挑战制造业不可能的铸造人与事

作者:杜芸、穆春、何晓东

 

铸造是机械制造业的首道工序,是众多主机产品和高端技术装备创新发展的重要保障,在国民经济发展中处于不可或缺的重要基础地位,有“机械工业之母”之美誉。

在铸造业转型升级的改革大潮中,涌现出一批又一批走在行业尖端、在行业内树立先进标杆、发挥了引领示范作用、推进着铸造业转型升级的企业,以及彰显着“大国工匠”精神的铸造人……通过他们的不懈努力,铸造行业不仅扎实承载着制造业的血液供应,更以自身技术、设计、工艺等的快速进步,带领中国制造业共同起飞,实现“由大变强”、成为“国际先进”的中国梦!

他们的故事,在祖国的大地上静静生长……

 


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敢为天下先,创新无止境

 

2017年6月,上海,第十五届中国国际铸造博览会如期而至,在这次属于全体铸造人的盛会上,最引人瞩目的还是优质铸件金奖的颁奖现场。来自宁夏共享集团股份有限公司(下称“共享集团”)的燃气发动机V型机体再次斩获特别金奖。掌声雷动,笑容在脸上蔓延开来,站在台上的苗润青双手握着奖牌,思绪飞扬。

获奖铸件创新应用铸造3D打印技术,实现了该类产品的无模快捷铸造。寥寥数字,看似轻松,但是背后却凝结了共享集团在铸造3D打印产业化应用的5年、1000余个日日夜夜的钻研和攻关。在这场前无古人的铸造3D打印产业化实践的道路上,每一次微小的突破对于传统铸造业的转型升级不啻是巨大的推动。

 

·心中的“铸造梦”

 

2012年,宁夏。

这个关于创新的故事始于那年一个日头晴朗的下午,那是共享人第一次听到有人介绍铸造3D打印机的事情,所有人都在好奇之后便忘了此事,而当时的公司董事长彭凡和IM工程师刘轶都不约而同地在本上默默记下了“3D打印”这几个词,那时的他们还无法预知自己会和这个词碰撞出如此精彩的火花,在之后的日子里逐步成为铸造3D打印产业化推进的关键人物。

在3D打印刚开始推进产业化应用的阶段,这项新技术对于传统铸造来说无疑于异物,有人观望、有人不屑、有人反对,一旦推进,就意味着进入了传统铸造的“无人区”,只能成功不许失败,一旦失败便意味着先前的努力不仅全部白费,还错失了发展机遇。

但对于刘轶来说,他认为这是一个不能错过的良机。自从23岁进入共享,刘轶便始终从事铸造设备维护改造工作,在传统的铸造车间,铸造造型设备以混砂机为主,工作环境非常恶劣,工人经常是白脸进去,黑脸出来。而刘轶常常需要在铸造混砂机上待很长时间,看到那些“黑乎乎”的铸造工人,他决心改变铸造工人的环境,让铸造厂房整洁明亮,让工人能够穿着白衬衫工作在空调环境下。然而这个历经几千年始终如此的行业,说起改造,何其困难,方向?途径?代价?对于这些,刘轶不知道,很多铸造专家也不知道,然而刘轶始终没有放弃任何一个细节,他在等待合适的时机。

对于和3D打印的结缘,刘轶这样总结:“在第一次听到铸造3D打印这件事情的时候,我就知道多年铸造环境的改变有戏了。可以说,内心的这种改变传统铸造的冲动和之后的专项研究,让我在铸造3D打印产业化方面有了领先优势。”

在会议结束后,刘轶在互联网上查看了诸多与3D打印技术有关的文献资料,经过学习、消化并结合自身多年的工作经验,他隐约感觉到3D打印就是那把可以变革铸造工序的钥匙。而当时公司董事长彭凡已经对3D打印技术在铸造行业的应用进行了思考,就在之后的一次会议上,同样深入研究的刘轶经过汇报最终形成完整版的材料,公司铸造3D打印产业化工作正式开始。出于改变铸造生态环境的强烈冲动,他在之后的日子里逐步成为共享铸造3D打印产业化推进的关键人物,而这个细节却仿佛是引发铸造行业变革的星星之火,谁都不曾想到,仅仅5年,已成燎原之势,铸造梦清晰可见。经过五年的奋斗,刘轶和他的团队成功攻克了3D打印材料、工艺、软件、关键零部件及集成等产业应用的技术难题。在控制系统集成方面,实现“五大”核心控制软件在同一平台综合集成,“十二大”系统关键技术优化创新,并申报专利近300项。

纯白衬衫,别着象征荣誉的红花,2016年8月初的共享集团科技创新大会上,铸造3D打印产业化推进团队成为了全场最耀眼的明星。刘轶接过公司领导递上的证书,两相握手,激动的笑容蔓延开来。刘轶和他所在的团队在那次大会上独揽4项一等奖,荣耀与辉煌在那一刻升腾,他和他的团队在共享的技术创新史上留下了浓墨重彩的一笔。但是他们依旧低调,因为他知道:当一个人站上领奖台的一瞬间,他已经不再是顺利登顶的成功者,后面还有更多的高山等着他去挑战。

 


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·突破进口限制实现国产化

 

锁定铸造3D打印技术后,公司便立即组织近50人的研发团队全力攻坚,以最快速度联系购买了德国一家厂商的3D打印机,实验工作正式开始。然而在一天的打印过程中,机器突然出现故障,工作箱无法打开,停止工作。在与国外供应商取得联系后,对方提出要求:从上飞机开始按每小时165欧元收费,到达公司后同样按每小时165欧元收费。一周之后,供应商工程师终于抵达银川,然而旧的问题没有解决完,新的机器问题又出现了。当共享研发团队提出解决新的需求时,供应商工程师现场直接摆手道:“No!No!No!”原来对方只负责解决先前沟通的技术故障,对于新的故障公司只能再行协商。于是在解决完旧的问题后,供应商售后工程师直接返回德国,留下了仍然无法工作的3D打印机。这种情形在之后的研发过程中屡次出现,导致铸造3D打印研发屡屡受阻,研发进程明显迟缓。

公司董事长彭凡每每提及此,总会举个例子:就好像我买了一辆汽车,开车需要请示拿钥匙,车坏了还不能打开引擎盖……

于是在2014年,杜银学作为软件工程师临危受命,加入了这个团队。杜银学本人承担着铸造3D打印机软件、电气两项重要工作,需要在完全没有参考经验的前提下,独立开发适配3D打印机节拍的电气系统及控制软件。他曾经连续5个月连轴转,双休日、节假日统统没有,每天从早上8:00开始研发工作到晚上10:00,这些都是家常便饭。就在那样狭小的空间、封闭的场所,他们一直在为设备的自主研发而努力。“当时团队成员可以说已经没有了时间概念,灵感来的时候,找到突破点的时候,整个人都像进入了一种癫狂的状态。”在一次重大接待之前,由于硬盘无故格式化,所有程序全部失灵,杜银学只能重新编程,连续工作36个小时,终于搞定。

张景豫,从事3D打印原材料研发及产业化应用近3年。在这之前,他主要从事铸造原辅材料的监测工作及设备的日常管理,对于铸造原辅材料的熟悉和深入就在这日复一日的工作中逐步加深。由于在材料方面的专业素养,张景豫被调动主攻3D打印用砂的自主研发。

对于张景豫来说,这是从零开始的工作,没有可供参考的成熟路径也没有可以借鉴的成功经验,他面对的是粒度不一、规格不同、成分多样、角形各异的铸造用砂,这是他每天的“小伙伴”,在之后的日子里,他与他的小伙伴经过上千次的实验才取得了阶段性突破。

“过程很痛苦、无奈,特别是经历了千百次的实验后依然看不到成功的希望,这是最迷茫的事。”

张景豫反复论证,不断求证,希望能够成功将铸造3D打印用砂研发成功,降低成本、推进产业化应用。为此,他经常白天开始准备实验用砂子,做完实验有时已到第二天凌晨;平均一周做两次实验,最多的时候天天在做实验;先后用过粒度不同的砂子30多种,消耗砂子近千吨。在2016年初的一天,3D打印机连续打印一周,砂芯质量、强度等一切指标均正常后,张景豫才松了口气,砂子研究工作终于取得了成果:自主研发的普通天然砂,已经完全可以适应3D打印机精细的“胃”,通过热法再生回收利用,成本较之进口砂子大幅下降。

