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成果簡介精密鍛造成形（或稱閉塞擠壓成形） 是一種新型精密塑性制造技術， 它是當今金屬制品制造先進技術之一。 所開發的閉塞精密擠壓成形工藝技術不僅可以在制造過程中節材、 節能， 縮短產品制造周期， 降低生產成本， 而且可以獲得更好的材料組織結構與性能， 提高產品的安全性、 可靠性和使用壽命。 隨著我國汽車、 摩托車、 兵器、 航空及通用機械等重點產業的發展， 精密塑性加工技術將成為提高產品性能與質量， 提高市場競爭力， 降低制造成本的關鍵技術。成熟程度和所需建設條件本項目自主開發， 技術國內領先， 并已成功應用汽車零部件的工業化制造。項目實施需要有一定的鍛造或擠壓設備以及輔助設施。技術指標（1) 可有效減小變形載荷， 成形復雜結構零件， 縮短工藝流程；（2) 提高材料利用率 10—30%；（3) 提高鍛件尺寸精度， 減少機加工工序和成本；（4) 改善產品力學性能， 提高產品品質；（5) 降低設備負荷 20-50%以上。 可成形鍛件重量范圍大， 與同類產品生產工藝相比節約總成本 15-30%以上。市場分析和應用前景汽車工業是我國重點發展的支柱產業。 近幾年通過不斷自主創新和不惜努力， 汽車工業的規模和品質都得到了飛速發展。 特別是在最近幾年我國汽車工業獨領風騷， 一舉成為世界第一制造大國。 根據國家行業統計 2012 年全國銷售汽車近 1700 萬臺， 今后幾年還將以 10%以上的速度發展。 按照全國年銷售 1700 萬輛計算， 汽車用各類結構件如軸承輪轂、 齒輪坯、 滑塊星套、 發電機磁極等每種零件的實際需求都將達到 3500 萬只以上， （不含汽配市場）。 但目前國內以精密成形技術為核心的發展狀態相對滯后， 采用精密塑性加工的比例與發達國家相比差距較大， 有很大的發展應用空間。社會經濟效益分析項目實施以來， 可以提高產品質量和精度， 同時降低制造成本， 改善制造環境。 不僅為企業帶來可觀的經濟效益， 也能有效地保護了環境， 產生了良好的社會效益。合作方式合作開發、 技術（實施） 許可聯系方式冶金學院 鄭光文 電話： 18155564763 郵箱： 1822147001 @qq.com

滾珠旋壓技術主要是成形精密薄壁筒（管）形件的新技術，它主要具有如下特點：旋壓工裝簡單，旋壓成形過程中，旋壓力自成封閉力系，旋壓機機架不承受變形所需的作用力，旋壓設備重量較輕，滾珠旋壓是一種連續的局部多點塑性成形技術，滾珠旋壓技術已隨著工藝和設備方面的改進、優化逐漸應用在航空航天工業、機械、軍工和民用工業。滾珠旋壓技術主要加工塑性低、強度高、壁薄、大口徑、精度高等特點，主要應用于航空航天領域。

精密鍛造成形（或稱閉塞擠壓成形）是一種新型精密塑性制造技術，它是當今金屬制品制造先進技術之一。所開發的閉塞精密擠壓成形工藝技術不僅可以在制造過程中節材、節能，縮短產品制造周期， 降低生產成本， 而且可以獲得更好的材料組織結構與性能，提高產品的安全性、可靠性和使用壽命。隨著我國汽車、摩托車、兵器、 航空及通用機械等重點產業的發展，精密塑性加工技術將成為提高產品性能與質量，提高市場競爭力，降低制造成本的關鍵技術。

BCS系列通用板材成形性試驗機是一種專門用于鑒定和鑒別金屬板材常溫和高溫下塑性成形（沖壓）性能，試驗機滿足GB/T 15825-2008相關試驗標準。是控制板材軋制質量、合理選用沖壓板材的得力工具，適用于普通鋼板、超高強鋼板、鋁合金、鈦合金、鋁鋰合金、鎂合金等難成形板材的成形性能試驗。可在常溫和加熱（最高達攝氏900度）狀態下完成以下板材成形性試驗：杯突(Erichsen)試驗、拉深(Swift)試驗、凸耳(Earing)試驗、錐杯(C.C.V)試驗、翻邊擴孔(K.W.I)試驗、剛模脹形試驗（如選購網格應變測量系統GMASystem則可以方便的完成FLD試驗）、液壓脹形試驗（僅限常溫使用）。 該技術目前已經推廣應用于寶鋼、鞍鋼、攀鋼、航空材料院、鋼鐵研究院等10余家企業和科研院所，上海交大、東北大學、北科大等20余所高校，具有非常好的市場前景。 主要性能指標：參數         型號BCS-30DBCS-50ABCS-100ABCS-50AR（熱環境）最大成形力 值300kN500kN1000kN500kN壓邊力可調范圍10-50kN（增壓后達200kN）10-50kN（增壓后達300kN）10-50kN（增壓后達400kN）10-50kN（增壓后達300kN）凸模上升速度調節范圍0-200mm/min0-200mm/min0-200mm/min0-200mm/min測量1.精度成形力P<±2%<±2%<±2%<±2%壓邊力Q<±5%<±5%<±5%<±5%位 移H±0.02mm（20mm內）±0.02mm（20mm內）±0.02mm（20mm內）±0.02mm（20mm內）水冷系統方 式---制冷自循環系統真空系統工作壓力---10-2Pa加熱系統溫控范圍---室溫~900°C BCS系列通用板材成形性試驗機經過30多年的不斷完善與開發，目前已經獲批和受理發明專利近10項，具有完全的知識產權。 

