(可视化热加工技术.doc

可视化热加工技术 一、 内容简介 热加工是装备制造业的基础，而热加工主要以铸锻为主。我国铸锻件产量从2001年起超过美国成为世界第一，2005年产量达到2400多万吨。其中，东北三省铸锻件产量约占全国的1/7，产值300多亿元。但是在热加工行业，我国不是世界强国。长期以来，我国铸锻件和关键结构件存在两大问题：一是高附加值铸锻件依赖进口，需要解决“有无”问题，如船舶行业的大型船用曲轴，钢铁行业大量使用的大型铸钢支承辊，水电行业大型水轮机转轮不锈钢铸件等，成为制约行业发展的瓶颈；二是批量生产铸锻件合格率低、材料利用率低、能耗高、原材料消耗高、机加工量大、环境污染严重，脱离了以人为本的科学发展观。 热加工领域的工艺技术有的已经几十年不变，工艺落后。一个根本原因是加工过程看不到，凭经验和主观想法去设计工艺。要从根本上改变落后的局面，根本出路在于采用信息技术，中国科学院金属研究所在国家发改委、中科院、辽宁省科技厅等的支持下开发了可视化热加工技术。可视化热加工技术包括三部分内容：首先采用计算机模拟和热加工理论，模拟金属成形过程；其次用三维X射线等实时观察和透视金属成形过程；最后通过中试并与模拟、监测结果对比，确定最佳的热加工工艺。可视化热加工技术是将信息技术、X射线技术、冶金学等相结合形成的专利技术。 ?可视化热加工技术包括专有技术和共性技术。专有技术包括大型船用曲轴毛坯制造技术、大型铸钢支承辊整体铸造技术、提速铁路高锰钢组合辙叉制造技术，解决了国内关键件的“有无”问题；共性技术包括无气隙平稳充型浇注系统、夹杂物和变形控制技术等，解决规模化铸锻件的合格率、材料利用率、加工余量问题，降低生产成本，节能降耗，提升企业自主创新能力和工艺设计水平。 大型船用曲轴受制于人，依赖进口，而毛坯制造技术是曲轴制造中的技术瓶颈。金属所突破了曲轴毛坯材料研制、弯锻技术开发和性能评价等核心技术，并且在上海重型和鞍钢重应用。上重应用该技术生产了合格的60机和90机曲轴毛坯。鞍重利用该技术成功地生产了60机和90机曲轴毛坯，成形完美，Man?BW曲轴专利公司认为，鞍重90机曲轴毛坯成形质量国内第一，如图1所示。大型铸钢支承辊整体铸造在国内研制多年，由于铸造过程中产生裂纹而一直未开发成功。金属所在可视化技术基础上，突破了多项关键技术，并且成功在一重和鞍重进行了应用。一重应用该技术开发的50吨级铸钢支承辊在太钢不锈钢生产线上应用，产品使用性能优于国外同类产品，填补了国内空白。鞍重应用该技术成功浇注了国内最大的65吨铸钢支承辊，如图2所示。可视化技术开发的长寿命、低成本的高锰钢组合辙叉成功试车，满足了提速铁路要求。 可视化热加工技术在大重、鞍重、一重、上重、沈鼓集团、沈阳黎明发动机集团等推广示范，提高缸体件合格率30%、材料利用率5%和钢锭生产效率12%，效果显著。 图 1 鞍重90机曲轴毛坯 图2 65吨铸钢支承辊铸造毛坯 二、主要技术指标 1）以计算机模拟作为研究手段，依靠先进的实验条件，对60－90机曲轴毛坯的冶炼、浇注、锻造、热处理等工序进行了大量的研究工作，开发了集合金成分优化设计、洁净化钢锭技术、近终形弯锻技术、高效热处理技术、性能表征与评价为一体的经济、高效和适合大生产的大型船用曲轴毛坯制造技术。在鞍钢重机和上海重型进行了60机、90机曲轴毛坯的成功锻造，实现了大型船用曲轴毛坯制造的国产化。鞍重制造的毛坯成形质量居国内领先水平，达到国际先进水平。 2）采用先进的无气隙平稳充型浇注系统、模拟技术、铁模覆砂及顺序凝固技术、滑动辊颈技术、电加热冒口技术成功开发的大型铸钢支承辊制造技术，填补了国内空白。钢支承辊的表面柱状晶层深度超过100mm,探伤结果没有超过?2mm的夹杂物和疏松缺陷，使用寿命超过进口同类支承辊，整体水平达到国际先进。 3）开发的铁路提速高锰钢组合辙叉，其性能优于合金钢锻件，实现了以铸代锻，降低了合金消耗。使用寿命达到了2亿吨货物通过量，远远超过整体辙叉的寿命。 4）利用技术平台传输面向规模化铸锻件的可视化技术，已经在1中国一重、上海重型、鞍钢重机、大连重工、沈阳黎明发动机公司和沈鼓集团等进行推广示范，提高缸体件合格率30%、材料利用率5%和钢锭生产效率12%。 三、项目投资、市场应用前景及经济效益 1、项目投资 利用金属所专有技术进行新产品生产，所需投入将比较大，包括厂房改造，大型设备投入。具体的投资情况需要根据企业现有基础进行估算。在完全没有基础的情况下，大型船用曲轴毛坯制造技术需要一台4000吨以上的水压机、一台真空精炼设备及曲轴毛坯转用加工机床等，总投资在3.5亿元左右；生产大型铸钢支承辊，各种设备和生产车间的总投资也接近8000万元；如果生产高锰钢组合辙叉，则需要机械加工机床，至少需要三台，每台