苗润青,从事3D打印新产品交付、现场工艺控制等工作。在他看来,铸造3D打印砂芯的关键点在于:强度。由于工艺流程的优化,原先一个铸件可能需要30个砂芯,但是通过3D打印只需要3个砂芯组芯即可。工艺流程简化、成形工艺改变的同时带来的是对于砂芯强度的更高要求,这是个技术难点。“原先我们做铸造用的芯子都是有芯骨的,而现在直接3D打印砂芯。打个比方,原先做的是钢筋混凝土,现在只有混凝土,少了钢筋后对混凝土的强度要求更高了,这是在做产业化应用过程中最难以取得突破的地方。”

除此之外,砂芯即使制作成功,也要能成功应用于铸造才有工业价值。铸造浇注后,高温铁水是由热转冷的过程,而砂芯是由冷转热的过程,怎样让砂芯能够在一段时间内保持一定的强度,这又是一个技术难点。

对于3D打印砂芯,清砂是有别于传统铸造的工序,怎么让工程师在设计过程中识别出清理不出白砂,容易堆积的地方,这个也需要不断地摸索、试错。

难点很多,迈出去的每一步都是荆棘遍布。

但是即使从来没有实现的事情,在苗润青和他的同事的共同努力下也最终攻克,寥寥数语,中间走过的是近千个不眠的日夜和无尽的付出。

仅举一个简单的例子,就可以知道他们从事的这项研究对于传统铸造的影响究竟有多大:柴油机气缸盖,俗称缸头,与气缸、活塞等共同构成燃烧室,是一种极其复杂的铸件。国内一家铸造企业在工厂内部单独设立缸头班,只做缸头的制芯、合箱工作,班组内部全部由高技能级别的工人组成,专职近十年最终才实现将缸头的铸造废品率控制在20%左右,而这已经是放眼国内顶尖的水平。但是在铸造3D打印产业化后,同类缸头铸件的生产废品率很容易超过了这个水平,与此同时,不需高技能的工人,不需常年累月的经验累积,原先难以企及的高度如今已可以轻松达到,成品率已经可以保持在98%。

公司董事长彭凡曾专门就梦想和理想发言勉励3D团队成员:

“梦想和理想是支撑一个团队、一个企业做出伟大业绩的核心动力。我们目前所从事的工作,可以概括为以下四点:

第一,对世界而言,我们所做的工作在影响和丰富着世界;

第二,对行业而言,我们所做的工作在引领行业的进步和发展;

第三,对企业而言,我们所做的工作在改变着整个企业,创造更美好的未来;

第四,对具体工作而言,我们时时刻刻在创新新思路、新产品、新方式、新模式。

我们应该为此而感到骄傲和自豪,珍惜人生中这样来之不易的机遇,实现共同的梦想。”

对于共享铸造3D打印团队来说,他们仍然在路上。

 


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尖端铸造工艺改变汽车业格局

 

不仅是共享集团,可以说整个铸造行业都在转型升级的道路上前进着。

在第十五届中国国际铸造博览会上,安阳强基精密制造产业园股份有限公司与一汽集团共同推进轻量化汽车研制工作,完成的整体铸造全铝车架也获得了优质铸件金奖特别奖的殊荣。

而运用精密铸造整体成型技术完成产品的再设计,整体车架并不是第一例。

 

·从“78”减到“1”

 

安阳强基精密制造产业园股份有限公司(下称“安阳强基”)董事长戴立宏想起了和武汉枭龙汽车技术有限公司的合作,记忆回溯到2014年9月……

那一年,武汉枭龙汽车技术有限公司找到安阳强基,双方合作再设计制造了某高机动军用越野车前桥壳。

军用车辆战技指标中,重量严重制约其作战使用效率和功能,减重是设计不懈追求的目标。铸造水平无法支撑时,用优质钢板机械成型后再焊接为整体部件是前桥壳采用的较好工艺手段,缺陷是设计和工艺受限,无法减重。

这次合作,借助精密铸造整体成型技术,把78个钢板材零件焊接的前桥壳本体集成,用熔模精密铸造整体成型为1 个铝质零件,最终实现了轻量化设计,减重效果超过50%。

产品于2015年3月试制成功。

前桥壳的试制成功,在业内掀起了不小的轰动。消息不胫而走,也传到了一些关键人物耳中……

 

·“你好,我是耿昭杰。”

 

2016年5月,作为董事长的戴立宏已经习惯了忙碌,但接到耿昭杰秘书的电话,戴立宏还是有些惊讶的。

在汽车行业,耿昭杰这个名字恐怕无人不知。这个几乎见证了第一汽车集团(下称“一汽”)成长历程的长者,原任一汽总经理、董事长,如今年过古稀却依然时时关注着汽车行业的一举一动。找到戴立宏,也是同样的原因。

戴立宏见到耿昭杰(下称“耿老”),是在长春。因为中过风,耿老的身体有些抱恙。但尽管如此,他对汽车行业的牵挂却没停过。听说了安阳强基的核心技术将原本需要78个零件焊接为整体的前桥壳做到了一体成型,耿老内心沸腾——那这种技术运用到乘用车上,会有怎样的效果?

结果不言而喻,如同第十五届中国国际铸造博览会上特别金奖颁奖词所说的那样,整体车架未来将改变传统汽车产业格局。而那时,耿老和戴立宏并不知道,他们的一席谈话,将在未来掀起汽车业的革命。

和戴立宏谈及国内汽车产业的发展现状,历数那些受制于国外技术的艰难时刻,面对如今的发展趋势、创新需求,耿老说着便留下了热泪……

从知道前桥壳再设计制造成功,到与安阳强基联络,这中间的日日月月,是耿老“明察暗访”的苦心。要知道,一旦整体车架(即汽车底盘)一体成型制作成功,将是前无古人后无来者的里程碑事件。而它也会极大地挑战汽车制造业的传统四大工艺,以后焊装工艺或许将逐渐退出历史舞台,哪怕只是在汽车制造领域,这一时间造成的局面将会如何……

虽然已年近80,身体也开始不听使唤,但耿老的内心十分清明——汽车的轻量化是大势所趋。有得必有失,在他几十年的工作经验以及对这次合作的背景调查之下,他决定邀来戴立宏,亲自促成合作,这也就有了当时戴立宏接到的那通电话。

面对动情的耿老,戴立宏也动容了。在行业里摸爬滚打数年,他深知说服已经“定型”的传统工业行业接受“再设计”理念从而达成某部件“一体成型”,这个过程有多难。但面对耿老的决心和支持,他心想:“为什么不呢?”

对呀,为什么不呢?

戴立宏接下了这个极具挑战性的任务。

 

·挑战的不是技术,而是理念

 

接到耿老指示的一汽团队很快便来了人。但双方的前期沟通过程并没有那么顺利。

回顾整个研发的过程,技术、设计、工艺等,都没有遇到实质性困难,最大的困难是观念上的阻碍。

习惯了用杯子喝水,忽然换成了碗,人们往往会觉得“不像话”。这个例子虽然有点玩笑成分,但它的寓意不言自明——

要挑战制造业的不可能,首先要挑战的,就是人们的观念。

一汽团队近百人,听到这个一体成型的想法时,第一反应难免觉得“不可能”。

喝水把杯子换成碗都不容易,何况是把传统的冲压、焊装换成一体成型呢?

