可視化鑄鍛技術(shù)應(yīng)用前景廣闊

    李依依院士可能不會(huì)想到，當(dāng)年她和李殿中研究員把計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)帶到工廠后，會(huì)給中國(guó)鑄鍛業(yè)帶來(lái)如此大的變化：鋼鐵業(yè)受益，造船業(yè)獲實(shí)惠，連三峽工程建設(shè)都得到了雨露甘泉。令她還沒(méi)有想到的是，他們提出的基于計(jì)算機(jī)工藝模擬的“可視化鑄鍛技術(shù)”，逐步成熟，且為工業(yè)界所接受。

　　日前，記者來(lái)到李依依所在的中科院金屬研究所材料加工模擬研究部采訪，了解了該研究團(tuán)隊(duì)是如何把最新科技推廣到企業(yè)的。

　　選準(zhǔn)突破口

　　1997年，從事材料研究的李依依瞄準(zhǔn)了材料制備工藝計(jì)算機(jī)模擬這一新興學(xué)科方向，決定把這一信息技術(shù)嫁接到金屬材料加工生產(chǎn)過(guò)程中。在她的倡導(dǎo)下，金屬所通過(guò)“百人計(jì)劃”引進(jìn)了李殿中，組建了材料加工模擬研究組。后李殿中成為材料加工模擬研究部主任，李依依、柯偉和英國(guó)John Campbell三位院士當(dāng)顧問(wèn)，組成了一個(gè)能夠攻堅(jiān)的研究團(tuán)隊(duì)（下稱(chēng)團(tuán)隊(duì)）。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)熱加工鑄鍛件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)一直存在成本高、能耗高、附加值低、原材料消耗嚴(yán)重等問(wèn)題。很多重大裝備的大型鑄鍛件依賴(lài)進(jìn)口，受制于人，有些特大型鑄鍛件花錢(qián)也買(mǎi)不到，嚴(yán)重制約了我國(guó)能源、冶金機(jī)械、船舶動(dòng)力等重要產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。大型鑄鍛件和高附加值鑄鍛件依賴(lài)進(jìn)口的根本原因是國(guó)內(nèi)制造工藝缺乏核心技術(shù)。

　　2002年，團(tuán)隊(duì)與中國(guó)第一重型機(jī)械集團(tuán)公司簽署協(xié)議，合作開(kāi)發(fā)生產(chǎn)大型鑄鋼支承輥。之所以選擇軋鋼中使用的支承輥?zhàn)鳛橥黄瓶谑且驗(yàn)槲覈?guó)是世界第一產(chǎn)鋼大國(guó)，鋼產(chǎn)量接近4億噸。而生產(chǎn)每噸鋼消耗軋輥2公斤，每年約消耗軋輥80萬(wàn)噸，需要各類(lèi)軋輥1萬(wàn)支左右。凡高附加值的軋輥都需大量進(jìn)口。

　　四鑄成功

　　2002年秋，團(tuán)隊(duì)來(lái)到位于黑龍江省的中國(guó)一重。雙方要為中國(guó)鑄造第一支50噸重的大型鑄鋼支承輥。

　　支承輥的形狀有點(diǎn)像中國(guó)傳統(tǒng)的搟面杖，只不過(guò)中間部分的直徑比兩頭更大一些。團(tuán)隊(duì)反復(fù)模擬生產(chǎn)過(guò)程，計(jì)算參數(shù)，最后制定生產(chǎn)方案。12月，他們開(kāi)始了第一次鑄造。團(tuán)隊(duì)人員親臨澆注現(xiàn)場(chǎng)，與技術(shù)人員細(xì)心交流，確保每一個(gè)工藝的正確實(shí)施。屋外的溫度已低至零下20多度，車(chē)間內(nèi)的溫度也很低，但是大家誰(shuí)也沒(méi)有打退堂鼓，等到澆注完畢已經(jīng)是凌晨2點(diǎn)。

　　成型澆鑄工作結(jié)束后，脫模現(xiàn)場(chǎng)出了問(wèn)題：鑄件不能從模型中脫出來(lái)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)是模型的一個(gè)部位被鋼水沖出了一個(gè)小洞，鑄件上多長(zhǎng)了一個(gè)“瘤子”，它的卡殼使鑄件不能脫離模型。第一個(gè)鑄鋼支承輥成形較好，但脫模過(guò)程并不完美。

　　“一個(gè)不行，我們就鑄第二個(gè)，第二個(gè)不行，我們就鑄第三個(gè)，鑄到第四個(gè)時(shí)，終于完美地成功了。” 李依依笑了。為了這個(gè)鑄件，團(tuán)隊(duì)前后在一重并肩工作了3年。

　　和鍛造支承輥相比，鑄造大型支承輥，不僅可以保證質(zhì)量，而且還大大地節(jié)省了材料及能耗?，F(xiàn)在中國(guó)一重已運(yùn)用這項(xiàng)新工藝，鑄造100噸級(jí)的軋輥了。

　　在一重進(jìn)行技術(shù)改造過(guò)程中，李依依和李殿中提出了“可視化鑄鍛技術(shù)”的概念，即通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模擬仿真和等比例中試件的X射線(xiàn)實(shí)時(shí)觀察，直接透視鑄鍛件缺陷產(chǎn)生過(guò)程，從而提供最佳工藝方案，指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄鍛件。

　　下車(chē)間，讓團(tuán)隊(duì)一舉多得：既解決了我國(guó)工業(yè)界多年解決不了的技術(shù)難題，又豐富了鑄鍛的理論體系，而且還獲得相關(guān)授權(quán)專(zhuān)利50余項(xiàng)，出版專(zhuān)著一部，發(fā)表高水平論文100多篇。

