1、汽车轻量化结构件内高压成形技术与装备

黑龙江省高校科技成果转化项目册二○○八年十二月1高校可产业化（推荐）项目1、汽车轻量化结构件内高压成形技术与装备（工大）2、电力系统光学电流互感器（工大）3、碳纤维复合材料高压气瓶（工大）4、便携式多波束测深仪（工程）5、光纤光镊（工程）6、110kV电压等级XLPE超净电缆绝缘料（哈理工）7、矿用系列电源装置（科技学院）8、三聚氰胺-尿素共缩合树脂胶黏剂（林大）9、洋金花胶囊（中医药大学）10、越橘胶囊产业化（中医药大学）11、玉米、胡萝卜水果等系列饮料（齐齐哈尔大学）12、玉米深加工副产物系列产品（齐齐哈尔大学）13、L-乳酸酸菜规模化生产（黑大）14、纳米晶态碳基复合材料产业化（黑大）15、水稻植质钵育栽培技术（八一农垦）16、免耕播种机（农大）17、黑龙江省冬小麦新品种与种植模式（农大）18、三元复合驱沉积物控制剂（大庆师范）19、新型半导体制冷材料研发（哈师大）20、胰腺康口服液（佳木斯大学）南岗区科技局8621215121、汽车轻量化结构件内高压成形技术与装备（一）项目提出的背景对于轿车，每减轻重量10%，油耗可降低8%-10%。由于汽车采用铝合金等轻质材料减重成本大幅提高，汽车减重的主要途径是通过设计合理的受力结构实现减重。空心变截面构件是一种典型的轻体结构，其传统制造工艺是先冲压成二个或多个半片，再焊接成整体构件。存在工序多、零件数量多、实现复杂截面变化困难、焊点影响疲劳性能等缺点。内高压成形正是在这样的背景下发展起来的一种制造空心轻体件的先进制造技术，其主要工艺过程是把管坯弯曲成零件轴线形状，通过预成形分配材料，然后在模具内施加高压液体成形（高压液体压力通常在200MPa左右，最高可达400MPa）。具有产品成形精度高、生产效率高的优点，与传统冲压焊接的产品相比重量减轻20～30％、刚度和疲劳强度提高，碰撞安全性好，成本降低15～20％，模具费用降低20～30%。被国际“超轻钢制车身项目”专家称为“优化未来汽车设计的途径”。（二）项目来源、水平，用途及应用领域哈尔滨工业大学液力成形工程研究中心是国内首家系统开展内高压成形技术研究的单位，在国家自然科学基金、国家杰出青年基金、黑龙江省重点攻关项目、985工程和211工程学科建设项目支持下，与一汽集团、宝钢集团、齐齐哈尔第二机床、合肥锻压机床有限公司等企业合作，先后在内高压成形理论、工艺和设备关键技术研究方面取得突破，已经在多个品牌轿车上取得应用成果，亟待通过生产线建设和产品化技术研发扩大产业化规模，满足日益增长的市场需求。内高压成形是近年来在超高压稳定密封和超高压计算机实时控制技术突破后产生的先进制造技术，可以一次整体成形沿构件轴线截面形状复杂多变的空心结构件，不但要实现对给定加载曲线高精度的跟踪，而且控制系统快速响应和反馈，以保证在10秒左右加工一个零件。产品性能优良、技术含量高、附加值大，市场竞争力强。哈工大先后研制国内首台二轴数控和三轴数控内高压成形机，攻克了400MPa高压源动密封和超高压控制关键技术，成功研制全尺寸轿车副车架、后轴纵臂、转向节臂零件，以及多种变径管件、不锈钢接头、空心阶梯轴和组合式凸轮轴等典型样件。克莱斯勒300C轿车仪表盘支架、宝来轿车不锈钢排气管件和火箭接头已经形成批量。并为哈尔滨、大连和天津等地汽车零部件公司开发了400MPa内高压成形设备，用于生产汽车底盘零件和排气管件。本项目重点开发的产品为汽车轻量化结构件，包括：奔腾轿车（301平台）副车架零件和高档轿车仪表盘支架等产品。内高压成形技术可应用领域主要为汽车空心变截面构件，如汽车副车架、散热器支架、底盘构件、车身框架、座椅框架、前轴、后轴及驱动轴和排气系统异型管件等。在航空、航天和国防领域一些空心轻量化结构件也适于采用内高压成形技术来制造。3（三）项目主要内容及产业化目标、任务1、主要内容（1）开展内高压成形机结构设计和优化、研制合模压力机及其控制系统；（2）研制生产条件下增压器、水压系统、液压冲孔系统及其控制系统；（3）研制生产用副车架、仪表盘支架弯曲模具、预成形装置和终成形模具；（4）研制典型样件、确定内高压成形工艺规范，实现小批量试生产。