但安阳强基不会造汽车,一汽没有掌握极致的精密成型技术,除了合作,没有其他的方法。在耿老和戴立宏等人的努力下,经过反复的沟通和确认,一汽技术中心副主任刘蕴博首先理解并认同了安阳强基的技术理念。

接受的过程并没有那么简单。作为一汽的核心技术人员,刘蕴博得对汽车的研发负责任。面对新兴事物,一汽团队最初的迟疑,也是无可厚非的。

除了和安阳强基一次次地对接与沟通,刘蕴博自己也做了大量的调查,并且有耿老的经验和“明察暗访”的印证,刘蕴博对合作的信心达到了理想值。

一旦一汽的技术核心人员完成了理念转换,接下来的合作研发过程,便轻松多了。

双方的合作大会是在河南安阳举办的。会上,刘蕴博的一句话令安阳强基设计总师陈淑梅印象深刻——“要不惜一切代价做成这次研发。”这次合作会议令她十分振奋,“因为从来没有一家合作单位能够站在这样的高度对安阳强基给出综合评价。”虽然距离合作结束已经过了大半年,但每每提起,陈淑梅都难掩激动之情。

陈淑梅是见证并亲历了研发过程的安阳强基团队一员,也是研发团队的关键人物。她对技术、对工艺向来自信,可谓巾帼不让须眉,但女性的身份给了她另一重视角。

一次赶赴长春参加研发会议,有人迟到了。一向温文尔雅的刘蕴博鲜少露出愠色,面对这样的情况,他不动声色地说了一句:“还有什么事比这个更重要?”虽然轻描淡写,但掷地有声,给了陈淑梅很大的心灵冲击,她从这句话中感到了一汽核心团队对这次合作的重视,她也备受鼓舞。

没有原型车,只有对标车,安阳强基和一汽双方的团队都是摸着石头过河。因为要运用新的技术制造整体车架,那车架的设计就要改变。一汽的设计是否符合生产逻辑和方式?双方便对此进行了密切探讨。研发团队全员都暂时放下手头其他工作,专心致志地做这次整体车架的研发。双方团队不辞劳苦,奔波于安阳、长春、北京之间。

“一汽的精神让我很感动。”陈淑梅常常这样说。因为一汽团队不仅合作参与整体车架的研发,复合材料车身、底盘都要在同期完成,以保证最后的整车安装与试用。

这次合作的过程,双方团队都全力以赴,彼此信任,这让她的内心充满了无限的动力。结果很重要,但过程也一样重要,不是吗?如果能够得到100%的支持去完成一项工作,肯定比遭受质疑的过程要好上百倍。

当然,这次的结果也是堪称完美。整体车架分为两块前部车架和一块后部车架,车架对接组装不消一刻钟,汽车整装仅仅用了3天,这么一辆装着零焊接底盘的新型汽车便完成了。经过仿真实验,大量数据表明其静态、动态、裸态的性能都非常好,完全不输传统汽车。

16年5月的一通电话,到17年春节前夕的整车亮相,短短八个月,一个不仅是“从无到有”更是“从有到对”的产品诞生了。

耿昭杰在长春亲自督送这辆汽车的运输,另一位汽车业泰斗陈清泰则亲自在北京迎接它的到来。这是中国汽车业界历史性的一刻,背后,也是铸造业引领装备制造业起飞的历史性节点。

 


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·工业也可以做“减法”

 

一体成型的精密成型技术脱胎于“做减法”的生活理念。

戴立宏拿起手边的水杯举例道:“杯子是用来做什么的?它最初的设计初衷就是为了喝水而已,但它现在的设计是否一定合理?喝水一定要用杯子吗?用碗可以吗?”一连串的发问,究其根本,回到了杯子最根本的一个属性——容器。凭着这样的理念,戴立宏的办公环境也是如此。会议室除了桌子、凳子、投影仪,再无其他。

提到设计,可能传统的理解都是一件产品起到了“从无到有”的效果。但带着“做减法”理念的“设计”概念,其实是一个“由繁到简”、“由多到少”的“再设计”过程。

再次拿起水杯,戴立宏说到:“如果我们带着这样做减法的思考去看周遭的一切,可能会发现,生活中很多产品的设计,并不一定是最节能、最绿色、最合理的。”

从小就爱问为什么的戴立宏,投身工业领域,也将这个“做减法”的理念贯穿始终。

 “其实没有什么特别的。”戴立宏坦诚到。

一个产品的诞生,如果我们力图用最简单的工艺去实现它,那相对而言,它的生产流程就一定是最短的,它就一定是节能的;它的材料用得最少,那它一定是环保的。

人需要减法生活,装备也一样。安阳强基用最少的材料、最短的工艺流程,实现了整体车架的制造,达到了免加工、免焊接的效果,回归了汽车仅是“代步工具”的发明初衷。

其实这样的技术创新,对企业文化的建设来说,也是一大利好。戴立宏觉得,在保证质量的前提下,工艺流程的简化同时也能节省人员精力的消耗,他们工作起来会觉得很舒服,这对人才的吸引和保留都产生了积极的作用。

2017年6月,整体车架亮相第十五届中国国际铸造博览会,产品获得了交口称赞。然而整体车架计划应用于民用车辆,或许会有人担心,它真的好吗?安全吗?

事实上,能源、材料的消耗减少,不仅带来的是产品附加值的增高,轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。车辆行驶时颠簸会因底盘重量减轻而减轻,整个车身会更加稳定;轻量化材料对冲撞能量的吸收,可以有效提高碰撞安全性。

“我们并不会造汽车,而是一汽会造汽车。”戴立宏笑说。这次合作能够成功,也得益于一汽团队接受了安阳强基的理念——汽车结构件是可以通过精密成型技术一次成型做出来的。

“精密成型技术并不是独家技术,我们只是把它做到了极致。”

捅破一张纸容易,但一百张叠在一起就很难,研发新产品也是一样。安阳强基掌握的精密成型技术有个特定的名称,叫做“苏氏集成精密成型技术”,它不是一个单项技术,而是综合性技术的累积,用在了一种工艺上。就像炒菜,拿到食材后,有人会做得不熟,有人会把菜炒焦,大部分人做得味道都不一样,但一定会有厨神脱颖而出,安阳强基就是铸造领域的一位“厨神”,它掌握的不是单独一道菜的做法,而是做菜的手艺。

 


·是运气还是命中注定?

 

“苏氏集成精密成型技术”是华裔科学家苏章仁及其技术团队历经23年发展确立的一套技术。十多年前,戴立宏结识了苏章仁。当时,戴立宏在研发一款发动机,不用机械加工的方式,要达到一体成型效果,全中国可能只有一个人能做到,那就是苏章仁。认识苏教授后,思维活跃的戴立宏很快接受了苏教授尽量用一体成型的办法制作产品的技术理念,这与戴立宏的“做减法”理念不谋而合。虽然当时技术还比较简陋,但戴立宏以卓越的眼光明辨鱼目与珍珠,投资并开始了和苏教授长达十多年的合作。

“有些时候需要一些运气。”戴立宏常常这么说。但如果当初结识苏教授的是别人,还会有今天的整体车架吗?

这是一个如同伯乐更重要还是千里马更重要的趣味博弈问题。但言归正传,“苏氏集成精密成型技术”从根本上解放的是工业设计思维,一汽团队也曾自嘲——“不是我们笨,我们一早就可以设计出一体成型的整体车架方案,但没有技术支撑,我们这么想,有什么用?”

敢想他人所不敢想的戴立宏,提出了这样一个问题——把铸造向制造做延伸,会是怎样的未来图景?换句话说,所有的工厂都做好设计方案,运用一体成型技术制成产品,那铸造就把相当一部分下游工业领域的事情做完了,那时的铸造,还仅仅只是铸造吗?

 


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成功需有承担1万次失败的勇气

 

此次安阳强基完成的汽车整体车架是目前全世界最大的一体成型铸造件,试制过程到最后的整车组装都可以说很顺利。

但上海航天精密机械研究所(下称800所)在研发卫星支架时,却没安阳强基这么幸运了。

卫星支架属于大型薄壁框架结构件,最大直径1142mm,主体壁厚只有3~5mm,铸造过程中合金流程长,容易出现浇不足、憋气、裂纹等铸造缺陷,成型难度非常大;铸件为I类铸件,需要进行100%X光检查和荧光检查,对于铸件内部质量的要求非常高;零件重量不得超过9.75kg……

结合铸件的结构,这个产品无论是在国外还是在国内都是铸造技术上的一个极大的挑战,尤其在国内,做镁合金铸件的厂家本来就不多,能够制作这种高质量要求的大型薄壁镁合金铸件的就更少了。

这个重大而艰巨的任务责无旁贷地落到了已有50多年从事镁合金铸造历史的800所身上。

在前期的研发会议上,产品负责人秦守益问的最多的问题便是:“我们应该用怎样的铸造工艺去做出一个美好的产品?”

