高端金属成形装备低碳制造的基础理论与关键技术研究

随着全球能源和资源的严重短缺，装备制造与加工过程中的能耗和资源利用率变得与制造成本、质量控制等同等重要，针对高端装备的低碳、节能减排等的研究显得非常迫切。本项目以高端金属成形装备为对象，开展低碳制造基础理论及其关键技术研究，构建碳排放与关键设计自由度之间的多层映射模型，研究在各个层面关键设计自由度上的碳排放分配方法，揭示关键低碳设计自由度的碳排放强度表征机理；研究高端金属成形装备能量流各环节中的能量流动与损耗规律，建立能量状态参数及载荷状态参数与关键设计自由度间的映射关系，形成"可观可控"意义下的高端金属成形装备能效优化设计及"导重容重"意义下的高端金属成形装备轻量化设计方法；研究体积成形和板料成形的低碳成形工艺基础理论，分析成形工艺与碳排放的映射规律，探索实现成形工艺低碳化的冲突消解机理；为实现金属成形装备的低碳制造提供基础理论与使能技术支撑。

本项目以高端金属成形装备为对象，开展了低碳制造基础理论及其关键技术研究，构建了碳排放与关键设计自由度之间的多层映射模型，对产品各个生命周期阶段的材料消耗和能量消耗产生的碳排放进行分解、界定和分析，从而实现产品碳足迹的静态计算，研究在各个层面关键设计自由度上的碳排放分配方法，揭示了关键低碳设计自由度的碳排放强度表征机理，设计开发了高端金属成形装备生命周期碳排放计算与数据库管理系统；研究了高端金属成形装备能量流各环节中的能量流动与损耗规律，搭建系统能耗监测平台，实现制造系统能量消耗的实时监测，提出液压机多机能量相互利用和匹配控制方法，从而提升整个液压系统的能效；建立了能量状态参数及载荷状态参数与关键设计自由度间的映射关系，形成了"可观可控"意义下的高端金属成形装备能效优化设计，"导重容重"意义下的高端金属成形装备轻量化设计方法，引入“载荷传递路径”概念，从拓扑学的角度分析载荷的传递路径对成型装备承载性能的影响规律，提出了基于载荷传递路径的承载构型辨识算法，丰富了面向低碳节材的承载构型创成设计理论；建立了典型成形工艺能耗理论计算模型，为成形工艺的碳排放分析与工艺参数优化工作奠定基础，分别研究了金属成形常用的成形工艺——挤压成形工艺，镦粗成形工艺，模锻工艺，金属薄板冲压工艺等。将多个工艺在生产线的层级进行结合，研究生产线级别的冲压车间能耗模型。为实现金属成形装备的低碳制造提供基础理论与使能技术支撑。