2、产业化目标、任务建设内高压成形示范生产线（包括2000吨内高压成形机、200吨预成形机和弯管机等），解决典型产品的模具和工艺生产关键技术，进行零件试生产和性能测试、装车检验。（四）项目所需投资项目总投资约1500万元。主要用于：2000吨内高压成形机研制、预成形机和弯管机购置、生产线其它设备费共计1000万元；批量生产用增压器及其控制系统、批量生产模具的研发费共400万元；典型样件试制、总成制造和性能检测、装机试验，以及试生产费用100万元。（五）项目对我省产业发展带动作用及可获得的经济和社会效益汽车工业是国民经济发展的支柱产业，因而本项目有着广阔的市场前景。作为我省首家内高压成形技术产业化生产项目，对我省及我国汽车制造业的工艺水平提高、制造成本降低有着重要推动作用，将产生显著经济和社会效益。国内整车厂家，如一汽轿车、一汽大众、上海大众、奇瑞等，以及零部件制造企业如天津顺达、宁波舜江、长春恒巨等，均对内高压成形技术和产品有迫切需求。奥迪A6、奥迪A4、帕萨特B5、马自达M6、克莱斯勒300C和奔腾等车型内高压成形件均有国产化需求。预计国内近年轿车内高压成形件需求约500～1000万件/年，至少需要50条（台套）内高压成形生产线（装备）。国内目前尚无大批量生产内高压成形件的生产线，仅有2家合资厂和2家民营企业的少量单机用于特定零件的生产，生产能力远远不能满足国内的巨大需求。本项目建成后，按1种副车架零件估算达产后利润7800万元/年，项目初期投资仅1500万元，投资回收期短，经济效益可观。42、电力系统光学电流互感器（一）项目提出的背景与传统电磁式电流互感器相比，基于Faraday磁旋光效应原理的光学电流互感器在理论上具有如下的明显优势：一是测量原理准确化。根本消除了电磁式电流互感器的磁路饱和现象，在测量原理上没有测量频带问题。不仅具有稳态测量的高精度，而且具有暂态测量的高精度。二是测量传输光纤化。光学传感原理自然采用光纤传输方式，极大简化了绝缘结构，保证了互感器高压绝缘的安全性，大幅度降低了绝缘成本，电压等级越高成本优势越明显。三是测量输出电子化。输出数字量，直接满足数字电力系统的要求。四是没有有害气体，完全满足节能减排和环境保护要求。（二）项目来源、水平，用途及应用领域哈工大电气工程系电力系统自动化技术研究所在1991年就开始了光学电流互感器的研究，经过研究取得了重大的突破性成果。一是中国电机工程学会对该成果进行了鉴定，认为“在理论和实践两方面取得了成功，解决了法拉第磁旋光效应光学电流互感器两大世界性难题，标志着所研制的磁旋光效应光学电流互感器具有工程实用化前景，项目在法拉第磁旋光效应光学电流互感器关键技术方面取得了突破性成果，达到了国际领先水平。”二是目前35kV、110kV、220kV、500kV四个主导电压等级的光学电流互感器都通过了国家权威产品检测单位（国家电网公司武汉高压研究院）的产品型式试验。所有指标都达到或者超过了国际IEC60044-8电子式电流互感器标准的要求，具备了国家认定的产品进入电网的资格。三是已有19台光学电流互感器在35kV、110kV和220kV电网投入运行，安装地点分布于华北电网、东北电网、华东电网和华中电网。运行情况表明，光学电流互感器品质优良、稳定可靠，得到了电力客户的好评。（三）项目主要内容及产业化目标、任务1、自愈光学电流传感技术：解决了光学电流互感器测量精度的温漂问题。包括四个相互联系的辅助技术：卡尔曼滤波技术、差分—校正技术、自愈技术和故障辩识技术。2、零和御磁结构技术：提出并利用零和御磁理论解决了外磁场对光学电流互感器测量精度的干扰问题。3、容错光学传感技术：采用双传感单元的方式，大幅度提高了光学电流互感器的运行可靠性。4、非连接光连接工艺：本质地保证了光学电流互感器的运行可靠性。