原本研发团队计划采用整体板材机加工,再安装蜂窝板作为支撑以提高使用刚度的方法制作卫星支架。但是,这种办法却存在诸多问题,最主要问题便是产品重量偏重!要知道,重量对于卫星来说是一个非常重要的指标。另外,还存在成本高、尺寸精度控制难度大、生产周期长等问题。

作为产品负责人,秦守益是绝不满意于用这种方法制作卫星支架的。1996年本科毕业后就来到800所参加工作的他,20多年来,几乎从事过铸造过程中所有工序的操作,不仅理论知识扎实,实际经验也相当丰富,“精益求精”是他一贯的工作理念。

“航天领域的工作,是不一样的。”秦守益常常在内心这样说。不像安阳强基研发整体车架,必须把乘用车所承载的使用人的安全性作为重要考量,虽然这次结构件所在的卫星并不载人,但它代表的却是中国的科技水平和民族荣誉,全世界都在看着,航天人需要承担的压力可见一斑。

一次又一次的研发会议,秦守益带领团队,前期的设计阶段就与设计人员充分沟通,根据卫星支架的结构特点,决定采用低压铸造的方案,将底板和支撑结构一次铸造成型,并且为减少研制周期,采用了无模加工的方法,只有这样能最大限度的降低产品重量,并且依靠数值模拟和工艺需求对铸件结构进行优化,在保证整体强度和刚度的前提下,做到尽量减重。在研制过程中,研发团队将整个项目分解为几个子课题,进行了“大型镁合金薄壁件铸造工艺与模具设计研究”、“大型镁合金薄壁件低压铸造工艺研究”、“大型镁合金薄壁件加工变形控制技术”等技术攻关工作,并不断优化总结。

但挑战的过程并不一帆风顺。

 

·新老航天人携手书写“工匠精神”

 

“这已经是第四次失败了。”有人小声叹息。

严重冷隔、热裂、缩裂、密集型气孔……一次次的试制失败,多少动摇了产品团队的信心。秦守益的眉头又一次紧紧地皱了起来。

安抚过团队之后,秦守益又蹲守在试制品旁,仔细研究这次失败的原因所在。

“秦工,我们可以的。”技术负责人张旭亮轻声对秦守益说。

张旭亮讲到了他曾经看过的一段话——“人们眼中的天才之所以卓越非凡,并非天资超人一等,而是付出了持续不断的努力。1万小时的锤炼是任何人从平凡变成世界级大师的必要条件。”

这是作家格拉德威尔在《异类》一书中指出的“一万小时定律”。简单来说,就是要成为某个领域的专家,需要10000小时,按比例计算就是:如果每天工作八个小时,一周工作五天,那么成为一个领域的专家至少需要五年。

“那研发一个新产品,转换一下1万小时定律,我们也可以经受住1万次实验失败的打击。”张旭亮幽默地说到,“安迪生发明灯泡还失败了几千次呢!”

张旭亮是典型的新一代航天人,2012年博士毕业后进入800所,以缜密的思维、精湛的技术、端正的态度从一堆年轻人中脱颖而出,已成长为新一代航天人的领军人物。思维活跃的他,用平时接触新鲜事物的经验和事例,给了秦守益以及整个团队莫大的鼓励。

秦守益拿出产品的试制结果,召集技术团队又一次来到会议室,大家各抒己见,共同解决一个又一个难题。

虽然第五次试制还是失败了,但这次团队好像有了心灵感应一样,都没有受到失败的打击。有成员还开玩笑说:“我们还有9995次机会。”大家听了不禁哈哈大笑。

总结失败的经验,及时调整细节处理方式、攻破一个又一个细微的技术难关,第六次,他们成功了,产品通过了加载试验考核、盐雾试验考核、高低温试验考核、阻尼性能考核等一系列考验,取得了良好的效果。

当卫星支架完成机加工后,面对漂亮的成品,秦守益露出的笑容令张旭亮印象深刻。在他心中,秦守益不仅是令人尊敬的前辈,也是生活中时常关照他的老大哥。产品研发过程中,张旭亮每次到单位,总能看到秦守益忙碌的身影。“像一个不停旋转的陀螺。”张旭亮这么形容。

这次研发成功,团队的每一个人都是幕后英雄。不过能看到秦守益那样欣慰而满足的笑容,张旭亮心中也多有一些宽慰和动容:“毕竟很少看到他那样的笑容。”

看着成品,团队进行了一次轻松的会议,大家有了共同的信念:“遇到困难一定要保持冷静,不轻言放弃,以客观的态度去分析解决,美好的结果终将会出现的。”

此次卫星支架的研发,可谓是新老一代航天人的一次精诚合作,以秦守益为代表的老一代航天人成熟稳重,以张旭亮为代表的新一代航天人勇于创新,产生了良好的化学反应,充分发挥了严、慎、细、实的航天精神,促成了精美的卫星支架的诞生。

卫星支架是卫星上的一个结构件,此次研发的成功,不仅使作为航天科技集团铸造中心的800所收获了成功的产品,进一步提升了800所的铸造实力,更关键的是他们研发出了一套“大型薄壁镁合金高精度铸造成型技术”,这令800所不仅在卫星系统中的铸件市场拥有了更高的市场份额,这项技术也在军工行业其他典型产品如机匣、涡轮以及民用行业内的横梁体、外壳等产品中也得到了很好的推广应用,使铸件合格率得到明显的提升。

 

·压力还是动力?一念之差

 

2016年8月22日,习近平总书记在视察公司时强调“要把金属镁一体化项目办好”。

“轻量化的要求,既是压力也是动力,看你怎么转换。”谈到卫星支架的研发背景,张旭亮思考片刻后坚定地说到。

目前,各行业对轻量化的需求不断增加,轻合金在机械工业中得到越来越广泛的应用。“现在市场上,铝合金铸造技术已经发展得比较成熟,各民品单位在ZL101等典型牌号的铸造上已经做得非常好,军品单位主要集中在ZL114A、ZL201A、ZL205A等高强铸造铝合金的高质量产品开发。相对来讲,镁合金铸件市场中压铸企业比较多,做小批量高质量砂型铸造的较少。我们800所作为一个国有企业,定位于国防军工和高端装备制造业领域,在成本方面肯定较民品要高,但是依托一些项目和课题研究,技术实力得到明显的提升。长期积累下来,我们走出一条高品质小批量轻合金铸件的道路,比的不全是价格,更重要的是对产品品质的保证。”

镁合金符合绿色发展的宗旨,被誉为“二十一世纪绿色工程材料”。中国镁在世界上具有储量第一、产量第一、出口第一共三项具大优势,镁合金铸件在航天、航空、船舶、兵器、电子与民用高端装备等领域有着广泛的应用需求,市场前景广阔。铸造是机械工业重要基础工艺,国家对轻合金铸造产业化有明确政策支持。未来镁合金等轻合金铸件具有广阔的应用前景,稀土耐热镁合金具有高强、高韧、耐蚀、耐热的优点,扩展了镁合金的应用,是未来市场发展的重点。镁合金铸造技术开发方向主要有:稀土耐热镁合金的性能优化、稀土镁合金熔体的纯净化技术、镁合金熔模精密铸造技术等。

“无数资料与经验表明,我们所走的道路是正确的!”张旭亮兴奋地说到:“这次能够获得2017年中国国际铸造博览会上优质铸件特别金奖的殊荣,不仅是对我们工作的认可,对铸造中心技术能力的肯定,也说明了我们在高品质小批量轻合金铸件领域的发展正确性。这次研发的成功以及获奖的经历,将对我们铸造专业技术能力的发展、后续的市场开发起到非常积极的作用。”

军工行业对轻量化的不断追求,促成了此次卫星支架的诞生,也促使了大型薄壁镁合金高精度铸造成型技术的诞生。

而整体车架的诞生,可谓是异曲同工。

汽车的轻量化,就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下,尽可能地降低汽车的整备质量,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。实验证明,汽车质量降低一半,燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

中国产业信息网发布的《2015-2020年中国机器视觉产业运行态势及投资方向研究报告》指出:20世纪初,赛车运动协会提出参赛赛车重量上的限制,成为史上第一个轻量化事件。然后,随着铝、镁、塑料等轻量化材料的使用、结构设计的优化、先进制造工艺的发展,汽车轻量化进入快速发展时期。

美国、德国、中国……众多国家都曾在汽车轻量化技术的发展中做出尝试与努力。但似乎,从来没有人挑战(或挑战成功)过汽车行业的传统四大工艺流程。

这一挑战,安阳强基做到了。采用精密铸造一体成型技术制作的整体车架,将为汽车行业节省一大笔成本。而冲压、焊装、涂装、总装的四大工艺中,焊装工艺似乎就可以退出历史舞台。焊装过程中产生的大量能耗和污染,也可以随之减少甚至去除。但如果该技术真的开始大量运用,这对焊装行业来说就是致命的冲击。

“我们会遇到很多阻力。”戴立宏不禁感慨,对焊装行业的挑战也是现在或将来不得不面对的问题。“这对他们来说到底是对是错?”戴立宏不置可否。

焊装行业是真的消失,还是转型?

