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中国工程院院士胡正寰:回转成型技术助力电动汽车 提高产量提升质量

2017-11-22 17:07来源:电力头条APP关键词:电动汽车汽车行业2017充换电高峰论坛收藏点赞

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 中国工程院院士胡正寰就《高效轴类零件轧制技术及其在汽车行业的应用》发表演讲,以下为演讲实录:

我们通过一种新的工艺来做轴类零件,由于汽车当中有不少轴类零件,所以这个技术得到了推广和应用。这是用轧制的方法来做出来,但是又叫回转成型。这个技术大家一看就知道了,它是冶金轧制技术与机械轧制技术的交叉发展。

大家知道冶金的轧钢具有什么特点吗?首先是效率高,线材每秒可以达到100米,而且质量好,所以冶金生产就得到了大量的应用。传统的轧钢只能做全部的等截面的材料,做不了零件,我们技术就是把零件用轧钢的方法做出来。这个特点就是特殊轧制,产品特殊,模具特殊,设备也特殊,所以冶金又叫特殊轧制。效率很高,全部都是短截面的。

因为是做零件,所以进入了机械制造行业,机械行业最传统的方法是什么?一个是切削,一个是锻造。现在我们用轧制的方法把它做了出来,切削是连续地、局部地把多余金属去掉,锻造是整体的转移成型,材料就可以节约了,轧制是连续的,也是局部的成型,但是金属是转移成型,所以具有两个工艺不同的特点,又具有相同的特点。这个是高压线持平里面的铁芯子,原来是用这个切削,现在是滚一圈出来,明显的优点就是这样的工艺,模具上面滚一圈就可以做出来。

这个现在已经投产了,原来是5分钟1件,现在是1分钟6件,材料节省了1/3,江苏的这个厂是5000件就需要50台车床每个工人操作2台,现在是2台设备5个人,占地面积同时就少了,结果就是做出高质量的产品,但是成果大幅度将,这样就有竞争力了,企业就越做越大了。

锻造是用汽车的后桥主动轴,传统的工艺包括美国都是这样,下料、拔长、滚压、模锻,再把黑面去掉,现在我们就是通过一道工序做出来,和锻造对比的话,因为模段是整体变形,它的力量载荷大量下降,下降的好处是什么?这种工艺的优点是生产效率可以提高很多倍,材料可以节省10%-30%,零件的综合性能也会提高。因为金属是完全按照零件分工没有断,所以批量载荷也会提高,生产没有噪音,很容易实现机械化,所以得到了社会上的承认。

这种工艺也有它的弱点和缺点,大家一看就知道它的模具复杂,掌握起来比较不容易,因此这个工艺只是批量比较大。这个技术是做零件,我们国家正好是汽车大国,所以就有了比较多的应用。

按照这种轧制的方法来做零件,我们可以看到都是做轴内零件,实际上还可以做别的零件,由于时间的关系重点介绍我们做的工作。首先是汽车的前梁杆类零件,还有齿类零件和轴类零件,这两个模具是楔横轧,两个模具是同方向旋转带动反向旋转,回转当中把零件转出来。这个变形是直接压缩、长度延伸,它的模具就是前面纹齿后面滚轴。

这个工艺还可以轧球类零件,汽车里面很多轴承里面也有球,这两个模具也是同方向旋转,正好可以设计成螺旋的,直接压缩轴向变长,这种方法就可以轧球,同方向旋转,带动轧件反向旋转,中间在模具里面前行,最后就轧出来了这个球。现在转出来了多少?比如轧大球一般都是40-80个,轧小球可以1000个,生产效率就非常高了,火车轮毂都是用这种方法来成型的。

上天的一些东西都是靠这种球形成型,这是做民用产品,军用上天的那些也是这样出来的。

下面把我和我的团队做的工作和大家汇报,我的团队是做轴内零件和球内零件,我是做了六十年这项工作,今年八十三岁,现在这项技术已经在国内推广应用,大概是在27个省市建了300条生产线,用于生产各种零件,分布在27个省市,其中有18条生产线卖给美国、俄罗斯、日本和土耳其,产量大概是500万吨,年产量大概是40万吨零件。

