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近20年国内研制及引进具有先进水平的热处理设备主要为少、无氧化热处理炉,包括:真空热处理炉、可控气氛(保护气氛)炉、离子渗氮炉等。这些炉的特点是:1产品质量大大提高;2产品的批量生产稳定可靠;3节省能源;4改善生产环境;5提高了生产效率。
学校在为我国发展可控气氛(保护气氛)热处理自动线作出了重要贡献。曾在短短几年内,在国内热处理行业中创造了五种国内首创的热处理新设备,名声显赫,至今为国内提供了做工考究、品质精良的各种大型自动化热处理装备40多条(套),分别在一汽、东风汽车(二汽)、上汽、南汽等30余家大中企业投入使用,得到了材料学科涂铭旌院士等国内热处理行业专家的高度赞誉,为我国热处理行业的技术进步起到了重要的推动作用。
1988年学校研制出了我国第一条国产《连续式气体渗碳热处理自动线》,首条设备在杭州万向节厂(现在的万向集团)投入使用。极大提高了该厂零件的生产质量,使该厂产品出口美国奠定了质量基础。这一新型设备被列为国家级重点新产品、国家级节能推荐产品、国家级火炬计划项目,并荣获长春市科技进步奖一等奖[1]。
1992年学校研制出了我国第一条国产《连续式调质热处理自动线》,首条设备在山东潍坊柴油机厂投入使用。这一新型设备被列为国家级重点新产品、国家级节能推荐产品、国家级火炬计划项目。
1993年学校又研制出了我国第一套国产《多用密封箱式炉机组》,首套设备在上海汽车齿轮总厂投入使用,其性能水平可与国外同类名牌设备水平相媲美。当时被国际热处理行业学会执行主席、哈尔滨工业大学雷霆全院士誉为:“中国热处理设备发展的里程碑”。这一新型设备被列为国家级重点新产品、国家级节能推荐产品、国家级火炬计划项目。
1994年学校又研制出了我国第一台国产《转底式热处理炉》,首台条设备在北京齿轮总厂投入使用。以其运行稳定,热处理零件质量水平高而受到用户好评。
1995年学校又研制出了我国第一条国产《连续式等温正火自动线》,首条设备在一汽专用车厂投入使用,为“大众”轿车齿轮毛坯国产化起到了至关重要的作用。这一新型设备被列为国家级重点新产品、中国热处理学会推荐产品。
直淬压淬两用型连续式气体渗碳热处理自动线(綦齿 摄)
《连续式气体渗碳热处理自动线》由预热(脱脂)系统、多区加热渗碳系统、淬火系统、清洗系统、回火系统、机械传动及料盘回转系统、计算机集散控制系统等部分组成。被处理零件的全部热处理过程是在密闭的可控气氛下自动完成。这种设备适用于大批量渗碳零件的规模生产(产量可达0.8-1.5T/h)。其零件质量稳定,精度高。(参见图1)
《连续式调质热处理自动线》由多区可控气氛加热系统、淬火系统、清洗系统、高温回火系统、机械传动及料盘回转系统、计算机控制系统等部分组成。被处理零件的全部热处理过程是在密闭的可控气氛下自动完成。这种设备适用于大批量调质零件的规模生产(产量可达0.8-1.5T/h)。其零件质量稳定,精度高。(参见图2)
《多用密封箱式炉机组》由主炉(加热、渗碳、碳氮共渗、淬火、二次淬火于一体)、清洗机、回火炉、回转料车、升降平台、计算机集散控制系统等构成。这种设备适用于多品种、大批量零件的规模生产(产量可达0.8-1.5T/h)。其零件质量稳定,精度高。
连续式等温正火自动线(杭州齿轮箱 摄)
正在安装中的转底式热处理炉(南汽 摄)
多用密封箱式炉-主炉与回转料车(上海汽齿 摄)
多用密封箱式炉-主炉(上海汽齿 摄)
连续式等温正火自动线(杭州齿轮箱 摄)
多用炉-清洗机、回火炉、回转料车、升降平台(上海汽齿 摄)
计算机集散控制系统(浙江温岭摩托车 摄)