戴立宏想过这个问题,但他无法给出答案。因为如果从保留焊装行业的角度出发,整体车架可能就无从诞生,产生的一连串连锁反应,也会阻碍汽车轻量化升级的步伐。同理,铸造行业的转型升级也将困难重重。

回归到简单的“减法”理念,既然一体成型的整体车架是明确的技术进步,对环境友好、节能减排,那它的诞生就是对的。这或许也是耿老和戴立宏能够促成这次合作的理念契合所在。

有舍,才有得。

突破往往都来源于“敢为人先”的勇气上。在辽宁,一家2004年刚成立的公司,也在东北黑土地上演绎着这样的铸造“传奇”。

 


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挑战轨道交通核心部件整体铸造不可能

 

2017年9月21日,中国标准动车组复兴号成功在京沪高铁上实现350km/h的旅客运营速度,使我国成为世界上高铁运营速度最高的国家,让世界见证了中国“速度”,轨道交通技术在高铁上开花结果,中国高铁技术先进、安全可靠、兼容性好、性价比高,成功实现了弯道超车,引领了世界的高铁潮流。当前高铁装备制造已逐步成为我国的优势产业,中国高铁产业多次获得海外订单,并实现了由出口地区发展中国家到发达国家的转变。

与高曝光率的客运电力高速列车不同,世界铁路两大“火车头家族”还有另外一个重要成员,那就是主要依靠石油燃料提供动力的内燃机车,与依靠电力提供动力的电力机车共同构成当代世界铁路系统。目前全球铁路里程超过123万公里,其中有73%的铁路为非电气化铁路,运营内燃机车。内燃机车约12万余台,年均市场容量为100亿美元左右,其中机车新增和更新约35亿美元,维修和服务约65亿美元,国际市场前景极为广阔。我国地域辽阔,能源资源分布不均,全国能源“大旅游”给运输系统造成了愈来愈大的压力,迫切需要铁路运输行业的发展,运输工具的大型化、高速化、自动化和交通运输工具的一体化是当代运输业发展的新方向,铁路客运高速化和货运重载化成为趋势。铁路设备行业的蓝筹将在大马力机车和高速动车组制造公司中产生,其中竞争的焦点在于高速和重载。内燃机车以其适应性强、铁路造价低、气候影响小等优点,仍然是货运中的主力。货运的重载化很大程度上依赖于重型大马力内燃机车技术的发展。

美国通用电气轨道交通公司掌握世界领先的重型大马力内燃机车制造技术,为世界各地提供内燃机车车头。2012年美国通用电气轨道交通公司有意在中国寻找合同额超亿元的整体铸造转向架制造商,这是一次内燃机车核心部件获得国外订单的好机会,美国通用电气轨道交通公司经过了长时间的寻找,最终却将订单交给了一个并不出名的铸造新秀——辽宁福鞍重工股份有限公司。

 

·铸造业的一匹黑马

 

辽宁福鞍重工股份有限公司是福鞍控股集团有限公司的全资子公司。在2005年重工股份有限公司成立之初只能生产一些低端的矿山机械、铸钢件等产品,年产值仅几百万元,在装备制造业领域只是个无名小卒。经过两年的发展,集团公司领导敏锐的感觉到,低端市场不是长久之计,一定要善于抓住机遇,时刻保持敏锐的市场洞察力,只有走在时代的前端,才能够抢占先机。“不舍得在科学研发上投入,就只能永远跟在人家身后跑。”为了加速企业的科技创新,公司加紧了招贤纳士的脚步,通过引荐结识了当时在国企工作的穆建华和李敏。虽然两人当时的职务不高,但公司看好他们的专业素养,诚心动情邀请,将他们纳入麾下。听同行说起铸钢业的专家周月明和张嘉树,公司领导便专程赶到天津等地,拿出三顾茅庐的精神,终于将两位专家请到福鞍坐镇。有了专业的人才队伍,福鞍的产品有了技术保障,可是怎样才能使福鞍的产品走出低端铸造行列,走向高附加值,打开高精尖产品市场呢?

福鞍重工深知先天不足,选择了独辟蹊径,从此“创新”和“谋变”的主旋律就一直贯穿于福鞍发展的始终。福鞍重工的核心研发团队主动出击,跑遍了法国巴黎展会、德国杜塞尔多夫展会、印度展会、中国铸造节等各个大型展会,用广撒网的方式与各大国际知名采购商沟通,向采购商要产品的设计图纸,承诺由福鞍重工出产品的样件,而且不需要与福鞍重工签订合同,将样件生产出来以获得高端客户的准入资格,这等于所有的风险都由福鞍重工自己承担。即便如此,由于只有生产低端产品的经验,公司的生产能力和技术能力得不到国外知名采购商的认可,在福鞍重工经历了无数次失败,吃了不知多少次闭门羹后,日本东芝公司终于答应将产品设计图纸交给他们,福鞍重工负责出样件,东芝公司验收合格再谈合作。

虽然只是几万元的订单,但却是高端铸件市场第一次向福鞍重工敞开了大门,东芝公司的产品是火力发电中压汽缸,具有高温、高压、高转数的服役特点,需要进行结构焊及射线探伤达到1级合格等多种工艺流程要求,工艺要求高、工序复杂。对于得来不易的订单,公司上下精诚合作,凭借技术研发取得突破,获得过硬的产品质量和优秀的企业管理给东芝留下了极好的印象。东芝公司与福鞍重工的合作逐渐密切,合同额由2007年200余万元上升至2012年的4000多万元。在国内,福鞍重工成为东芝公司特种铸钢件最大供应商。

福鞍重工抓住了高端铸件市场带来的历史机遇,使企业在高端铸钢市场上立足,企业抗风险能力增强。2008年国际金融危机爆发以后,全国的低端铸造市场萎缩,竞争逐渐白热化,再加上人工、原材料价格不断上涨,低端铸造产业的利润水平一落千丈。而福鞍重工躲过了金融危机的威胁,经过不懈的努力,成为铸造行业的一匹黑马,也引起了全球500强美国通用电气公司的关注。

经过十余年的努力,福鞍重工逐渐成长为国内具有优秀铸造能力的民营企业,并于2015年4月在上海主板成功上市。福鞍重工从此插上了资本市场的双翼,福鞍重工品牌在国内外的知名度和美誉度不断提升,产品不仅遍及全国各地,而且已经进入亚、欧、美等20多个国家和地区。产品的出口比例也从30%增长到现在的75%以上,为世界500强公司提供各类重大技术装备优质铸钢件。年产值也由当初的几百万元,以令业界咋舌的迅猛势头,连年实现翻番,年产值达到4亿多元。福鞍重工新上马为客户提供成品的精加工生产线,延长优势产业链条,增添了新的发展动能。同时,系统引进俄罗斯工业燃气轮机先进制造技术与专家团队, 集研发、生产、市场三位一体,将专注于高效率、低成本、能够适应热负荷变化的50MW以下中小型燃气轮机整机制造,能够与世界品牌的燃气轮机在分布式能源领域进行市场竞争,有望实现替代进口,在短期内实现迅速打开市场,成为公司未来发展的新引擎。  

 

·“晕头转向”转向架

 

福鞍重工与美国通用电气公司结缘要从2009年说起,当时福鞍重工与日本东芝的合作在铸造业获得了良好口碑,先后成为法国阿尔斯通、德国西门子、日本三菱等多家世界500强企业的优秀供应商。福鞍重工在国内外的业绩也吸引了全球500强龙头企业美国通用电气公司的眼光。在全球铸钢件采购商中,美国通用电气的门槛最高,要求最为苛刻。福鞍重工经过半年多的企业升级,最终成为美国通用电气公司供应商。

由于福鞍重工有承接美国通用电气公司的首台套、世界最大的重型燃气机9FB.05核心铸件项目的成功经验,2012年,美国通用电气轨道交通公司想让福鞍重工试生产整体铸造转向架,生产任务就落在福鞍重工总经理穆建华的肩上了。