如果加上电动汽车发展,固定轴还有没有前途?他们正在考虑这个问题,国外这个工艺出现以前都是切削的,现在是用滚轧的方法做出来,这些都已经形成规模了,效率又高又节省材料。原来的工艺就是铸造或者锻造,把一小段料垂直来打,前面是铸造,后面是断档。

我们出口土耳其的生产线,是用滚扎的方法出口到土耳其,不用下料,通过这个快速加热。这个也是预热、加车、均热,最后进入了轧制阶段。

我们并不是采用哪家有这个零件哪家就上这条线,非常适合建专业化的厂,把零件卖给其它的使用厂实现双赢,这种专业化厂的产量都是每段5万吨,所以走这条路实现双赢。

这是在河北建的专业化厂,一共有10台轧机,生产不同的轴卖给其它的使用厂。这是在安徽建的生产轿车变速箱的专业化厂,还有生产铜球的,也是采用这种方法在生产,推广了几十条生产线。目前开发投产的品种大概是500多种,主要是量大的,汽车、发动机、五金工具等等。现在我们生产的零件最小的直径是8毫米,最大的直径是165毫米,短的是20毫米,长的是120毫米。

这个技术复杂在什么地方?除了轧机特殊之外,模具也是很特殊的,因此我们建立了模具制造中心,但是模具的寿命非常高,所以厂家就不要自己做了,他们也做不了。我们每年要为企业提供500副模具,展开来看都是看不到零件的样子,也都是数控机床进行加工。这个模具加工的量虽然不大,但是一般偷不走,因为是通过数控加工。

这个工作大家一想就知道,那个时候我们在实验室做了大量的工作,然后再去推广,凡是没有把握的新的产品都在实验室做成了再去推广。这里有些理论技术问题,大家知道这个是回转变形,变化也是非常激烈的,做得不好就不能成型,做得好性能就达不到,因此这是学校的特点,大家一看就知道不是光是理论,还是做大量的实验。

我们也出了一些专著,而且得到了国家的奖励。这个就是数字模拟的,说明数字模拟非常吻合,否则就是在修改模型。这种应力是很复杂的,这里还有一些理论问题,比如要砸出直角、砸出斜面,这种模具都是空间的曲面,这种曲面是怎么来的需要搞清楚,包括力量参数,压力扭矩是怎么样的。

简单地说一下汽车行业的应用,因为这个技术不光用于汽车行业,我们是一个汽车大国,因此这个技术可以得到推广应用。首先是凸轮轴,和原来的成型工艺相比可以提升25%-38%的产量,这项技术我们已经在一些大厂推广应用,因为可以大幅度降低成本,轧得不好就会削弱。我们不仅掌握了,而且能够稳定投产。

另一个产品是重型车的变速箱轴,西安法斯特每年生产60-70万台,而且每年是60多万件,这个不光是生产重型车,轿车的变动轴也在生产。这是重型车变速箱里面的轴,最大直径是165毫米,最细直径是50毫米,现在我们把它轧制成功了,锻造是很难做到这么精的,一边的余量是2毫米。本来这是一汽的产品,但是一汽反而没有投产,而是山东的一些小厂投产了。

轿车变速箱里面的轴国外都是冷挤压出来的大量生产,冷挤压确实很有优点,但也有它的不足的地方,冷挤压的力量是很大的,所以现在我们已经开始部分占领轿车的变速箱轴,生产不仅是供安徽,也供上海的中外合资企业使用。当然,它的性能要求比较高,现在都达到了,而且是长期供应。

汽车当中还有空心件,大概是这样的生产线,通过钢管作为原料加上锌棒轧制,挤压是用42公斤的料,现在钢管只要25公斤,加入钢管把锌棒放进去,空心轴的意义在什么地方?不光是效率高、节省材料并且质量好,而且汽车轻量化,将来可能有些轴内件都要做成空心的。我们是掌握了这个技术,现在已经在山东重汽大量生产,可以达到99%的成品率。

以上内容根据会议现场整理,并未经过本人确认

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