研究內容： 1.通過汽車覆蓋件計算機模擬， 獲得成型過程的材料流動、 應力、應變分布等信息， 預測成型過程中可能出現的斷裂、 起皺、縮頸等； 2.從參數化 CAE、參數化 CAO、入手，將有限元分析有關數據參數化。 對前處理進行參數化包括：幾何模型的參數化；有限元網格劃分的參數； 約束邊界條件及載荷的參數化；材料性能的參數化等。對后處理進行參數 化，主要目的是幫助用戶從大量的分析數據

研究內容： 該項目研究了 ME20M 鎂合金板料熱拉深成形；提出了適 合鎂合金板料熱成形的含非常應變軟化因子的高溫流變應力數學模型， 并 通 過 用 戶 子 程 序 二 次 開 發 VUMAT 將 其 加 入 到 數 值 模 擬 軟 件 ABAQUSA/explicit 中去；通過金相組織實驗，在各種成形條件下熱拉深 筒形件斷面組織結構， 得到不同成形工藝參數對鎂合金組織性能的影響結 果。

本發明公開了一種注塑機開模路徑優化方法，包括以下步驟： 根據模具參數及開模工藝參數進行開模路徑規劃；根據規劃的開模路 徑進行開模動作，獲得開模結果數據；計算開模誤差，判斷開模誤差 是否在設定誤差范圍內，如是，則優化結束，如否，則通過迭代學習 方法對開模路徑進行重新規劃；通過多次開模及路徑優化，直至開模 誤差小于設定誤差允許范圍，優化過程結束，并保存開模控制參數。 通過本發明，在注塑機更換新的模具后，能夠在不需要人工調

零件與模具的無模直接制造方法，屬于零件快速制造方法，步驟為：(1)設計零件的三維 CAD 模型；(2)對三維 CAD 模型進行切片處理；(3)根據分層數據進行路徑規劃，生成每層成形的數控代碼；(4)采用數控等離子熔積噴槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或粉末，在基板上按照每層數控代碼熔積成形；(5)熔積成形過程中，將等離子弧與激光復合；(6)按照上述步驟逐層熔積成形，直至達到零件尺寸形狀的要求。本發明保持等離子成形成本低、效率高，成形體易于達到滿密度的優點，僅附加小功率激光，成本低于激光