转向架,即内燃机车车头底盘,是铁道车辆上最重要的部件之一,它直接承载车体自重和载重,引导车辆沿铁路轨道运行,保证车辆顺利通过弯道,并具有减缓来自车辆运行时带来震动和冲击的作用,因此转向架的安全性和稳定性也直接决定了车辆的安全性和稳定性。

目前世界上应用的转向架有两种,一种是采用铆焊的方式,将铸件或者结构件焊接成型的转向架,其造价高昂,且因为抗焊接疲劳性能较差,服役时间受限,一般使用寿命在5年左右;而采用整体铸造成型的转向架,生产成本低,具有较好的强度、优良的抵抗冲击性能、应力分布均匀、良好的柔韧性和减震性能,服役时间大大延长,一般20年以上。美国通用电气轨道交通公司生产的内燃机车车头是世界上最先进的,普遍采用整体铸造转向架,目前北美、欧洲、大洋洲生产的内燃机车均采用这种机车车头。由于整体铸造转向架制造难度大、工艺复杂,国内还没有成功开发批量生产的厂家,重载机车用整体铸造转向架属于国内空白。

总经理穆建华给人的突出印象是果敢坚毅、待人诚恳、勤勉尽责。他从1988年开始进入铸造行业工作,从事了多年的企业管理、生产、技术工作,积累了丰富的经验。他深知不能在普碳钢产品上进行低端恶性竞争,他常说“高水平是财富是发展,低水平是包袱是落后”,明确了福鞍重工“高质量高技术含量”、“高端制造”的发展方向。

在接到美国通用电气轨道交通公司的订单之初,企业里出现了一些不同的声音,“现在的工厂已经是满负荷,订单有的是,再接一项这么难的活,哪有精力去做”“全国那么多大厂都试过,成功不了,我们干嘛还要趟这趟浑水”……听到这些质疑的声音,穆建华的心里却极为坚定,现在工厂里的满负荷的产品中只有35%是高端铸件,剩下的65%仍然是低端的普通铸件,虽然眼前利润不少,但是高端铸件是未来的发展方向,这是福鞍重工的一次机会,也是中国的内燃机车轨道交通产品进军国际市场的一次机会。国内主要的机车生产均采用结构焊的转向架,如果能够解决整体铸造转向架的关键铸造技术问题,掌握重载机车用整体铸造转向架的生产制造技术,将来还能够服务于国内重型内燃机车,经济效益和社会效益将十分显著。

目标确定以后,穆建华召集公司研发小组一起开了会,福鞍重工的研发团队平均年龄42岁,是一支年轻有干劲的研发团队,由老中青工程技术人员组成,包括公司技术管理人员副总工程师李敏,车间副主任王作明,技术副部长杨程坤,资深专家张嘉树、周月明,以及来自高等院校的冶炼、铸造、热处理、焊接、力学性能检测团队。穆建华这样鼓励大家:“我们是一支有技术、敢想敢干、能打硬仗的队伍,我们在重型装备高端高技术产品上取得连年突破,大型超临界、超超临界火电产品、DT4铸钢件均为全国首创;成功研发了超超临界主汽调节阀以铸代锻工艺,填补了国内的空白;用于大型水力发电机组的上冠、下环、转轮体等主要部件,成功装备了中国三峡电站、俄罗斯伏尔加河水电站等世界知名电站,具备此能力的企业全球不超过十家。现在,我们要再啃一次硬骨头,好走的路都是下坡路,我和大家一起翻过这个坎,福鞍重工的国际市场就能出现一次大跨越。” 在研发团队成员的眼中,穆建华在如何辨别市场的可行性、确定产品方向这些方面,存在一种特殊的敏感,也正是这种敏感在福鞍总产值连年翻番中起到了重要作用。这一次,这个精诚团结的研发团队决定跟着领头雁再博一回。

虽然早有心理准备,但当大家看到图纸时还是懵了,轨道交通里最复杂的庞然大物摆在眼前,尺寸大而壁薄,属于大型薄壁箱式框架结构铸件,浇注过程中非常容易产生缩松和气孔,生产过程中极易产生扭曲变形,如此高的内在质量要求让很多人眉头一皱,很多大型央企都没有试验成功,铸造工艺需要几百个冷铁、几百个芯子、70多个冒口、极度复杂的水口系统、变形控制、变化缩尺的控制、补缩要求的控制都很难。

即便如此,福鞍重工的研发团队发扬他们一贯的吃苦耐劳精神,完成了前期的技术参数研究。东北人天生幽默,还给这个产品起了一个“晕头转向”转向架的名字。

“我们这支队伍能设计模拟、完善工艺,也能动手安装试验,实现生产。我们特别能吃苦、肯付出,我带着研发团队的51个人没白天没黑夜地干,我们都有过几天几夜不回家就泡在工厂的经历。大家感觉要通过产品验证我们的技术,兴奋得忘记了辛苦。”穆建华在一次媒体采访中这样说道。

在5个月的日日夜夜里,他们一次又一次优化升级方案,反反复复地浇注模拟。试验过程中,穆建华也琢磨出了一种双孔钢包快速浇注系统,可以实现在极短的时间内浇注完毕,后来还获得了国家专利。正是在这样紧凑、务实、高效的节奏里,福鞍重工最终全面掌握了制造生产技术,建成了国内第一条整体铸造转向架生产线。

试制成功后,转向架送到美国检验,所有指标全部合格,产品质量达到了国际一流水平。美国通用电气轨道交通公司与福鞍重工一次性签订了1500件的采购协议。1500件听起来似乎数量不多,但实际上该转向架每件的价格是35000美元,按照当时的汇率,每件产品就是21万人民币左右,也就是说,这比订单总额达到了3亿多人民币!

福鞍重工2012年实现研发试生产22件;2013年,为美国通用电气轨道交通公司供货转向架342件;2014年供货数量607件,成为美国通用电气轨道交通公司全球最大的供应商;2015年供货858件,占美国通用全球总采购量的45%;2016年以来稳定供货占美国通用电气轨道交通公司全球总采购量的55%。截至目前,我国能做到这种产品批量生产的唯有福鞍重工一家。

 

·女高级工程师的突破之路

 

初冬的辽宁鞍山,清冽微寒、骤雪初霁、天夜静谧,寒冷和洁白带给人的是思考、拼搏和对未来的期待。

在这样的雪夜里常常有一位女高级工程师为了工艺参数的改进优化、甚至一个小芯子的设计工作到深夜,她就是福鞍重工副总工程师、铸造工艺部部长李敏。这位出生于1968年的高级工程师,人到中年的时候,就已经主持完成科研生产设计项目40多项,获得国家发明专利6项、实用新型专利7项、辽宁省科学技术厅科技成果鉴定1项。福鞍重工的绝大部分高新科技产品都是由她主持设计研发的。充满艰辛的技术攻关,对于一个女同志,更具挑战性和艰巨性,举两个例子,便可见一斑。

第一件事是2008年福鞍重工要制造一种超超临界耐热钢铸件“主汽调节阀”。我国863课题对超超临界机组设定在蒸汽参数大于25MPa,温度高于580℃的范围。随着蒸汽温度和压力的提高,电厂锅炉的效率可以大幅度提高,而且启动速度快,调峰性能好,发展超超临界火电机组具有显著的节约能源和减少污染的优势。受技术水平的制约,我国超超临界机组的关键大型部件,如汽轮机转子、叶片、主汽调节阀等,长期依赖进口,已成为制约现代重大装备制造业发展的瓶颈。

李敏是福鞍重工超超临界钢种“主汽调节阀”的铸造工艺主设计师,为了攻克这个难题,李敏和她的团队从最基础的工作做起,用女性的热情、细致、坚韧,对基础的模型、铸造、冶炼工序进行深入研究,再从坚实的基础工作出发,不厌其烦、专心致志地调整铸造工艺参数、模型参数、控制合金成分偏析、控制凝固组织、纯净化熔炼、控制化学成分、控制晶粒组织、优化热处理工艺,最终攻克了超超临界钢种“主汽调节阀”的铸造工艺,填补了国内生产大型超临界、超超临界耐热不锈钢铸件的空白。获得了国家专利,通过了“辽宁省科技厅科技成果”鉴定,创出了鞍山市唯一一家火电铸钢件的福鞍品牌。同时,进一步丰富了火力发电产品的内容,部分火力发电产品“由进口变为国产”。火电产品当年实现销售额约12000万元以上。

