本项目的研究，还获取了一批具有完全自主知识产权的成果，比如成功申请或者获得国家知识产权局授权的发明专利“发动
14、机气缸表面激光微加工装置及加工方法”（201110081322.X） 、 “一种基于激光冲击波技术的复杂表面强化的方法和装置” （200910213599.6） 、 “一种汽车发动机气缸套内壁网纹加工方法及装置” （201110054176.1）以及“组合式多波长激光多用加工机”（201010149922.0）等等；在理论研究上也取得重要成果，如项目核心人员符永宏教授指导的博士学位论文“基于流体动压润滑理论的活塞环表面激光微造型技术研究” 、硕士学位论文“基于特殊激光微加工方法的设备研究和开发” ，张永康教授指导的博士学位论文“激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究” ，可以说在项目
15、申报和培养博士和硕士研究生方面均受益匪浅。图1-图8分别为利用本次产学研项目契机和基金建立或改造的激光微造型技术实验室，其中五邑大学激光微造型实验室为全新建立。图1 五邑大学激光微造型设备实物照片之一图2 五邑大学激光微造型设备实物照片之二图3 五邑大学激光微造型设备实物照片之三图4 五邑大学激光微造型设备实物照片之四图5 激光机座落在五邑大学摩托车研究院图6 江苏大学激光机微造型设备实物照片图7 江苏大学激光机正在对气缸套进行微造型加工图8 江苏大学激光微造型实验室照片（局部）二、项目研究开发总结（包括实施的方法、技术路线、攻克的关键技术以及项目技术攻关过程的总结）本项目实施的方法是虚实结合
16、的研究方法，即采用理论研究、试验研究和计算机模拟相结合的研究方法。首先通过理论研究，分析研究对象的工作环境和运行状态，接着从摩擦学设计角度入手，通过表面形貌的摩擦学设计，根据气缸/活塞环的摩擦副的工作特性、活塞的运动学、动力学特性及发动机的各种工况，探索气缸套微造型的布局、形貌和分布密度的最佳形式；接着再研究激光与金属材料相互作用的机理，建立脉冲激光材料去除及材料相变的数学模型；深入探索具有激光微观造型特征的表面润滑磨损规律，建立该表面的润滑磨损理论模型，并在此基础上，分析计算微观形貌几何参数对润滑磨损性能的影响，从理论上获得最佳的造型网纹宽度、深度、分布及间距，并预先计算出与发动机性能相关的匹配情况。其次完善激光造型结构类型与激光参数间的数学模型，获得优化的激光参数及处理方式。再者通过制造实物试件进行试验研究，通过试验数据修正和优化数学模型，具体做法是将受试缸套分成两组，其中第一组作为对比组采用传统的机械珩磨处理，在台架上测试发动机的功率、扭矩、转速、排放物等性能参数