　　新技術(shù)遍地開(kāi)花

　　團(tuán)隊(duì)喜歡面對(duì)難題。繼首次成功開(kāi)發(fā)出我國(guó)50噸級(jí)大型鑄鋼支承輥后，2005年，他們又開(kāi)始向制造技術(shù)更難的大型船用曲軸挑戰(zhàn)。

　　曲軸是大型船舶的“心臟”。我國(guó)目前每年需要大型船用曲軸200多根。但由于自己不能生產(chǎn)船用曲軸而完全受制于國(guó)外。2005年時(shí)，國(guó)外曲軸都是按噸賣(mài)，每噸1萬(wàn)美元左右。一根60機(jī)的曲軸重70噸，買(mǎi)一根就得花70多萬(wàn)美元。后來(lái)供不應(yīng)求時(shí)，花再多的錢(qián)也買(mǎi)不到。由于曲軸受制于人，我國(guó)船舶行業(yè)呈現(xiàn)“船等機(jī)、機(jī)等軸”的被動(dòng)局面。

　　曲軸中最難制造的當(dāng)屬曲拐鍛件，成形復(fù)雜。憑經(jīng)驗(yàn)很難鍛造加工出合格品，成品率很低。團(tuán)隊(duì)在有關(guān)單位的支持下，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真，采用反變形設(shè)計(jì)法，提供了曲軸鍛件模具設(shè)計(jì)圖紙和成套鍛造工藝，經(jīng)與上海重型機(jī)器廠合作，于2005年成功生產(chǎn)出我國(guó)第一根60機(jī)大型船用曲軸。

　　技術(shù)突破帶來(lái)了生產(chǎn)的巨大進(jìn)步。到2008年底，上海重型機(jī)器廠曲軸公司已經(jīng)生產(chǎn)了上百支大型船用曲軸。鞍山重型機(jī)械公司與大連重工也已能生產(chǎn)60機(jī)到90機(jī)的曲軸。中國(guó)人打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)曲軸產(chǎn)品的壟斷。

　　幾年來(lái)，團(tuán)隊(duì)成員的足跡踏遍了中國(guó)一重、中國(guó)二重、上海重型、大連重工、鞍鋼重機(jī)、沈陽(yáng)重型、中鐵山橋、沈陽(yáng)鼓風(fēng)集團(tuán)、沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)公司、沈陽(yáng)黎明發(fā)動(dòng)機(jī)公司等企業(yè)，利用“可視化鑄鍛技術(shù)”，先后為大型鑄鋼支承輥、大型船用曲軸、三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪部分鑄件、空心鋼錠、壓縮機(jī)缸體、噴泵葉輪、燃機(jī)機(jī)匣、燃機(jī)葉片、高速鐵路道岔、轉(zhuǎn)向架等關(guān)鍵件的開(kāi)發(fā)起了重要的技術(shù)支撐作用，推動(dòng)了我國(guó)鑄鍛業(yè)的跨越式發(fā)展。

　　為企業(yè)服務(wù)難在哪

　　“當(dāng)一個(gè)人或團(tuán)隊(duì)掌握著最新的制造技術(shù)和工藝時(shí)，似乎走入車(chē)間廠房就能對(duì)企業(yè)進(jìn)行一番技術(shù)改造，但實(shí)際并非如此。”李殿中研究員說(shuō)：“最大的困難并不在于有沒(méi)有最新的技術(shù)，而在于下基層能不能吃苦和頂住壓力，能不能讓一線(xiàn)技術(shù)人員理解并掌握新技術(shù)和關(guān)鍵工藝。”

　　對(duì)于李依依院士來(lái)說(shuō)，到企業(yè)推廣高技術(shù)有一定的風(fēng)險(xiǎn)和壓力。她原本是研究冶金與材料的，現(xiàn)在要在傳統(tǒng)的工藝研究中熔入計(jì)算機(jī)技術(shù)，并與鑄造、鍛造、焊接、材料力學(xué)等學(xué)科交叉，作為院士首先要承擔(dān)項(xiàng)目失敗的風(fēng)險(xiǎn)。李依依坦承：“如果我不搞這個(gè)可視化鑄鍛技術(shù)，只搞材料研究應(yīng)該是很舒服的。”除了超前進(jìn)行技術(shù)和工藝的研究之外，李依依最重要的工作就是為團(tuán)隊(duì)頂住各種各樣的風(fēng)涼話(huà)，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)信心，讓團(tuán)隊(duì)的工作能夠堅(jiān)持下去。

　　可視化鑄鍛技術(shù)之所以能在國(guó)內(nèi)許多廠家生根，還在于團(tuán)隊(duì)里有一批能吃苦的干將。李殿中不但要在所內(nèi)搞研究，還要在生產(chǎn)第一線(xiàn)解決關(guān)鍵技術(shù)；工程技術(shù)人員夏立軍在研制支承輥時(shí)，長(zhǎng)年累月住在一重廠內(nèi)，與車(chē)間技術(shù)人員和工人打成一片；組內(nèi)的研究人員，在試制曲軸時(shí)，索性就搬著電腦在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整參數(shù)……

　　科技是能夠創(chuàng)造神奇的。但這朵神奇之花必是深深地扎根于科研人員持之以恒的追求、不屈不撓的奮斗和“我不下地獄誰(shuí)下地獄”的勇氣之中的?！翱梢暬T鍛技術(shù)”的推廣就是一個(gè)最好的例證。