新型電力系統仿真分析、測試驗證。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 隨著“雙碳目標”國家能源戰略的確定和新型電力系統概念的提出，我國能源轉型力度持續加大，逐步形成了大量新能源接入電力系統的局面。由于風能、太陽能等新能源與常規能源稟性差別很大，其并網發電系統具有顯著不確定性、波動性和機械慣量缺失等特點。此外，高比例電力電子裝備、新一代直流輸電、多能互補的綜合能源、各類大規模儲能電站、各種通信及自動化新技術裝置等因素使得新型電力系統組成要素愈加復雜，動態特性蘊含諸多未知，造成系統規劃設計、裝備制造、系統集成和運行控制等都面臨史無前例的挑戰。目前，電力科研院所、規劃設計單位、裝備制造廠家、教育培訓機構等對新型電力系統開展仿真分析、測試驗證的需求很大、很迫切。同時看到，新型電力系統的這些新型場景對仿真技術要求苛刻，門檻很高。 1）新型電力系統需要精細化動態模擬。人們對新型電力系統動態行為的認識還不夠深入，無論是基礎理論層面還是工程技術層面還處于廣泛討論、觀點碰撞或局部示范試驗階段。然而，電力設施的新技術路線試錯成本極高，不太可能對所有備選方案和技術選項都逐一示范。因此，開展大量深入的仿真研究是推進新型電力系統實施的必要手段。對于新型電力系統，需要深入開展仿真研究的領域包括：①新型電網體系結構研究；②新能源接入電網關鍵技術； ③ 新能源電網保護與自動化技術； ④源網荷儲協同控制與優化調度；⑤新型配電網的電能質量分析與控制；⑥人工智能等新技術對新型電力系統的支撐。 2）新能源基地并網需要做穩定性評估。大規模陸上及海上風電集中接入局部電網有可能引發次/超同步振蕩、寬頻諧波諧振等電網安全穩定性問題，需要對這些問題進行機理及應對策略分析。所以需要對包含多類型新能源裝備的局部電網做精細化動模仿真測試。然而，百千臺級風光機組電磁暫態詳細建模與仿真是一個卡脖子難題。 3）軟、硬件在環仿真是必要的。新能源及儲能電站的電力電子變流器控制及保護策略是廠家核心機密，對外不公開。由于控保策略對裝置外特性及其接入系統的響應特性有重要影響，故需要分析內部核心控保策略。需要將新能源及儲能控制器實物或黑盒模型接入測試平臺開展動模仿真，以對其多時間尺度動態響應特性進行精細化分析。軟、硬件在環試驗對仿真平臺提出了更高要求。 4）超大規模儲能電站的仿真難度大。①單個儲能機組的設備形態發生改變，從兩/三電平變流器向模塊化多電平變流器（MMC）的復雜結構演變，甚至采用儲能跟變流器集成，故需要對這種復雜新形態做精細化測試驗證。②超大規模、超大機組的儲能電站包含較多并聯儲能單元或者儲能機組，吉瓦時級儲能電站，需上百臺機組并聯。另外，儲能變流器的控制策略正從電流源型向電壓源型轉變，控制策略趨于復雜化，故需要大量的儲能變流器的控制裝置接入測試平臺，才能對實現對儲能單機以及多機之間協調控制性能測試，進而實現超大規模、超大機組的儲能電站的精細化仿真。 5）現代直流輸電控制與保護測試提出更高要求。超/特高壓直流輸電系統應用于新能源基地外送的控制保護策略及其硬件在環試驗對實時仿真平臺硬件資源要求苛刻，既要對直流輸電系統建模，又要對新能源基地建模，應用場景的復雜性對仿真平臺要求更高。 1 技術分析（創新性、先進性、獨占性） 1.1 國產化實時仿真技術現狀 實時仿真是指仿真模型執行進度與系統時鐘完全同步的一類仿真，具備這種特性的仿真裝置稱為實時仿真器。新型電力系統的認知、試驗、生產、培訓需求快速增長，形成了實時仿真領域巨大潛在市場。但目前RTDS、RT-LAB等進口設備依舊壟斷市場，對于大規模新能源場站、縣域規模萬節點級電力系統、多端特高壓直流輸電等應用場景電磁暫態仿真，所需的仿真資源巨大，平臺造價極高。且關鍵核心技術處于卡脖子狀態，平臺應用的靈活性和開放性受到很大限制。只有開發和推廣國產化實時仿真技術才能為順利推進新型電力系統建設過程中的研究和生產提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP與進口設備的對比試驗  為了實現電力實時仿真器的國產化替代，徹底解決電力實時仿真領域的技術“卡脖子”問題，國產實時仿真器UREP需要與國際主流技術進行對比，力求達到甚至超過目前世界最先進的技術。對標對象為行業公認的電力系統實時仿真儀（RTDS）和行業廣泛使用的RTLAB，以上兩款設備均為加拿大生產。對比試驗方案如圖1-1所示。制定標準（典型）測試算例，分別在UREP、RTDS和RTLAB環境下搭建測試算例的仿真模型，在完全相同的測試條件和試驗內容下得到各種仿真器的仿真結果，比較仿真結果的一致性。同時比對仿真規模、建模效率和編譯時間等關鍵指標。             圖1-1  國產UREP與進口設備對標方案 1.2.1電氣網絡仿真對比    圖1-2表示了一個多支路網絡，基于圖1-1中三種仿真器搭建該模型，通過不斷增加支路數擴大網絡規模，直到仿真器過載，得到仿真器的算力極限。         圖1-2  多支路電氣網絡 在50us仿真步長下，對于圖1-2案例RTLAB最大仿真規模為78個 三相節點，UREP也為78個 三相節點，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分52秒，UREP編譯時間為1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      圖1-3  基于RTDS的仿真模型  當基于RTDS建模時，如圖2-5，每塊PB5最多允許24個節點；當基于NovaCor建模時，在超大步長150us下可以達到100節點，在50us步長下仿真規模未知。 