第二件事仍然要说到轨道交通转向架的设计生产。虽然已经有很多攻克难关的经验,但是提到轨道交通转向架,李敏还是记忆犹新,这也是她多年工作道路上遇到最难攻克的产品之一。内燃机车用转向架属于薄壁箱式框架结构,铸造技术复杂、困难,所以至今铆焊型转向架仍在大量服役。副总工程师李敏主动承担了该产品的主设计研发任务,在技术攻关的时候,压力常常像一块大石头一样压在李敏的心头,这种压力往往有一种让人崩溃的力量。夜里睡不着的时候,各种参数和方法在脑子里转圈,眼睁睁的看着天一点一点亮起来了,头发也开始一缕一缕往下掉。不同于人们对于传统铸件工厂的认知,福鞍重工是绿色铸造示范企业,厂区非常干净,压力大的时候李敏喜欢去厂子里转转。从2006年开始,李敏是福鞍重工一步一步发展壮大的第一批建设者和见证者,无疑她对厂子深怀感情。厂区里有一片小花园,尽管是冬天,天高云淡,清风掠过,凉意侵袭身体,但也让人精神抖擞,神清气爽,舒展一下躯体,活动一下手脚,好像浑身又充满了力量。她暗自告诉自己,凝心聚力就会有突破,就会成功,欧美能做出来的,我们中国人也一定能做出来!

就这样,经过5个月的设计和反复模拟,李敏带领着研发团队白天忙着做试验,晚上还要凑在一起分析问题、总结经验、布置任务,对第二天可能遇到的隐患都考虑周全,不带一点含糊。经历了10次开创性的试验,调整了20余次细微的参数,对6种方法进行了分析和测定,突破了重型大马力内燃机车转向架整体铸造的关键技术,包括凝固过程数值仿真、铸造工艺参数的优化、变形规律的控制、变化的缩尺、质量和缺陷控制、矫形技术及专用装置研制、铸件几何参数非接触测量等一个个艰难的课题,逐渐取得了突破,获得了成功,实现了以“铸代焊”的新工艺,生产出高技术、高质量的大马力内燃机车整体铸造转向架产品,并形成了一套可靠的、科学的生产制造工艺成果。福鞍重工试制的首件转向架仅一次就通过了射线探伤验收标准,而其他国外供应商的产品需要经过两次甚至两次以上的改进并需要大量的焊补修复之后才能通过射线探伤验收。其他技术指标也满足了美国通用电气公司的采购标准,试制的转向架质量达到了国际先进水平,竞争优势十分明显。

李敏深知铸造工艺质量决定了产品质量和生产周期、生产成本的道理,在设计铸造工艺时,她总是从现场实际操作难度出发,从防止工人出错的角度出发,从保证产品质量提高工艺出品率方面出发,从降低吨钢型砂消耗量等控制成本的角度出发,优化设计并充分考虑每个铸造工艺的细节,在每个重要铸件的模型制作和造型期间,积极主动去现场做技术指导工作。对作业班组进行详细的技术交底,对工人提出的问题和疑问,总是不厌其烦地、热情地给予详细讲解,在每个铸件浇注之前,她都要对炼钢车间和铸造车间进行详细布置。因为对现场操作的极度熟悉,她不断搜集转向架的尺寸参数和缺陷位置,并逐步完善工艺,仅用了5个月便固定了铸造工艺,使得每件转向架的生产周期缩短了80%。转向架在福鞍重工的批量生产也为国内机车转向架由结构焊向铸造转型的技术革新提供了科学依据。转向架项目成为了福鞍重工定型批量产品,增加了70多个就业岗位,年销售额达12000万元以上。

 


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·“80后”青年“管家”

 

1984年出生的杨程坤,是山东聊城人,严谨、认真、勤奋、踏实这些标签,是单位的同事给予这个“80后”技术部副部长、美国通用电气项目部质量经理的评价。福鞍重工是他研究生时候的实习企业,“当时就是感觉这个企业很好”,“很好”的背后是对企业技术环境的向往,是对企业发展方向的认同,是对企业未来愿景的期待。就是这个“很好”让他选择了离家乡1000多公里的鞍山扎根。

2010年刚参加工作的杨程坤在质量部负责MPP生产工艺指导书的制定。以前的MPP只有工序和简单的要求,对车间的指导意义不大,技术上的问题还需要参考图纸和技术协议。为了解决这个问题,提高生产效率,杨程坤结合客户要求和实际生产需求,只用了2个月的时间,使指导生产用的MPP更加规范化、合理化,方便了车间的生产过程,也获得了国外客户日本东芝的好评和赞扬。因为工作表现突出,毕业仅半年,2010年6月开始就一直担任美国通用电气公司产品项目技术质量负责人。

美国通用电气公司的火电超临界铸钢件项目性能要求十分苛刻,正火热处理要求冷却时1小时内温度降低到650℃,现有的风冷无法做到,过冷度达不到要求,微观组织也就达不到要求,性能也就没法满足标准。

杨程坤开始也对这个问题一筹莫展,生产遇到瓶颈,远在沈阳的女朋友正在生病,因为忙碌,已经两个月没见面,他只能打电话拜托女朋友的室友照顾她。在最愁苦的时候,这些天来对这个技术问题的反复思考,就像闪闪星斗, 缀满没有遮拦的天空,在某个瞬间连成一线了。杨程坤确定了喷雾淬火的方式,借助风扇将雾化的水汽喷射到铸件表面,既能保证温度降低迅速,又不至于降低太快,而且温度降低到650℃不会发生相变,没有相变应力,不会导致铸件产生裂纹。灵感,总是在漫长的思考积累后,才会有瞬间的火光迸发。该技术革新改变了传统的风冷方式,达到了国外客户的苛刻要求。后续生产的产品性能也验证了该技术的成功。

2012年杨程坤开始管理美国通用电气轨道交通转向架项目,他又一次面对超高难度的挑战。转向架的生产注定充满波折,又一个拦路虎挡在面前,这种结构的转向架,由于过程的复杂性和生产条件的局限性,变形是不可避免的问题。传统的矫形方法是利用矫形机进行冷矫形,冷矫形后进行烘烤、点焊拉筋,并进热处理炉进行消应力。这种常规矫形方法过程复杂,生产周期长,矫形成本也较高。且在矫形后热处理前,铸件温度与环境温度差比较大,加热或冷却时容易产生应力,影响铸件质量。杨程坤团队创造性地选择了不使用矫形机,不用局部烘烤,也不用在矫形后焊拉筋,而是直接利用焊后消应力热处理的机会进行矫形。通过实验,终于达到一次矫形就使尺寸符合图纸要求。这样既节省了矫形机的成本,又缩短了转向架的生产周期,只用热处理的时间就完成了矫形。同时,还避免了铸件在环境温度下产生内应力的缺点。

由于国内没有制造的先例,杨程坤从零开始,制定了从打箱到出厂关键工序的作业规范,明确和细化了工作流程。根据客户图纸和技术协议,明确了各个关键工序的具体操作要求和验收标准,积极与车间沟通操作过程中存在的问题,制定了适合现场作业的规范,不断培训工人、教育工人按照要求作业。在保证铸件质量的同时,也引进了国外产品质量理念,即过程符合性。根据产品生产过程出现的问题,按照工艺过程审核的方式,对各过程中的违规现象开不符合报告,并要求相关部门进行根本原因分析和制定纠正预防措施,对措施进行验证和跟踪,进而完善体系文件,根据探伤、划线人员对立体图的需要,为了节省每次找图纸、建立工程图的时间,要求制作MPP的人员跟工艺部要相关立体图,制定统一工程图纸放在固定文件夹中用于探伤、划线记录。杨程坤像一位认真负责的青年“管家”,用这样一丝不苟、耐心细致、博采众长的质量管理方式,实现了转向架连续4年持续供货,并保持了4年客户零投诉。

 

·大工匠的时代梦想

 

在中国的铸造行业里有这么一群人,他们兢兢业业将毕生的经历投入到了“铸造”一线生产中,他们就是值得我们万分尊敬的“铸造行业大工匠”,他们几乎是干了一辈子的铸造,见证了中国铸造业的整个发展历程,从土炉到冲天炉、到电炉,从手工造型到半自动造型、到全自动造型线,行业在进步,而他们在慢慢地老去……