5、光纤绝缘子内绝缘技术：在明显降低制造成本的条件下，大幅度地提高了绝缘安全性。光学电流互感器在高压电网具有传统电流互感器无法比拟的成本优势。由于绝缘结5构复杂，传统的电磁式电流互感器绝缘成本昂贵，并且随着电压等级的上升制造成本大幅度提升：220kV产品的成本为6.0万元人民币，500kV产品的成本高达25.0万元人民币。对于1000kV特高压输电工程，根据中国电力科学研究院的推算，每台传统电磁式电流互感器的制造成本高达178万人民币，由于高压绝缘的技术困难，还不能保证电流互感器制造的技术可行性。哈工大研制的光学电流互感器，1000kV的制造成本仅仅30万元人民币，在保证绝缘安全性的条件下明显地降低了制造成本。为了保证电网安全运行，电力装备要按一定的时间周期更换。不仅如此，如上所述，中国电力正处于快速发展阶段，作为重要电力基础装备的电流互感器需求量很大。目前，中国的互感器市场需要总额为每年80多亿元人民币，其中110kV以上电压等级的电网每年需要3万多台电流互感器，金额超过在30亿元人民币。表1是2005年度我国110kV以上电压等级电网电流互感器的市场容量情况。在技术进步的推动下，电力系统开始了数字变电站的建设工作，未来的变电站都将是数字变电站。作为数字变电站的关键装备，电子式互感器必将取代传统互感器，成为互感器市场的主体，而光学电流互感器是品质最好的电子式电流互感器。产业化目标、任务：建设光学电流互感器制造企业，实现领先的光学电流互感器技术的产业化。经过5年建设，达到15%到20%的市场占有率目标（高压电流互感器市场），年产值达到5亿，年利润达到1亿。资金投入分两个阶段：产品化阶段和产业化阶段。产品化阶段以小批量生产为基础，目的是提升产品质量，掌握制造技术和质量检测技术，得到电力客户的认可；产业化阶段迅速上规模，达到企业的利润指标和产值目标。为了规避风险和保证经济效益，在产品化阶段控制投资规模，产品得到电力客户认可后再大幅度增加投资，以确保公司健康和快速的发展。建设期限：第一年完成产品化工作，第二年进入产业化阶段。也就是第2年开始获得利润。（四）项目所需投资产品化阶段的资金需求为：第1条生产线300万元中间试验及质量检测系统200万元流动资金200万元其他：100万元产品化阶段的资金需求为800万元。（五）项目对我省产业发展的带动作用及可获得的经济、社会效益数字化时代的到来对包括电力系统在内的工业领域将产生重大的变革性影响。电子式互感器是数字化时代的必然结果，传统的互感器产业必须变革，否则将被时代淘汰。光学电流互感器制造企业适应时代发展。相信本项目的实施会在互感器制造业产生重大6影响，将为促进产业升级做出重要贡献。电压等级不同，光学电流互感器的制造成本不同，销售收入也不同。为了方便计算，这里按每台生产成本4万人民币计算，销售收入按每台平均7万人民币计算。如此每台平均利润为3万元人民币。得到如下结果：第1年。产品化阶段。销售200台。生产成本为800万元，销售收入为1400万元，利润为600万元。第2年。产业化阶段第1年。销售1000台。生产成本为4000万元，销售收入为7000万元，利润为3000万元。第3年。产业化阶段第2年。销售2000台。生产成本为8000万元，销售收入为14000万元，利润为6000万元。按照每年资金回笼两次计算，需要如下的流动资金：第1年，400万元；第2年2000万；第3年4000万。以哈尔滨三大动力企业为龙头，黑龙江省我国重要的电力装备制造基地。本项目的实施，将进一步增强黑龙江省电力装备制造业的实力。光学电流互感器是高科技产品。将采用集成制造模式。就是：控制核心部件的生产，大部分部件通过外协生产。如此，不仅本企业可以产生就业机会，而且可以带动其它企业的发展，可以进一步扩大地方的就业机会。3、碳纤维复合材料高压气瓶（一）项目提出的背景碳纤维复合材料高压气瓶与传统金属材料压力容器相比，具有重量轻、压力容限高、可靠性高、失效模式安全等优点。在军事领域，碳纤维复合材料