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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高品質(zhì)低能耗鋼質(zhì)液鍛起重機(jī)車輪的制備
小類：
能源化工
簡介：
目前大型起重機(jī)車輪（45號(hào)鋼）生產(chǎn)工藝有兩種，一種是鑄造成形工藝，另外一種工藝為自由鍛造成形工藝，二者都有其相應(yīng)的缺點(diǎn)。此作品采用液鍛成形工藝，液鍛是一種少切削近終型的新工藝，該工藝短流程、低成本、低能耗、低排放，且其制件力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鋼件，接近鍛件成形工藝。
詳細(xì)介紹：
目前大型起重機(jī)車輪（45號(hào)鋼）生產(chǎn)工藝有兩種，一種是鑄造成形工藝，該工藝制備的車輪力學(xué)性能較差，不適合承重較大的起重設(shè)備，且加工余量大，機(jī)械加工成本高，原材料浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重；另外一種工藝為自由鍛造成形工藝，該工藝制備的車輪力學(xué)性能好，適合承重較大的起重設(shè)備，但加工工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長，材料和加工成本高，能耗大。 液鍛成形工藝是一種少切削近終型的新工藝，該工藝短流程、低成本、低能耗、低排放，且其制件力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鋼件，接近鍛件成形工藝。

作品圖片

  • 高品質(zhì)低能耗鋼質(zhì)液鍛起重機(jī)車輪的制備
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的:采用液鍛成形工藝替代上述兩種工藝批量制備大型起重機(jī)車輪。 基本思路：將回收廢鋼重熔后直接澆注到鋼模中，通過對鋼液施加壓力制備大型起重機(jī)車輪；具體思路：設(shè)計(jì)合理的液鍛模具結(jié)構(gòu)，使用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化成形過程溫度場；研究液鍛比壓、澆注溫度、模具溫度、施壓速度、保壓時(shí)間等工藝參數(shù)對液鍛車輪力學(xué)性能的影響；選擇及開發(fā)液鍛模具材料；開發(fā)模具表面耐熱涂料。 創(chuàng)新點(diǎn)：1）研制一種高品質(zhì)、低能耗液鍛成形工藝及模具；2）研制一種液鍛模具表面耐熱涂料。 關(guān)鍵:1）由于鋼液熔煉溫度高（在1530度以上），液鍛工藝優(yōu)化實(shí)施難度大，質(zhì)量不易控制，是第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)； 2）鋼質(zhì)液鍛模具使用的模具鋼熔點(diǎn)低于或接近鋼液的熔煉溫度，大大降低了模具的使用壽命甚至直接導(dǎo)致模具熔化，因此選擇及開發(fā)合適的鋼質(zhì)液鍛模具鋼材料、耐熱涂料以及設(shè)計(jì)合理的液鍛模具結(jié)構(gòu)是另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)題。 上述兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題的解決，可以實(shí)現(xiàn)液鍛鋼質(zhì)車輪產(chǎn)業(yè)化，其應(yīng)用前景、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值十分可觀，因此該項(xiàng)目的立項(xiàng)是十分必要的。 技術(shù)指標(biāo)： 1）液鍛車輪抗拉強(qiáng)度和伸長率達(dá)到鍛件的95%以上； 2）鋼質(zhì)車輪液鍛成形模具壽命大于5000件； 3）生產(chǎn)周期達(dá)到5～6分鐘/件； 4）液鍛車輪加工余量在1.5mm以下，重量差2.0～4.0%； 5）與鍛造車輪比較每件節(jié)約鋼材15%； 6）與鍛造車輪相比節(jié)約電能50%以上； 7）與鍛造車輪相比可減少CO2排放60%以上；

科學(xué)性、先進(jìn)性

大型起重機(jī)車輪現(xiàn)有生產(chǎn)工藝有兩種，一種是鑄造成形，其生產(chǎn)過程為：液態(tài)鋼水—砂型鑄造—退火處理—機(jī)械加工—表面淬火。另一種工藝為自由鍛造成形，其生產(chǎn)過程為：液態(tài)鋼水—電渣重熔—鑄造鋼錠—粗軋—精軋—下料—加熱—鍛造—退火處理—機(jī)加工—表面淬火。液鍛成形工藝過程為：液態(tài)鋼水—澆鑄到金屬型腔—靜壓壓制成形—余熱退火處理—少量機(jī)加工—表面淬火。液鍛成形工藝是一種少切削近終型的新工藝，該工藝短流程、低成本、低能耗、低排放，且其制件力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鋼件，接近鍛件，適合于制備承重較大的起重設(shè)備車輪。采用該工藝制備鋼質(zhì)起重機(jī)車輪具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)生產(chǎn)工藝流程大幅縮短，降低了環(huán)境污染； 2)生產(chǎn)效率大幅度提高， 3)與鍛造毛坯比較可節(jié)約鋼材15%，同時(shí)也可節(jié)約了大量機(jī)加工時(shí)； 4)節(jié)約后續(xù)熱處理所需能源和工時(shí)可以利用余熱直接退火處理； 5)可直接回收利用廢鋼材料，降低成本。 6)液鍛車輪力學(xué)性能接近鍛造件； 7) 液鍛工藝簡單易行，設(shè)備要求不高，因而易于推廣應(yīng)用。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品未參加任何活動(dòng)，沒有任何鑒定結(jié)果。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實(shí)物 圖紙 圖片 樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