王作明是福鞍重工铸造车间副主任,坚守铸造一线38年,已经创造了连续38年无次品的记录,经他的手制造出来的铸件在公司里被誉为“王氏免检产品”。

1978年,18岁的王作明从鞍山市第四十三中学毕业后分配到鞍钢工作,年轻气盛的他面对当年铸造车间高温、噪音、粉尘的生产环境一时有些泄气,但是对于师傅交给他的活,生来认真努力的秉性让他暂时抛开不适应的烦恼,严格按照操作规程干,做出来的铸件得到了师傅和车间领导的夸奖,心里就生出了一些成就感和自豪感,对铸造工艺也产生了兴趣,在潜移默化的过程中逐渐喜欢上了铸造。

兴趣是最好的老师,王作明想要提升铸造技术水平,就得先从学会制作毛坯图纸开始,因为大部分铸件只提供精加工图纸,在铸造的过程中需要根据经验对精加工图纸进行“放尺”,王作明的师傅对制作毛坯图纸很有经验,王作明跟着师傅从最初的三视图开始学,一步一步手艺逐渐精进。有一天,师傅跟王作明说:“你别跟我学了,我已经回答不上你的问题了,我给你推荐个人,工艺员老吴林,你找他学去吧。”吴林是当时鞍山制作铸造图纸最好的人,可惜因为时代的原因被打成了右派,王作明为了学艺,也顾不得避嫌,每天在厂子里干完活,再跑到离厂12公里外的地方,跟吴师傅学习做图纸。王作明最常问的一句话就是“怎么才能把铸造缺陷降到最低”,和吴师傅一起研究改进工艺的方法,经常学习完,已经夜深了。就这样,王作明跟着吴师傅刻苦学习了4个月。肯钻研又肯吃苦的王作明干铸造不到一年,就被厂里评选为铸造技术“八大标兵”之一,当时他是年龄最小的一个。其后的岁月里,王作明一直将生产“完美铸件”作为自己追求的目标,多次获得技术竞赛能手和技术标兵荣誉称号。

2006年,王作明来到福鞍重工工作,几十年的积累和沉淀开始发挥作用。福鞍重工的好多产品都是高精尖的铸件,没有先例可寻,只能靠自己琢磨。在开发整体铸造转向架的时候,碰到了工艺难题,按以往常规的方法制型,会对转向架产品质量造成影响。重型内燃机整体铸造转向架的外形和型腔结构复杂,壁厚薄,在浇注过程中砂型及砂芯会产生大量的气体,如果气体不能迅速、顺利排出,铸件会产生大量的气孔、粘砂、夹砂等缺陷,导致铸件的应力集中,大大降低了机械性能,对铸件的强度、冲击值和疲劳强度的影响更大。大量的气孔、粘砂、夹砂等缺陷,导致铸件本身的质量降低,达不到铸件的质量要求,需要大量修复,严重的可能造成报废。由于铸件的结构特殊,传统的排气工艺方法无法满足整体铸造转向架浇注时的排气要求。王作明面对技术难题,靠的就是工作三十余年来养成的“螺丝钉”精神,凡是交给他的活,他总是绞尽脑汁想着如何改进方法,难题解决不了,回家也时刻琢磨,反复推敲,正是凭着这股爱钻研的劲,王作明研究发明出了复杂铸件连体下部砂芯气体上排方法。就是将排气绳的一端准确的放置在模型的芯头位置上,其余的一端放置在下箱型板的陶瓷管内。在制作砂芯时在芯盒的中心位置放置钢筋,砂子充满芯盒后取出钢筋,将制做完成的砂芯下到砂型中,使砂型的排气孔与排气绳的位置重合,使砂芯底部气体通过排气绳顺利向上排出。造型时不制作专门的排气通道,不破坏砂型,从而提高了铸件的表面和内在质量,操作方便,避免浇注时气体从冒口排出造成钢水喷溅,既提高铸钢件产品质量又保证了生产安全。王作明对技术的掌控和革新,让来公司考察的日本三菱公司的专家都竖起了大拇指。后来这种工艺方法申请并被授予了国家实用新型专利。

王作明在生产实践中摸索总结出的一系列简单而快捷的操作方法,《一种砂芯外挂芯骨装置》、《一种准确测量铸件型腔的装置》等7项技术革新获得了国家实用新型专利,减少了缺陷和废品、降低了返修量和原材料的消耗,提高了产品质量、提高了劳动生产率、节约了生产成本。质量就是数量、节约就是效益,几年来他为企业共节约成本435万元。王作明以匠人之心追求工艺的极致,用火红的钢水浇注出这样的时代梦想:让更多的中国制造能够跨越“品质”这道门槛,与国际顶尖公司同台竞技,让更多的中国产品在全球市场释放更耀眼的光芒。

整铸转向架的研发和生产过程,是一条充满挑战与艰辛的探索之路,是一条自强不息、坚忍不拔的攀登之路,是一条不甘落后、敢为人先的创新之路,是一条尽职担当、协同奉献的突破之路。在这条路上福鞍重工的研发团队攻破了一道道难关,掌握了重要的核心技术,将国内轨道交通核心部件整体铸造的不可能转化为现实。轨道交通转向架产品的制造技术获得国家专利19项,获“国家火炬计划产业化示范项目”证书,2015年获得“辽宁省重大科技专项”并获得政府专项资金支持。通过了美国铁路协会AAR认证,4项美国TPG特殊过程认证,获得了专业生产轨道交通转向架产品的资质。美国轨道交通大型大马力内燃机车用转向架产品的批量生产开发,实现了国内首创、填补了空白。

福鞍重工于2013~2016年连续获得美国通用电气公司的“新兴快速成长奖”、“最佳供应商奖”、“最佳质量奖”,是美国通用电气轨道交通公司全球所有300多家供应商中获得最高荣誉的供应商。美国通用电气公司在上海举办的供应商颁奖大会上,给福鞍重工的颁奖词中这样描述:“一个公司生产一件没有瑕疵的高质量产品是可以做到的,生产十件也不难做到,但是像福鞍这样生产成百上千件,连续几年都没有瑕疵,是非常不容易的。”穆建华代表福鞍领到了这个沉甸甸的奖,他的内心欣喜而自豪,因为他明白这个奖里倾注的是福鞍人试验中的坚韧执著、调试时的分毫不差和生产时的精益求精。而这也正是中国铸造的精神,这种精神开启了中国铸造的新时代,还将成为实现我们民族伟大复兴光荣梦想的不竭动力。

 

回首古老的中华文明,大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段,这三种材质的工具和技术的发明创造,不断推动中华文明向高级阶段发展,金属的应用使人类文明有了跨越式的奔腾,而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。据考证,我国的铸造技术开始于夏朝初期,迄今已有5000多年的历史,其中不乏司母戊大方鼎,四羊方尊等无价之宝。铸造技术绵延几千年,凝聚了一代代中华儿女的集体智慧,汇集了精湛的铸造工艺,丰富的铸造经验,既有实用性,又闪烁着艺术美,不仅体现了中华民族优秀传统文化的精华,还具有独特的工艺水准,展现了铸造工作者的聪明才智。

新时代的中国铸造人,以谦虚谨慎、开拓创新的精神,将科技创新与铸造技术融合,把制造业的技术设想变成现实,取得了丰硕的成果。发动机缸盖、整体车架、卫星支架、整铸转向架……这些基础的铸件正像是现代制造业的基石。背后既有一辈子奋战在科研一线的老专家,又有思路超前的后起之秀;既有技能超群的大工匠,又有巾帼建功的女中豪杰……他们不怕艰苦,不怕困难,不怕挫折,勇往直前,为事业担当,为祖国担当,他们的故事在中国工业文明的进程中熠熠生辉,他们是美丽中国的脊梁,是实现伟大复兴中国梦的强大力量。

 

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内容概述:在铸造业转型升级的改革大潮中,涌现出一批又一批走在行业尖端、在行业内树立先进标杆、发挥引领示范作用的企业,以及彰显着“大国工匠”精神的铸造人。他们向国际先进标准看齐,在黑暗中摸索出3D打印技术本土产业化的关键;他们以超群的技艺改变汽车产业的未来格局;他们勇于创新填补国内重载机车用整体铸造转向架的空白。通过他们不懈的努力,铸造行业不仅扎实承载着制造业的血液供应,更以自身技术、设计、工艺等的快速进步,带领中国制造业共同起飞,实现“由大变强”乃至“国际先进”的中国梦。


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