2.2.2 雙饋風機仿真對比   雙饋風機含有電機、傳動鏈、電力電子變流器和控制系統，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步長下，對于如圖1-4案例，RTLAB最大仿真規模為6臺，UREP也為6臺，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為7分0秒，UREP編譯時間為2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                圖1-4  雙饋風機測試案例 2.2.3 直流輸電仿真對比   直流輸電是最復雜的電力電子裝備，有換流閥、閥控制器、極控制器、站控制器等一次和二次系統，是實時仿真領域的難點，也是檢驗仿真器能力的試金石。圖1-5是雙端單極直流輸電系統測試用例，每端包含2個六脈波橋，控制保護包括了閥控、極控和主控模型，封裝于藍色模塊內。   圖1-5 雙端單極直流輸電系統測試用例 將圖1-5所示算例分別在RTLAB和UREP中建模運行，在單核可用資源下，若仿真對象為電氣主系統和控制保護組成的整個系統，則RTLAB過載，UREP也過載。若仿真對象僅為電氣主系統（即雙側電源、交直流濾波器和4個6脈波橋），則RTLAB和UREP均不過載。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分40秒，UREP編譯時間為1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步發電機組仿真對比    同步發電機目前仍是電力系統主力電源，是電力系統的主要仿真對象。同步發電機組模型包括同步發電機、調速器、勵磁調節器及升壓變。搭建多臺同步電機并列運行算例，如圖1-6所示。   圖1-6  同步電機并列運行算例 在50us仿真步長下，對于圖1-6案例RTLAB最大仿真規模為11臺，UREP為13臺。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分51秒，UREP編譯時間為1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步長對比 基于CPU的最小仿真步長能夠體現仿真計算時間的抖動問題，抖動越小，允許的仿真步長就越小。因此，通過比較最小仿真步長，也可以反映仿真器的計算性能。仿真對象采用單臺雙饋風機，模型包括風力機、繞線異步電機、機側變流器、網側變流器、主動系統、所接入的配電網等元素，如圖1-7所示。             圖1-7  測試最小步長算例 經測試，RTLAB最小仿真步長為24us，UREP最小仿真步長為20us。可見，UREP具有更小的仿真抖動。 2.2.6 仿真精度對比 為了驗證國產UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉對比驗證方法說明UREP的仿真精度。電力系統仿真包括電磁暫態和機電暫態，因此，從電磁暫態和機電暫態兩個方面進行對比，同時考慮各種應用場景，以覆蓋各種情形。電磁暫態檢測案例的電網拓撲如圖1-8所示。 圖1-8 電磁暫態檢測使用案例 無窮大電源電壓等級為110kV，頻率為50Hz，系統內阻抗為；L1、L3線路阻抗為，L2、L4線路阻抗為， T1、T2兩變壓器的額定容量均為，短路電壓，空載損耗，空載電流，短路損耗，變比，高低壓繞組均為Y形聯結；假設系統A1、B1、A、B處供電負荷為(5+j1)MVA，C1和C處供電負荷為1+j0.1MVA。UREP建模如圖1-9所示。   圖1-9 電磁暫態檢測案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立電磁暫態案例的仿真模型如圖1-10所示，其電壓過零點短路控制如圖1-10所示。   圖1-10  RTDS仿真模型   圖1-11  RTDS電壓過零點短路控制結構 對上述模型，分別使用UREP和RTDS進行實時仿真，仿真時間為0.2s，短路故障發生在0.06s-0.16s之間，仿真步長為100微秒，橫軸表示在0.2s時間內仿真采樣點數，縱軸表示母線電壓、電流，單位分別為V、A。在母線A點處發生三相短路，短路前后及短路期間的三相電壓波形如圖16-7。為了顯示細微之處，將圖1-12局部放大后，如圖1-13。   圖1-12  A點發生三相短路時三相電壓波形   圖1-13  A點處發生三相短路時三相電壓波形局部放大 點劃線為RTDS仿真結果，虛線為UREP仿真結果。可以看出，兩種仿真結果高度重合，表現出電磁暫態仿真結果的高度一致。電磁暫態過程除了表現在電壓動態還表現在電流動態，短路前后及短路期間的三相短路電流波形如圖1-14。   圖1-14 A點處發生三相短路時三相電流波形 圖1-15  A點處發生三相短路時三相電流波形局部放大圖 1.3  對標結論 （1）在內核資源完全等同條件下，國產UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即內核授權數相同條件下，具有相同的仿真規模。 （2）國產UREP的建模效率和編譯速度遠遠高于RTLAB。小規模場景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大規模場景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真對象完全相同的條件下，國產UREP和RTDS的電磁暫態仿真結果完全相同，二者交叉對比沒有差別。