特點(diǎn)及優(yōu)勢：工藝流程短，近終型工藝，節(jié)約鋼材，縮短工時(shí)。 前景分析：對鋼質(zhì)零件液鍛而言，內(nèi)部組織致密、無氣孔、縮孔和縮松等缺陷，表面質(zhì)量接近于鍛件水平，能夠?qū)崿F(xiàn)短流程，節(jié)約能源，降低污染其市場前景將十分樂觀。 1）大型起重機(jī)車輪液鍛毛坯與鍛造毛坯比較可節(jié)約15%鋼材。如每年生產(chǎn)車輪液鍛毛坯4萬噸計(jì)算：可節(jié)約鋼材6000噸，可節(jié)約電能2070萬度，降低2.7 萬噸的CO2排量。 （2）管道聯(lián)接的鋼平法蘭，采用液鍛工藝生產(chǎn)出多種規(guī)格的法蘭制件，我國每年用量在10萬噸以上。據(jù)計(jì)算每年可節(jié)約鋼材1.5萬噸，節(jié)省6000萬度電，降低CO2排量6.8萬噸。 （3）另外如將鋼質(zhì)液鍛成形工藝推廣應(yīng)用在汽車和大型拖拉機(jī)后橋被動(dòng)螺旋傘齒輪毛坯上，用來替代鍛件毛坯，每年產(chǎn)量約10萬噸以上。

同類課題研究水平概述

1　國外液態(tài)模鍛技術(shù) 　　原蘇聯(lián)40年代初就用液態(tài)模鍛生產(chǎn)銅合金軸承零件，目前，已把鋁合金、銅合金、鑄鐵、碳鋼和各種合金用于生產(chǎn)。產(chǎn)品包括2mm的薄壁件至120mm厚壁件，重量達(dá)49.5kg的碳鋼工件和320kg的有色金屬件，最大的投影面積直經(jīng)762mm。其產(chǎn)品實(shí)例有齒輪坯、活塞、軸瓦、形狀復(fù)雜的管接頭、閥門、擠奶器等[1-2]。 　　美國1969年設(shè)在芝加哥的伊利諾斯工藝所著手開展此項(xiàng)工作?，F(xiàn)產(chǎn)品實(shí)例有∶齒輪坯、齒輪箱、柴油機(jī)活塞等。美國陸軍司令部的巖島兵工廠，利用液態(tài)模鍛技術(shù)制造了M85機(jī)槍管支架和機(jī)匣底座。1972年伊利諾斯工藝研究所選用7075(我國牌號(hào)LC9)超硬鋁合金液鍛成艦用導(dǎo)彈零件，毛坯 φ168×318 mm，壁厚19 mm和“愛國者號(hào)”導(dǎo)彈的前倉蓋。該產(chǎn)品體積大，直徑為415.3 mm，重27.4 kg[3]。美國使用的M374迫擊炮彈體直徑81 mm，采用了液鍛，提高炮彈的殺傷力，降低了成本。由于液鍛技術(shù)的日益發(fā)展，原蘇聯(lián)利用電子計(jì)算機(jī)，振動(dòng)與超聲技術(shù)，對優(yōu)化液態(tài)模鍛技術(shù)，改善工件組織和性能起到了良好的作用。 2　國內(nèi)液鍛技術(shù) 我國液鍛技術(shù)1957年就開始研究。60年代后期，此項(xiàng)技術(shù)逐步發(fā)展并陸續(xù)用于生產(chǎn)。其產(chǎn)品有汽車活塞、齒輪坯、渦輪、電磁鐵殼體、風(fēng)扇皮帶輪、生活用的高壓鍋、拉絲機(jī)的收線盤、貨車鏟板、法蘭、電機(jī)端蓋、汽車的輪轂、模具坯等[4-5]。近幾年來，在軍品中采用液態(tài)模鍛研制出了一批零件，如85mm氣缸尾翼座、迫擊炮下體等。國內(nèi)利用纖維復(fù)合材料制造不同性能要求的零件也有報(bào)導(dǎo)。例如∶雙金屬、纖維強(qiáng)化性活塞，纖維復(fù)合材料模具等。我國液態(tài)模鍛技術(shù)發(fā)展較慢，與原蘇聯(lián)、日、美相比存在著較大的差距。就其液鍛設(shè)備而言，我國主要是四柱萬能液壓機(jī)。天津鍛壓機(jī)床廠生產(chǎn)了全自動(dòng)15000kN液壓液鍛機(jī)，用于汽車鋁合金輪轂生產(chǎn)線。濟(jì)南鑄鍛研究所也生產(chǎn)了一種液壓液鍛機(jī)。該機(jī)較之萬能液壓機(jī)有了很大的進(jìn)步，增加了一些功能，但仍不能滿足液態(tài)模鍛的要求[6-7]。國外已有成熟的液鍛設(shè)備。如原蘇聯(lián)有JIM型液態(tài)模鍛壓力機(jī)，其分模面為水平和垂直兩種；日本有自動(dòng)化液態(tài)模鍛壓力機(jī)；美國也研究出了3TMW式自動(dòng)化液鍛壓力機(jī)。目前，液態(tài)模鍛在我國研究投資較少，發(fā)展較慢，實(shí)際應(yīng)用不夠廣泛。
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