《转底式热处理炉》由炉体、炉底转动装置、送料装置及控制系统构成。主要用于薄层渗碳、补碳等大尺寸零件的热处理生产(与淬火压床配合使用)。
《连续式等温正火自动线》由加热炉、控冷(多区)系统、等温(多区)系统、传动系统、计算机集散控制系统等部分组成。主要用于渗碳零件加工前的毛坯预处理(产量可达0.8-1.5T/h)。
随着社会的进步,科学技术也在更新,对热处理装备的技术要求也越来越高,主要体现在:1.被加工零件质量和精度要求;2.高度稳定的显微组织和力学性能;3.大幅度节能要求;4.效率要求;5..智能化控制要求;6..环境要求等。
解决热处理生产中长期不能解决的产品质量、能耗、效率等问题是我们研究热处理新工艺并为实现该工艺而研发新型热处理设备的目的。
学校刘云旭教授提出的《等温正火新工艺》理论并为此而研制的《连续式等温正火自动线》,为解决汽车齿轮毛坯组织不均匀与混合组织带来的切削加工难题和解决齿轮最终热处理变形超差等问题作出了重大贡献,由此“大众”轿车齿轮毛坯无需再进口,为轿车齿轮毛坯国产化起到了至关重要的作用。而《连续式等温正火自动线》也因此风靡全国,被大量仿造。
应当指出,我国热处理行业现服役的加热设备还相当落后,仍然以空气作为加热介质的箱式、井式、台车式加热炉和部分盐浴炉构成当前机械制造和冶金等行业的热加工主力装备。以60kw的标准台计,约有20万台,装机总容量1200万kw,年用电约100亿度。能耗是巨大的,节能潜力也是巨大的。
从工业炉外形考虑,圆柱形炉的外表面比方箱型炉小近14%,外壁温度低10℃,可使炉壁散热约减少20%,节能效果明显。目前国外最新式的周期式和连续式加热炉已开始设计制造圆柱形炉型。
合理选择能源是热处理设备节能的首要问题。天燃气是最佳一次能源,热处理炉除直接燃烧可获得至少30%的热效率外,烟道气废热可用来预热燃烧用空气、回火炉加热、清洗液和淬火油的加热及其它用途,使绝对热利用率达到80%以上。目前,先进工业国家的热处理燃料炉占有相当比重。
电是二次能源,考虑到发电的效率,电阻炉的综合热利用率不超过30%。目前电能价格高,使得热处理生产成本也高。但电加热干净,温度易控制,辅助设施少,操作简便。因此电能仍是热处理装备所用的主要能源。而如何降低电能并达到同等热处理目的是一项系统的重大课题。
锻造的能耗损失是巨大的;退火热处理的能耗、正火热处理的能耗、调质热处理(淬火+高温回火)的能耗都是巨大的。学校刘云旭教授提出的《锻造余热热处理工艺》理论为热加工行业指出了重要的解决方案。在此基础上,我院成功的将锻造与等温正火、锻造与等温退火结合起来,将锻造余下的热能用于正火或退火,使正火或退火无需再耗能。同时,成功运用锻后控温控冷工艺生产出非调质钢零件。使汽车上的许多调质零件无需再调质。这项成果目前正向其它如铸造等方面发展。更重要的是,上述成果为我们新一代热处理设备的研发提供了广阔的空间。
现在仍然可以说,在热处理装备领域,学校研制生产的多条设备依旧在用户的生产线上运行着,在用户心中仍然保留着较好的商誉并有着较好的市场基础;依然具备着一定的研发生产新型热处理设备的基础和条件;更重要的是,现代热处理工艺与装备在理论和实践的结合已成为我校的一大特色,这是国内任何学校不能相比的。尽管学校专业生产热处理设备的基地已停滞,但学校仍具有可持续发展这一领域的基础,若能弘扬拓展,曾经的辉煌还会成为今天闪光的亮点。
1994年度长春市科技进步奖一等奖共有三项,都与我校有关,分别为:1.学校的《连续式热处理自动线》项目;2.原学校教师王欣主持的《计算机户籍管理系统》项目(今天的宏达公司);3.原学校教师金成群主持的《机床改造群控系统》项目。